無錫工業(yè)園區(qū)“十四五”綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略研究

周寅，陳秋寒，常曉浩

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司無錫供電分公司，江蘇 無錫 214000）

0 引言

“十四五”在能源發(fā)展戰(zhàn)略上主要是為了在滿足用戶多樣化的需求上，進一步地提升用戶的使用體驗。隨著新能源的不斷建設和發(fā)展，作為無錫工業(yè)園的主要工業(yè)區(qū)之一的紅豆工業(yè)園在能源管理方面面臨較大的挑戰(zhàn)，當前調(diào)度運行方式為人工參考35 kV并網(wǎng)點相關監(jiān)測數(shù)據(jù)，主動調(diào)節(jié)燃煤機組出力，在保證園區(qū)熱需求可靠性的前提下，盡可能實現(xiàn)源荷平衡，減少電網(wǎng)受電，降低能源成本，但這種運行方式響應速度低，實際并不能真正實現(xiàn)能量平衡。在這種高耗低能的狀態(tài)下，提出了綜合能源的需求[1]?！笆奈濉逼陂g在能源發(fā)展戰(zhàn)略上，各大工業(yè)園區(qū)應著手從熱電和儲能兩大方面進行著手，實現(xiàn)工業(yè)園區(qū)的能源優(yōu)化協(xié)調(diào)運行。工業(yè)園區(qū)在能源的使用方面要充分考慮到企業(yè)本身的電能負荷、光電預測需求量以及熱電網(wǎng)的高校經(jīng)濟運行等多方面地進行能源的儲存和調(diào)節(jié)，在電網(wǎng)的使用上要考慮使用電網(wǎng)的低谷值，減少企業(yè)電網(wǎng)電費，這樣既能夠減輕電網(wǎng)的壓力又能夠減輕企業(yè)在電費上的負擔。同時各大工業(yè)園區(qū)要積極響應多種清潔式能源的構建，構建以電能為中心，多種清潔能源為輔的新能源結構模式，實現(xiàn)工業(yè)園區(qū)多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運行。

1 綜合能源發(fā)展的可行性

無錫工業(yè)園區(qū)以“節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)、智能”的設計思想，構建以電能為中心的互動性、園區(qū)性能源互聯(lián)網(wǎng)絡，建立運行多能互補仿真調(diào)控平臺。構建的互聯(lián)網(wǎng)仿真平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對園區(qū)內(nèi)能源信息的實時獲得，保證能夠及時地掌握園區(qū)內(nèi)能源的動態(tài)。園區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源之間的互補，并且各種能源之間相互依賴，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺對多種能源之間進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，根據(jù)特殊情況下的能源互補策略實時調(diào)控能源狀態(tài)，達到最優(yōu)化地利用能源[2]。多能互補仿真平臺上具有以下功能：①互聯(lián)網(wǎng)仿真平臺主要綜合的是整個園區(qū)內(nèi)的電、熱、熱水等各種能源生產(chǎn)設備的狀態(tài)信息、各能源設備的運行情況以及整個園區(qū)能源的消耗用量情況，實時監(jiān)測各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)；②利用大數(shù)據(jù)進行預測分析，在獲得的采集數(shù)據(jù)的基礎上，利用大數(shù)據(jù)從能源網(wǎng)及時供給、安全供給的前提下，對其進行分析，能夠從各種獲得的預測圖中為決策者提供一定的數(shù)據(jù)和理論支持，保證工業(yè)園區(qū)的正常運行；③結合大數(shù)據(jù)加上專業(yè)人員的決策能夠保證及時地對能源進行調(diào)控，保證既能夠滿足園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的用電情況，又能夠?qū)崿F(xiàn)能源的優(yōu)化協(xié)調(diào)供給，實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)多種類能源結構的高效運行；④對園區(qū)內(nèi)的能源設備進行定時定班的巡檢工作，及時發(fā)現(xiàn)其網(wǎng)絡結構中存在的不和諧因素，及時消除，實現(xiàn)園區(qū)能源管理的完整化、高效化、安全化。在整個公司有新進的人員時，對其進行安全意識的培訓，保證每一個在崗的工作人員能夠熟練掌握安全生產(chǎn)技能，對整個能源結構有著整體性的了解，并能夠熟練了解其整體的流程，確保員工在實際操作過程中做到準確無誤。

多能互補協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在設計過程中，結合能源生產(chǎn)、配送及消費的具體情況，建立多能源的綜合能源協(xié)調(diào)控制模型，將日前計劃和實時調(diào)度相融合，實現(xiàn)用戶用能需求與供能單元的無縫銜接，有效解決綜合能源“產(chǎn)-用”協(xié)調(diào)優(yōu)化問題。通過以上的多能互補仿真調(diào)控平臺的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)園區(qū)內(nèi)能源結構實時保證在最佳狀態(tài)，能夠達到園區(qū)多種能源之間優(yōu)勢互補，信息共享的智能化網(wǎng)絡平臺[3]。

2 綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略建設方案

在滿足用戶熱電負荷需求的條件下，通過對分布式系統(tǒng)各設備合理的運行方式組織，實現(xiàn)綜合目標的最優(yōu)化。本方案準備通過兩個階段來對多能互補方案進行優(yōu)化。

第一階段為紅豆工業(yè)園區(qū)多能互補系統(tǒng)優(yōu)化策略研究，主要分為三個部分：①不同天氣情況下典型日光伏發(fā)電量的選??；②對工業(yè)園區(qū)的電、熱負荷歷史數(shù)據(jù)進行特性分析，選取典型工況；③根據(jù)優(yōu)化目標選取熱電廠及蓄電池的最優(yōu)運行策略。

第二階段為紅豆工業(yè)園區(qū)多能互補系統(tǒng)實時優(yōu)化調(diào)度研究。主要分為三個部分：①用能側(cè)電熱負荷預測；②采用機理與數(shù)據(jù)驅(qū)動聯(lián)合建模的方法對供能側(cè)光伏發(fā)電量的預測，以及熱電廠及蓄電池模型的搭建；③通過優(yōu)化算法得到不同優(yōu)化目標下的最優(yōu)調(diào)度策略，主要包括供能側(cè)熱電廠及儲能系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案以及用能側(cè)需求響應方案（需求響應部分待日后進行深入研究）。

當外部調(diào)度指令來之后，自備電廠的電熱負荷分配提出以下三種策略：優(yōu)先考慮抽凝機；優(yōu)先考慮背壓機；按比例均攤分荷。光伏的運行策略分為以下三種策略：優(yōu)先上網(wǎng)；優(yōu)先自用；儲能系統(tǒng)余量富裕情況下，優(yōu)先儲能。光伏的運行策略具體優(yōu)化中還要根據(jù)上網(wǎng)電價，購電價格進行實時調(diào)整。儲能系統(tǒng)運行策略主要根據(jù)電價、發(fā)電成本以及時間段的不同提出不同的充放電策略。通過能源生產(chǎn)與使用的協(xié)調(diào)管理可以實現(xiàn)在供能側(cè)實現(xiàn)多能源協(xié)同保障，達到滿足供能側(cè)、需求側(cè)以及供能網(wǎng)絡協(xié)同的需求；滿足綜合能源服務系統(tǒng)多目標優(yōu)化的需要的目的。在需求側(cè)實現(xiàn)合理用能與協(xié)同響應，在供能網(wǎng)絡端實現(xiàn)供能側(cè)與需求側(cè)的協(xié)同補償，柔性供能[4]。

3 綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略的效益分析

3.1 創(chuàng)新性

為實現(xiàn)本項目的研究目標，擬采取的研究方案關鍵在于：搭建多能互補系統(tǒng)模型與一體化評價指標，并采用人工智能算法對系統(tǒng)進行優(yōu)化，搭建運行跟蹤優(yōu)化系統(tǒng)，研發(fā)綜合能源服務平臺。目前，多能互補系統(tǒng)建模優(yōu)化及其優(yōu)化的研究在本領域國際學術界逐漸受到重視。通過對多能互補系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型的建立與求解的研究，可進一步實現(xiàn)多能互補系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度，提升多能流系統(tǒng)的安全高效經(jīng)濟運行。本項目的實施可進一步推動可再生能源的發(fā)展與綜合能源項目的轉(zhuǎn)化，并有利于對綜合能源系統(tǒng)最優(yōu)運行策略的選擇。

3.2 經(jīng)濟性

綜合能源系統(tǒng)能夠?qū)⒏鞴┠墉h(huán)節(jié)耦合起來，使園區(qū)能量生產(chǎn)系統(tǒng)在最佳經(jīng)濟指標、最佳環(huán)保指標等原則下，實現(xiàn)各供能環(huán)節(jié)的最佳分配。因此，為紅豆工業(yè)園區(qū)提供多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運行綜合服務后，可降低園區(qū)能耗，提高系統(tǒng)的能源使用率，從而實現(xiàn)園區(qū)的降本增效，得到良好的經(jīng)濟效益。

3.3 社會性

本項目實施后有利于紅豆工業(yè)園區(qū)形成“綠色、環(huán)保、智慧、節(jié)能”的綜合環(huán)境，將產(chǎn)生良好的社會效益。紅豆工業(yè)園區(qū)多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，可以使各部分供能環(huán)節(jié)合理分配、提高能源使用率，有效降低園區(qū)的能耗，從而使園區(qū)的CO2排放量顯著減少。項目的開展，可以為綠色可持續(xù)發(fā)展的能源體系建設、為地方城鄉(xiāng)規(guī)劃建設提供項目決策、投資與成效評估等方面的量化參考依據(jù)、分析手段、示范樣例。有助于政府、用戶開展自身能效分析。進一步增強電力系統(tǒng)在能源體系中核心媒介作用，形成對綜合能源項目規(guī)劃建設和運營綜合管控基礎，提高對清潔能源資源的配置能力[5-6]。

3.4 推廣應用性

我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對能源提出了非常大的需求量，能源問題已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的主要問題。在面對能源與環(huán)境問題方面，我國提出了“碳中和”和“碳達峰”的相關政策要求，要求我國企業(yè)在實際的發(fā)展中要進行多元、高效、清潔能源的使用，減少對自然資源的依賴。無錫紅豆工業(yè)園區(qū)率先采用多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運行策略，實現(xiàn)了多種能源之間的科學互補，既能夠保證園區(qū)的能源的供應充足，又保證了能源的高效利用。同時這種多能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化在經(jīng)濟效益以及社會效益方面成果顯著，具有很大的可復制性。因此，紅豆工業(yè)園區(qū)內(nèi)入駐印染紡織成衣、橡膠輪胎、裝配等多種類型企業(yè)。在該區(qū)域采用分布式供能和先進的能源供應技術向用戶提供高品質(zhì)的熱能和電能，符合區(qū)域“生態(tài)、智慧、科技”的發(fā)展主題。因此，對紅豆工業(yè)園區(qū)進行多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運行具有重大的應用價值。

4 結語

我國在能源結構上面臨著重大的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)刻不容緩，合理地利用自然資源，融合光電和熱電等多種形式的清潔能源已經(jīng)是必然的趨勢。同時自然資源帶來的氣候環(huán)境惡化以及非常態(tài)氣候環(huán)境變化，要求我們必須實現(xiàn)多元、清潔以及高效的能源發(fā)展結構。在建設社會主義現(xiàn)代化國家的第一個五年上，著力發(fā)展低碳經(jīng)濟，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，實現(xiàn)能源革命目標是我們科學發(fā)展的必然要求。以紅豆工業(yè)園為主的無錫工業(yè)園區(qū)，積極參與國家綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略建設，率先實現(xiàn)了多能互補的綜合發(fā)展項目，提高了能源發(fā)展效率，實現(xiàn)了充分利用互聯(lián)網(wǎng)，積極開展中和能源服務，形成了多種類的系統(tǒng)調(diào)節(jié)策略，著實增強了無錫工業(yè)市場的活力，積極優(yōu)化了綜合能源的配置。無錫紅豆工業(yè)園區(qū)面臨著供能分配不合理、能源利用率低、污染等問題。面對節(jié)能減排的壓力，對現(xiàn)有能源生產(chǎn)和使用過程進行多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化，必然能夠達到減少能源浪費、提高能源利用效率、實現(xiàn)能量階梯利用、降低污染物排放等目的，其經(jīng)濟效益和社會效益顯著。所以，本項目形成的成果具有較廣闊的應用前景，有利于紅豆工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)的競爭力及區(qū)域招商引資能力。