浅谈产业园区智慧能源解决方案

摘要：随着我国经济社会发展和环境资源压力增大，各种能源消耗日益剧增，节能减排形势严峻，为贯彻落实《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》的要求，需要推进用能单位能耗监测系统建设，利用现代化技术手段，对建筑物用能进行动态监测。现以“互联网+”智慧能源平台为核心，构建多类型能源互联网络，即利用互联网思维与技术改造传统能源行业，形成能源与信息高度融合的新型能源体系。

关键词：智慧能源;电力;智能微电网;产业园区

0    引言

国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合制定的《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》于2016年2月24日开始实施，标志着能源互联网在时代的步伐中即将产生新一轮科技和产业变革，新能源技术、信息技术和互联网技术产业链将深度融合，推动新模式和新业态的兴起，这对提高可再生能源比例，促进清洁能源利用，提升能源综合效率，推动能源市场和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要的里程碑意义。根据国家大的方针政策，2019年4月，山西省能源局发布了《关于加快培育电能服务产业发展的通知》，该通知要求支持和培育电能服务产业发展：（1）支持建设“互联网+电力”大数据平台;（2）支持不断延伸电能服务项目和范围;（3）支持开展园区综合能源服务项目试点。结合国家方针和地方政策，本文将浅谈智慧能源系统在山西某食品产业园中的实际设计思路。

1    产业园区概况

本食品产业园区占地433 333 m2（650亩），主要分为食品加工区、冷链物流区、中央厨房区、总部花园办公区和食品文化商业区。根据前期规划，各区功能预测能源总消耗为：电力负荷52.3 MW、天然气负荷1 314 m3/h、蒸汽负荷29.5 t/h、空调冷负荷43.1 MW、采暖负荷45 MW。结合能源预测消耗量，规模较大。综合智慧能源系统设施按照“一中心五网络多系统综合提升”思想进行分期建设，“一中心”即为园区提供综合动力的智慧能源中心（也可称为“集中能源站”），“五网络”即电力、热力、天然气、自来水与市政雨污水的园区综合管网，按照园区的实际生产需求灵活供应能源。以下将介绍本案智慧能源主要的供应系统。

2    综合智慧能源管理平台系统设计

“互联网+”综合智慧能源平台按照低碳智慧园区、保障能源高效可靠运行的思路进行总体规划设计，以泛在开放的信息通信网为基础，以建设能源供应清洁化、配置智能化、消费品质化的综合智慧能源为主线，以打造开放式的能源综合信息平台为主要手段，集成一次网架、信息通信网络、配电系统、能源中心系统、可再生能源系统、用户能耗等，综合智慧能源运维及资产运营建设内容。通过运用云计算、大数据、物联网、互联网+，新一代信息通信技术以及能源高效互联的供给配送技术，在园区建设高效灵活的能源供给系统，安全可靠的电力、热力、天然气等基础网架，泛在互联的统一信息通信网络、全局协同的综合信息管控平台以及友好互动的统一展示平台，实现园区信息通信的统一网络、多种能源的统一配置以及园区信息的统一管控功能。

系统框架配置如图1所示，园区综合智慧能源管理平台分为环境保护、能源供应、运维与管理服务等系统科学高效运作。

该平台建设将融入园区公共服务平台，最终形成针对园区企业开展的投融资、人力资源培训管理、政务信息、生活配套等服务;系统搭建了园区统一的对外网站及投融资平台，以满足园区日常需求，后续将提供电子商务等配套服务，还要借力互联网发展电子商务、提升信息化水平，推动园区及食品产业持续发展。平台体系以市场为导向，紧紧围绕企业发展中的人力、物力、财力资源，有机整合，协调政府职能部门，立足园区，服务区域、辐射行业，打造产业聚集群，构建一体化的食品行业综合资源服务平台。

2.1    综合智慧能源中心

要满足园区能源供应，需配置一套综合智慧能源供应体系，提供电力、天然气、蒸汽、采暖、生活热水、冷水、三废处理等服务。根据对园区能源需求种类的分析及能源供应形式的选择，可知需要建设一座集电能、天然气、蒸汽、供冷、采暖、卫生热水一体化制取的能源中心，利用“互联网+”进行能源调度分配。其中主要分项供能系统包括：

（1）电力供应系统：光伏发电+燃气发电+市电+储电系统。

（2）天然气供应系统：能源中心内建设LNG气化站，并设置LNG冷能回收系统。

（3）蒸汽供应系统：由能源中心蒸汽制取设备以及园区的蒸汽管网系统组成;蒸汽的制取来自两个系统——天然气分布式能源蒸汽制取系统及燃气锅炉蒸汽制取系统。

（4）冷水系统：集中制冷系统两套，分别用于满足园区生产功能区的生产车间空调冷负荷及其他区域空调冷负荷，为避免系统过于庞大，同时配套实施蓄冷系统（水蓄冷空调系统）。

2.2    新能源电力及智能微电网

根据能源需求量预测结果，总用电负荷为52.3 MW;能源中心内设4.6×2=9.2 MW燃气发电机组（燃气发电机组运行时，余热锅炉回收燃气轮机产生的高温烟气的热量，制取蒸汽，可以满足园区内生产工艺的用汽需求），在各建筑屋面新建一套太阳能分布式发电系统，光伏发电的装机容量为11.13 MW;但考虑到光伏发电受天气的影响，需要市政电网提供电力负荷约为40 MW。燃气发电及光伏发电等新能源系统投运，可降低园区内建筑用电与用冷的成本，并实现能源的高效利用。在新能源发电系统中设置储电系统，降低电力系统峰值用电，减少电网接入的容量费，同时采用“谷充峰放”的模式，降低用电成本。

以上分布式發电借助微电网（Micro-Grid）进行操作运行，是“互联网+”在能源领域的创新性应用，微电网将结合“互联网+”占据能源领域新风向标。本案除了由综合智慧能源运维及资产运营，智慧化平台结合相关配套系统与设备共同实现智能微电网的相关要义外（微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元，是一个小型的电力系统，且自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场及资产的优化高效运行），其同时深度贴合项目的实际能源负荷特征、能源特征以及建设规划布局，对能源工程的布置、能源系统的设计进行了全方位的考量与平衡，与智能微电网深度融合，本案将成为智能微电网应用的经典案例。

2.3    冷能回收及天然气供应

在食品加工行业，维持部分食品加工车间低温环境、食品冷库储藏、食品冷却工艺、夏季空调负荷等工艺需要冷能的供应，其中冷库可根据具体环境选择农副产品或水产品加工的冷冻要求。通常建设项目可以选择超低温冷库（-60 ℃左右）、低温冷库（-35 ℃左右）、中温冷库（-18～0 ℃）和高温冷库（0～10 ℃），从而可以通过选择不同的载冷剂，组成不同温度的低温制冷循环，使LNG的冷能利用效率大大提高。LNG是天然气经净化、干燥、脱汞并分离重烃后制得的温度约-162 ℃的低温液体，在其气化过程中，可释放达830～860 kJ/kg的冷能。因此，当LNG在气化站气化时将释放的冷能回收，利用其冷能为冷库供冷。LNG的冷能用于冷库方面一般是采用冷媒与LNG在低温换热器中进行热量交换，冷媒经管道进入冷库，通过冷却盘管释放冷量从而实现对物品的冷冻冷藏。

天然气供应：新建LNG气化站，用槽车将LNG运至气化站，利用卸车增压器将LNG加注至LNG储罐储存，LNG储存期间压力保持在0.3～0.4 MPa，储存温度为-162 ℃，操作温度为-145 ℃。使用时，利用储罐增压器为储罐增压到0.6 MPa，利用压差将LNG送至冷能回收系统。在冷能回收系统中，液态天然气经过与冷媒换热，升高温度发生相变，转化为气态，加臭后进入天然气管网，送至用气单元，实现能源综合利用。

2.4    蓄冷系统

设计选择水蓄冷空调系统来满足园区夏季办公商业的空调部分冷负荷需求。水蓄冷技术利用夜间低谷电价时段蓄冷，白天电价高峰时段释放冷量供末端使用，达到削峰填谷的作用，制冷主机容量和装机功率都远远小于常规空调系统，高、低压配电设施减小，降低了电力建设费用。另外，水蓄冷技术减少了冷却循环水量，减小了冷却塔尺寸及风机耗电量，降低了系统的初投资。蓄冷系统削峰运行策略示意图如图2所示。

3    结语

综合智慧能源系统是转型发展与提档升级的科技型能源系统相互组合的综合体，它符合“聚享、绿色、智慧”的建设与发展理念，能够实现行业节能减排低碳发展目标，利用“互联网+”云端管理，削减企业自身人力成本，结合峰谷平电价及用能需要優化调度调峰策略。系统具备实时数据管控、设备能效管理、能耗数据对比等功能，可以通过能耗数据、经营数据等分析企业节能空间和经营状况。

[参考文献]

[1] 殷爽睿，艾芊，曾顺奇，等.能源互联网多能分布式优化研究挑战与展望[J].电网技术，2018，42（5）：1359-1369.

[2] 周孝信，曾嵘，高峰，等.能源互联网的发展现状与展望[J].中国科学（信息科学），2017，47（2）：149-170.

[3] 欧阳羿，杨杰.能源互联网技术实现路径及实践[J].中国能源，2017，39（2）：38-43.

收稿日期：2020-02-24

作者简介：李强（1983—），男，山西太原人，工程师，研究方向：园区智慧能源。