1、153建筑科技2023 年 第 3 期绿色建筑Green Building“双碳”目标下零碳园区综合能源利用潜力的研究与应用Research and Application of Comprehensive Energy Utilization Potential of Zero Carbon Park Under Double Carbon Target张高锋（中节能绿建环保科技有限公司,浙江 杭州 310012）摘要：产业园区能耗作为社会生产必不可少的能源消耗,是国家能耗较为重要的板块。通过分析传统节能环保园区的用电量、可再生能源的发电量等数据,系统研究综合能源利用、节能、储能等措施实现园
2、区的零碳及碳中和的潜力。在综合能源利用方面形成研究和应用的创新思路,从切实可行、客观实际的角度分析园区在碳中和方面的可行性,形成国内绿色低碳园区建设的借鉴典范。关键词：综合能源;零碳园区;智慧能源微网中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）03-0153-030引言 为响应国家“双碳”政策、落实整体“双碳”布局,坚持生态优先、绿色发展的理念,产业园区须持续推进结构优化升级,促进园区建设向“双碳”目标稳步迈进。“双碳”目标作为一个长期的战略性政策导向,直接影响了产业园区能源结构的转型升级。产业园区作为绿色发展和能源低碳化转型的重要空间载体,降低产业园区的碳排
3、放主要的决策因素就在于能源节约和清洁能源利用潜力的挖掘1。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。1“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：降低能源消费和碳排放强度;控制煤炭消费,大规模发展清洁能源;继续推进电动汽车代替传统燃油汽车;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：大规模发展可再生能源;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
4、减排改造;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：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;考虑碳汇技术,例如碳捕捉、利用和封存2。2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
5、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3。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154建筑科技2023 年 第 3 期绿色建筑Green Building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
6、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。表1产业园区用能及可再生能源的发电量园区园区总建筑面积/m2项目总用电量/kWh可再生能源发电量/kWh可再生能源发电量占比/%产业园A122 0003 786 856.78
7、1 337 88035.32产业园B80 2531 956 024992 00050.72产业园C38 548.742 505 7751 187 63547.40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。3产业园区能源节约的路径3.1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
8、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。3.2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1.41.5倍,是发达国家的23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。3.3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
9、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
10、轮储能、压缩空气储能等。3.4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。（2）加快能源市场体系建设,充分发挥市场配置资源的作用,让能源系统市场化。（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4。4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
11、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。图1综合能源利用流程图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155建筑科技2023 年 第 3 期绿色建筑Green Building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
12、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。5综合能源利用的工作步骤5.1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。5.2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
13、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。5.3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。5.4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。图2园区综合能耗智慧化管理平台示意图6结语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。
14、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。参考文献:2 赵若楠,马中,乔琦,等.中国工业园区绿色发展政策对比分析及对策研究J.环境科学研究,2020,33(2):511-518.2 中国长期低碳发展战略与转型路径研究课题组,清华大学气候变化与可持续发展研究院.读懂碳中和：中国2020-2050年低碳发展行动路线图M.北京：中信出版社,2021.3 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2019M.北京：中国建筑工业出版社,2019.4 张有生,高虎,刘坚.技术进步推动中国新能源产业发展步入新阶段J.国际石油经济,2019,27(4):1-8.收稿日期：2023-05-16作者简介：张高锋,硕士研究生,高级工程师,主要从事绿色建筑相关研究及项目管理工作,现供职于中节能绿建环保科技有限公司。通信地址：浙江省杭州市文二路391号西湖国际科技大厦A座。