周寅，陳秋寒，常曉浩

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司無(wú)錫供電分公司，江蘇 無(wú)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(jìn)一步地提升用戶的使用體驗(yàn)。隨著新能源的不斷建設(shè)和發(fā)展，作為無(wú)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(dāng)前調(diào)度運(yùn)行方式為人工參考35 kV并網(wǎng)點(diǎn)相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主動(dòng)調(diào)節(jié)燃煤機(jī)組出力，在保證園區(qū)熱需求可靠性的前提下，盡可能實(shí)現(xiàn)源荷平衡，減少電網(wǎng)受電，降低能源成本，但這種運(yùn)行方式響應(yīng)速度低，實(shí)際并不能真正實(shí)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]。“十四五”期間在能源發(fā)展戰(zhàn)略上，各大工業(yè)園區(qū)應(yīng)著手從熱電和儲(chǔ)能兩大方面進(jìn)行著手，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)的能源優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)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(fù)荷、光電預(yù)測(cè)需求量以及熱電網(wǎng)的高校經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等多方面地進(jìn)行能源的儲(chǔ)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(fèi)，這樣既能夠減輕電網(wǎng)的壓力又能夠減輕企業(yè)在電費(fèi)上的負(fù)擔(dān)。同時(shí)各大工業(yè)園區(qū)要積極響應(yīng)多種清潔式能源的構(gòu)建，構(gòu)建以電能為中心，多種清潔能源為輔的新能源結(jié)構(gòu)模式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。

1 綜合能源發(fā)展的可行性

無(wú)錫工業(yè)園區(qū)以“節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)、智能”的設(shè)計(jì)思想，構(gòu)建以電能為中心的互動(dòng)性、園區(qū)性能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，建立運(yùn)行多能互補(bǔ)仿真調(diào)控平臺(tái)。構(gòu)建的互聯(lián)網(wǎng)仿真平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)園區(qū)內(nèi)能源信息的實(shí)時(shí)獲得，保證能夠及時(shí)地掌握?qǐng)@區(qū)內(nèi)能源的動(dòng)態(tài)。園區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源之間的互補(bǔ)，并且各種能源之間相互依賴，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)多種能源之間進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，根據(jù)特殊情況下的能源互補(bǔ)策略實(shí)時(shí)調(diào)控能源狀態(tài)，達(dá)到最優(yōu)化地利用能源[2]。多能互補(bǔ)仿真平臺(tái)上具有以下功能：①互聯(lián)網(wǎng)仿真平臺(tái)主要綜合的是整個(gè)園區(qū)內(nèi)的電、熱、熱水等各種能源生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)信息、各能源設(shè)備的運(yùn)行情況以及整個(gè)園區(qū)能源的消耗用量情況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)；②利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，在獲得的采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)從能源網(wǎng)及時(shí)供給、安全供給的前提下，對(duì)其進(jìn)行分析，能夠從各種獲得的預(yù)測(cè)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(yùn)行；③結(jié)合大數(shù)據(jù)加上專業(yè)人員的決策能夠保證及時(shí)地對(duì)能源進(jìn)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(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)多種類能源結(jié)構(gòu)的高效運(yùn)行；④對(duì)園區(qū)內(nèi)的能源設(shè)備進(jìn)行定時(shí)定班的巡檢工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在的不和諧因素，及時(shí)消除，實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源管理的完整化、高效化、安全化。在整個(gè)公司有新進(jìn)的人員時(shí)，對(duì)其進(jìn)行安全意識(shí)的培訓(xùn)，保證每一個(gè)在崗的工作人員能夠熟練掌握安全生產(chǎn)技能，對(duì)整個(gè)能源結(jié)構(gòu)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(shí)際操作過(guò)程中做到準(zhǔn)確無(wú)誤。

多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合能源生產(chǎn)、配送及消費(fèi)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(jì)劃和實(shí)時(shí)調(diào)度相融合，實(shí)現(xiàn)用戶用能需求與供能單元的無(wú)縫銜接，有效解決綜合能源“產(chǎn)-用”協(xié)調(diào)優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)以上的多能互補(bǔ)仿真調(diào)控平臺(tái)的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)園區(qū)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)保證在最佳狀態(tài)，能夠達(dá)到園區(qū)多種能源之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，信息共享的智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[3]。

2 綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略建設(shè)方案

在滿足用戶熱電負(fù)荷需求的條件下，通過(guò)對(duì)分布式系統(tǒng)各設(shè)備合理的運(yùn)行方式組織，實(shí)現(xiàn)綜合目標(biāo)的最優(yōu)化。本方案準(zhǔn)備通過(guò)兩個(gè)階段來(lái)對(duì)多能互補(bǔ)方案進(jìn)行優(yōu)化。

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

第二階段為紅豆工業(yè)園區(qū)多能互補(bǔ)系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度研究。主要分為三個(gè)部分：①用能側(cè)電熱負(fù)荷預(yù)測(cè)；②采用機(jī)理與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)聯(lián)合建模的方法對(duì)供能側(cè)光伏發(fā)電量的預(yù)測(cè)，以及熱電廠及蓄電池模型的搭建；③通過(guò)優(yōu)化算法得到不同優(yōu)化目標(biāo)下的最優(yōu)調(diào)度策略，主要包括供能側(cè)熱電廠及儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案以及用能側(cè)需求響應(yīng)方案（需求響應(yīng)部分待日后進(jìn)行深入研究）。

當(dāng)外部調(diào)度指令來(lái)之后，自備電廠的電熱負(fù)荷分配提出以下三種策略：優(yōu)先考慮抽凝機(jī)；優(yōu)先考慮背壓機(jī)；按比例均攤分荷。光伏的運(yùn)行策略分為以下三種策略：優(yōu)先上網(wǎng)；優(yōu)先自用；儲(chǔ)能系統(tǒng)余量富裕情況下，優(yōu)先儲(chǔ)能。光伏的運(yùn)行策略具體優(yōu)化中還要根據(jù)上網(wǎng)電價(jià)，購(gòu)電價(jià)格進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行策略主要根據(jù)電價(jià)、發(fā)電成本以及時(shí)間段的不同提出不同的充放電策略。通過(guò)能源生產(chǎn)與使用的協(xié)調(diào)管理可以實(shí)現(xiàn)在供能側(cè)實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同保障，達(dá)到滿足供能側(cè)、需求側(cè)以及供能網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的需求；滿足綜合能源服務(wù)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化的需要的目的。在需求側(cè)實(shí)現(xiàn)合理用能與協(xié)同響應(yīng)，在供能網(wǎng)絡(luò)端實(shí)現(xiàn)供能側(cè)與需求側(cè)的協(xié)同補(bǔ)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(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目的研究目標(biāo)，擬采取的研究方案關(guān)鍵在于：搭建多能互補(bǔ)系統(tǒng)模型與一體化評(píng)價(jià)指標(biāo)，并采用人工智能算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，搭建運(yùn)行跟蹤優(yōu)化系統(tǒng)，研發(fā)綜合能源服務(wù)平臺(tái)。目前，多能互補(bǔ)系統(tǒng)建模優(yōu)化及其優(yōu)化的研究在本領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)界逐漸受到重視。通過(guò)對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型的建立與求解的研究，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)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(jì)運(yùn)行。本項(xiàng)目的實(shí)施可進(jìn)一步推動(dòng)可再生能源的發(fā)展與綜合能源項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化，并有利于對(duì)綜合能源系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行策略的選擇。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

綜合能源系統(tǒng)能夠?qū)⒏鞴┠墉h(huán)節(jié)耦合起來(lái)，使園區(qū)能量生產(chǎn)系統(tǒng)在最佳經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、最佳環(huán)保指標(biāo)等原則下，實(shí)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(yùn)行綜合服務(wù)后，可降低園區(qū)能耗，提高系統(tǒng)的能源使用率，從而實(shí)現(xiàn)園區(qū)的降本增效，得到良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 社會(huì)性

本項(xiàng)目實(shí)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(huì)效益。紅豆工業(yè)園區(qū)多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)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(xiàng)目的開(kāi)展，可以為綠色可持續(xù)發(fā)展的能源體系建設(shè)、為地方城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)提供項(xiàng)目決策、投資與成效評(píng)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(kāi)展自身能效分析。進(jìn)一步增強(qiáng)電力系統(tǒng)在能源體系中核心媒介作用，形成對(duì)綜合能源項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)綜合管控基礎(chǔ)，提高對(duì)清潔能源資源的配置能力[5-6]。

3.4 推廣應(yīng)用性

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源提出了非常大的需求量，能源問(wèn)題已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題。在面對(duì)能源與環(huán)境問(wèn)題方面，我國(guó)提出了“碳中和”和“碳達(dá)峰”的相關(guān)政策要求，要求我國(guó)企業(yè)在實(shí)際的發(fā)展中要進(jìn)行多元、高效、清潔能源的使用，減少對(duì)自然資源的依賴。無(wú)錫紅豆工業(yè)園區(qū)率先采用多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)了多種能源之間的科學(xué)互補(bǔ)，既能夠保證園區(qū)的能源的供應(yīng)充足，又保證了能源的高效利用。同時(shí)這種多能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化在經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益方面成果顯著，具有很大的可復(fù)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(jìn)的能源供應(yīng)技術(shù)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(duì)紅豆工業(yè)園區(qū)進(jìn)行多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行具有重大的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在能源結(jié)構(gòu)上面臨著重大的挑戰(zhàn)，實(shí)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(shì)。同時(shí)自然資源帶來(lái)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(shí)現(xiàn)多元、清潔以及高效的能源發(fā)展結(jié)構(gòu)。在建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的第一個(gè)五年上，著力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，實(shí)現(xiàn)能源革命目標(biāo)是我們科學(xué)發(fā)展的必然要求。以紅豆工業(yè)園為主的無(wú)錫工業(yè)園區(qū)，積極參與國(guó)家綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略建設(shè)，率先實(shí)現(xiàn)了多能互補(bǔ)的綜合發(fā)展項(xiàng)目，提高了能源發(fā)展效率，實(shí)現(xiàn)了充分利用互聯(lián)網(wǎng)，積極開(kāi)展中和能源服務(wù)，形成了多種類的系統(tǒng)調(diào)節(jié)策略，著實(shí)增強(qiáng)了無(wú)錫工業(yè)市場(chǎng)的活力，積極優(yōu)化了綜合能源的配置。無(wú)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(wèn)題。面對(duì)節(jié)能減排的壓力，對(duì)現(xiàn)有能源生產(chǎn)和使用過(guò)程進(jìn)行多能源協(xié)調(diào)優(yōu)化，必然能夠達(dá)到減少能源浪費(fèi)、提高能源利用效率、實(shí)現(xiàn)能量階梯利用、降低污染物排放等目的，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。所以，本項(xiàng)目形成的成果具有較廣闊的應(yīng)用前景，有利于紅豆工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力及區(qū)域招商引資能力。