打造“碳中和”园区关键之道,低碳理念与绿色技术的完美交融

北京2022年3月16日 /美通社/ -- 作为深化能源改革、助推“双碳”目标落地的关键一年,2022年新春伊始,国家发展改革委、国家能源局印发的《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》中明确提及“鼓励建设绿色用能产业园区和企业,发展工业绿色微电网,支持在自有场所开发利用清洁低碳能源”。而如何通过数字化、智能化手段实现园区发电、配电、用电的协同运作,让园区更低碳化、经济效益最大化?不久前ABB推出的《ABB智慧园区碳中和白皮书》为这一目标提供了可行的路径参考及标杆示例。

加速绿色能源接入,筑牢园区实现低碳目标的核心底座

自1979年深圳蛇口工业园打响了中国产业园区发展的第一炮,园区建设正式步入快车道,以科技创新驱动的高新区、科技园和以商贸流通驱动的物流园、自贸区相继涌现,推动着中国社会经济的飞速发展。而除了狭义的园区外,大家每天生活中都接触到的住宅、商业、建筑、学校以及工厂都是园区的范畴之一。

《ABB智慧园区碳中和白皮书》指出,产业集群的壮大以及生产规模的扩增为能源消耗带来了一定压力,各类产业园区的能源消费总量已超过全国能源消费总量的1/3。由于国家能源局预测到“十四五”末,以新能源为主体的可再生能源发电装机将占中国总电力装机的比例将超过50%等,因此实现园区的零碳智慧升级,需要在园区规划、建设、管理、运营全方位系统性融入碳中和理念,将更多非化石能源发电、分布式清洁能源以及储能系统接入电网以筑牢其核心电力底座,同时以数字化手段整合节能、减排、固碳、碳汇等碳中和措施,以智慧化管理实现产业低碳化发展、能源绿色化转型、设施集聚化共享、资源循环化利用,实现园区内部碳排放与吸收自我平衡,生产生态生活深度融合。

通过综合能源建设,园区也将不再是能源的消耗者,而转变成能源互联网的重要基石。以光伏发电为例,在园区的既有土地资源上利用清洁的太阳能,可以降低园区的综合能耗,同时光伏电站将降低建筑物对空调的依赖,减少建筑物的空调能耗。光伏电站采用的自发自用余量上网模式,也能获取不错的经济收益。此外,在园区内配置一定容量的储能装置,可以用来评述光伏发电的输出,其次还可以用来作为园区的备用电源,起到削峰填谷的作用,降低园区的峰值功率。

作为可再生能源创新技术的领先供应商,ABB拥有先进的新能源解决方案,提供全面配套中低压产品,结合ABB Ability™智慧能源管理中台、智慧微电网管理等数字化解决方案,可以帮助园区实现从发电到并网再到用电的完整新能源全链数字化部署,助力打造绿色低碳的园区能源电力系统。

完善能源微电网有机调控,实现园区用能稳定高效

园区能源系统作为能源互联网的基石之一,除了要在供给侧进行综合能源优化外,随着更多新能源发电及储能系统接入,将面临能源管理和提高使用效率等难题,包括如何进行柔性调配使用或者出售给公共电网、能源流向双向可逆给电网的调度管理带来的种种困难等。

针对多种能源共存的园区用能需求,ABB Ability™智慧能源管理系统可以利用大量成熟的控制算法,提供统一的管理功能,确保园区能量的最佳性能,降低园区电网的波动,同时调控工厂内的可调复载以及发电容量,实现园区层级的虚拟电应用,提高园区供电可靠性,并降低园区的峰值功率。与其他产品相比,ABB Ability™智慧能源管理系统具有明显的设备接入和系统接入优势,还支持逻辑分析功能,可以对谐波、能耗等进行统一的自动分析,为就地治理和能耗优化提供数据支持。

ABB Ability(TM)智慧能源管理系统能够对智慧园区进行全面能耗监测

ABB Ability™智慧能源管理系统设备接入层支持300多种专业电力行业通信协议,可灵活接入各厂家、各型号的设备,直接与用能终端进行通讯,其通讯的可靠率和通讯效率得到非常大的提升,并且在接入数量上,平台采用的是分布式的设计,可以快速进行系统拓展,方便进行大园区的管理。在系统接入上,ABB Ability™智慧能源管理系统采用的是跨应用的平台设计理念,能耗监视与后台监控、地理信息管理、资产管理、新能源接入等都是同一个平台,这样无需配置独立的能耗系统,可以实现多应用的底层数据打通,方便进行能耗数据的分析,而且系统具备了非常强的跨系统连接能力。

对园区的能耗进行全面监视和分析之后,园区的电能质量问题就有可能会暴露,例如电源故障、断路器的分闸和熔丝熔断,以及园区内的一些精密敏感负载包括UPS系统,变频控制设备的损坏、功能性故障或者寿命缩短等。此外,园区接入新能源的随机性、不稳定性、间歇性等特点可能导致微电网的电力支撑能力减弱,由此可见电能质量对园区稳定高效运行至关重要,在运行阶段要重点考虑园区微电网整体故障处理方案。

园区能源微网架构图

依托成熟的IEC61850/GOOSE数字化电力通信技术,园区微电网整体故障自知自愈方案以边缘设备的高速自主通信为基础,结合园区微电网拓扑动态进行实时分析,实现电力故障的自知自愈。目前,该方案在行业内已有应用落地,但大多仅局限在同一电压等级电网的故障自愈场景中,后备方案仍待提高。基于此,ABB进一步完善了园区微电网整体故障处理方案,实现年均停电小于30s,供电可靠性高达99.9999%。

提升能源管理数字化水平,开启智慧运维新时代

能源微电网与电能质量的高效稳定运行只是低碳园区的基础保障,而借助电网体制改革,以微电网、增量配电网为依托,辅以ABB园区微电网整体故障处理方案等数字化手段,深入挖掘园区综合能源系统的绿色低碳效应,探寻电能综合能源利用体系“最优解”,才能真正打造面向未来的碳中和园区。

其中,设备的可靠性成为生产效益和产品质量的关键因素,根据设备的故障概率以及其影响范围不同,设备的维护策略也不相同。但目前园区在运行中的设备管理主要以被动维护和定期检修为主,一些关键设备比如配件设备或者风机、泵等工艺设备没有得到更有效的管理。

针对关键资产如何进行健康的管理,不久前ABB Ability™ EAM能效与资产健康管理云平台将原有ABB Ability™ EDCS智能配电管理系统和MyRemoteCare资产健康平台整合升级,使中低压产品能效及资产管理融为一体,帮助用户降低整个资产生命周期总投入成本,加速实现固定投资向运营投入转换,解决了本地部署数字化方案的痛点,能有效满足园区用户能效及资产管理需求。

基于ABB Ability(TM) EAM能效与资产健康管理云平台实现园区设备无忧运行

实现能效及资产管理的一体化管理首先需要通过数据的采集监测,ABB还可提供智能的一体化中低压配电设备,例如在中压开关柜上的智能无线测温技术、中压断路器上的运动监测及电气监测、气体绝缘开关柜上的气体密度在线监测、低压开关柜上以太网集成的温度在线监测系统等,实现了设备健康数据的实时在线采集。在不影响设备安全可靠性的前提下,完成了一次设备与二次设备的完美融合。

收集设备的状态数据之后,ABB进行大量的分析与研究,最终得出了智能诊断算法的最佳实践,也就是以机理模型为核心,以工业大数据为补充,使智能诊断算法的精度得到大幅的提升,从而实现设备健康状态的有效诊断和预测。此外,ABB数字化解决方案提供的可移动的配电管家根据诊断故障信息,从全生命周期出发考虑,结合园区内维护人员、维护设备以及系统运行情况和资源进行专业化的管理,确保配电系统的全面工作尽在掌控,极大的提高运维效率,降低故障率。

举例来说,ABB为上海外高桥保税区提供的数字化配电解决方案,便依托ABB Ability™ EAM能效与资产健康管理云平台助力园区提升用电连续性、稳定性,促进其实现科学用电管理,加速迈进智慧园区时代。

未来零碳园区先锋案例,彰显ABB低碳实力担当

正如《ABB智慧园区碳中和白皮书》提到的,在低碳园区的建设上,园区管理者应战略先行,依照相关国际、国内标准与行业政策,大力构建清晰的绿色管理体系,在园区运营活动中强化低碳发展理念,同时整体布局低碳能源系统。在较高清洁能源使用比例的前提下,做好风电、光伏等能源的多能互补,并借助智能微网、能源互联网等,实现多策略柔性调控助力园区弹性微电网建设,释放碳减排潜力,达成低碳理念与绿色技术的完美交融。

ABB于2019年在德国打造的集团首个碳中和生产基地ABB Busch-Jaeger工厂便是未来碳中和园区的标杆示例。目前在晴朗的日子里,光伏发电可满足工厂100%的日常运营电力需求。为了满足高峰时段的用电需求,工厂额外的绿色能源均来自经认证的零碳电力,项目预

计每年可减少CO2排放超过630吨,降低4.2%的能源成本。

为进一步探索多策略精准柔性调节的应用,推进园区绿色化转型,ABB还正在对厦门工业中心智慧园区实施升级建设项目,包括屋顶光伏和车棚光伏发电系统,并配套储能和交直流充电设施。智慧能源柔性调节系统为现有园区能源管理、楼宇自控系统、充电桩系统进行统一联接,部署多策略柔性调控系统。

园区作为产业集聚发展的核心单元,也是中国推进新型城镇化、实施制造强国战略最重要、最广泛的空间载体,将在“双碳”战略实践中发挥至关重要的作用。基于源-网-荷-储智慧能源柔性调控系统,可实现分布式清洁能源最大化的就地消纳,降低能源成本,助力园区电力脱碳。同时,在园区用电端,通过负荷分区管理及有序用能管理等调优策略,可实现最佳的能源效率提升,进一步赋能低碳社会。

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