城市區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究與實(shí)例分析

牛超群

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的城市化建設(shè)水平也有了很大的提高。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，本文研究了信息經(jīng)濟(jì)學(xué)在能源互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代存在的重要意義以及發(fā)展趨勢。首先對國內(nèi)的能源互聯(lián)網(wǎng)了解，然后搜集資料進(jìn)行研究，進(jìn)而尋找探究信息經(jīng)濟(jì)學(xué)的方法。現(xiàn)階段化石能源等傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展是比較明顯的轉(zhuǎn)變階段，第三次工業(yè)革命也在以新能源技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合環(huán)節(jié)有了很大改變和發(fā)展。整合本地資源，優(yōu)先采取以可再生能源供能，并以天然氣等清潔能源作為保障的思路，將分布式多能源綜合利用新技術(shù)與模式融入到生態(tài)城市的建設(shè)中，提高能源綜合利用率，減輕環(huán)境壓力。

關(guān)鍵詞：城市區(qū)域;能源互聯(lián)網(wǎng);應(yīng)用研究;實(shí)例分析

區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)具有高效、環(huán)保、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，是解決當(dāng)前能源危機(jī)的有效手段。以某市城市規(guī)劃項(xiàng)目改造為例，將區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于城市規(guī)劃建設(shè)中，通過有效地整合城市區(qū)域能源配置，可以提高能源利用效率;同時(shí)通過利用區(qū)域性能源管控體系，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶側(cè)能耗情況，滿足用戶多元化需求;再通過對實(shí)例中區(qū)域能源利用現(xiàn)狀及負(fù)荷進(jìn)行分析計(jì)算，得出該區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在節(jié)能減排及收益等方面具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，最終證明區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)在城市規(guī)劃建設(shè)中具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，能夠?qū)⒛茉蠢眯拾l(fā)揮到最大，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

一、區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)與城市規(guī)劃的耦合研究

我國城市大部分人口多數(shù)居住在多層建筑樓宇內(nèi)，同時(shí)城市的商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)以及生活居住區(qū)的空間位置相對較近，負(fù)荷集中化程度較高，所以根據(jù)用能終端負(fù)荷的布局、人口密度情況和經(jīng)濟(jì)供能距離等要求，選擇區(qū)域性的能源供能系統(tǒng)向規(guī)劃區(qū)域內(nèi)同時(shí)提供熱、電、冷能源可以獲得更高能效。針對城市中區(qū)域能源供能系統(tǒng)的不同應(yīng)用環(huán)境，分為如下兩種類型：

（一）樓宇建筑型

為了減輕環(huán)境的壓力和降低建筑供能能耗，樓宇式熱、電、冷三聯(lián)供系統(tǒng)以其經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。上海浦東國際機(jī)場能源中心建設(shè)了4000kW燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)供項(xiàng)目，上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院采用1000kW燃?xì)廨啓C(jī)及余熱利用設(shè)備為醫(yī)院提供熱、電、冷能源，另外上海迪士尼樂園也是采用了5×4.4MW的顏巴赫機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了冷熱電及壓縮空氣的四聯(lián)供。由于樓宇建筑用能的特殊性，樓宇聯(lián)供系統(tǒng)一次能源采用天然氣為主，以太陽能、氫能、生物質(zhì)能為輔，不但可以滿足制冷與供熱要求同時(shí)還可提供電力負(fù)荷，此外通過配置蓄能系統(tǒng)對用能低谷時(shí)的能量儲(chǔ)存用于尖峰供能，具有節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和調(diào)峰蓄能作用。

（二）工業(yè)園區(qū)型

一些工業(yè)園區(qū)在集中供能方面大多缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，工業(yè)園區(qū)熱電冷多種能量需求較大，在入園企業(yè)的冷、熱負(fù)荷不能得到保證的情況下，大多企業(yè)都采取自己建設(shè)小型鍋爐來滿足用熱負(fù)荷，因此能源效率與設(shè)備利用率低，同時(shí)粉塵及NOX的排放使得霧霾天氣的日漸嚴(yán)重，危害人民的身體健康。因此，將區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)園區(qū)耦合已逐漸成為解決工業(yè)園區(qū)用能問題的一種有效手段。采用分布式集中供熱或制冷將自備鍋爐以大型余熱鍋爐替代，以大、中型燃?xì)廨啓C(jī)為原動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電，高溫?zé)煔庥酂嵊脕砉峄蛑评?，?shí)現(xiàn)一次能源的梯級利用，提高能源綜合利用率。從根本上降低環(huán)境污染，同時(shí)減少用水與污水排放改善區(qū)域內(nèi)的環(huán)境。

二、區(qū)域能源規(guī)劃實(shí)例應(yīng)用研究

（一）配電系統(tǒng)建設(shè)支撐技術(shù)

（1）大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算：城市能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)來源廣泛（物理層、信息層、價(jià)值層以及外部數(shù)據(jù)等）、類型多樣（結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)等）、污染程度不同（噪聲污染、壞數(shù)據(jù)污染、通信延遲等）和處理要求不同（預(yù)處理、實(shí)時(shí)處理和延時(shí)處理等），因此需要大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)對能源互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分析、處理、存儲(chǔ)和管理，提升數(shù)據(jù)的整體價(jià)值;（2）區(qū)塊鏈技術(shù)：城市能源互聯(lián)網(wǎng)中交易角色較多，交易類型多樣，交易方式復(fù)雜，區(qū)塊鏈技術(shù)的共識機(jī)制、分布式記賬、可追溯性和難篡改性為城市能源互聯(lián)網(wǎng)中的能源交易提供了保障。不同類型的區(qū)塊鏈可以應(yīng)用到城市能源互聯(lián)網(wǎng)不同層面的能源交易中，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)顯著提升城市能源互聯(lián)網(wǎng)交易的效率、準(zhǔn)確性和安全性;（3）多元異構(gòu)信息融合技術(shù)：城市能源互聯(lián)網(wǎng)中配電系統(tǒng)、冷熱系統(tǒng)、交通系統(tǒng)和燃?xì)庀到y(tǒng)等具有不同的通信方式，要實(shí)現(xiàn)不同類型的通信方式和數(shù)據(jù)共享方式，需要提出多元異構(gòu)信息的融合技術(shù)，以支撐城市能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展;（4）標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)：城市能源互聯(lián)網(wǎng)涉及設(shè)備層、系統(tǒng)層、信息層和管理層等多個(gè)方面，為確保其運(yùn)行安全，需要從制定包含多種能源系統(tǒng)的規(guī)劃導(dǎo)則、設(shè)計(jì)規(guī)范、運(yùn)維規(guī)程、交易模式和信息標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容的一系列標(biāo)準(zhǔn)。

（二）區(qū)域能源利用現(xiàn)狀及負(fù)荷規(guī)劃

本區(qū)域能源規(guī)劃項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)總量為40MW燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組及其配套工程，項(xiàng)目工程分為兩期建設(shè)，其中一期工程建設(shè)1×20MW燃?xì)廨啓C(jī)+1×35t/h煙氣余熱鍋爐與煙氣冷凝器的機(jī)組型式，本項(xiàng)目機(jī)組選型時(shí)遵循“以熱定電、梯級利用”的原則，利用天然氣發(fā)電的同時(shí)，利用煙氣余熱滿足企業(yè)的工藝用熱以及冬季滿足規(guī)劃區(qū)域的采暖需求。

1、熱負(fù)荷

根據(jù)市場的發(fā)展，擴(kuò)大產(chǎn)能的需要，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)部分企業(yè)計(jì)劃在2019年或2020年進(jìn)行生產(chǎn)增容滿足市場需求，并根據(jù)規(guī)劃以本區(qū)域能源規(guī)劃二期工程作為生產(chǎn)所需熱源。由于企業(yè)要求連續(xù)生產(chǎn)模式且生產(chǎn)班組負(fù)荷曲線變化較大，機(jī)組需調(diào)峰運(yùn)行。考慮靈活性與調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性，工程建設(shè)采用1×20MW燃?xì)廨啓C(jī)+1×35t/h煙氣余熱鍋爐可達(dá)到生產(chǎn)工藝用能需求，通過余熱鍋爐尾部的煙氣熱網(wǎng)加熱器來滿足冬季采暖的需求，并根據(jù)企業(yè)增容情況以蒸汽型溴化鋰機(jī)組作為冷負(fù)荷基礎(chǔ)保障，保證用戶多種能量需求，從而保證了規(guī)劃區(qū)域熱負(fù)荷的穩(wěn)定性。

2、電力負(fù)荷

該經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，目前主要電力來源為電網(wǎng)。本區(qū)域規(guī)劃能源站機(jī)組容量基本可實(shí)現(xiàn)就地消納，滿足開發(fā)區(qū)電力負(fù)荷需求，該區(qū)域電網(wǎng)可與大電網(wǎng)相互支持有益補(bǔ)充，提高用戶端的供電安全性。該區(qū)域能源規(guī)劃采用20MW發(fā)電機(jī)組，廠用電率控制在3.4%左右，發(fā)電機(jī)出口電壓等級暫定為10.5kV，根據(jù)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)企業(yè)年度電力需求數(shù)據(jù)對未來電力負(fù)荷需求作出預(yù)測。該區(qū)域能源規(guī)劃建設(shè)采取“以熱定電，余電上網(wǎng)”的原則，因此在保證企業(yè)用熱負(fù)荷的情況下，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)部分電力的供給就近實(shí)現(xiàn)電力消納，提高能源利用率，減少由于長距離輸送產(chǎn)生的損耗以及輸變設(shè)備的成本投入。

區(qū)域性能源互聯(lián)網(wǎng)與城市建設(shè)規(guī)劃相結(jié)合，綜合利用天然氣等清潔能源，推進(jìn)區(qū)域能源綜合利用與大電網(wǎng)的集成，利用區(qū)域性能源管控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測能源配置充分發(fā)揮優(yōu)勢互補(bǔ)，兩者有機(jī)結(jié)合將推動(dòng)我國生態(tài)城市的建設(shè)發(fā)展。

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