产业园区的智慧能源管理系统优化节能研究余启瑞

产业园区的智慧能源管理系统优化节能研究余启瑞

余启瑞1江迪2

(1广州市培正中学;2广州供电局有限公司)

摘要：本文针对华南现代中医药产业园目前园区热电能源系统的效率性、经济性不强问题，基于多能互补构建微网综合能源系统集成优化，在生物质锅炉、光伏、储能的分散式热电园区能源系统基础上，通过逐次增加储汽罐、天然气内燃机热电联产、构建多能互补微网系统形成各自特点的四类能源系统模式，探讨能源系统模式的效率性、环保性。

关键词：微网；园区能源系统；以热定电；

引言

近年以来，发展园区自给自足的清洁能源系统成为当今社会迫切需求。分布式燃气轮机和内燃机可实现天然气清洁利用和能源梯级利用，在一定程度上实现了经济环境双赢的局面。同时在《关于进一步深化电力体制改革的若干意见（中发〔2015〕9号）文》[2]的背景下，新电改政策使得园区电力可进行微平衡市场交易。本文基于相关文献调研和其他学者研究成果，结合华南现代中医药园能源供应与使用需求，提出在不同能源系统模式下，园区能源系统效率和节能方面的对比和变化。

1华南现代中医药产业园能源系统及用能现状

1.1华南现代中医药产业园介绍

华南现代中医药园是循环经济工业园。园区内生物医药企业集中，新企业不断入驻使得园区规模急速扩张。园区内已开发光伏、储能等，实现园区内部能源一定程度的自发自用，但也产生了如环保性不强、效率不高等一系列问题。

1.2产业园光伏发电与园区用电负荷分析

产业园2017年度总用电量约271万kWh，产业园现有光伏发电约满足产业园区53.14%用电量。由于光伏发电负荷与产业园区用电负荷曲线并不吻合，为保证用电可靠性，产业园区供电设备仍按园区最大需求配备。园区光伏系统自发自用、余量全额由电网公司收购上网，没有弃光现象。

1.2.1产业园现有光伏发电情况

根据光照强度，华南现代中医药园光伏发电项目在7:00-19:00之间出力，早晚最低，中间最高，呈现单山行波特点。光伏发电系统年发电量约144万Kwh。

1.2.2产业园目前用电负荷分析

根据统计，产业园电需求、热负荷曲线与热需求负荷曲线存在很大的同样性。主要存在2个峰，第一峰是7-11点，第2个峰是13-16点。从小时数上，产业园低负荷小时占比大。在消耗量上，普遍情况下中等负荷消耗电量占比达，特殊情况下是也可能出现低负荷消耗电量大的情况。

图1园区典型日负荷曲线

1.3产业园储能系统电调控节约用能研究

产业园套用大工业峰谷电价政策，峰平谷时段划分如下：峰时段：14:00-17:00，19:00-22:00；平时段：8:00-14:00，17:00-19:00，22:00-24:00；谷时段：0:00-8:00。目前，产业园储能电池装机量为100kW/100kWh。从经济利益考虑，储能可在晚上电力谷段充电，在白天峰段供电。从消纳可再生能源考虑，可在光伏发电峰值时段充电、在光伏发电低谷时段放电。

1.4热储罐蓄热调控节约用能研究

产业园平均每个月份存在半个月时间没有热蒸汽需求，热蒸汽需求在0-3吨或者0-4吨之间的小时数最多，且在这个区间的需求总量也最大。热负荷主要存在2个峰，第一峰是7-11点，第2个峰是13-16点。据统计，产业园一年的蒸汽热负荷需求是5027Mwh。

图2园区典型日蒸汽用热负荷曲线

1.5生物质集中供热锅炉测试

产业园现有一台6T的生物质锅炉，分两个时段对锅炉进行测试，前段测试过程锅炉出口蒸汽量在0.36-2/h间波动，峰谷差别超过5倍，锅炉负荷率最大时也只有33%，不到标准要求的一半，最低负荷率仅为8.6%。后段测试过程中，锅炉出口蒸汽量在0.65-1.8/h间波动。工况波动较小。但由于排烟损失较大，锅炉蒸发量比前前段测试过程工况大7%，热效率反而略有下降。

2华南现代中医药产业园能源系统优化调度方案研究

产业园的能源需求主要是电和热。如何就地消纳高比例可再生能源，构建园区内部可靠、清洁、高效的综合能源系统，挖掘与利用园区内源、储、荷等分布式资源的可调控能力，本文提出4种能源系统模式。

模式一：生物质锅炉+光伏+储能；

模式二：生物质锅炉+光伏+储能+储汽罐

模式三：内燃机发电供热机组+光伏+储能+储汽罐

模式四：内燃机发电供热机组+光伏+储能+储汽罐+微电网

2.1模式一：分布式热电分产模式

分布式热电分产模式下，产业园主要通过光伏发电、储能装置进行“谷存峰放”以及外购电等方式满足园区内部电力需求；在供热方面，园区通过在生物质锅炉之中燃烧生物质燃料进行供热。模式一虽然满足了园区用热和用电需求，但由于热需求用量不稳定，导致生物质锅炉工作运行不稳定，运行成本较高。

2.2模式二：优化下分布式热电分产模式

在分布式热电分产模式的基础上增加储汽装置，生物质锅炉能保持稳定输出热量。当热需求在谷期时，储汽罐进行储热；当热需求在峰期时，储汽罐进行放热。从能源系统的发展方面来说，是对分布式热电分产模式的改善与进步。但由于生物质锅炉损热率高，导致供热效率低，致使环保性和经济性仍不够高；在供电方面，仅有的光伏和储能供电无法满足园区内部电力需求，仍需要外购电。生物质锅炉通过直接燃烧生物质燃料供热对环境产生一定的污染。

2.3模式三：分布式热电联产模式

在产业园能源系统中加入天然气内燃机发电供热机组，实现对天然气的梯次利用，将能源利用效率提升至70%以上，并同时进行供热、供热、供冷，结合光伏、储能、储汽等，可充分满足产业园电、热需求；进一步提升一次能源综合利用效率，降低用能成本。

2.4模式四：微电网下分布式热电联产模式

在分布式热电联产模式的基础上，引进微电网，是能源系统又一次质的发展。与传统的供电方式相比，微电网的应用减少远距离输电，可减少输配电成本，减少输配电过程中的电能损耗。更加有利于建设节约型社会。在本模式下，产业园内分布式能源、油气管网、配电设施、储能设施与智慧能源管理平台充分结合，整个产业园成为一个能源综合服务区域，产业园区能源系统为园内的用户提供能源服务，并与大电网之间存在着协议关系。即负责园内的能源交易运行，还为大电网提供了辅助服务。

3结语

本文探讨华南现代中医药产业园能源系统建设的4种模式。在模式一下，运行效率起伏导致总效率不高和工作员人运行成本过大。通过添加蒸汽储气罐进行模型的优化，提高热效率和工作效率，形成模式二。但模式一与模式二在供热方面使用的是生物质锅炉，损热率高，供热效率低，环保性不够；在供电方面，仅有光伏和储能供电无法满足园区内部电力需求，仍需进行外购电，提升园区能源成本。

引入天然气内燃机发电供热机组后，产业园能源系统可充分满足自身需求，能源效率更高效、绿色。引入微电网后，园区电力供应用户可以与电力需求用户进行电力交易。电力供应用户与电力需求用户交易的电价低于电网目录电价，高于电网收购电价，因此电力供应用户的收益更高，经济也更好。

综上所述可知，在效率性和节能性方面，分布式热电分产<优化下分布式热电分产<分布式热电联产<微网下分布式热电联产。

参考文献：

[1]中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见[A]..中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》（2015年第4期）[C].:,2015:

[2]靳军.燃气冷热电三联供系统节能性与经济性分析[J].能源化工,2017,38(01):79-84.

[3]刘敦楠,徐尔丰,许小峰.面向园区微网的“源–网–荷–储”一体化运营模式[J].电网技术,2018,42(03):681-689.

作者简介：余启瑞（2001），男，高中，2018年参加广州市青少年科技教育协会举办的广州市青少年新能源少年英才培养计划，该培养计划，由中国科学院广州能源研究所专家导师带领学生，深入实验室和科研一线，进行新能源科学研究探索，包括学术讲座、新能源科学实验、成果优化辅导等主要环节。本课题主要围绕中山市华南现代中医药产业园园区热电能源系统优化开展研究，通过对四种模式分析提出在不同能源系统模式下，园区能源系统效率和节能方面的对比和变化。课题激发了青少年对新能源科学的兴趣，培养青少年低碳节能生活理念。