本文梳理了典型產業(yè)園區(qū)的綜合能源需求，在此基礎上，分析了未來產業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)將呈現若干種形態(tài)特征，包括冷熱電聯供分布式能源站、園區(qū)光儲微網、小水電+分散式風電、園區(qū)能源互聯主動配電網和多能互補綜合能源系統(tǒng)。然后，對產業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)多能互補、物理信息深度融合以及“源網荷儲”協(xié)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(fā)展階段探討了產業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)演化路線。

作者：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(guī)劃研究中心

2.南方電網科學研究

1、產業(yè)園區(qū)用能需求分析

目前國內推行的產業(yè)園區(qū)大多強調同類產業(yè)的集群效應。國內典型產業(yè)園區(qū)重點發(fā)展產業(yè)包括裝備制造業(yè)、石化精煉、制漿造紙、電力產業(yè)、有色產業(yè)、煙酒產業(yè)、鋼鐵冶金產業(yè)、建材產業(yè)、煤炭產業(yè)、醫(yī)藥、食品加工、旅游商品特色產業(yè)、污水處理以及電子信息、新材料、生物技術、節(jié)能環(huán)保、新能源等新興產業(yè)。因此，根據產業(yè)園區(qū)產業(yè)規(guī)劃布局，園區(qū)中產業(yè)大致可歸類為3種類型:離散制造業(yè)、過程工業(yè)和新興研發(fā)產業(yè)。針對3種類型產業(yè)綜合能源需求分析如下。

1.1 離散制造業(yè)用能需求分析

離散制造業(yè)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(yè)以及服裝等產業(yè)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(yè)園區(qū)廠房的采暖和空調往往占總能耗比例較大。

上述園區(qū)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(qū)，終端用能需求的熱電比約為5.7。在南方地區(qū)，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(yè)用能需求分析

過程工業(yè)包括電力、冶金、化工、建材、造紙、食品、醫(yī)藥等工業(yè)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(yè)結構中，過程工業(yè)的耗能總量遠大于離散制造業(yè)耗能總量，而過程工業(yè)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(yè)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(yè)過程，用熱需求的溫度范圍差異性較大。例如，建材工業(yè)用熱范圍為800～1 000℃，而食品工業(yè)用熱一般在100℃左右;煉油工業(yè)用熱需求范圍較廣，可從100℃到500℃。

工業(yè)用冷需求的溫度范圍也很廣，從乙烯工業(yè)、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(yè)用能需求更大。工業(yè)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(yè)為例，包括蒸汽需求和熱需求在內的熱電比一般也大于3。

1.3 新興研發(fā)類型產業(yè)用能需求分析

對于園區(qū)中電子信息、新材料、生物技術、節(jié)能環(huán)保、新能源等新興研發(fā)類型產業(yè)，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(yè)園區(qū)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(qū)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(yōu)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(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)典型形態(tài)

綜合能源系統(tǒng)的核心在于能源系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化。由上述分析可知，各類型產業(yè)園區(qū)呈現電/冷/熱等多元化的用能需求。同時，由于產業(yè)園區(qū)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(tài)條件復雜多樣，因而不同區(qū)域的產業(yè)園區(qū)具有不同的自然資源優(yōu)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(tǒng)因地制宜、統(tǒng)籌開發(fā)、互補利用的實施原則，未來產業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)將呈現若干種典型形態(tài)，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(yè)園區(qū)，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(tài)之一。冷熱電聯供機組通過協(xié)調優(yōu)化輸出電能與高低品位熱能，以提升天然氣能源利用效率。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(tǒng)，也可認為是綜合能源系統(tǒng)的雛形。

CCHP分布式能源站通常以小容量、小規(guī)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(yōu)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(tǒng)。

綜合供能系統(tǒng)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(tǒng)的動力設備選型對系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)，其系統(tǒng)的集成形式也是多種多樣的。結合產業(yè)園區(qū)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(tǒng)、燃氣輪機為主蒸汽輪機為輔的冷熱電聯產系統(tǒng)、燃氣輪機/內燃機作為動力裝置的熱電聯產系統(tǒng)、燃氣輪機/內燃機作為動力裝置的冷電聯產系統(tǒng)以及燃氣輪機為主蒸汽輪機為輔的冷電聯產系統(tǒng)。

在應用過程中，需要根據實際的環(huán)境和需求進行綜合考慮，選取最適宜的綜合供能系統(tǒng)，取得較好的經濟和社會效益。對于冷熱電聯供系統(tǒng)，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(tǒng)，電價變化對系統(tǒng)經濟性的影響要大于冷價及熱價變化對系統(tǒng)經濟性的影響;2)系統(tǒng)運行時若出現棄冷現象，有可能會致使系統(tǒng)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(tǒng)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(yōu)運行模式、系統(tǒng)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(yè)園區(qū)應用中可根據實際情況進行選擇配置。

2.2 園區(qū)光儲微網

工業(yè)園區(qū)占地面積大，具有發(fā)展屋頂分布式光伏的優(yōu)勢。針對部分電負荷需求比例較大的產業(yè)園區(qū)，如電子信息、新材料、生物技術、節(jié)能環(huán)保、新能源等新興研發(fā)產業(yè)園區(qū)，可充分利用屋頂資源，建設園區(qū)分布式光伏屋頂，并集成分布式儲能系統(tǒng)，形成園區(qū)光儲微電網系統(tǒng)。

產業(yè)園區(qū)典型光儲微電網系統(tǒng)的形態(tài)示意圖如圖1所示，微電網系統(tǒng)包含園區(qū)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(qū)內分布式光伏充分建設利用園區(qū)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(yè)園區(qū)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(yè)園區(qū)綠色低碳發(fā)展。在園區(qū)光儲微電網運營模式中，電網公司與工業(yè)園區(qū)具有充足場地/屋頂資源的工業(yè)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(yè)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(tǒng)。由于分布式儲能系統(tǒng)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(yè)園區(qū)關于峰值負荷削減目標。

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

圖1產業(yè)園區(qū)典型光儲微電網系統(tǒng)的形態(tài)示意圖