深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司 劉 寧 楊玉婉 蔣 帥

產(chǎn)業(yè)園區(qū)是實(shí)踐“雙碳”戰(zhàn)略的關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)，也是主要碳排放來源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以工業(yè)園區(qū)碳排放為例，已達(dá)全國(guó)總排放量的31%。“十四五”規(guī)劃中提出，加快能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化智能化升級(jí)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的支撐途徑[1]，園區(qū)作為城市碳排放最集中的空間，業(yè)態(tài)類型豐富，業(yè)務(wù)模式多樣，是落實(shí)能源數(shù)字化、低碳轉(zhuǎn)型的重要落腳點(diǎn)[2]。傳統(tǒng)園區(qū)能源管理存在著許多問題，如能源消耗難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確評(píng)價(jià)，能源利用效率低下等。而數(shù)字化、信息化技術(shù)的快速發(fā)展為解決這些難題提供了新的機(jī)遇，智慧園區(qū)數(shù)字化能源云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)能源的全面監(jiān)測(cè)、分析和管理[3]。

在“雙碳”背景下，智慧園區(qū)作為關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)，持續(xù)運(yùn)營(yíng)更是節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。借助信息技術(shù)及園區(qū)大數(shù)據(jù)，建設(shè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化能源云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)能源的高效管理，通過信息流有效牽動(dòng)能源流，能源供給側(cè)與消費(fèi)側(cè)自動(dòng)匹配，實(shí)現(xiàn)園區(qū)分布式電源、儲(chǔ)能、空調(diào)、充電樁等各類能源基礎(chǔ)設(shè)施在不同時(shí)空尺度下的智能調(diào)度，降低能耗及減少碳排放，進(jìn)而促進(jìn)園區(qū)減碳增效，助力碳中和實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，通過綜合能源運(yùn)營(yíng)管理，參加需求響應(yīng)以及電力現(xiàn)貨交易，增加園區(qū)自身的運(yùn)營(yíng)收入。

1 數(shù)字化能源云平臺(tái)方案

1.1 項(xiàng)目背景

某集團(tuán)公司以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以客戶為中心，圍繞電力交易市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，建立產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同運(yùn)作機(jī)制，打造集電力、節(jié)能、新能源及配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)等多維一體的綜合能源服務(wù)體系公司。打造綜合能源服務(wù)，主要包括光伏發(fā)電、綜合節(jié)能、能效管理、電力儲(chǔ)能、負(fù)荷預(yù)測(cè)以及需量管理等業(yè)務(wù)板塊?？蔀橛脩籼峁┠芎脑诰€監(jiān)測(cè)、需量管理、削峰填谷、需求側(cè)響應(yīng)、節(jié)能改造等服務(wù)，為后續(xù)的整個(gè)園區(qū)運(yùn)營(yíng)及業(yè)務(wù)開展，量身打造一個(gè)能源輕資產(chǎn)服務(wù)云平臺(tái)。

1.2 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

助力企業(yè)在參與電力市場(chǎng)的過程中實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約：與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)配合，通過調(diào)整綜合能源區(qū)域內(nèi)的能源供需計(jì)劃，合理安排電力市場(chǎng)購電策略，降低企業(yè)綜合用電成本；在雙碳目標(biāo)的大背景下緩解企業(yè)減排壓力：通過科學(xué)優(yōu)化調(diào)度，提高對(duì)園區(qū)內(nèi)可再生能源消納作用，減少能源浪費(fèi)，降低園區(qū)用能總碳排放量，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)；在外部能源供應(yīng)緊張的情況下保障供能穩(wěn)定：結(jié)合企業(yè)的能源需求計(jì)劃和分布式能源供應(yīng)情況，通過源網(wǎng)荷儲(chǔ)優(yōu)化調(diào)度，提升園區(qū)新能源消納能力，在外部能源供給緊張時(shí)，保障園區(qū)內(nèi)部的能源供給；助力用戶高效利用區(qū)域內(nèi)能源：利用現(xiàn)代通信技術(shù)和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源之間高效轉(zhuǎn)換、互相補(bǔ)償、協(xié)調(diào)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)平衡，整體提升能源系統(tǒng)的利用效率。

1.3 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)字化能源云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，涵蓋感知層，通信層和平臺(tái)層。光伏、儲(chǔ)能、充電樁以及配電房監(jiān)測(cè)電表等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施通過智能網(wǎng)關(guān)接入平臺(tái)，并通過服務(wù)器、工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和展示。在感知層，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施中的綜合能源元素感知，包括光伏、儲(chǔ)能、充電樁、配電房等，通過各類傳感器及監(jiān)測(cè)設(shè)備，為園區(qū)能源運(yùn)營(yíng)決策提供各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐；在通信層，通過智能網(wǎng)關(guān)及交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)感知層與平臺(tái)層之間的數(shù)據(jù)與控制指令安全傳輸；在平臺(tái)層，通過Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，以及監(jiān)控工作站等硬件基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)，處理分析與功能展示。

圖1 數(shù)字化能源云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

1.4 平臺(tái)功能架構(gòu)

在“雙碳”目標(biāo)下，簡(jiǎn)單的能耗可視化、能效分析展示已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。將用能數(shù)字化、根據(jù)用能數(shù)據(jù)科學(xué)化能源交易，并對(duì)外提供能源輕資產(chǎn)服務(wù)；在降低企業(yè)用能、購電成本的同時(shí)，持續(xù)提供服務(wù)、持續(xù)獲利，將成為時(shí)代的主流。

數(shù)字化能源云平臺(tái)功能架構(gòu)如圖2所示。在傳統(tǒng)能源管理的基礎(chǔ)上，平臺(tái)還提供需求響應(yīng)、電力交易等業(yè)務(wù)功能，能夠結(jié)合用戶能耗情況給出用能優(yōu)化建議，實(shí)現(xiàn)從“數(shù)據(jù)展示”到“數(shù)據(jù)運(yùn)用”的轉(zhuǎn)變。平臺(tái)具有駕駛艙、配電監(jiān)控、抄表計(jì)費(fèi)、綜合能源、需求響應(yīng)、電力交易等功能模塊，在實(shí)現(xiàn)上述功能模塊的過程中，數(shù)字化能源云平臺(tái)結(jié)合“云大物移智鏈”等前沿技術(shù)，通過智能化手段采集園區(qū)的各種能源設(shè)施參數(shù)，數(shù)據(jù)架構(gòu)高內(nèi)聚，應(yīng)用松耦合，功能需求按需組合、易擴(kuò)展并微應(yīng)用化。

圖2 數(shù)字化能源云平臺(tái)功能架構(gòu)

圖3 電力需求響應(yīng)

2 平臺(tái)建設(shè)方案

2.1 駕駛艙

數(shù)字化能源云平臺(tái)駕駛艙，展示園區(qū)“能源生產(chǎn)消費(fèi)一張圖”，整合園區(qū)內(nèi)能耗數(shù)據(jù)，包括能源生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，如能源結(jié)構(gòu)、新能源相關(guān)數(shù)據(jù)，能源消費(fèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括園區(qū)電、水、氣、冷等各個(gè)能源類型的運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持能耗趨勢(shì)分析、能耗指標(biāo)綜合考評(píng)，對(duì)能源調(diào)度、設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境態(tài)勢(shì)等要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行多維可視分析，幫助管理人員掌握?qǐng)@區(qū)各個(gè)環(huán)節(jié)的能源消耗情況，為園區(qū)節(jié)能降碳提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

通過對(duì)全國(guó)接入的項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行集中展示，形成多項(xiàng)目、多組織、跨區(qū)域的統(tǒng)一服務(wù)體系。平臺(tái)以電子地圖形式展示全國(guó)各省用戶數(shù)據(jù)情況，支持無縫下鉆到項(xiàng)目層級(jí)，查看用戶能耗情況。除了地圖形式的顯示，駕駛艙還提供了多維的統(tǒng)計(jì)信息，從宏觀角度全面了解各個(gè)項(xiàng)目的能源使用情況，幫助管理人員更好地掌控全國(guó)范圍內(nèi)的能源使用趨勢(shì)，并進(jìn)行戰(zhàn)略規(guī)劃和資源配置。

2.2 電力監(jiān)控

為提高園區(qū)配電系統(tǒng)的安全性、可靠性，提供電力監(jiān)控模塊，該模塊包括配電系統(tǒng)監(jiān)控、重要設(shè)備監(jiān)控以及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等功能。

配電系統(tǒng)監(jiān)控。對(duì)園區(qū)供配電網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如電流、電壓、頻率和功率因數(shù)等，并通過組態(tài)的方式，圖形化展示整個(gè)配電系統(tǒng)的基本概況，顯示一二次接線圖、能流圖等，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在組態(tài)畫面上，模擬園區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

重要設(shè)備監(jiān)控。對(duì)園區(qū)重要設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括光伏、儲(chǔ)能、充電樁、制冷站等，掌握設(shè)備運(yùn)行態(tài)勢(shì)。對(duì)光伏發(fā)電、儲(chǔ)能充放電、充電樁充放電在不同時(shí)段下的能耗數(shù)據(jù)相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行柱狀圖、曲線圖等方式的可視化展示，輔助快速識(shí)別異常；對(duì)冷站里制冷系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)展示空調(diào)主機(jī)、水泵、冷卻塔等設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。結(jié)合電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)園區(qū)進(jìn)線電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，包括供電電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波、三相電壓不平衡、頻率偏差、暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓、間諧波、電壓暫降與短時(shí)中斷等，評(píng)估電能質(zhì)量整體情況。

2.3 計(jì)費(fèi)管理

當(dāng)前，園區(qū)抄表方式為人工抄表，抄表實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性存在提升空間。將園區(qū)租戶的計(jì)量計(jì)費(fèi)表計(jì)接入平臺(tái)，提供以計(jì)費(fèi)管理為核心，滿足計(jì)費(fèi)客戶的在線抄表計(jì)費(fèi)、財(cái)務(wù)管理、物業(yè)管理等一體化管理的計(jì)費(fèi)管理功能模塊。

平臺(tái)以租戶為管理單元，提供可靠、高效的遠(yuǎn)程在線數(shù)據(jù)采集，不用人工開表箱并且打破原有的數(shù)據(jù)不回收的現(xiàn)象。支持靈活的開戶方式保障一戶多表和一戶一表的多種情況并存，并實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一的預(yù)付費(fèi)管理。提供用電數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程在線抄表、費(fèi)率設(shè)置、賬單統(tǒng)計(jì)匯總、通知查詢、用電控制等諸多功能；支持先充值后用電的預(yù)付費(fèi)管理模式；不僅支持現(xiàn)金，還可以通過第三方網(wǎng)絡(luò)付費(fèi)方式進(jìn)行繳費(fèi)，大大提高便捷性。另外，支持短信預(yù)警、微信自助充值等功能，能更好地提高計(jì)費(fèi)管理的客戶滿意度。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程費(fèi)控，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的容錯(cuò)率，有效解決商鋪管理分散收費(fèi)難的問題，并支持通過用戶用電分析來提高能源服務(wù)水平，分析出浪費(fèi)用電的原因。

2.4 綜合能源管理

基于細(xì)顆粒度的計(jì)量數(shù)據(jù)，通過平臺(tái)綜合能源管理模塊，優(yōu)化園區(qū)生產(chǎn)計(jì)劃，通過智能優(yōu)化耗能設(shè)備的控制、充電樁有序運(yùn)營(yíng)，不同用能設(shè)備的錯(cuò)峰使用，合理控制設(shè)備啟停提高能源利用效率，減少園區(qū)綜合能源消耗，降低用戶用能成本。在滿足用戶基本園區(qū)運(yùn)營(yíng)需求的同時(shí)，用戶能利用綜合能源管理的各項(xiàng)功能對(duì)外輸出輕資產(chǎn)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)收持續(xù)化、最大化。

綜合能源管理模塊滿足用戶從最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)展示需求到最高級(jí)的專屬訂閱需求；功能類型層級(jí)劃分為計(jì)量級(jí)—分析級(jí)—優(yōu)化級(jí)—決策級(jí)—咨詢服務(wù)；滿足用戶不同角色、不同層級(jí)使用者的多層次需求。對(duì)外輸出輕資產(chǎn)服務(wù)覆蓋的目標(biāo)客戶從最基本的自營(yíng)園區(qū)，到客戶園區(qū)、工業(yè)企業(yè)、建筑寫字樓等能源用戶，再到負(fù)荷聚合商、居間商等合作伙伴。在日常運(yùn)營(yíng)過程中，滿足管理人員詳細(xì)分析數(shù)據(jù)和問題挖掘的需求，能耗查詢與分析，提供全面的數(shù)據(jù)支撐及各種分析方式，賦能用戶快速且精準(zhǔn)地進(jìn)行數(shù)據(jù)的深入分析。

2.5 需求側(cè)響應(yīng)

在綜合能源服務(wù)模式下，需求側(cè)響應(yīng)是實(shí)現(xiàn)源荷互動(dòng)、供需兩側(cè)雙向良性交互的有效措施[4]。在新型電力系統(tǒng)的背景下，新能源的波動(dòng)性和隨機(jī)性給電力系統(tǒng)帶來了很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是通過電源側(cè)的功率調(diào)節(jié)來保障發(fā)電和用電側(cè)的實(shí)時(shí)平衡，但這種方法成本過高。需求側(cè)響應(yīng)的主要作用是喚醒用戶側(cè)的海量資源，利用用戶側(cè)資源的靈活性，通過削峰填谷的手段，調(diào)動(dòng)用戶主動(dòng)參與調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)平衡。這不僅可以促進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)，降低電力系統(tǒng)的生產(chǎn)和消費(fèi)成本，也可以使用戶增收，獲得一定的補(bǔ)貼收益。

平臺(tái)提供需求響應(yīng)功能模塊，幫助園區(qū)以負(fù)荷聚合商的角色通過管理園區(qū)內(nèi)各電力用戶負(fù)荷來參與電力公司發(fā)出的需求響應(yīng)邀約，響應(yīng)執(zhí)行以及確認(rèn)成功后可獲取補(bǔ)貼收益。主要內(nèi)容包括響應(yīng)計(jì)劃發(fā)布，用戶應(yīng)邀，簽訂響應(yīng)合約，計(jì)算響應(yīng)基線，開始響應(yīng)執(zhí)行，響應(yīng)過程監(jiān)控，響應(yīng)完成后進(jìn)行響應(yīng)核算，分不同時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.6 電力市場(chǎng)交易

電力交易模塊以“購電交易”“售電管理”和“客戶服務(wù)”為中心，通過購電預(yù)案分析和競(jìng)價(jià)決策，協(xié)助售電公司制定批發(fā)市場(chǎng)的報(bào)價(jià)策略；通過歷史數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)行用電特性分析，協(xié)助售電公司制定售電策略；通過提供能效管理、電務(wù)管理等增值服務(wù)，協(xié)助售電公司增加客戶粘度、提升客戶滿意度。

平臺(tái)電力交易模塊提供客戶管理、合同管理、數(shù)據(jù)管理、交易管理、輔助決策、經(jīng)營(yíng)分析等功能，實(shí)現(xiàn)售電業(yè)務(wù)的全流程打通。同時(shí)，通過負(fù)荷預(yù)測(cè)等手段，輔助售電公司進(jìn)行購電決策，制定合理購電策略獲得更大盈利空間?；谑垭姽拘枨筚忞娏?、對(duì)電力市場(chǎng)的評(píng)估，結(jié)合預(yù)估的利潤(rùn)以及與電力用戶的分成策略，進(jìn)行電力市場(chǎng)交易前的評(píng)估，輔助年度長(zhǎng)協(xié)購電合同簽訂。合同簽訂后，通過對(duì)電力用戶負(fù)荷情況監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)，提前進(jìn)行偏差預(yù)警，提升售電公司偏差管理水平，為日前市場(chǎng)、日內(nèi)市場(chǎng)和實(shí)時(shí)平衡提供支持。

3 平臺(tái)應(yīng)用效果與綜合效益分析

3.1 平臺(tái)應(yīng)用效果

該產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化能源云平臺(tái)于2021年12月正式上線，基于平臺(tái)的功能模塊，應(yīng)用于園區(qū)不同的能源運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，進(jìn)行能源數(shù)據(jù)的分析和決策。對(duì)園區(qū)內(nèi)光伏、儲(chǔ)能、冷站等重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握能源運(yùn)行態(tài)勢(shì)；通過能源流向分析、用電時(shí)序分析、損耗分析、峰谷分析等挖掘園區(qū)節(jié)能降費(fèi)潛力，制定節(jié)能措施。同時(shí)，為園區(qū)能源用戶提供增值服務(wù)，包括節(jié)能診斷、設(shè)備運(yùn)維以及新能源規(guī)劃等服務(wù)。

平臺(tái)圍繞建設(shè)綠色園區(qū)目標(biāo)，從降碳、替碳、節(jié)碳方向探索園區(qū)綜合能源運(yùn)營(yíng)新模式，實(shí)現(xiàn)降碳過程數(shù)據(jù)化，助力園區(qū)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。打造園區(qū)數(shù)字化能源云平臺(tái)，統(tǒng)一接入園區(qū)能源設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)與消費(fèi)的監(jiān)管與調(diào)度，平衡供給側(cè)與需求側(cè)能源，降低園區(qū)全生命周期碳排放；利用園區(qū)綜合能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、新能源充電樁的聯(lián)調(diào)與聯(lián)控，構(gòu)建新能源本地消納體系，提升新能源消納；打造數(shù)字化綜合能源管控平臺(tái)，優(yōu)化園區(qū)能源策略，削峰填谷降低綜合能耗成本；開展售電和需求響應(yīng)服務(wù)，對(duì)制冷系統(tǒng)、公區(qū)照明、光伏、儲(chǔ)能等進(jìn)行綜合能源管控，提升能源效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的同時(shí)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 綜合效益分析

平臺(tái)自上線后已安全穩(wěn)定運(yùn)行一年，接入園區(qū)建筑面積約150萬m2，供電容量約10萬kVA，接入點(diǎn)位約1萬個(gè)。實(shí)現(xiàn)雙向服務(wù)，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部能源管理的專業(yè)縱向到底、區(qū)域協(xié)同橫向覆蓋域內(nèi)所有能源的管理體系，為集團(tuán)、園區(qū)提供系統(tǒng)管理工具；對(duì)外部客戶能源數(shù)據(jù)分析和管理的軟服務(wù)，應(yīng)用效果明顯。

保障園區(qū)安全生產(chǎn)，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控園區(qū)供配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析園區(qū)電能質(zhì)量情況，監(jiān)測(cè)重要設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，設(shè)備故障及時(shí)預(yù)警，避免安全事故發(fā)生，保障安全生產(chǎn)，提升運(yùn)維服務(wù)水平；提升能源利用效率，促進(jìn)能源雙控。通過平臺(tái)智能分析手段，包括損耗優(yōu)化、節(jié)能挖掘、能源高效利用等，再結(jié)合節(jié)能效果驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)管理、技改及政策節(jié)能閉環(huán)，綜合能耗強(qiáng)度降低5%～10%。

數(shù)據(jù)量化支撐，降低用能成本。系統(tǒng)通過負(fù)荷預(yù)測(cè)、曲線分解等智能化輔助，量化指導(dǎo)電力運(yùn)營(yíng)博弈，通過科學(xué)持倉、交易及響應(yīng)決策，再結(jié)合需求響應(yīng)、削峰填谷、有序用電等措施降低度電成本近20%；促進(jìn)園區(qū)能源互聯(lián)建設(shè)，打造數(shù)字化能源平臺(tái)標(biāo)桿。該平臺(tái)的建設(shè)作為智慧園區(qū)能源數(shù)字化示范，為園區(qū)用能分析、能源運(yùn)營(yíng)提供了有力的生產(chǎn)力工具。領(lǐng)先性的全面利用“云大物移智鏈”等現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過協(xié)同調(diào)度策略，改善園區(qū)能源電力生產(chǎn)和消費(fèi)模式，形成標(biāo)桿性的能源數(shù)字化技術(shù)實(shí)踐。