園區(qū)是城市經(jīng)濟的主要承載平臺和增長動力,園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃是加快城市能源轉(zhuǎn)型,助力碳達峰、碳中和的重要抓手。
園區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃往往從園區(qū)各類用能用戶的特點出發(fā),根據(jù)工業(yè)、學校、商場、居民等不同類型用戶的用能特點,提供不同的規(guī)劃方案。這主要體現(xiàn)了規(guī)劃從能源消費側角度考慮對用戶需求的研判和滿足。實際上,在大量園區(qū)的規(guī)劃設計過程中,各類用戶的用能需求往往相對固定和常規(guī),但由于所在園區(qū)的環(huán)境、資源、設施等條件不同,導致同樣的用能需求在不同園區(qū)中需要考慮不同的能源供給模式,并采用不同的技術路線和規(guī)劃方案。因此,應基于園區(qū)綜合能源系統(tǒng)供給側的特點,根據(jù)園區(qū)地理區(qū)劃、自然資源、關鍵技術設備、基礎設施建設情況等不同維度,將園區(qū)劃分為清潔電力智慧型、風光資源充裕型、地熱水源豐富型、大型設施輻射型、石化資源便利型五類。
清潔電力智慧型園區(qū):
側重以電為主的綜合能源供給
清潔電力智慧型園區(qū)通常分布在城市建成區(qū)內(nèi),是以精密儀器制造、通信電子設備研發(fā)等行業(yè)為代表的高新技術產(chǎn)業(yè)園區(qū)及一些集商業(yè)、辦公、居住于一體的功能性園區(qū)。這類園區(qū)本身存在高品質(zhì)負荷需求,能源消費以電力為主,沒有高強度采暖、蒸汽、燃氣負荷需求,且高度關注電能質(zhì)量問題,對能源系統(tǒng)的精細化管控、智慧化管理有較高訴求。此類園區(qū)的綜合能源系統(tǒng)應側重以電為主的綜合能源供給模式,可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
充分發(fā)揮電能的高品位能源特性,優(yōu)先采用公共配電網(wǎng)供能,適應電力市場改革方向,進一步提升電能質(zhì)量;充分發(fā)揮電力基礎設施在系統(tǒng)布局、用戶配置等方面的平臺優(yōu)勢,兼顧各種能源系統(tǒng)特點,科學合理配套其他能源供應方式,實現(xiàn)園區(qū)綜合能源的最高效利用;充分利用電能可精確測量、可精準控制、可統(tǒng)一調(diào)控的特點,構建園區(qū)級智慧電力能源管理平臺,與城市管理系統(tǒng)協(xié)同融合,實現(xiàn)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的智慧化管控;因地制宜推廣新能源發(fā)電、高效儲能、交直流電網(wǎng)等電力新技術、新設備。
風光資源充裕型園區(qū):
需靈活配置多類型儲能裝置
風光資源充裕型園區(qū)所在地區(qū)通常具有較好的太陽能、風能等自然資源,或臨近風能、太陽能等主要設備、技術及相關產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和生產(chǎn)基地。園區(qū)的用能形態(tài)包括建筑、交通、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等,涉及冷、熱、電、氣等多種能源品類。此類園區(qū)開展綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃思路和路徑如下:
充分挖掘本地風光資源,提高可再生能源發(fā)電占比,做到“宜風則風,宜光則光,風光互補,靈活供應”;提高多時空尺度新能源出力及負荷需求預測水平,解決風光發(fā)電不確定性問題,減少棄風棄光現(xiàn)象;實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷”多維度協(xié)調(diào)控制,靈活配置多類型儲能裝置,引進電轉(zhuǎn)氣、電轉(zhuǎn)熱等先進技術,促進富余可再生能源電力消納;進一步優(yōu)化和加強公共配電網(wǎng)建設,充分利用需求響應、虛擬同步機等技術,提高配電網(wǎng)對分布式發(fā)電的消納和配置能力。
地熱水源豐富型園區(qū):
要合理配置主要負荷的調(diào)峰設施
地熱水源豐富型園區(qū)主要分布在我國地熱能或水資源豐富地區(qū)。依靠其資源特性多發(fā)展旅游、商業(yè)等服務型產(chǎn)業(yè),園區(qū)以機關、學校、醫(yī)院、福利院等公共建筑及居民建筑為主。產(chǎn)業(yè)性質(zhì)及建筑類型決定了此類園區(qū)的能源需求以建筑用電、建筑暖通、生活熱水等為主。此類園區(qū)開展綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
在堅持可持續(xù)發(fā)展的前提下,做好地質(zhì)勘測等相關工作,準確掌握園區(qū)地熱、水源等資源開發(fā)和利用條件;依據(jù)客戶用能特點和基建施工要求,合理選擇淺層地熱型、深層地熱型、地表水源型、污水源型等相關熱泵適用技術;遵循經(jīng)濟、清潔、安全原則,合理配置園區(qū)暖通空調(diào)等主要負荷的調(diào)峰設施,科學比選和采用太陽能集熱器、燃氣鍋爐、電鍋爐等技術設備參與調(diào)峰,保障能源供應的可靠性;積極推廣利用多種蓄熱蓄冷技術,實現(xiàn)園區(qū)暖通空調(diào)等峰荷的時空轉(zhuǎn)移,替代和減少調(diào)峰設備配置;加強地源熱泵等設施的施工過程管理,嚴控設備采購、施工工藝、施工資質(zhì)等相關標準和規(guī)范,切實保證設備壽命周期內(nèi)可靠運行。
大型設施輻射型園區(qū):
應利用不同品味的余熱資源
大型設施輻射型園區(qū)主要指臨近大型發(fā)電廠(燃煤、燃氣、生物質(zhì)等)、各種大型工業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)(如鋼廠、紡織廠等)等具有大規(guī)模能源生產(chǎn)和消費設施的園區(qū)。此類園區(qū)除包括常規(guī)的居建、商業(yè)、服務業(yè)等低密度負荷外,通常包括一定規(guī)模的工業(yè)負荷,如相關大型企業(yè)的上下游產(chǎn)業(yè)單位等,能源需求總量較大。其綜合能源系統(tǒng)特別要對園區(qū)及周邊大規(guī)模能源生產(chǎn)和消費設施產(chǎn)生的余熱資源進行充分利用,可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
深入了解大型企業(yè)主要設施能源生產(chǎn)和消費的工藝特點,分類梳理不同環(huán)節(jié)和設備所產(chǎn)生的高、中、低品位余熱資源;厘清園區(qū)主要用戶的用能負荷特征,結合周邊余熱資源情況,明確余熱利用的主要技術設備;綜合考慮余熱資源可利用的時長、最大功率、容量及余熱產(chǎn)生與生產(chǎn)主業(yè)之間的時序關系等因素,統(tǒng)籌規(guī)劃和部署園區(qū)內(nèi)其他能源基礎設施與余熱利用之間的匹配和協(xié)調(diào);充分發(fā)揮中高品位余熱利用價值,重視低溫余熱的收集和利用,鼓勵應用高效熱管換熱、有機朗肯循環(huán)發(fā)電、低溫余熱溴化鋰制冷等新型低品位熱能利用技術,加大對余熱中占比較大的低溫余熱的利用力度;鼓勵引導簽訂余熱供給長期協(xié)議、明確獎懲條款,在給予供給方合理經(jīng)濟回報的前提下,保證余熱用戶供能的可靠性和長期性。
石化資源便利型園區(qū):
可探索氫能等新能源的替代技術
石化資源便利型園區(qū)主要分布在石油、煤炭、天然氣等化石資源稟賦較好的地區(qū),可細分為兩種情況:一是在資源原產(chǎn)地或集散地,以本地或周邊特色資源開采及加工產(chǎn)業(yè)為主導,主要聚集在山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、四川、黑龍江等地;二是在沿江靠海等交通便利、區(qū)位優(yōu)勢明顯的地區(qū),以能源密集型產(chǎn)業(yè)為主,主要聚集長三角、珠三角、環(huán)渤海等區(qū)域。該類園區(qū)具有能源消費總量大、能源強度高、對化石資源依賴性強等特點,其綜合能源系統(tǒng)可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
科學認識化石能源資源短期內(nèi)的不可替代性,高效利用當?shù)鼐哂辛己梅A賦的能源資源條件;大力應用和推廣各類化石資源高效清潔利用的能源技術,提升傳統(tǒng)能源設施的效率,降低二氧化碳等各類溫室氣體排放;充分利用石化產(chǎn)業(yè)相關的余熱余壓資源,盡可能降低石化資源使用總量,提升整體利用效率;積極研發(fā)利用氫能等石化產(chǎn)業(yè)中的能源衍生品類,探索新型能源對傳統(tǒng)石化資源的轉(zhuǎn)換和替代技術;深刻認識未來社會低碳零碳發(fā)展的必然趨勢,及時做好適應未來石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整的能源系統(tǒng)規(guī)劃布局。
綜上所述,各類典型園區(qū)分類規(guī)劃的思路和方法在實際中并非獨立使用,大量園區(qū)規(guī)劃的實際案例表明,園區(qū)級的綜合能源系統(tǒng)往往包括風、光、地熱、余熱等多種能源供給模式,應遵循因地制宜、主次清晰的原則,率先根據(jù)能源供給側特點確定主要的規(guī)劃技術路線,同時結合用戶用能需求特點,輔以其他供能模式的規(guī)劃思路和技術路線,從而形成更加優(yōu)化的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方案。
(作者供職于國網(wǎng)(蘇州)城市能源研究院規(guī)劃中心,該中心朱嬋霞 、孫志凰、陳杰軍、潘杭萍對本文亦有貢獻)
園區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃往往從園區(qū)各類用能用戶的特點出發(fā),根據(jù)工業(yè)、學校、商場、居民等不同類型用戶的用能特點,提供不同的規(guī)劃方案。這主要體現(xiàn)了規(guī)劃從能源消費側角度考慮對用戶需求的研判和滿足。實際上,在大量園區(qū)的規(guī)劃設計過程中,各類用戶的用能需求往往相對固定和常規(guī),但由于所在園區(qū)的環(huán)境、資源、設施等條件不同,導致同樣的用能需求在不同園區(qū)中需要考慮不同的能源供給模式,并采用不同的技術路線和規(guī)劃方案。因此,應基于園區(qū)綜合能源系統(tǒng)供給側的特點,根據(jù)園區(qū)地理區(qū)劃、自然資源、關鍵技術設備、基礎設施建設情況等不同維度,將園區(qū)劃分為清潔電力智慧型、風光資源充裕型、地熱水源豐富型、大型設施輻射型、石化資源便利型五類。
清潔電力智慧型園區(qū):
側重以電為主的綜合能源供給
清潔電力智慧型園區(qū)通常分布在城市建成區(qū)內(nèi),是以精密儀器制造、通信電子設備研發(fā)等行業(yè)為代表的高新技術產(chǎn)業(yè)園區(qū)及一些集商業(yè)、辦公、居住于一體的功能性園區(qū)。這類園區(qū)本身存在高品質(zhì)負荷需求,能源消費以電力為主,沒有高強度采暖、蒸汽、燃氣負荷需求,且高度關注電能質(zhì)量問題,對能源系統(tǒng)的精細化管控、智慧化管理有較高訴求。此類園區(qū)的綜合能源系統(tǒng)應側重以電為主的綜合能源供給模式,可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
充分發(fā)揮電能的高品位能源特性,優(yōu)先采用公共配電網(wǎng)供能,適應電力市場改革方向,進一步提升電能質(zhì)量;充分發(fā)揮電力基礎設施在系統(tǒng)布局、用戶配置等方面的平臺優(yōu)勢,兼顧各種能源系統(tǒng)特點,科學合理配套其他能源供應方式,實現(xiàn)園區(qū)綜合能源的最高效利用;充分利用電能可精確測量、可精準控制、可統(tǒng)一調(diào)控的特點,構建園區(qū)級智慧電力能源管理平臺,與城市管理系統(tǒng)協(xié)同融合,實現(xiàn)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的智慧化管控;因地制宜推廣新能源發(fā)電、高效儲能、交直流電網(wǎng)等電力新技術、新設備。
風光資源充裕型園區(qū):
需靈活配置多類型儲能裝置
風光資源充裕型園區(qū)所在地區(qū)通常具有較好的太陽能、風能等自然資源,或臨近風能、太陽能等主要設備、技術及相關產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和生產(chǎn)基地。園區(qū)的用能形態(tài)包括建筑、交通、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等,涉及冷、熱、電、氣等多種能源品類。此類園區(qū)開展綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃思路和路徑如下:
充分挖掘本地風光資源,提高可再生能源發(fā)電占比,做到“宜風則風,宜光則光,風光互補,靈活供應”;提高多時空尺度新能源出力及負荷需求預測水平,解決風光發(fā)電不確定性問題,減少棄風棄光現(xiàn)象;實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷”多維度協(xié)調(diào)控制,靈活配置多類型儲能裝置,引進電轉(zhuǎn)氣、電轉(zhuǎn)熱等先進技術,促進富余可再生能源電力消納;進一步優(yōu)化和加強公共配電網(wǎng)建設,充分利用需求響應、虛擬同步機等技術,提高配電網(wǎng)對分布式發(fā)電的消納和配置能力。
地熱水源豐富型園區(qū):
要合理配置主要負荷的調(diào)峰設施
地熱水源豐富型園區(qū)主要分布在我國地熱能或水資源豐富地區(qū)。依靠其資源特性多發(fā)展旅游、商業(yè)等服務型產(chǎn)業(yè),園區(qū)以機關、學校、醫(yī)院、福利院等公共建筑及居民建筑為主。產(chǎn)業(yè)性質(zhì)及建筑類型決定了此類園區(qū)的能源需求以建筑用電、建筑暖通、生活熱水等為主。此類園區(qū)開展綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
在堅持可持續(xù)發(fā)展的前提下,做好地質(zhì)勘測等相關工作,準確掌握園區(qū)地熱、水源等資源開發(fā)和利用條件;依據(jù)客戶用能特點和基建施工要求,合理選擇淺層地熱型、深層地熱型、地表水源型、污水源型等相關熱泵適用技術;遵循經(jīng)濟、清潔、安全原則,合理配置園區(qū)暖通空調(diào)等主要負荷的調(diào)峰設施,科學比選和采用太陽能集熱器、燃氣鍋爐、電鍋爐等技術設備參與調(diào)峰,保障能源供應的可靠性;積極推廣利用多種蓄熱蓄冷技術,實現(xiàn)園區(qū)暖通空調(diào)等峰荷的時空轉(zhuǎn)移,替代和減少調(diào)峰設備配置;加強地源熱泵等設施的施工過程管理,嚴控設備采購、施工工藝、施工資質(zhì)等相關標準和規(guī)范,切實保證設備壽命周期內(nèi)可靠運行。
大型設施輻射型園區(qū):
應利用不同品味的余熱資源
大型設施輻射型園區(qū)主要指臨近大型發(fā)電廠(燃煤、燃氣、生物質(zhì)等)、各種大型工業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)(如鋼廠、紡織廠等)等具有大規(guī)模能源生產(chǎn)和消費設施的園區(qū)。此類園區(qū)除包括常規(guī)的居建、商業(yè)、服務業(yè)等低密度負荷外,通常包括一定規(guī)模的工業(yè)負荷,如相關大型企業(yè)的上下游產(chǎn)業(yè)單位等,能源需求總量較大。其綜合能源系統(tǒng)特別要對園區(qū)及周邊大規(guī)模能源生產(chǎn)和消費設施產(chǎn)生的余熱資源進行充分利用,可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
深入了解大型企業(yè)主要設施能源生產(chǎn)和消費的工藝特點,分類梳理不同環(huán)節(jié)和設備所產(chǎn)生的高、中、低品位余熱資源;厘清園區(qū)主要用戶的用能負荷特征,結合周邊余熱資源情況,明確余熱利用的主要技術設備;綜合考慮余熱資源可利用的時長、最大功率、容量及余熱產(chǎn)生與生產(chǎn)主業(yè)之間的時序關系等因素,統(tǒng)籌規(guī)劃和部署園區(qū)內(nèi)其他能源基礎設施與余熱利用之間的匹配和協(xié)調(diào);充分發(fā)揮中高品位余熱利用價值,重視低溫余熱的收集和利用,鼓勵應用高效熱管換熱、有機朗肯循環(huán)發(fā)電、低溫余熱溴化鋰制冷等新型低品位熱能利用技術,加大對余熱中占比較大的低溫余熱的利用力度;鼓勵引導簽訂余熱供給長期協(xié)議、明確獎懲條款,在給予供給方合理經(jīng)濟回報的前提下,保證余熱用戶供能的可靠性和長期性。
石化資源便利型園區(qū):
可探索氫能等新能源的替代技術
石化資源便利型園區(qū)主要分布在石油、煤炭、天然氣等化石資源稟賦較好的地區(qū),可細分為兩種情況:一是在資源原產(chǎn)地或集散地,以本地或周邊特色資源開采及加工產(chǎn)業(yè)為主導,主要聚集在山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、四川、黑龍江等地;二是在沿江靠海等交通便利、區(qū)位優(yōu)勢明顯的地區(qū),以能源密集型產(chǎn)業(yè)為主,主要聚集長三角、珠三角、環(huán)渤海等區(qū)域。該類園區(qū)具有能源消費總量大、能源強度高、對化石資源依賴性強等特點,其綜合能源系統(tǒng)可采用的規(guī)劃思路和路徑如下:
科學認識化石能源資源短期內(nèi)的不可替代性,高效利用當?shù)鼐哂辛己梅A賦的能源資源條件;大力應用和推廣各類化石資源高效清潔利用的能源技術,提升傳統(tǒng)能源設施的效率,降低二氧化碳等各類溫室氣體排放;充分利用石化產(chǎn)業(yè)相關的余熱余壓資源,盡可能降低石化資源使用總量,提升整體利用效率;積極研發(fā)利用氫能等石化產(chǎn)業(yè)中的能源衍生品類,探索新型能源對傳統(tǒng)石化資源的轉(zhuǎn)換和替代技術;深刻認識未來社會低碳零碳發(fā)展的必然趨勢,及時做好適應未來石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整的能源系統(tǒng)規(guī)劃布局。
綜上所述,各類典型園區(qū)分類規(guī)劃的思路和方法在實際中并非獨立使用,大量園區(qū)規(guī)劃的實際案例表明,園區(qū)級的綜合能源系統(tǒng)往往包括風、光、地熱、余熱等多種能源供給模式,應遵循因地制宜、主次清晰的原則,率先根據(jù)能源供給側特點確定主要的規(guī)劃技術路線,同時結合用戶用能需求特點,輔以其他供能模式的規(guī)劃思路和技術路線,從而形成更加優(yōu)化的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方案。
(作者供職于國網(wǎng)(蘇州)城市能源研究院規(guī)劃中心,該中心朱嬋霞 、孫志凰、陳杰軍、潘杭萍對本文亦有貢獻)