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3.项目方案
3.1工业企业用能场景分析
3.1.1工业企业用能特点
工业企业用能情况较为复杂,涵盖传统的能源传输、转换和使用环节,部分工业企业还包含能源存储和能源生产环节,如图所示。
图1工业用户用能通用物理模型
部分工业企业如园区设有能源站,包括热电、锅炉、风光发电等设备,用电环节有大型电机(如工业鼓风机,传送履带等)、大型燃烧设备(如焦炉、锅炉等),及负荷波动较大的锻压设备(如轧钢机、加工车床等),如表1所示。
表1工业主要设备表
类别
主要设备名称
用能设备
大型电机、大型燃烧设备、锻压设备等
供能设备
热电、锅炉、风光发电等
工业企业与园区的区别在于,工业企业以生产工艺为生产主线,在生产过程中存在能源转换的过程,而在此过程中,可以通过生产过程中产生的能源代替网供电参与到需求响应过程中。以钢铁行业为例,以煤炭作为输入能源的炼制系统,其二级能源煤气可以进行回收作为阶梯能源加以利用。各行业能源使用情况不同,因而能源利用空间也不同,需要有针对性的分解,其中中黑色金属行业占比达30.9%。
3.1.2现有工业企业能源管控系统的问题
多数工业企业对用能管理重视程度不够,工业企业对于用能数据的利用仅停留在关口数据采集和分析上,对于电能以外的其他能源,缺乏有效的能效利用模型及策略,导致工业企业整体能效水平普遍不高。目前工业企业使用的生产自动控制系统大多采用国外成熟产品,主要专注于生产的调度而不是能源的管理,缺乏降低生产负荷的调控方法,同时也缺乏与电网友好互动的模型及策略。
3.1.3工业企业用能控制系统建设主要解决的问题
通过以上的问题分析并结合工业企业的实际调研,选择具备能源站或用能环节梯次利用的企业,将工业企业用能控制系统与现有生产调度和能源(站)管理系统对接,通过感知、记录并实行改良控制以实现工业企业参与需求响应的能力,提升工业企业用户的综合能效水平,提升与大电网互动的能力。
3.2园区用能场景分析
3.2.1园区用能特点
典型园区一般涉及能源的生产转化、传输、存储和消费等环节,包含风、光、气、电、热、冷、储等多类型能源形式。在能源生产转化环节,为满足不同形式的用能需求,园区通常配置能源站,涵盖如分布式光伏、风电、三联供机组、热电联产机组及燃气锅炉等不同形式供能设备,为园区通过多能互补协调优化实现能效提升提供了空间,具体供用能形式如下表所示。
表2工业主要设备表
类别
主要设备名称
用能设备
动力设备(电梯、风机、水泵、压缩机)、照明设备等
供能设备
分布式光伏、风电、三联供机组、热电联产机组及燃气锅炉等
图2典型园区能流图
此外,在传输和存储环节,部分园区还建设有热、气管道,同时还会配置储能装置,实现不同能源形式的分时利用及园区内部的“削峰填谷”。在消费环节,园区用能负荷较大,企业用户众多,分属不同行业,用能形式及用能习惯存在差异,可为电网互动及园区内部互动提供大量的优质资源。
3.2.2现有园区能源管控系统存在的问题
园区涉及到冷热电气等多种供用能形式,且各供能系统一般均具有独立的能源生产管控系统,通常各个系统间相互独立,缺乏实现联动的方式及策略,这些传统单一能源系统能效仅在30%到37%左右。为提高园区整体能源利用率,基于园区用能结构,需要将不同形式供能需求统筹考虑,建立多种能源协调运行梯级利用的系统,该系统能效可以达到60%以上。具体实例如下:
图3能源效率指标
3.2.3园区用能控制系统建设主要解决的问题
将园区各能源生产管理系统接入用能控制系统,通过多能互补协调优化策略实现用能效率提升,同时通过接入各工业用户用能控制系统实现园区内用户“负荷互济”,提升园区需求响应能力,提升与大电网互动的能力。
图4工业企业及园区用能控制系统架构
3.3系统功能及架构研究
基于“云管边端”架构的工业企业及园区实时需求响应控制系统,云通过管与边和端连接,边连接同种类型的各类端,端分为采集和控制,同时为边和云提供控制的依据和执行,云在大电网需要时进行统一调控,平时收集海量用户信息,边通过最优化调度控制用户用能设备,提高能效。工业企业及园区需求响应控制系统通过在端侧安装采集终端、柔性负荷控制终端、柔性负荷调度网关等设备,在边侧安装用户智慧能源网关、智慧能源网络节点信息监测与控制终端等设备,在云侧生成优化控制策略,并通过管层下发边、端执行,实现多能源协调优化控制、提升用能效率,并且实现工业企业及园区与电网之间的友好互动。
设备主要包括管、边、端相关的设备,主要有12项,详见附件1,系统功能从云、管、边、端分别阐述:
云:云端部署在省级客户侧用能服务平台,海量数据均汇总到云端,具有数据处理、统筹分析和效果评估等功能,云端也负责优化策略生成及电网互动管理。
管:包括互联网、光纤、GPRS虚拟专网、4G专网、5G专网等多种
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