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一直以来，我国园区工业地产用户用能方式多元化、电力消耗量也大。据统计，我国七成的工业用能都集中在园区工业地产。对于园区工业地产而言，开展综合能源服务越来越有必要。综合能源服务是适应现代能源供应体系和消费方式多样化变革的需要，将供能侧的多种供能方式和用能侧的多种需求响应进行排列组合而形成的能源服务创新模式。
目前我国园区工业地产的能源系统主要存在以下几点问题：
①能源供应安全保障不足，很多园区由于供电、供气、供热等能源供应安全保障不足，影响其经济发展。
②能源消费结构不合理，传统能源的使用比例过高，给园区节能减排带来巨大压力。
③管理方式粗放，管理平台覆盖率低，存在管控盲点。
④新能源应用比例不高，开发利用可再生能源的意识不足。
⑤管理方式粗放，数据变量大、属性杂，对于能源的使用情况难以实时掌控和直观呈现。
2园区工业地产综合能源系统架构
我国工业园区中的能量流通过程包括能源生产、能量转换、能量传输、能源储存和能源消费5个环节，包含风力发电、光伏发电、光热电站、燃气发电、燃气制热、电制冷、吸收式制冷等多种用能形式，用能种类多、数量大，节能空间广。常见的供能系统有冷热电三联供系统、热泵系统、风光发电系统、储能系统等。工业园区内普遍建设了用能监控管理系统，用于对工业生产过程进行监控，但能源结构不合理，缺乏联动方式及策略，能源利用率偏低；其次，部分工业园区正在使用的用能监控管理系统只具备分析功能，不能对各能源模块实施控制，无法实现能源设备出力的自动调节，使得工业园区整体能源效率偏低，提升空间巨大。
园区综合能源系统架构包含物理层、信息层和服务层。物理层是物质基础,实现能源生产、传输、供应等功能；信息层是数据与控制中心，利用能源数据与信息通信技术, 进行数据的交互与共享、智慧用能控制、数据价值挖掘等；服务层是管理枢纽, 基于综合能源系统物理架构及数据、信息技术的支撑, 在清洁能源消纳、能源效率提升、能源智慧管理等方面提供综合能源的整体解决方案。园区综合能源服务的商业模式是基于上述3个层次进行规划、设计与实施。
3园区工业地产的能源消费情况
园区工业地产按其产业类型可分为综合类、行业类和静脉产业类园区。综合类园区工业地产产业集群程度较高, 行业类别较多,资源消耗种类也繁多复杂；行业类园区工业地产一般以某一类行业及其衍生行业为核心, 资源消耗种类相对简单,静脉产业类园区主要从事再生资源回收、加工和利用, 其用能类型也相对简单, 以电等二次能源为主。
除生产用能以外, 园区工业地产内的商业、居民建筑、园区交通等, 也是园区用能的重要组成。目前园区工业地产能源消费面临着诸多问题, 如：能源消耗总量大, 温室气体排放量大；园区内电、水、热等能源的耦合利用不足, 各类企业资源回收、余能利用不足, 能源综合利用率不高；因本地资源禀赋、能源网络调度技术等因素的限制, 导致清洁能源应用比重不高等。
4终端电气化面临规模数量成本综合制约
终端电气化是园区深化节能降碳的关键举措。当前，园区大部分企业的装备电气化面临单体规模小、数量多的问题，节能提效技术创新及装备推广存在投入成本高等短板。课题组对某典型精细化工园区进行了专题研究，分析了其八大类5000台存量电机设备，总容量100 MW，单台设备的平均容量约10kW，其中单机容量大于15kW以上的电机设备数量仅占设备总数的35%，容量占81%，小规模电机的能效提升面临较大挑战，需要电机技术的整体提升。
5园区工业地产综合能源配置的商业模式
分布式能源具有灵活性高、排放低、就地利用等优势，是园区能源利用的主要方式。分布式能源系统建设的业务方向包括:
①基础设施服务，即能源基础设施的建设、运行和维护，微能网的规划、建设及运营，以及存量配电网向智能电网发展的改造等；
②区域性分布式发电厂的建设运营,如：园区大规模屋顶光伏和立面光伏系统的建设；
③虚拟电厂的建设，利用通信及控制技术,整合不同类型分布式能源，有机结合储能侧和需求侧的可用负荷，实现对发售电侧的协调运行；
④发电与其他行业的耦合，如：参与制氢、制甲烷等能源转换过程。
位于江苏无锡的红豆工业园内有纺织服装、橡胶轮胎、生物医药等多个产业，园区于2001年建设了自备热电厂，同时满足园区内客户的用电及用热需求。2012年起，利用厂房屋顶建设分布式光伏系统，并投建储能电站，缓解园区电网调节压力，平滑整体用电负荷，起到了削峰填谷，多能互补的作用。预计到2020年，园区整体清洁能源占比将提升至15%，单位产值能耗下降8%，综合用能成本降低10%。
6推进园区工业地产节能降碳重点工程
从系统工程和全局视角，推进园区经济—能源—环境（“3E”）系统整体优化，实施园区节能降碳增效工程。鼓励优先利用可再生能源，实施能—水统筹，强化节约、提效、开源，产业和能源结构双优化、双清洁化，优化资源要素配置；以园区基础设施为重点，推动能源、环境基础设施系统优化和循环共生；构建智慧管理平台，推动能源管理与园区安全、环保、物流等一体化、智慧化。为此，园区节能降碳建议优先抓好以下重点工程：
①园区节能降碳分类指导能力建设工程
②园区三级计量精细化物质流能量流管理提升工程
③园区基础设施共生节能减污降碳提效工程
④园区数智强链数字化电气化工程
⑤园区综合能效提升系统工程
7工业园区能源数字化系统构成
把一个工业园区的能源系统看成一个微网，这个能源微网可能由微电网、给/排水网、供冷/热管网、燃气管网等等组成。要提高园区的能源利用效率，管理者首先要实现对园区各类能源的精细化管理，实现多级能源计量和评估，这就需要建立一套园区能源的数字化系统，系统可以反馈整个园区能源的运行情况。能源数字化系统包括物理系统、感知系统和信息系统三个维度。
图1 园区微电网数字化系统的三维构成
物理系统是能源的物质基础,实现能源生产、传输、供应等功能，以微电网为例，包括市电、新能源(光伏、风力发电等)、变压器、输配电开关柜、储能系统、用电负荷（空调、照明、电机等）、V2G充电桩等等。
很多物理系统不具备数字化通讯能力，需要配置感知设备实现对物理系统的数字化展现，主要为二次设备，其中包括保护控制装置、监测和计量仪表、电量变送器、电能质量分析治理设备等，这些二次设备组成了园区能源数字化的感知系统。
最后还需要把感知系统的数据通过简单易懂的界面展示给管理人员，并提供分析建议和控制策路以达到园区能源管理和节能降耗的目的。感知系统的大量数据通过边缘计算网关采集并初步处理后传输给人机界面--信息系统，提供能源数据服务和控制、运维功能，网络架构见图2。
图2 能源数字化建设网络架构
8工业园区能源数字化系统功能
AcrelEMS工业园区能源管理系统帮助搭建工业园区的能源计量体系和能源管理，结合物联网、大数据技术，可实现园区电网电力监控、能耗统计、负荷预测、照明控制、负荷监控、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能控制管理、用水监测、暖通管网监测、环境监测、能源计费等功能，通过一套平台实现园区能源数字化集中管理，达到可靠、安全、节约、高效、低碳用能的目的。
图3 园区能源管理系统功能一览图
8.1 电力监控，提升园区电网运行安全
AcrelEMS对园区变电站、高低压变配电系统的变压器、断路器、直流屏、母排、无功补偿柜及电缆等配电相关设备的电气参数、运行状态、漏电电流、接点温度进行实时监测和控制，监测园区电网主要回路的电能质量并进行治理，对故障及时处理并发出告警信息，提高园区供电可靠性。
图4 电力监控和温度监测
8.2 新能源接入，提升园区能源供应安全
AcrelEMS接入园区分布式光伏电站运行数据，包括逆变器、箱变、计量仪表及电能质量监测装置，协助管理者进行光伏发电效率分析、发电量及收益统计，扩展园区供电容量，降低用电成本，减少碳排放。
图5 光伏发电曲线对照分析
8.3储能策略控制，提升新能源消纳
AcrelEMS接入储能系统（EMS）、电池管理系统(BMS)和储能变流器(PCS)数据，为管理者提供运行模式监视和控制策略选择，系统监测电芯电流、温度、SOC、SOH，检测直流系统绝缘状况，并根据企业峰谷特点和电价波动以及上级平台指令设置储能系统的充放电策略，控制储能系统充放电，实现削峰填谷，促进新能源消纳，降低园区用电成本。
图6 储能系统PCS监测和电池监测
8.4能耗管理，搭建计量体系
AcrelEMS采集园区电、水、热、燃气等能源消耗，搭建三级能源计量体系，进行分类分项能耗统计，计算单位面积或单位产品的能耗数据以及趋势，对标主要用能设备能效进行能效诊断，计算企业碳排放，为园区实现能源精细化管理，制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持。
图7 能耗分析
8.5负荷控制及计费，精细化管理降低能耗
AcrelEMS系统通过对园区建筑内部和公共照明的集中控制、感应控制、定时控制等方式节约照明能源，还可以帮助管理者更好地管理转供电的能源收费，做到欠费提前通知、欠费控制以及支付对接，通过算法消纳园区能耗公摊，避免不合理收费，保障能源收支平衡。
图8 照明智能控制和能源预付费管理
8.6负荷预测，协调控制，保障园区供用平衡
AcrelEMS系统基于历史负荷数据，结合天气因素、园区生产计划等，预测园区功率需求、光伏发电功率、充电需求，根据变压器负载率和负荷变化，对园区可调可控设备进行统一协调控制，引导有序充电，调整储能充放电计划，为园区制定能源计划、优化用能结构提供技术支持。
图9 充电桩控制和功率预测
8.7能源数字化系统感知设备
园区能源数字化系统除了软件外，还离不开安装于现场的各类感知设备，包括高低压配电保护控制装置、监测和计量仪表、电量变送器、电能质量分析治理设备、照明控制器、有线/无线温度传感器、水表、燃气表、能量表等各类产品，安科瑞可以为园区能源数字化系统建设提供一站式服务。
名称 | 图片 | 型号 | 功能 | 应用 |
保护测控装置 |
| AM6 | 实现35kV、10kV回路的保护、测量和自动控制功能 | 中压回路 |
电能质量在线监测装置 |
| APView500 | 实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量，记录各类电能质量事件，记录事件发生前后的波形，辅助用户分析电能质量发生的原因,定位扰动源。 | 高低压进线回路 |
弧光保护装置 |
| ARB6-M | 适用于开关柜弧光信号和电流信号的采集，并控制进线柜或母联柜分闸 | 中压母线保护 |
智能操控装置 |
| ASD500系列 | 35kV、10kV开关柜状态的综合测控以及柜内环境温湿度的测量与控制。 | 适用于35kV、10kV开关柜状态的综合测控以及柜内环境温湿度的测量与控制。 |
无线测温传感器 |
| ATE400 | 监测35kV及以下电压等级配电系统关键接点温度和温升预警。 | 适用于35kV、10kV以及0.4kV开关柜母排、断路器、电缆接头等接点温度监测 |
动态谐波无功补偿系统 |
| AnCos*/*-G Ⅰ型 | 同时具备谐波治理、无功功率线性补偿与三相电流平衡治理和稳定电压的功能,响应时间快，精度高、运行稳定，能根据系统的无功特性自动调整输出，动态补偿功率因数； | 0.4kV电能质量治理 |
网络电力仪表 |
| APM520 | 具有全电量测量，谐波畸变率、电压合格率统计、电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。 | 主要用于高低压电能监测和电能管理 |
电能表 |
| DTSD1352 | 具有全电量测量，电能统计，80A内可直接接入，导轨安装 | 低压配电箱 |
物联网仪表 |
| ADW300 | 主要用于计量中低压配电的三相电气参数，可灵活安装于配电箱内，自带开口式互感器，安装接线方便，具备RS485、4G、LoRaWan无线通信功能，适用于配电系统数字化改造。 | 数字化改造 |
物联网仪表 |
| ARCM300 | 三相交流电能计量、漏电电流测量、谐波分析、4路温度采集功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理，RS485通讯或4G通讯功能。 | 电气消防和数字化改造 |
直流电能表 |
| DJSF1352-RN | 可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等，具备配套霍尔传感器(可选)。 | 直流计量 |
马达保护 |
| ARD3M | 电动机保护控制器，适用于额定电压至 660V 的低压电动机回路，集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。其完善的保护功能确保电动机安全运行，强大的逻辑可编程功能可以满足各种控制要求，多种可选配的通讯方式适应现场不同的总线通讯需求。 | 工厂电机控制 |
抗晃电装置 |
| ARD-KHD | 电压短暂失压时防止接触器脱扣，电压恢复后不间断运行，避免系统受到冲击。 |
|
遥信遥控单元 |
| ARTU-KJ8 | 8路DI，8路DO，导轨式安装，485通讯，可实现断路器或接触器的远程控制和状态量采集。 | 遥信和遥控 |
限流式保护器 |
| ASCP200 | 当低压配电回路发生短路故障时，ASCP200电气防火限流式保护器能以微秒级速度快速(＜150μs)限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故。 | 用电安全 |
充电桩 |
| AEV200-DC160S | 7kW交流充电桩和30/60/120/160kW直流充电桩。具备测量、控制与保护的功能，如运行状态监测、故障状态监测、充电计量与计费以及充电过程的联动控制等。 | 充电桩运营和充电控制 |
照明控制器 |
| ASL220Z-Sx/16 | 通过集中控制、感应控制、定时控制、经纬度、调光控制等控制方式避免长明灯，节约照明能源，延长灯具寿命。 | 照明控制 |
远传式水表 | / | / | 计量用水量，MBUS或RS485通讯接口 | 用水计量 |
远传式能量表 | / | / | 涡街、超声波、电磁式等方式计量冷热量、蒸汽用量和瞬时流量，RS485通讯接口。 | 能量计量 |
远传式气表 | / | / | 计量燃气(防爆)、压缩空气等用量，RS485通讯接口。 | 气体计量 |
智能网关 |
| ANet-2E4SM | 边缘计算网关，嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议 | 电能、环境等数据采集、转换和逻辑判断 |
9工业园区能源数字化系统的建设意义
园区作为实体经济主战场，未来随着经济持续增长能耗总量和碳排放总量仍将继续增长。要实现双碳计划，工业园区节能减排任务相当紧迫，碳排放评价试点产业园区也开始实施，如果我们还在依靠传统的手段来管理园区的能源体系显然是不可取的。主管部门陆续出台政策推动产业园区数字化转型，打造绿色低碳产业园区，因此园区的能源数字化管理系统也是势在必行。
参考文献
PPP产业大讲堂.《产业园区中工业厂房的能源综合配置》.
