园区综合能源系统低碳发展路径与评价研究

  本文从园区能源系统的方面出发，梳理了（近）零碳园区与园区综合能源系统基本概念、园区低碳发展路径以及国内外具体实践情况，并结合我国当前实际提出了一套评价园区低碳发展水平的评价指标体系，旨在为园区实现“双碳”目标提供决策支撑。

  （近）零碳园区是指在利用风光新能源发电、节能减排、碳交易等手段抵消自身产生二氧化碳排放的工商业园区。相比于传统的工商业园区，（近）零碳园区以更高的能源利用效率、更低的碳排放实现局域性碳中和，也是我国落实“双碳”目标的重要载体。

  （近）零碳园区的特点主要体现园区总体达到相对／绝对“零排放”。尤其对于风光新能源利用比例高、节能减排效果好的园区实现了相对“零排放”，有些甚至达到了绝对“零排放”，即园区可抵消二氧化碳的能力大于其产生二氧化碳的能力，这些二氧化碳中和能力包括植树造林、二氧化碳捕捉和封存等清除技术。

  园区综合能源系统是面向工商业园区、社区、居民小区，具有冷、热、电、气多类终端能源且实现相互连通、协调互补的能源体系。相比其他分散式能源系统，园区综合能源系统具有能源种类丰富、单位体积内的包含的能量高、节能潜力大等优点，是实现“碳达峰、碳中和”目标以及构建“清洁低碳、安全高效”能源系统的重要载体。

  综合能源系统具备新型电力系统下完备的“源—网—荷—储”结构，其能量流与业务流覆盖能源生产、能源输配、能源消费、能源储存的各个环节。

  通过科学合理的能源管控策略，综合能源系统在保证园区正常生产、生活能源供给的前提下，能够明显提升终端能源的综合利用效率，并对风光新能源就地利用、冷热电多种能源形式转化、多品质能源梯级利用等实现有序调节。

  在“碳达峰、碳中和”背景下，工商业园区按照近期“近零碳”远期“净零碳”的目标分阶段、有步骤实施，通过构建以光伏、储能为核心的多能互补的绿色智慧能源系统，以及信息全面感知、分析与评价的零碳智慧评价体系，为园打造近零碳排放示范区提供保障。

  阶段一：以外购天然气为主满足园区冷热负荷的能源需求，以外购电力为主满足园区电力需求，其中外购绿能的比例不低于25％。园区内构建分布式能源站、光伏发电、储能系统参与园区调峰。

  在控制方面实现集中与分布协同、冷热供应与电能供应相对独立控制的能源供给架构。在信息、物理融合方面，按细分粒度不同实现对整个园区、片区、楼宇、设备用能情况的分级分类统计，并基于统计信息能够全息感知园区能耗与碳排放情况。

  阶段二：园区内光伏发电、储能设施的建设与利用规模持续扩大，与外购电能（绿能）一起可再次生产的能源占比不低于35％的能源供给模式，其中区内可再次生产的能源自给率不低于15％。园区电力不仅满足所有终端电能需求，通过电能替代、建设氢能站等方式，降低园区天然气用量30％以上。

  在控制方面实现分布式控制为主、新能源就近消纳的能源供给模式。在信息物理融合方面，构建与物理世界孪生的数字世界，保证二者的精准匹配，并据此实现园区碳排放的对标管理。

  阶段三：园区内构建以光伏发电、储能、氢能等可再次生产的能源利用的格局，与区外电能（绿能）供应一起实现区内绿能供给率不低于50％（其中区内可再次生产的能源自给率不低于25％），天然气替代率不低于60％、终端电能替代率不低于75％。

  在控制方面实现冷-热-电气能源流的协调统一控制，以及不同能源形式的无缝、快速转换。在信息物理融合方面，实现三方面自动管理，即自动感知各级管控单元碳排放的情况、自动对标行业先进指标、自动生成改进建议及方案。

  阶段四：园区实现近零碳排放，形成具有国内知名的标杆园区。届时，与区外电能（绿能）供应一起实现区内可再次生产的能源供给比率不低于65％（其中自给率不低于40％），区内天然气替代率实现80％以上，终端电能替代率达到95％以上。

  在控制方面实现以电能为主媒介的“冷-热-电0氢”多种类、多形式能源供给，实现各类能源形式的统一计量以及精准、足额送达。在信息物理融合方面，建成以碳排放为主要评价标准的用能及能耗管理体系，并在后阶段逐步实现退出天然气供应。

  随着技术不停地改进革新与客户的真实需求呈现多样化趋势，园区低碳化发展的可实施路径越来越丰富，比如园区能源结构优化、全力发展风光新能源、全方面推进园区节能减排、全力发展新兴零碳技术、热情参加碳市场交易等，具体介绍如下：

  1、园区能源结构优化。风光新能源接入、园区新旧能源设施更替、新型能源业务模式普及等倒逼园区结构优化调整，比如台区变就近布设一体化储能系统、分布式数据中心就近部署使用等。

  同时，园区新的能源结构调整适应能源动态接入与调整，并从技术与管理双渠道提升园区新旧能源设备的利用效率，降低CO₂等温室气体排放，加大废热再利用、多品质能源综合使用等手段实现“变废为宝”。

  2、大力发展风光新能源。以风力、光伏发电为代表的新能源高效利用是实现园区综合能源系统朝向绿能、低碳发展的重要方法。作为主要的“零碳”能源，风光发电在园区可以配套建设储能系统形成园区级风光储充微电网，既可以并网运行也可以离网运行，为提升园区用电效益、降低园区碳排放、实现新能源的就地利用起到示范作用。

  总之，通过提高以光伏、风电为代表的可再次生产的能源电力的比例，既能够完全满足园区对于电力的需求，又能轻松实现园区的低碳发展。

  3、全面推进园区节能减排。节能减排是推动园区综合能源系统赋能（近）零碳园区建设的重要方法，重点面向建筑节能减排、园区照明节能减排、园区垃圾分类及无害化处理等。其中，建筑节能减排重点考虑屋顶增设光伏发电、使用高保温效果的建筑围护结构、空调系统有序调节等；园区照明系统考虑使用LED节能灯具、进行照明节约能源改造、基于智能控制实现人走灯灭等方式，确保照明系统既能满足园区照明需求又能轻松实现节能降耗；园区垃圾分类及无害化处理通过垃圾合理分类、回收利用以及无害化处理等方面提升能源利用效率。

  ４、全力发展新兴零碳技术。随国家对碳资源管理与利用的重视，一些新兴的零碳技术（如碳汇、碳捕集、碳封存）开始产生，这些技术与传统节能降碳技术形成互补优势，为（近）零碳园区的开发、建设提供诸多可借鉴的思路。

  比如，在园区规划构建以碳捕捉封存技术（CCS）、氢能为代表的新兴零碳技术。氢能被认为是构建（近）零碳园区、实现园区节能减碳的关键能源，并能够与风力、光伏新能源配合使用实现大规模可再次生产的能源的高效、就地利用。通过积极探索和试点氢能、CCS技术在园区能源系统的多种利用形式，有助于园区能源系统实现更深度的脱碳。

  ５、热情参加碳市场交易。碳市场交易是政府为实现碳减排目标而设置的碳资产管理与交易平台，按照配额制并通过市场化运营方式，鼓励包括园区企业在内的碳相关主体共同促进双碳目标的顺利实现。

  比如，若某个园区企业的碳排放高于配额，能够最终靠自身的节能减排以及外在的购买新能源证书方式确保满足配额要求，而碳排放低的公司能够通过碳交易平台将自己多余的配额出售变现。随着“碳达峰、碳中和”战略的不断落实，园区的企业在未来势必会逐步进入到碳交易市场范畴中。提前谋划、热情参加碳市场的交易将会对未来园区的低碳发展产生重要推进作用。

  １、构建绿色智慧能源系统，为实现近零碳园区建设、优化园区能源供给结构等奠定基础。具体而言，按照园区规划建设目标，总体上根据园区规划实现能源供给管网的合理地布局、容量匹配，即基于当前及未来园区能源消耗、绿能容量需求，科学评估能源供给总体需求，据此合理布局能源站、管网走线、终端设施的数量，预留可扩展位置、接口，打造与需求匹配、可灵活扩展的能源物理架构。

  同时，构建“互联网＋”新能源、储能、能源站的园区智慧能源调度与运营平台，基于信息化技术构建与物理世界高度一致的数据世界，实现对终端、片区及整个园区能源的实时监测与优化控制，实现园区“冷热电气”等能源的全面感知、精准管理、自主支配与优化运营。

  ２、构建零碳智慧评价体系，通过采用全面园区能耗情况、对标行业先进指标、重点改进完善的思路，确保近零碳园区的顺利、早日实现。对于新建或拟引进项目，按照行业先进标准做碳排放评估，总体达标后方可入驻。对于园区已经建成项目，由粗到细地对区域内布局按产业进行细分，具体到每个片区以及片区内住宅、商业、工业的用能类型与特点，掌握各个终端设备、楼宇、细分片区乃至整个园区的能耗数据，经过换算、统计得到对应的能耗情况。

  接着，按照园区、行业、单体建筑等进行多维度对标，找到与行业先进指标差距明显、改善空间较大的方面做改进完善。总之，构建能及时、全面掌握园区总体及细致划分领域碳排放的零碳智慧评价体系，实现园区碳排放的“可查、可控、可追溯”。

  为保障园区综合能源系统低碳化顺利发展、园区各项低碳化发展路径的落地实施，最终打造（近）零碳园区，需要在园区能源系统碳监测、碳计量的基础上，客观进行碳表达，作为园区能源系统碳减排、近零碳园区构建的重要评价依据。其中，碳评价作为客观评判园区当前碳况及未来（近）零碳园区建设的重要依据，需要基于监测的终端指标构建完整的园区碳评价体系。

  园区综合能源系统碳评价具有一定的适合使用的范围及边界条件。通常而言，园区综合能源系统碳评价是以行政管理范围、道路、管廊等作为边界条件，重点对边界内的生产、生活及配套设施进行分类有序管理。

  其中，在生产碳评价方面，重点对生产厂房内的各类机组、照明、空调、自动化产线等碳排放情况做评价管理；在生活碳评价方面，重点对辅助生产的生活配套设施（如楼道照明、宿舍空调、电梯）等用能情况做评价，并对辖区内其他碳相关要素（如植物碳汇）等纳入到统一管理范围。

  总之，园区综合能源系统低碳发展是“双碳”目标下国家能源战略的实施方式之一，也是在园区层面率先实现低碳园区向近零碳园区、零碳园区过渡的重要抓手。

  重视和发展园区综合能源系统低碳发展评价体系的构建与实施，能够从系统层面掌握园区碳排放真实的情况，通过对标管理提出园区碳减排目标及措施，最终促进各类园区在细化后的不同平台标准下，方向相同、步调一致地共同促进“双碳”目标的如期顺利实现。需要强调的是，园区综合能源系统低碳发展评价体系是一项紧迫、重大任务，需要在实践中进行理论创新、技术创新与管理创新，并根据创新成果持续优化园区能源系统实施路径与实现方案。

  本文从园区综合能源系统的方面出发，通过梳理（近）零碳园区、园区综合能源系统基本概念，提出“双碳”背景下园区综合能源系统的低碳发展路径、评标体系，为类似园区的低碳化发展与建设提供参考。通过上述研究，对于未来园区低碳发展提出如下建议：

  1、政策层面：（近）零碳园区是实现我国“双碳”目标的重要载体，通过国家、省市、县区多层级协同制定有利于园区低碳化发展的政策，推动园区节能减排等低碳化试点示范项目、为园区前期试点示范提供政策支持，通过试点成功的园区由点及面地推动更多园区实现低碳转型。

  2、园区层面：作为低碳化园区建设的试点单位，按照前期鼓励试点进行积极探索、积累丰富的有益经验。待积累足够规模的试点成功案例及经验后，按照试点推广要求更多的园区结合试点经验及自身实际推进（近）零碳园区建设，形成既满足赋能“双碳”目标顺利实现又能够符合园区自身特点的低碳化发展路线，走出各具特色的低碳发展之路。

  3、技术层面：积极探索风光新能源发电、园区深度节能减排、新能源制氢、冷热电多种能源综合利用、碳汇与碳交易等技术，通过多种新兴技术协同，共同助力园区沿着低碳、零碳甚至负碳的路径发展。同时，重视平台化、数字化、智能化手段在多园区碳排放管理、就近协调控制方面的技术创新，基于技术成果持续推动园区低碳化建设工作。（文/南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司 林德力，智能电网保护和运行控制国家重点实验室 周莉）

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