杜友愛，修科華，徐 建，張 超

(常州天合智慧能源工程有限公司，常州 213031)

0 引 言

隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，能源的需求量逐年攀升。以煤、石油為主的化石能源儲量有限，在一定程度上存在污染，尤其是以煤炭為主的“碳基”燃料污染更為嚴(yán)重[1]。同時，煤炭還是重要的化工原料，僅作為燃料進行消費，存在資源浪費的質(zhì)疑。如何提高能源利用率、防止大氣污染逐漸成為大家關(guān)注的焦點。

企業(yè)是構(gòu)成社會工業(yè)體系的基礎(chǔ)因子，其能源利用結(jié)構(gòu)及能耗水平在一定程度上反映了國家的能源使用情況。建立以電能為核心支撐，清潔能源及可再生能源為互補，利用能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行協(xié)調(diào)控制，貫穿“源-網(wǎng)-荷-儲”能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，構(gòu)建“端-管-云-邊”框架體系，形成“發(fā)-儲-配-用-售”終端一體化能源供給系統(tǒng)。逐步實現(xiàn)科學(xué)用能，實現(xiàn)綠色工廠、智慧工廠[2-3]。

1 研究方法及工藝路線

1.1 研究方法

以能源利用全壽命周期為研究方法，包括能源生產(chǎn)、儲運、轉(zhuǎn)換、使用等環(huán)節(jié)[4]。并在各個環(huán)節(jié)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、相變優(yōu)化、駐點優(yōu)化、時空優(yōu)化，充分發(fā)揮綜合能源服務(wù)的優(yōu)勢。能量四環(huán)節(jié)理論如圖1所示。

終端一體化供能系統(tǒng)包括主要因素有以市電、燃氣分布式、分布式光伏、分布式風(fēng)電、生物質(zhì)(垃圾)發(fā)電等“源”元素；以配電網(wǎng)、冷水網(wǎng)、熱水網(wǎng)、蒸汽網(wǎng)、燃氣網(wǎng)、污水網(wǎng)等“網(wǎng)”元素；以生產(chǎn)設(shè)備用、熱泵、充電樁、新能汽車、公共通風(fēng)與照明消耗的冷熱電氣水的“荷”元素；以儲熱、儲冷、儲電、壓縮空氣等具備暫存能源的“儲”元素。這些元素通過能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行協(xié)調(diào)控制，對“源”的出力數(shù)據(jù)、“網(wǎng)”的承載能力、“荷”的消費數(shù)據(jù)、“儲”的利用率等數(shù)據(jù)進行采集、分析、處理，通過機器學(xué)習(xí)，尋找更加的運行策略。

1.2 能效優(yōu)勢

以2 m3低位發(fā)熱量為8 600 kcal/m3的天然氣，對傳統(tǒng)技術(shù)與燃氣熱電聯(lián)供的能效比較[5]，如圖2所示。

從圖2(a)，(b)可知，傳統(tǒng)用能與熱電聯(lián)供的能效利用效率分別為η1、η2。

η1=(3.8+9)/(10+10)×100%=69%；

η2=17/(10+10)×100%=85%；

樓宇式燃氣分布式項目的技術(shù)基礎(chǔ)在能效層面優(yōu)勢較為明顯。

2 工程案例

以天合光能常州工廠天然氣分布式項目作為研究對象。該項目具有能效高、多能耦合、終端一體化等特點。效果圖如圖3所示。

2.1 能效高

系統(tǒng)能效達到83.35%，高于分布式能源要求的綜合能源效益70%。該系統(tǒng)采取高效燃氣內(nèi)燃機，發(fā)電效率44.7%,發(fā)電氣耗率0.135 8 Nm3/kW·h-1，電制冷系統(tǒng)綜合COP=4.5，吸收式煙氣溴化鋰?yán)?溫)水機組COP=1.1。系統(tǒng)充分利用廢氣廢熱，缸套水由95 ℃降低至75 ℃，該部分余熱用來驅(qū)動熱水型溴化鋰溫水機組；排煙溫度由371 ℃降低至110 ℃，該部分余熱用來驅(qū)動煙氣型溴化鋰，如圖4所示。

2.2 多元耦合

系統(tǒng)以樓宇式燃氣分布式發(fā)電為基核，市電為保障，以典型光伏企業(yè)生產(chǎn)用能為服務(wù)對象，耦合了光伏發(fā)電、化學(xué)能儲電、充電樁等元素，利用智慧能源管理平臺將系統(tǒng)的“源”、“荷”參數(shù)進行儲存、整理、分析，并在一定時間內(nèi)實現(xiàn)計算機深度學(xué)習(xí)，有利于“源-荷”耦合關(guān)系進行優(yōu)化，為更多元素的耦合提供平臺服務(wù)，為提高清潔能源的滲透比例、可再生能源發(fā)電特性、化學(xué)能儲能的特性進行基礎(chǔ)研究。

2.3 終端一體化平臺

通過終端一體化智慧能源管理平臺，對燃氣三聯(lián)供系統(tǒng)、光伏分布式能源、冷水機組及電儲能等能源生產(chǎn)端進行負荷預(yù)測、調(diào)節(jié)，實現(xiàn)用戶用能與分布式資源、電力負荷資源、儲能資源之間通過自主交易實現(xiàn)動態(tài)平衡，優(yōu)化并引導(dǎo)能源消費行為，實現(xiàn)分布式能源生產(chǎn)、消費一體化[6]，如圖5所示。

依托終端一體化智慧能源控制平臺，對廠區(qū)的能源生產(chǎn)及使用情況進行監(jiān)測、計量，發(fā)揮能源大數(shù)據(jù)技術(shù)在能源監(jiān)管中的基礎(chǔ)性作用，建立涵蓋能源生產(chǎn)、輸送、使用、回收全鏈條，透明高效監(jiān)測管理體系，提升能源監(jiān)管效率，分級分層的能源統(tǒng)計、分析與預(yù)測預(yù)警，指導(dǎo)監(jiān)督工廠能源消費總量控制。

2.4 安全清潔

系統(tǒng)的排煙系統(tǒng)增設(shè)SCR脫硝系統(tǒng)，氮氧化物排放量由500 mg/Nm3降低至50 mg/Nm3；燃料不含硫，二氧化硫排放量可忽略不計，且能源生產(chǎn)過程中，煙塵量較??；通過增設(shè)隔音罩殼，使得噪聲降低到85分貝以下，再通過外部降噪格柵系統(tǒng)將噪聲降低至65分貝以下，對環(huán)境影響較小。

2.5 效益

該燃氣分布式發(fā)電系統(tǒng)年運行小時數(shù)5 600 h，年發(fā)電量約3 475 萬kW·h，供冷量約3 263 萬kW·h，供熱量約688萬kW·h。以每千瓦時耗標(biāo)準(zhǔn)煤0.32 kg的現(xiàn)有發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)計算，年減排二氧化硫約為95.6 t，年減排氮氧化物約74 t。同時，每千瓦時電量較市電降低0.07元/kWh，年度節(jié)約用電費用240萬以上。另外該項目為招商引資項目，引進外部投資約5 000萬元，并作為能源互聯(lián)網(wǎng)的示范項目，該企業(yè)宣傳能源應(yīng)用、能源管理以及數(shù)字能源意義深遠。

3 結(jié)束語

樓宇式燃氣分布式系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的一種表現(xiàn)形式，是促進企業(yè)能源自治，優(yōu)化企業(yè)用能結(jié)構(gòu)的有效方式。在供給電能的同時可供給熱能與冷能，系統(tǒng)效率在80%以上。

結(jié)合能源現(xiàn)狀，引入能源低碳高效能源利用技術(shù)、能源數(shù)據(jù)智能聚合技術(shù)、區(qū)域能源供給網(wǎng)絡(luò)多空間尺度無中心協(xié)同控制技術(shù)、并行/分布式計算技術(shù)等新型技術(shù)，進行能源生產(chǎn)、傳輸、消費、回收及管控等全過程管理應(yīng)用，實現(xiàn)多種形式能源的高效生產(chǎn)、靈活控制以及智能化利用。

綜合能源服務(wù)作為概念老、實施新的事物，有待國家在政策上進行支持，以發(fā)揮能源互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，解決就近消納，增加可再生能源的能源占比。而樓宇式燃氣分布式為新老概念的融合可起到存進作用。