園區是城市經濟的主要承載平臺和增長動力,園區綜合能源系統的統籌規劃是加快城市能源轉型,助力碳達峰、碳中和的重要抓手。
園區綜合能源系統規劃往往從園區各類用能用戶的特點出發,根據工業、學校、商場、居民等不同類型用戶的用能特點,提供不同的規劃方案。這主要體現了規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,在大量園區的規劃設計過程中,各類用戶的用能需求往往相對固定和常規,但由于所在園區的環境、資源、設施等條件不同,導致同樣的用能需求在不同園區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劃方案。因此,應基于園區綜合能源系統供給側的特點,根據園區地理區劃、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:
側重以電為主的綜合能源供給
清潔電力智慧型園區通常分布在城市建成區內,是以精密儀器制造、通信電子設備研發等行業為代表的高新技術產業園區及一些集商業、辦公、居住于一體的功能性園區。這類園區本身存在高品質負荷需求,能源消費以電力為主,沒有高強度采暖、蒸汽、燃氣負荷需求,且高度關注電能質量問題,對能源系統的精細化管控、智慧化管理有較高訴求。此類園區的綜合能源系統應側重以電為主的綜合能源供給模式,可采用的規劃思路和路徑如下:
充分發揮電能的高品位能源特性,優先采用公共配電網供能,適應電力市場改革方向,進一步提升電能質量;充分發揮電力基礎設施在系統布局、用戶配置等方面的平臺優勢,兼顧各種能源系統特點,科學合理配套其他能源供應方式,實現園區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、可統一調控的特點,構建園區級智慧電力能源管理平臺,與城市管理系統協同融合,實現園區綜合能源系統的智慧化管控;因地制宜推廣新能源發電、高效儲能、交直流電網等電力新技術、新設備。
風光資源充裕型園區:
需靈活配置多類型儲能裝置
風光資源充裕型園區所在地區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、技術及相關產業鏈的研發和生產基地。園區的用能形態包括建筑、交通、農業、工業等,涉及冷、熱、電、氣等多種能源品類。此類園區開展綜合能源系統的規劃思路和路徑如下:
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,解決風光發電不確定性問題,減少棄風棄光現象;實現“源-網-荷”多維度協調控制,靈活配置多類型儲能裝置,引進電轉氣、電轉熱等先進技術,促進富余可再生能源電力消納;進一步優化和加強公共配電網建設,充分利用需求響應、虛擬同步機等技術,提高配電網對分布式發電的消納和配置能力。
地熱水源豐富型園區:
要合理配置主要負荷的調峰設施
地熱水源豐富型園區主要分布在我國地熱能或水資源豐富地區。依靠其資源特性多發展旅游、商業等服務型產業,園區以機關、學校、醫院、福利院等公共建筑及居民建筑為主。產業性質及建筑類型決定了此類園區的能源需求以建筑用電、建筑暖通、生活熱水等為主。此類園區開展綜合能源系統規劃可采用的規劃思路和路徑如下:
在堅持可持續發展的前提下,做好地質勘測等相關工作,準確掌握園區地熱、水源等資源開發和利用條件;依據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;遵循經濟、清潔、安全原則,合理配置園區暖通空調等主要負荷的調峰設施,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,實現園區暖通空調等峰荷的時空轉移,替代和減少調峰設備配置;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、施工資質等相關標準和規范,切實保證設備壽命周期內可靠運行。
大型設施輻射型園區:
應利用不同品味的余熱資源
大型設施輻射型園區主要指臨近大型發電廠(燃煤、燃氣、生物質等)、各種大型工業生產廠區(如鋼廠、紡織廠等)等具有大規模能源生產和消費設施的園區。此類園區除包括常規的居建、商業、服務業等低密度負荷外,通常包括一定規模的工業負荷,如相關大型企業的上下游產業單位等,能源需求總量較大。其綜合能源系統特別要對園區及周邊大規模能源生產和消費設施產生的余熱資源進行充分利用,可采用的規劃思路和路徑如下:
深入了解大型企業主要設施能源生產和消費的工藝特點,分類梳理不同環節和設備所產生的高、中、低品位余熱資源;厘清園區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、容量及余熱產生與生產主業之間的時序關系等因素,統籌規劃和部署園區內其他能源基礎設施與余熱利用之間的匹配和協調;充分發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、有機朗肯循環發電、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議、明確獎懲條款,在給予供給方合理經濟回報的前提下,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:
可探索氫能等新能源的替代技術
石化資源便利型園區主要分布在石油、煤炭、天然氣等化石資源稟賦較好的地區,可細分為兩種情況:一是在資源原產地或集散地,以本地或周邊特色資源開采及加工產業為主導,主要聚集在山西、陜西、內蒙古、新疆、四川、黑龍江等地;二是在沿江靠海等交通便利、區位優勢明顯的地區,以能源密集型產業為主,主要聚集長三角、珠三角、環渤海等區域。該類園區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,其綜合能源系統可采用的規劃思路和路徑如下:
科學認識化石能源資源短期內的不可替代性,高效利用當地具有良好稟賦的能源資源條件;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;充分利用石化產業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;積極研發利用氫能等石化產業中的能源衍生品類,探索新型能源對傳統石化資源的轉換和替代技術;深刻認識未來社會低碳零碳發展的必然趨勢,及時做好適應未來石化產業調整的能源系統規劃布局。
綜上所述,各類典型園區分類規劃的思路和方法在實際中并非獨立使用,大量園區規劃的實際案例表明,園區級的綜合能源系統往往包括風、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,率先根據能源供給側特點確定主要的規劃技術路線,同時結合用戶用能需求特點,輔以其他供能模式的規劃思路和技術路線,從而形成更加優化的綜合能源系統規劃方案。
(作者供職于國網(蘇州)城市能源研究院規劃中心,該中心朱嬋霞 、孫志凰、陳杰軍、潘杭萍對本文亦有貢獻)
園區綜合能源系統規劃往往從園區各類用能用戶的特點出發,根據工業、學校、商場、居民等不同類型用戶的用能特點,提供不同的規劃方案。這主要體現了規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,在大量園區的規劃設計過程中,各類用戶的用能需求往往相對固定和常規,但由于所在園區的環境、資源、設施等條件不同,導致同樣的用能需求在不同園區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劃方案。因此,應基于園區綜合能源系統供給側的特點,根據園區地理區劃、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:
側重以電為主的綜合能源供給
清潔電力智慧型園區通常分布在城市建成區內,是以精密儀器制造、通信電子設備研發等行業為代表的高新技術產業園區及一些集商業、辦公、居住于一體的功能性園區。這類園區本身存在高品質負荷需求,能源消費以電力為主,沒有高強度采暖、蒸汽、燃氣負荷需求,且高度關注電能質量問題,對能源系統的精細化管控、智慧化管理有較高訴求。此類園區的綜合能源系統應側重以電為主的綜合能源供給模式,可采用的規劃思路和路徑如下:
充分發揮電能的高品位能源特性,優先采用公共配電網供能,適應電力市場改革方向,進一步提升電能質量;充分發揮電力基礎設施在系統布局、用戶配置等方面的平臺優勢,兼顧各種能源系統特點,科學合理配套其他能源供應方式,實現園區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、可統一調控的特點,構建園區級智慧電力能源管理平臺,與城市管理系統協同融合,實現園區綜合能源系統的智慧化管控;因地制宜推廣新能源發電、高效儲能、交直流電網等電力新技術、新設備。
風光資源充裕型園區:
需靈活配置多類型儲能裝置
風光資源充裕型園區所在地區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、技術及相關產業鏈的研發和生產基地。園區的用能形態包括建筑、交通、農業、工業等,涉及冷、熱、電、氣等多種能源品類。此類園區開展綜合能源系統的規劃思路和路徑如下:
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,解決風光發電不確定性問題,減少棄風棄光現象;實現“源-網-荷”多維度協調控制,靈活配置多類型儲能裝置,引進電轉氣、電轉熱等先進技術,促進富余可再生能源電力消納;進一步優化和加強公共配電網建設,充分利用需求響應、虛擬同步機等技術,提高配電網對分布式發電的消納和配置能力。
地熱水源豐富型園區:
要合理配置主要負荷的調峰設施
地熱水源豐富型園區主要分布在我國地熱能或水資源豐富地區。依靠其資源特性多發展旅游、商業等服務型產業,園區以機關、學校、醫院、福利院等公共建筑及居民建筑為主。產業性質及建筑類型決定了此類園區的能源需求以建筑用電、建筑暖通、生活熱水等為主。此類園區開展綜合能源系統規劃可采用的規劃思路和路徑如下:
在堅持可持續發展的前提下,做好地質勘測等相關工作,準確掌握園區地熱、水源等資源開發和利用條件;依據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;遵循經濟、清潔、安全原則,合理配置園區暖通空調等主要負荷的調峰設施,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,實現園區暖通空調等峰荷的時空轉移,替代和減少調峰設備配置;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、施工資質等相關標準和規范,切實保證設備壽命周期內可靠運行。
大型設施輻射型園區:
應利用不同品味的余熱資源
大型設施輻射型園區主要指臨近大型發電廠(燃煤、燃氣、生物質等)、各種大型工業生產廠區(如鋼廠、紡織廠等)等具有大規模能源生產和消費設施的園區。此類園區除包括常規的居建、商業、服務業等低密度負荷外,通常包括一定規模的工業負荷,如相關大型企業的上下游產業單位等,能源需求總量較大。其綜合能源系統特別要對園區及周邊大規模能源生產和消費設施產生的余熱資源進行充分利用,可采用的規劃思路和路徑如下:
深入了解大型企業主要設施能源生產和消費的工藝特點,分類梳理不同環節和設備所產生的高、中、低品位余熱資源;厘清園區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、容量及余熱產生與生產主業之間的時序關系等因素,統籌規劃和部署園區內其他能源基礎設施與余熱利用之間的匹配和協調;充分發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、有機朗肯循環發電、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議、明確獎懲條款,在給予供給方合理經濟回報的前提下,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:
可探索氫能等新能源的替代技術
石化資源便利型園區主要分布在石油、煤炭、天然氣等化石資源稟賦較好的地區,可細分為兩種情況:一是在資源原產地或集散地,以本地或周邊特色資源開采及加工產業為主導,主要聚集在山西、陜西、內蒙古、新疆、四川、黑龍江等地;二是在沿江靠海等交通便利、區位優勢明顯的地區,以能源密集型產業為主,主要聚集長三角、珠三角、環渤海等區域。該類園區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,其綜合能源系統可采用的規劃思路和路徑如下:
科學認識化石能源資源短期內的不可替代性,高效利用當地具有良好稟賦的能源資源條件;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;充分利用石化產業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;積極研發利用氫能等石化產業中的能源衍生品類,探索新型能源對傳統石化資源的轉換和替代技術;深刻認識未來社會低碳零碳發展的必然趨勢,及時做好適應未來石化產業調整的能源系統規劃布局。
綜上所述,各類典型園區分類規劃的思路和方法在實際中并非獨立使用,大量園區規劃的實際案例表明,園區級的綜合能源系統往往包括風、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,率先根據能源供給側特點確定主要的規劃技術路線,同時結合用戶用能需求特點,輔以其他供能模式的規劃思路和技術路線,從而形成更加優化的綜合能源系統規劃方案。
(作者供職于國網(蘇州)城市能源研究院規劃中心,該中心朱嬋霞 、孫志凰、陳杰軍、潘杭萍對本文亦有貢獻)