本文以建设零碳、绿色产业园区为主要目标,研究零碳园区综合能源的利用,使产业园区在全生命周期内最大限度地节约资源、减少排放。
“双碳”目标下我国碳排放路径预测
“双碳”目标下碳排放的实施路径主要分为以下3个阶段：
●碳达峰阶段：2020-2030年碳排放达峰阶段。
主要措施：
1）降低能源消费和碳排放强度；
2）控制煤炭消费,大规模发展清洁能源；
3）继续推进电动汽车代替传统燃油汽车；
4）倡导节能,提高能源使用效率,引导消费者行为。
●快速降低碳排放阶段：2030-2045年第二阶段。
主要措施：
1）大规模发展可再生能源；
2）大面积完成电动汽车对传统燃油汽车的替代、完成对第一产业的减排改造；
3）CCUS碳捕捉等技术的商业化。
●碳中和阶段：2045-2060年第三阶段。
主要措施：
1）工业、发电端、交通和居民侧高效、清洁利用潜力基本开发完毕；
2）考虑碳汇技术,例如碳捕捉、利用和封存。
产业园区分布式光伏电站
发电量的情况
产业园区低碳化、零碳化的主要建设思路包括以下4个方面：
1）降低园区能耗,其中包括建筑能耗及产业用能的能耗；
2）提高清洁能源的占比,包括太阳能、地热能、风能、氢能等可再生能源的使用；
3）通过储能等资源能源的调峰措施,可实现清洁能源的最大化利用；
4）机制、体制的改革,包括用能核算分配的市场化探索。
产业园区大部分集中在城市近郊,在城市近郊可再生能源的利用方面,由于风机的高度对城市生态、航空航道以及居民居住环境的影响,导致风能利用无法大面积投入。
地热能功能主要以冷热源为主,产业园区主要以电力消耗为主,冷热源需求不高,如对冷热源进行二次转换,用能效率降低。因此,园区可再生能源利用最主要的途径就是光伏发电。
传统节能环保园区在能源应用方面,降低自身能源消耗和清洁能源的产出比,主要依靠太阳能光伏。产业园区敷设光伏屋顶的优势较为明显：
1）自发自用优势,夏季发电量大的时候,可应对天气炎热耗电量较高的情况；
2）产业园区屋面可敷设面积大,且由于园区一般地处郊区,建筑屋面无遮挡；
3）光伏屋面在郊区对环境影响较小,无光污染等因素。但是光伏发电量相对产业园区能耗占比不高,据统计,其发电量仅占园区全年用电量的30%～50%。
光伏电站的发电量占比主要影响因素包括：园区的产业类型、建筑容积率、产业分布情况等。以物流仓储和组装等业态为主的环保类园区,整体能耗较低；
以电子类厂房为主的环保类园区,整体能耗适中；以高能耗企业为主的环保类园区,如大型设备生产、金属加工等企业,能耗相对较高。
产业园区用能及可再生能源的发电量数据如表1所示。
由表1可知,光伏对园区可再生能源的贡献率可达50%以上,如对园区自身的能耗进行有效控制,可实现近零碳园区或者零碳园区。
产业园区能源节约的路径
▌因地制宜
1）因地制宜利用属地可再生能源代替传统能源,如风能、地热能、浅层地温能、太阳能等。如园区对冷热资源要求较高,可适量配比地热能的利用,提升空调机组的COP值,如地源热泵、水源热泵等技术。
2）加强余热余压、工业副产品、生活垃圾等能源资源的回收及综合利用。园区的余热一直都是隐形浪费的区域,由于余热回收设备的普及性和小型化革新发展不足,余热回收一直没有蓬勃发展,特别是在小型生产型企业中鲜有应用。
▌降低园区生产能耗
据统计,2019年我国国内生产总值能耗比上年下降了2.6%。我国单位GDP的能耗是世界平均水平的1.4～1.5倍,是发达国家的2～3倍。
因此,相比拓展二氧化碳资源化利用途径,节能提效是实现“双碳”目标的优选方案。我国同比产值的能耗较高,需要对生产线及生产环境用能进行优化改造,特别是高能耗企业的生产用能,如动力设备的改造、输配线路的优化、低效设备的更替等。
▌探索新型能源示范应用
1）全面协调推进新能源形式的开发,如建立园区级别的微电网系统、集中供能系统等。
2）新型高效低成本太阳能的多元化利用,如建筑光伏一体化,中型风机、光伏、储能的结合。
3）全力开展围绕制氢、储运、加注、应用等环节的研究,目前固态储氢的技术在国内外已基本成熟,但受限于运营模式和成本等因素,未能大面积推广。
4）目前由于技术复杂和能耗消费的协调、电力交易的市场化等因素限制了三联供技术的推广,因此要因地制宜发展生物质能梯级利用、多能互补、热电气联产等新能源。
5）利用好储能对新能源的调配和电力系统的削峰填谷,通过大力应用储能技术,能有效提高用户电能的应用质量。储能技术可与变频技术、网络技术等有机结合,随时分析及预判用户在供配电网络内的运转情况。目前主要的储能技术包括：超级电容器储能、飞轮储能、压缩空气储能等。
▌完善综合能源转型、变革体制机制
1）协调能源价格、税收、财政、投资、金融、环保等方面的政策衔接,激发综合能源利用的市场活力。的作用,让能源系统市场化。
2）加快能源市场体系建设,充分发挥市场配置资源
3）完善价格制度,形成科学灵活的价格调节机制,适应能源革命的新要求,为新能源的储能提供良好的政策保障。
产业园区综合能源利用的智慧化管理
基于园区的区域定位、业态分布和周边资源情况,建设智慧能源网络,技术形式涵盖：冷热电三联供、热泵技术、冷水机组、燃气锅炉、光伏系统、余热利用、蓄能技术等。按多能互补、集成优化的原则建设多源协调、多网融合的智慧能源微网。
通过综合能源的系统集成和智慧化管理,可将能源消耗降低10%～30%,大大降低了综合性园区的用能。综合能源利用流程图如图1所示。
园区建设的智慧能源管理平台通过在源、网、荷、储、充的各个关键节点安装监测、分析、保护、治理装置,通过高性能边缘计算网关采集数据并上传至云平台。平台根据最新的用电负荷、电网价格、电网调度指令等情况,调整包括光伏、风力、充电桩、储能等各个系统的控制策略并远程下达指令,通过削峰填谷、多能互补,实现远程智能电力监控与调度,使各能源系统之间的协调规划、优化运行、协同管理和互动互联。
智慧园区能源管理平台如图2所示,其体现了对能源大数据的管理。对电、煤、油、气等能源领域的数据及周边资源如人口、地理、气象、经济、交通等领域的数据进行集成融合与价值挖掘,实现能源管理的大数据价值,并为下一步的技术革新提供关键性的数据支撑,可在以后的清洁能源和园区能耗大数据、输变电大数据、配用电大数据等领域广泛利用。
综合能源利用的工作步骤
▌深度剖析产业园区的能源现状
基于园区所在地的经济现状、自然资源禀赋,深入剖析能源利用预测和能源消费结构的特点。通过分析园区能源发展的优势条件及不利因素,为园区未来的能源发展提供扎实的数据基础和事实依据。
▌合理预测能源发展趋势
基于园区现有的发展基础,结合未来用能增长趋势、产业结构优化趋势等要素,对园区的能源需求、需求结构、供给能力等进行合理的分析和预测,并通过对能源供求平衡的分析,发掘能源供需缺口及能源发展潜力。
▌提出能耗目标
提出合理可行的园区用能目标,包括但不限于能源结构调整及节能减排等重点目标。针对分解目标提出考核指标,并提出相应的实施细则,为指标完成和目标实现提供有效的支撑。
▌落实保障体系
围绕园区能源发展目标及发展任务,从组织保障、金融支持等维度完善能源发展保障体系,为园区能源发展任务的有效推进、落实提供后备支撑。
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为实现跨越式的节能目标,必须从规划到实施落地、从上到下、从浅到深,多维度地挖掘能源节约途径和潜力。在寻求节约能源的同时,必须了解建筑以及生产本身就是一个重要的能源消耗路径。
如果纯粹从碳中和的角度去思考,过度压缩能源的消耗也不可取,节能技术的投入和路径需要考虑其性价比等因素。因此,零碳园区也可以适当通过绿电交易的形式来实现。
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