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    干貨|產業園區綜合能源系統形態特征與演化路線
    時間:2018-12-21 來源:《南方電網技術》
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    綜合能源系統作為將多類型能源生產、存儲、傳輸、消費以及能源市場交易深度融合而衍生的全新能源工業形態,是未來能源互聯網的主要物理載體。各類產業園區具備綜合能源系統建設的自然資源、空間資源、電網基礎和用戶資源,成為綜合能源服務、業務創新和效益增長的主戰場。本文研究了產業園區綜合能源系統形態特征與演化路線這一科學問題,考慮綜合能源系統因地制宜、統籌開發、互補利用的實施原則,未來產業園區綜合能源系統將呈現多元化典型形態,包括冷熱電聯供分布式能源站、園區光儲微網、小水電+分散式風電、園區能源互聯主動配電網和多能互補綜合能源系統。從本質上看,園區綜合能源系統具備多能互補、物理信息深度融合以及源網荷儲協調互動的特征內涵。

     當前,融合信息技術、互聯網技術和能源技術的新一輪能源革命正徐徐拉開大幕,有望很快進入徹底改變人類能源生產和使用方式的新紀元[1]。

    作為這一次能源革命重要支點的能源互聯網,最簡單的形式是互聯網與能源各環節的深度融合,其特質是利用信息通信和智能技術將各種能源的生產(加工)、傳輸、存儲、消費以及市場交易深度融合而產生的全新能源產業形態[2-4]。能源互聯網的發展,將大力助推中國能源轉型與體制創新,加快中國能源革命。隨著分布式發電供能技術、能源系統監控和管理技術以及新的能源交易方式的日臻成熟和廣泛應用,作為能源互聯網的主要物理載體,集成電、氣、熱、冷、氫供應和電氣化交通等的綜合能源系統,成為各國新的科技戰略競爭和合作的焦點[5-8]。

    2014年6月,中共中央總書記、國家主席習近平在中央財經領導小組第六次會議上部署了國家能源革命與發展戰略,提出了推動能源革命的戰略部署,成為指導國家能源轉型和體制創新的行動綱要。2016年2月,國家發改委、能源局、工信部聯合發布《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》,意見強調,能源互聯網是推動中國能源革命的重要戰略支撐,對提升清潔能源比重,促進傳統化石能源清潔高效利用,提升能源綜合效率,推動能源市場開放和產業轉型升級具有重要意義[9]。

    在指導意見重點任務中,明確提出加強多能協同綜合能源網絡建設。單純的“互聯網+”能源并不是能源互聯網的真正含義。能源互聯網的內涵是將互聯網應用于電力系統、天然氣和交通運輸系統等能源系統的互聯,通過能源轉換和存儲技術,消納大規模間歇性可再生能源,同時,通過互聯網及智能終端技術,實現全網能量的動態分配、轉換、存儲和共享,最終提高資源利用率。

    為加快推進多能互補集成優化示范工程建設,提高能源系統利用效率,增加有效供給,促進經濟穩定增長,國家發改委能源局發布《關于推進多能互補集成優化示范工程建設的實施意見》[10]。實施意見強調,多能互補集成優化示范工程的建設是“互聯網+”智慧能源系統構建的重要任務之一,有利于提高能源供需協調性,促進能源清潔利用和就近消納,減少棄風、棄光以及棄水限電,推動可再生能源消納,對于建設低碳、清潔、高效、安全的現代能源體系具有十分重要的現實和戰略意義。實施意見提出多能互補集成優化示范工程推進建設的主要任務包括終端一體化集成供能系統以及風光水火儲多能互補系統。

    在南方電網公司層面,2017年公司年中工作會議要求,加快構建“一主兩翼、國際拓展”產業發展布局,大力拓展產業價值鏈,固本開新、搶占先機,抓緊試點探索,加快公司競爭性業務發展;積極向綜合能源服務公司轉型,培育新的效益增長點。南方電網公司2018年工作會議上進一步強調,要大力發展綜合能源業務;以網省地三級綜合能源公司為業務實施主體,以產業園區、工業聚集區、大型公共建筑、大型商業綜合體為重點對象,以電為核心和紐帶,拓展投融資、規劃設計、建設管理、運營維護等多種服務需求;圍繞“源網荷儲”能源產業鏈,大力發展清潔能源、分布式能源,拓展節能服務、儲能業務和電動汽車充電業務;結合能源大數據、物聯網、電力期貨、碳排放交易等,探索開拓新興綜合能源業務;目標至2035年,全面完成向綜合能源服務公司轉型。

    由上述研究背景綜述可見,多能互補綜合能源系統已成為全球能源領域重要的技術增長點和制高點,將是未來能源工業重要技術發展方向,能源領域重要商業模式創新方向。各類產業園區具備綜合能源系統建設試點的自然資源、空間資源、電網基礎和用戶資源,成為綜合能源服務、業務創新和效益增長的主戰場。作為對能源領域具有革命性影響的新生事物,綜合能源系統概念的討論和發展呈現出“百家爭鳴”現狀。

    本文梳理了典型產業園區的綜合能源需求,在此基礎上,分析了未來產業園區綜合能源系統將呈現若干種形態特征,包括冷熱電聯供分布式能源站、園區光儲微網、小水電+分散式風電、園區能源互聯主動配電網和多能互補綜合能源系統。然后,對產業園區綜合能源系統多能互補、物理信息深度融合以及“源網荷儲”協調互動的特征內涵進行了剖析。最后,結合我國能源和信息基礎設施及能源市場等方面的現有條件,從近期、中期和遠期三個發展階段探討了產業園區綜合能源系統演化路線。

    1、產業園區用能需求分析

    目前國內推行的產業園區大多強調同類產業的集群效應。國內典型產業園區重點發展產業包括裝備制造業、石化精煉、制漿造紙、電力產業、有色產業、煙酒產業、鋼鐵冶金產業、建材產業、煤炭產業、醫藥、食品加工、旅游商品特色產業、污水處理以及電子信息、新材料、生物技術、節能環保、新能源等新興產業。因此,根據產業園區產業規劃布局,園區中產業大致可歸類為3種類型:離散制造業、過程工業和新興研發產業。針對3種類型產業綜合能源需求分析如下。

    1.1 離散制造業用能需求分析

    離散制造業主要包括通信設施、航空航天、電子設備、機床、汽車、各類型家電、玩具制造業以及服裝等產業類型,其產品大多是由零部件組裝起來的、具備使用功能的某種物品,消耗的能源以生產加工設備耗用的動力為主,主要消耗電能;但是該類型產業園區廠房的采暖和空調往往占總能耗比例較大[11]。

    上述園區產房用能的特點基本與建筑物終端用能相近,其中,用電耗能占總能耗約14%,采暖空調和熱水供應用能約占80%。在我國北方地區,終端用能需求的熱電比約為5.7。在南方地區,如果同時采用余熱鍋爐的蒸汽溴化鋰吸收式制冷與電制冷以及低溫余熱供熱水,其用能需求的熱電比將遠大于3。

    1.2 過程工業用能需求分析

    過程工業包括電力、冶金、化工、建材、造紙、食品、醫藥等工業類型,其原料和產品一般都是具有特定功能和性質的材料或者物料。實際上,我國產業結構中,過程工業的耗能總量遠大于離散制造業耗能總量,而過程工業終端用能的構成中,用電占總耗能比例較小,其熱電比一般大于3。過程工業的用熱需求當中,蒸汽一般占比較大,其次為物流加熱。針對不同的工業過程,用熱需求的溫度范圍差異性較大。例如,建材工業用熱范圍為800~1 000℃,而食品工業用熱一般在100℃左右;煉油工業用熱需求范圍較廣,可從100℃到500℃。

    工業用冷需求的溫度范圍也很廣,從乙烯工業、空氣液化分離過程約-180℃的深冷需求,到0~20℃左右的一般淺冷需求都有。

    與建筑物終端能源需求相比,工業用能需求更大。工業用能需求占我國總能耗40%以上,其熱電比與建筑物終端能源需求相比更大。以煉油工業為例,包括蒸汽需求和熱需求在內的熱電比一般也大于3[11]。

    1.3 新興研發類型產業用能需求分析

    對于園區中電子信息、新材料、生物技術、節能環保、新能源等新興研發類型產業,使用生產用蒸汽的幾率不大,即使有生產用蒸汽負荷,蒸汽用戶點也會很分散,每個熱用戶的蒸汽用量估計不會太大??紤]到生產和輸送蒸汽的經濟性,分散的蒸汽用戶可采取燃氣、電等小型熱源解決。

    因此,產業園區大部分用熱、用冷需求都是可以通過多能互補集成綜合能源技術來生產和提供。園區多能互補綜合能源供能方式不僅可提高分布式能源轉換效率,而且可通過更高層次上的集成優化最終提升能源終端利用效率,從而實現最大的經濟效益。

    2、產業園區綜合能源系統典型形態

    綜合能源系統的核心在于能源系統的協同優化。由上述分析可知,各類型產業園區呈現電/冷/熱等多元化的用能需求。同時,由于產業園區所在特定的地理位置和復雜的地形地貌,可導致相應氣候和生態條件復雜多樣,因而不同區域的產業園區具有不同的自然資源優勢。在不同的應用場景中,不同類型的能源形式扮演不同類型的角色,而主導能源形式也隨之變化。

    綜上所述,考慮綜合能源系統因地制宜、統籌開發、互補利用的實施原則,未來產業園區綜合能源系統將呈現若干種典型形態,分別分析如下。

    2.1 冷熱電聯供分布式能源站

    針對新能源資源匱乏的產業園區,冷熱電聯供(combined cooling,heating and power,CCHP)分布式能源站是重要的綜合能源利用形態之一。冷熱電聯供機組通過協調優化輸出電能與高低品位熱能,以提升天然氣能源利用效率[6]。從本質上來講,冷熱電聯供機組和冰蓄冷空調均為局部的綜合能源系統,也可認為是綜合能源系統的雛形[12]。

    CCHP分布式能源站通常以小容量、小規模和分散的方式安裝在客戶端,可以自主運行或連接到配電網絡,優先滿足用戶自己能量需求,通過冷電、熱電或冷熱電聯供的方式實現能量梯級利用,涵蓋能量生產、控制和存儲的局部能源系統[13]。

    綜合供能系統種類繁多,而相應的分類方法也多種多樣。驅動綜合供能系統的動力設備選型對系統設計和性能具有舉足輕重的作用,因此根據動力設備類型對綜合供能系統進行分類是目前最常用的方法。作為由多種能源技術集成得到的綜合供能系統,其系統的集成形式也是多種多樣的。結合產業園區的實際情況與需求,按照動力設備類型和冷熱電、熱電、冷電3種聯供形式進行分類,分布式綜合供能的集成方案包括以下類型:燃氣輪機/內燃機作為動力裝置的冷熱電聯產系統、燃氣輪機為主蒸汽輪機為輔的冷熱電聯產系統、燃氣輪機/內燃機作為動力裝置的熱電聯產系統、燃氣輪機/內燃機作為動力裝置的冷電聯產系統以及燃氣輪機為主蒸汽輪機為輔的冷電聯產系統。

    在應用過程中,需要根據實際的環境和需求進行綜合考慮,選取最適宜的綜合供能系統,取得較好的經濟和社會效益。對于冷熱電聯供系統,當燃料價格、電價、冷價或熱價浮動時,一般來說,以燃氣輪機作為動力裝置的冷熱電聯產和燃氣輪機為主蒸汽輪機為輔的冷熱電聯產方案經濟效益較好。針對價格對單一方案的影響,一般來說:1)對于冷熱電聯供系統,電價變化對系統經濟性的影響要大于冷價及熱價變化對系統經濟性的影響;2)系統運行時若出現棄冷現象,有可能會致使系統虧損。同時,棄冷或棄熱越多,冷價或熱價變化對經濟性的影響越小;天然氣消耗量越大,天然氣價格變化對系統經濟性的影響越大。

    冷熱電聯供分布式能源站運營方式可包括經濟最優運行模式、系統高效運行模式、以冷定電運行模式和以電定冷運行模式,在產業園區應用中可根據實際情況進行選擇配置。

    2.2 園區光儲微網

    工業園區占地面積大,具有發展屋頂分布式光伏的優勢。針對部分電負荷需求比例較大的產業園區,如電子信息、新材料、生物技術、節能環保、新能源等新興研發產業園區,可充分利用屋頂資源,建設園區分布式光伏屋頂,并集成分布式儲能系統,形成園區光儲微電網系統[14]。

    產業園區典型光儲微電網系統的形態示意圖如圖1所示,微電網系統包含園區內分布式光伏及分布式儲能單元,微電網通過公共耦合點PCC(point of common coupling,PCC)接入上級配電網。其中,園區內分布式光伏充分建設利用園區屋頂光伏全覆蓋、停車場光伏覆蓋、公交站光伏覆蓋以及電動汽車充電站光伏覆蓋,從而最大地提高產業園區可再生能源滲透率,實現屋頂、停車場、公交站、電動汽車充電站等太陽能光伏充分利用,促進產業園區綠色低碳發展。在園區光儲微電網運營模式中,電網公司與工業園區具有充足場地/屋頂資源的工業用戶簽訂能源管理合同,由電網公司作為分布式光伏和分布式儲能的投資商和運營商,租用工業用戶的場地資源建設和運營分布式光伏和分布式儲能系統。由于分布式儲能系統由電網公司投資,電網公司對分布式儲能充放電擁有控制權,考慮到電池儲能除追求自身收益最大化以外,還需要配合完成產業園區關于峰值負荷削減目標。

    此外,由于配備儲能系統,當計劃性孤島需求或外部電網故障擾動時,園區光儲微電網系統可由并網運行模式切換至離網運行模式,系統不同運行模式間可確保平滑切換。園區光儲微電網系統孤島機制可有效提高園區供電可靠性。

     

    圖1產業園區典型光儲微電網系統的形態示意圖

    2.3 小水電+分散式風電

    我國水能資源極為豐富,如貴州省位于云貴高原東坡,氣候溫和多雨,水系發達,支流眾多,河流落差集中,是中國水力資源較為豐富的地區之一。因此,結合當地實際開發建設小型水電,既可解決當地用電難題,又可服務發展地方經濟;此外,目前國家實施可持續發展戰略,大力推動清潔能源開發利用,政策層面為小水電的發展提供了較大的發展空間和機遇[15-16]。

    小水電通常是指容量在50 MW以下的水力發電站,從容量角度來看,小水電位于所有類型水電站的末端。此外,一般而言,小水電并網電壓等級均偏低,絕大多數小水電并入10~110 kV配電網。

    小水電具有數量多、分布廣、容量小的特點。在實際中,與中大型水電站一般具有蓄水調節水庫不同,大多數小水電為徑流式電站,本質上無調節能力。

    小水電出力具有明顯季節性的特點,在豐水期,小水電機組集中發電,當地配電網難以消納過多水電時,可能導致調度機構出于電網安全穩定運行強制要求小水電棄水限電;而相反枯水期間,小水電機組發電量不足,無法為上級電網供應足夠的電力。小水電出力不能與當地用電需求匹配,因此其運行受到了較大限制。與此同時,目前各地電網企業對小水電的發電管理仍較為粗放,存在小水電管理體系不完善、缺乏調度和監測技術等問題;絕大多數小型水電站的并網運行不受電力調度機構管理和控制,呈現“多來多發、少來少發、有水則發、無水則停”的自由和無序狀態。

    而分散式風電是指風力發電機組以多點方式接入中低壓配電網絡,并網運行受電力調度機構統一調度的風力發電利用模式。目前,與集中式風電開發模式通過輸電網消納大規模風電不同,在分散式風電發展初期,風電機組需就近規劃和接入在運行的10 kV、35 kV和110 kV 3個電壓等級的配電網網絡,其并網最高電壓等級為110 kV。由于傳統110 kV電網傳輸距離約為100 km,因此分散式風電將就近被本地電網消納。

    時間上出力的波動特性使得分散式風電和小水電兩種電源具備較大的互補特性。以中國南方為例,在水力資源方面,受亞熱帶季風氣候影響,一般而言,春夏季為河流豐水期,秋冬季為河流枯水期。在風力資源方面,冬季主要受西伯利亞高壓的影響,風向較為穩定,風力資源豐富。風能資源總體時間分布特征為夏季風小,冬春季風較大。其次,就出力波動性而言,小水電日波動小,但季節性波動較大;而風電的日波動性很大,季節性波動卻較小[17]。

    綜上所述,在建設場地有限的產業園區可結合當地豐富的水電資源優勢以及小水電和風電的天然互補特征,發展小水電+分散式風電多能互補綜合能源系統的建設形式,從而最大限度的利用當地清潔能源,減輕間歇性可再生能源發電并網給配電網絡帶來的沖擊。風水多能互補綜合能源系統形態示意圖如圖2所示。此外,以小水電為基礎,還可形成水光多能互補、風水光多能互補等典型綜合能源系統。

    圖2產業園區風水互補綜合能源系統形態示意圖

    2.4 園區能源互聯主動配電網

    產業園區能源互聯主動配電網(active distribution network,ADN)是在主網配網協同控制的基礎上,具備分布式發電、儲能、需求側響應、柔性負荷和電動汽車等豐富的電源負荷調控手段,能夠針對能源互聯主動配電網的實際運行狀態,以經濟性和安全性等為控制目標,自適應調節其網絡結構、發電單元及負荷的智能配電網絡。

    典型產業園區能源互聯主動配電網示意圖如圖3所示。在產業園區能源互聯主動配電網中,大量的分布式發電單元從不同節點并網后將導致配電網由傳統輻射狀的網絡變為數量眾多的中小電源和用戶的互聯網絡,從傳統意義上“配電系統”轉變成為一個“電力交換系統”[18-19]。從本質上來看,主動配電網主要包含3方面特征:交直流混合架構、運行態勢準確感知以及源網荷協調控制。

    圖3 產業園區能源互聯主動配電網示意圖

    隨著光伏、電動汽車等直流源荷在工業園區中快速增加,傳統交流配電網絡的兼容性和適應性亟待提高。園區能源互聯主動配電網可根據需求采用交直流混合架構,其中直流子配電網為直流源荷的接入提供了極為便利的途徑。各類型沖擊負載,可再生能源發電和直流負荷可通過DC/DC變壓器直接連接至直流配電網絡,由于無需傳統交流配電網絡中的DC/AC環節,有效簡化了控制系統,降低了損耗,節省了工程造價。此外,通過交直流雙向變流器,可實現對混合網絡潮流的柔性控制以及全局系統能量的優化調度和管理。

    通過根據園區能源互聯主動配電網中各種測量設備的測量和狀態估計數據準確判斷當前配電網的運行狀態,以及基于負荷歷史數據和數值天氣預報高精度預測負荷/可再生能源信息,可實現對園區能源互聯主動配電網態勢的全面精確感知。

    源網荷協調控制是園區能源互聯主動配電網的中心所在,通過對配電網絡源網荷對象的主動調控和管理,實現配電網絡的低成本高效安全運行以及可再生能源的最大程度消納。主動配電網的控制要素覆蓋源網荷3方面,具體可包括聯絡開關變化為代表的電力網絡控制,可再生能源發電調度為代表的電源功率控制,以及以電動汽車充放電控制策略為代表的靈活互動。

    2.5 多能互補綜合能源系統

    對于大多數產業園區來說,負荷存在用電、用熱、用冷等多種用能需求,且用能數量大,節能空間廣。因此具有利用多能互補、源網荷儲協同技術為工業園區提供能源整體服務的需求,以滿足園區多樣化的能源需求,提高供能質量,為用戶節約用能成本。

    產業園區典型多能互補綜合能源系統的形態示意圖如圖4所示。它將電、氣、熱、冷、氫等多類型能源環節與信息、交通等其他社會支持系統進行有機集成,通過對多類型能源的集成優化和合理調度,實現多類型能源的梯級利用,提高能源利用效率,提升供能可靠性[20-21]。同時,多能源系統的有機協調,對延緩輸配電系統的建設,消除輸配電系統的瓶頸,提高各設備的利用效率具有重要的作用。在緊急情況下,當電力或天然氣系統受到天氣或意外災害的干擾而中斷時,多能互補綜合能源系統可以利用就地能源為重要用戶提供不間斷的能源供應,并為故障后能源供應系統的快速恢復提供動力支持。

    圖4產業園區多能互補綜合能源系統形態示意圖

    綜合能源配用電系統結構相對復雜,既包括冷熱電聯供分布式能源站、分布式光伏等電源設備,也包括電池儲能、蓄冷/熱儲能,還需要依靠電網和冷/熱管網進行能量輸送,在實際應用過程中,需要根據具體的環境和需求進行綜合考慮。

    園區綜合能源系統涵蓋各種形式和特點的多能源環節,既包括可控性較強的能源環節,也包括控制難度較大的強間歇性能源環節;既包括容易存儲和轉換的環節,也包括難以大規模存儲的環節;既包括底層設備的動態,也包括能源系統單元級別的動態,還包括多能耦合作用下的系統級別動態。本質上而言,園區多能互補綜合能源系統從時間、空間和行為3個角度呈現多能流、多時標、高維數、大量非線性、多主體等極為復雜形態特征[22]。

    3、產業園區綜合能源系統特征內涵

    由上節分析可見,產業園區綜合能源系統呈現多元化的典型形態。從本質上看,園區綜合能源系統具備多能互補、物理信息深度融合、源網荷儲協調互動的特征內涵如圖5所示。

    圖5產業園區綜合能源系統形態特征內涵

    3.1 多能互補

    多能耦合、協同互補是產業園區綜合能源系統的核心特征之一[23]。時間上出力的波動特性使得風電、光伏發電、小水電等能源供給來源天然存在較大的互補特性,同時,電、氣、熱、冷等多類型能源在用能需求、價格、特性上亦存在差異和互補特性。以電力網絡為主體框架,通過電、氣、熱、冷、氫的靈活集成,充分挖掘橫向源-源多能耦合、協同互補特性,從而有效抑制清潔能源發電的強隨機性和強波動性,大幅提高綜合能源系統的供能可靠性以及能源綜合利用效率。

    3.2 物理信息深度融合

    覆蓋能源生產、傳輸、消費、存儲、轉換的整個能源鏈,產業園區綜合能源系統中信息共享,能量流與信息流的有機整合、互聯互動、緊密耦合,形成信息物理系統(cyber physical system,CPS)[24-26]。信息物理系統是園區綜合能源系統的重要發展方向?;ヂ摼W、物聯網、大數據、云計算等的深度應用,有效提升園區綜合能源系統的靈活性、適應性及智能化。通過對等開放的信息-物理系統架構,園區綜合能源系統將具備高可靠安全的通信能力、全面的態勢感知能力、大數據處理計算能力以及分布式協同控制能力。

    3.3 源網荷儲協調互動

    產業園區綜合能源系統能量流與信息流深度融合使傳統能源參與主體由單純的生產、傳輸、消費和存儲者,轉變為集成能源生產、傳輸、消費和存儲者的多種角色于一體的自我平衡主體。傳統用戶成為產消者,能源生產和能源消費的邊界將不再清晰,對應的角色和功能可以實現相互兼容和替代。園區綜合能源系統運營商、電力公司、各類工業、商業和居民用戶、電動汽車、分布式可再生能源、儲能、熱電冷聯產系統等各類參與主體在供需關系和價格機制的引導下,靈活調整能源供應、能源消費和能源存儲,從而實現綜合能源柔性互動以及供需儲的縱向一體化。

    4、產業園區綜合能源系統演化路線

    產業園區綜合能源系統是能源工業發展的全新形態,相關關鍵技術、業態及模式等正處于起步和和探索發展階段。園區綜合能源系統的發展和實現并非一蹴而就的,其技術體系的形成以及各種技術的應用和實踐,不僅取決于技術本身的成熟度,還與技術的依賴性和技術應用的經濟性以及社會效益,以及國家戰略、復雜的外部環境密切相關??紤]到這些因素,對產業園區相關技術發展及應用推廣的路徑進行前瞻性研究,有助于政策制定者合理地利用政策資源,為產業園區綜合能源系統的發展提供良好的政策環境;有利于相關企業和研究機構提前布局科研和技術開發項目;也有助于引導資本市場為相關領域提供充足的資金支持。

    未來產業園區綜合能源系統將以互聯網深度應用為基礎,以電力系統為核心,將供氣系統、供熱系統與電力系統等集成,橫向角度實現電力、燃氣、供熱等一體化多能互補,縱向角度實現源網荷儲全環節高度協調與靈活互動、集中化與分布式相互結合的能源網絡[5]。不論是單一的電力互聯,還是能源領域演變產生的創新商業模式,亦或是互聯網思維與技術對能源工業的改造升級,都是多能互補綜合能源系統中的不同發展階段中的應有要素。本質上而言,產業園區綜合能源系統的發展是能源與信息不斷融合以及互相促進的歷程,是一個漸進的發展過程。綜合我國能源和信息基礎設施及能源市場等方面的現有條件,產業園區綜合能源系統演化路線圖如圖6所示。隨著時間推移,產業園區綜合能源系統大概可以分為近期、中期和遠期3個發展階段。本質上而言,這3個發展階段是一個同步發展、相互滲透和逐級遞進的過程。3個階段的發展目標和功能分別闡述如下。

    圖6產業園區綜合能源系統演化路線圖

    4.1 近期發展目標與功能

    近期,第一階段是產業園區能源自身的互聯階段,以電力系統為中心,多類型能源網絡物理上實現互聯互通,實現橫向角度的多能互補。大力推動產業園區綜合能源系統試點和示范工程,因地制宜、積極建設一批不同規模和類型的試點和示范工程,推動綜合能源信息基礎設施的建設,包括園區綜合能源系統智能化能源生產消費基礎設施、信息通信基礎設施以及多能協同綜合能源網絡建設。與此同時基本完成機制制度的準備。

    4.2 中期發展目標與功能

    中期,第二階段是產業園區綜合能源系統能源基礎設施和信息基礎設施互相促進的階段,信息引導能量,同時能量實現價值提升。一方面,互聯網深度應用促進產業園區綜合能源系統產生新的商業模式,形成第三方綜合能源服務和能源金融等一批新型業態;在另一方面,分布式能量管理體系形成,信息的高效流動使分散式決策代替了集中式決策的全局系統優化,實現產業園區綜合能源系統資源配置的最優。與此同時,產業園區綜合能源系統標準體系逐步建立,形成一批關鍵技術規范和標準。

    4.3 遠期發展目標與功能

    遠期,第三階段是產業園區綜合能源系統的能源基礎設施和信息基礎設施的深度融合,能源生產及消費各環節達到深度自動化、智能化和定制化,能源系統多參與主體之間,并實現靈活協調和互動,產業園區綜合能源系統多形態、規?;l展,形成新型綜合能源系統產業格局,園區綜合能源系統產業體系基本完善,成為經濟發展和增長的重要動力。并形成比較完善的產業園區綜合能源系統市場機制,建成統一開放的現代能源市場體系;形成開放、共享的產業園區綜合能源系統生態新環境,整體能源利用效率明顯提高,可再生能源比重占主導地位,公眾參與程度大幅度提高,為能源生產和消費革命提供有力支撐。

    5、結語

    綜合能源系統作為將多類型能源生產、存儲、傳輸、消費以及能源市場交易深度融合而衍生的全新能源工業形態,是未來能源互聯網的主要物理載體。各類產業園區具備綜合能源系統建設的自然資源、空間資源、電網基礎和用戶資源,成為綜合能源服務、業務創新和效益增長的主戰場。

    本文研究了產業園區綜合能源系統形態特征與演化路線這一科學問題,首先分析了產業園區中離散制造業、過程工業和新型研發產業的多元化的綜合能源需求以及不同的自然資源優勢??紤]綜合能源系統因地制宜、統籌開發、互補利用的實施原則,未來產業園區綜合能源系統將呈現多元化典型形態,包括冷熱電聯供分布式能源站、園區光儲微網、小水電+分散式風電、園區能源互聯主動配電網和多能互補綜合能源系統。從本質上看,園區綜合能源系統具備多能互補、物理信息深度融合以及源網荷儲協調互動的特征內涵。

    隨著時間推移,產業園區綜合能源系統可分為近期、中期和遠期3個發展階段,從能源本身的互聯階段,到能源基礎設施和信息基礎設施相互促進,再到能源和信息深度融合。這3個發展階段是一個同步發展、相互滲透和逐級遞進的過程。

    作者丨唐學用1,趙卓立2,李慶生1,馬溪原2,劉金森1,趙維興1,張彥1

    1.貴州電網有限責任公司電網規劃研究中心;

    2.南方電網科學研究;

     

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