零碳农业园区综合能源服务解决方案

王建宾1，胡永朋2，周忠堂4，赵冠4，吕辉3* （1. 国网山东省电力公司，山东 济南 250001; 2. 国家电网有限公司，北京 西城 100031;3. 南京南瑞信息通信有限公司，江苏 南京 210000; 4. 国网山东省电力公司临沂供电公司，山东 临沂 276000） 摘要：在双碳目标和区域高质量发展背景下，园区作为产业集聚发展的核心单元，已经成为推动我国区域经济高质量发展和区域落实“双碳”战略的重要平台。文章以某国家农业园区的零碳园区综合能源服务系统为例，结合光伏发电系统相关优化运行策略，介绍了包含园区综合能源系统清洁替代方案、源网荷储多能互补、能效提升优化、能碳双控智慧能源管理系统的零碳园区综合能源服务解决方案，具有非常可观的推广意义。 中图分类号：TM76 关键词：双碳目标；零碳园区；综合能源系统；多能互补；建设方案 Zero Carbon Agricultural Park Integrated Energy Service Solution WANG Jianbin1, HU Yongpeng2, ZHOU Zhongtang4, ZHAO Guan4, LV Hui3* (1. State Grid Shandong Electric Power Company, Shandong Jinan 250001, China; 2. State Grid Corporation of China, BeijingXicheng 100031, China; 3. Nanjing NARI Information Communication Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210000, China; 4. LinyiPower Supply Company of State Grid Shandong Electric Power Company, Shandong Linyi 276000, China) Abstract:Under the background of dual-carbon goals and regional high-quality development, the park, as the core unitofindustrial agglomeration development,has become an important platform for promoting the high-qualitydevelopment of China's regional economy and regional implementation of the "dual-carbon" strategy. This paper takesthe zero-carbon park integrated energy service system of a national agricultural park as an example, combined with therelevant optimization operation strategy of photovoltaic power generation system, this paper introduces the zero-carbonpark integrated energy service solution, which includes the clean alternative scheme of the park integrated energysystem, the multi-energy complementarity of grid, load and storage, the optimization of energy efficiency improve-ment, and the intelligent energy management system of energy and carbon double control, which has very considerablepromotion significance. Keywords:double carbon target; zero carbon park; integrated energy system; multi-functional complementary;construction plan 化石燃料大量使用的背景下，全球变暖和温室效应日趋显著[1]。我国积极稳妥推进碳达峰碳中和[2]。在“双碳”任务的紧迫性和重要性双重影响下，我国相关部门先后制定出台了建设循环经济园区、低碳园区、生态园区、绿色园区等政策文件[3]。 变革和动力变革，率先实现零碳化，树立发展标杆，对于区域落实“双碳”战略，实现高质量发展具有重要的意义[5]。 综合能源系统（integrated energy system，IES）作为将多种类型的能源系统在不同环节、不同时空尺度进行耦合而组成的综合能源系统[6-7]，是促进碳减排的重要方式。本文以某国家农业园区的零碳园区综合能源服务系统为例，从园区综合能源系统清洁替代方案、源网荷储多能互补、能效提升优化、能碳双控智慧能源管理系统4个方面，介绍农业园区碳中和智慧用能系统，为碳中和零碳园区建设提 RURAL ELECTRIFICATION作为产业集聚发展的核心单元和先进要素高度集聚、创新活动蓬勃发展的产业活动主要载体，以产业园区为代表的各类型园区快速发展，已经成为推动我国工业化、城镇化发展和区域经济高质量发展的重要平台[4]。园区通过自身的质量变革、效率收稿日期：2022-11-28 气化和全电厨房改造[8]。对园区小火车、观光游览车、工作人员通勤车、农产品运输车等交通工具进行电气化改造，实现交通工具全电化。 供示范与参考。 1面向碳中和的零碳园区建设框架 针对酒店、老街餐饮企业和沿街商户大部分用天然气、液化气专控，采用全电厨房设备“以电代气”，具有无明火、智能稳定、无泄漏风险，同时替代的电能全部来源于可再生清洁能源，减少CO2排放。 围绕国家“双碳”战略与国家电网有限公司“一体四翼”发展布局要求，结合代村项目“区位优势明显、功能要素齐全、资源禀赋优越”的突出特点，因地制宜推进零碳园区新型电力系统建设，构建以新能源为主体的新型电力系统，以能源、办公、农业、养殖、餐饮等多场景的零碳园区数据体系建设，助力实现“双碳”目标落地，零碳园区建设整体思路框架图如图1所示。 3园区源网荷储多能互补建设方案 为尽可能的就地消纳分布式风光资源，实现园区实时碳中和，同时提高电网友好互动能力，建设建设源网荷储多能互补系统[9]。 零碳园区以优化能源结构、动态平衡碳能、推动产业转型升级、更新硬件设施、提升精细化管理水平为建设路径。通过物联网、区块链等技术实现能源综合管控平台和碳排放检测平台对分布式智能终端实现动态监测，并通过人工智能和大数据运算等智能计算技术进行趋势预测和对比分析，从而实现智能决策并实行优化策略。 3.1电储能系统建设 通过引入电储能系统，将光伏发电所产生的间歇性、随机性能量超出的负荷储存起来，在负荷增加时，释放到变压器输出侧，一方面平滑园区负荷曲线，实现对大电网网的友好负荷；另一方面，降低用户的用电成本，实现最大收益。 2园区综合能源系统清洁替代方案 主要建设方案：储能变流器与电池包、BMS系统、消防系统均采用模块化设计，集成于标准储能柜内，与拟并网的变压器输出侧接入。每个储能柜的数据均通过5G网络与动态能量管理器相连，接入云端能量管理系统。储能变流器采用模块化设计，具备离网、并网及整流模式，并可在3种模式之间智能切换，同时兼备无功补偿及谐波补偿功能，采用先进控制算法实现多机并联，具备优良的负载适性和电网适应性。 2.1可再生能源建设 根据园区所处地区的可再生能源资源禀赋情况，设计接入光伏发电系统和风力发电系统，以并网光伏发电系统为主要能源来源。 光伏发电系统主要建设于园区酒店主楼及配楼房顶、农展馆屋顶、食品加工厂屋顶，年发电量可达约2201.2 kWh。 安装部分风力发电机，风力发电系统不上网，供园区负荷自用。 电储能控制策略如图2所示，储能系统根据负荷曲线、园区用电成本、天气情况等进行详细的优化控制，主要分为日前调度与日内滚动调度两阶段。 2.2电气化清洁电能替代 园区电气化清洁电能替代主要包括交通工具电 蓄热系统采用PLC控制系统[13]，可提供本地和异地监控，具有手动、自动、远程控制功能，具有良好的人机界面，输出报表内容全面。控制系统智能化管理，可分时段运行模式，每天可设定多个时段，依次定时自动运行，每个时段可分别设置不同的运行温度，并可实现气候补偿控制，实现分时段按需供暖。具有通用的485接口，可以实现楼宇自控等多种控制方式。 3.3智慧充电桩建设 为实现绿色出行从而减少园区碳排放，丰富园区直流元素，在园区内建设电动汽车智慧直流充电桩。 智慧直流充电桩接入方式如图3所示，通过网联模块与充电桩控制器等关键元器件配合，实现充电桩安全接入、用户充电鉴权、电量实时采集、负荷监测、启动停止控制以及各类异常告警上送等功能。根据需要，网联模块可安装在充电桩内部，也可安装在充电桩外部。 日前调度[10]：根据日前负荷曲线及天气预报，以园区用户用电成本最小、园区净负荷曲线尽量平缓为目标，综合考虑需量防守、储能充放约束、充放效率、能量约束、网络拓扑约束等，建立日前储能充放电优化模型，通过二次规划方法，获取日前储能最优充放电策略。 日内滚动调度[11]：考虑日前负荷及光伏出力预测误差及其随机波动特征，以需量防守为约束，基于模型预测控制技术，对储能充放功率进行实时追踪控制。 根据具体负荷情况，各储能柜配置在相应变压器输出侧，通过联络线和云端能量管理系统，实现区域协同。在每台变压器输出侧安装低压线路智能监控终端，根据典型工作日负荷曲线情况，由动态能量控制器来进行日前优化调度和日中实时滚动控制的储能柜的充放电工作策略，实现平滑负荷和用户最优用电效益。 综合历史负荷、用户数据、配变容量、充电需求等信息，形成电动汽车智慧充电桩有序充电控制策略，如图4所示，当充电服务运营平台下发的有序充电控制策略后，可实现输出功率的实时调节和控制。当智慧直流充电桩处于正常状态时，能源控制器接受到充电计划后，通过向能源路由器下发充电功率设定值，最终通过PWM控制车辆充电功率；当智慧直流充电桩处于配变运行越限时，能源控制器在感知到配变越限状态后，立即在既有充电计划基础上进行越限紧急控制。 3.2蓄热系统建设 RURAL ELECTRIFICATION由于电储能设备前期投资较大，且园区玻璃温室大棚以及部分景区存在一定的用热需求，为提高园区储能系统经济性和最大化利用光伏发电，同时满足园区生产车间的用热需求，拟采用固体电蓄能机组进行蓄热，利用峰、谷、平电价差，在低谷电时段直接蓄热[12]，利用电加热将蓄热体加热到750 °C储存起来，并以热能形式储存在蓄热体器内供白天峰或平电时段使用，满足供暖需热量，以达到完全避峰、平电时段的用电量，削峰填谷，大大减少运行费用的目的。 3.3.1充电模式 根据用户用车需求，设计有序充电的控制策略，将用户主要分为“时间优先型用户”和“费用优先型用户”两部分，为其提供“尽快充”和“低费充” 两类有序充电模式。 3.4低压柔直多台区用能互济建设 为实现各个台区之间的功率互济，优化用能水平，在选择分布式电源配置与负荷特性具有互补特性的临近台区，建设如图5所示的低压柔性直流配电系统进行台区低压侧互联。 3.3.2管理策略 事件即时调度：当充电用户发起充电请求时，对其进行充电计划的预调度编排，审核充电请求的合理性和有效性。 主要建设方案如下：在各台区低压侧分别建设部署低压柔性直流配电换流阀，各个换