山西大同国际能源革命科技创新园综合能源设计方案

 为破解传统供能方式存在的向题，提出多种能源供给、多能协同互补、能源精细运维能源联网的解决方案。打造互联网+智慧能源+精细化运维与建筑节能的能源发展新业态。方案通过能源消费精准分析、用能需求快速响应、用能行为科学引导的精细化运维与需求响应降低用电成本及能耗。

李凤玲，现任北京智中能源互联网研究院院长、国家能源互联网产业及技术创新联盟副理事长、中国国际城市化发展战略研究院委员会副主任、北京修实公益基金会理事长、中国电力企业联合会“工业领域电力需求侧管理专家指导委员会”专家委员;曾任北京朝阳区区长、北京经济技术开发区党工委书记兼管委会主任、北京能源集团董事长、北京市政协常委、清华大学电机与应用电子技术系教授。其在能源学科领域和能源企业管理方面的多项技术与管理成果获得国家及省市级奖励，并曾获国务院“作出突出贡献的中国博士、硕士学位获得者”荣誉称号。

1 核心提示 北京智中能源互联网研究院

北京智中能源互联网研究院(以下简称智中院)成立于2015年，是由清华大学专有技术和创新团队领衔创建的一家集能源互联网技术创新、产业孵化、工程实施、资本聚合等于一体的高新技术研究与能源互联网工程实践企业。智中院将力争在为能源的清洁高效利用和经济社会低碳发展作出贡献的同时，为我国能源生产和消费革命助力。

智中院能源互联网全寿命周期业务链包括规划设计服务、技术创新服务、产品开发、工程总包运维、产业基金五大业务范围，建立了以核心管理技术团队为主体，以专家委员会、顾问委员会为两翼的“一主两翼”的人才体系。

2017年10月，由“智中院”负责编制的能源互联网项目规划方案，在国家能源局公布的55个“互联网+”智慧能源试点示范项目中，成功入围8项，成为单家设计单位比例最高者。智中院在能源互联网领域积累了丰富的经验，拥有多项专有软件工具，研发了能源路由器、分布式储能云平台等多项能源互联网核心装备，开发了具有规划设计、大数据、调控、交易、价值评估及综合展示等功能于一体的能源互联网云平台;中能建、中电建及其下属的华北电力设计院等多家规划设计单位与智中院合作开展雄安、北京、海南等多地多项能源互联网、增量配电规划设计工作。

2 核心提示 “零碳”能源发展现状与意义

为应对气候变化，主要发达国家及地区针对区域能源建设开发提出“零碳”发展目标。主要发达国家及地区针对城市区域型建设开发提出的政策目标均偏重于建筑行业，发达国家城市发展阶段不同，其建筑能耗占比较高。中国目前仍以工业碳排放为主，但随着中国城市向低碳经济转型，第三产业比重提高，第三产业能耗一般以建筑运行能耗为主。

冰岛由主要依靠媒泥和进口煤炭为主导的能源供应方式，转型到主要依靠可再生能源供能的时代。冰岛是全世界可再生能源占比最高的国家之ー，99%的房屋采用可再生能源供热，主要是地热。电供热主要是指热泵和电锅炉用电。美国“零碳”综合用能社区引入综合能源服务运营商概念，解决能源效率低、能源供给与能效融资难等问题;项目规划基于地源热泵的中央供热制冷系统、屋顶太阳能光伏以及全系统优化设计等。德国欧瑞府“零碳”能源科技园区，位于柏林市区西南方，园区80%～95%的能源已经从可再生能源中获得。

我国能源互联网发展方兴未艾，能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征，对于助推能源革命有着巨大意义。

大同市政府积极落实习总书记视察山西重要讲话精神：“不当煤老大，争当能源革命的排头兵”，并由此确定2018年为全市“转型项目建设年”，力求把创新园打造成为能源革命和新能源产业发展的样板，打造成国际化、全球化一流100%“零碳、智慧”示范园区，引领我国2050年能源发展。在争当能源革命尖兵的征程中，大同发挥氢源丰富的优势，做强产业链基础，提前布局氢能产业市场，提出了将大同打造成为山西“氢能之都”。

大同打造科创园成为国家级增量配电网示范试点。2018年4月18日国家发改委印发了第三批増量配电业务试点通知，大同市能源革命科创园成功申报第三批增量配电业务试点。基于增量试点情况，提出通过能源互联网模式建设增量配电网试点示范，示范项目为大同市政府提出的城市转型提供了ー个重要突破口。

3 核心提示 试点示范项目工作与研究思路

试点示范项目工作从项目启动，经过多次沟通，详细规划设计，集众家之长，历时四个月呈现出最终成果。科创园共分为A、B、C、D四个区，主要为办公、研发、综合商业服务产业园。A区主要为各类研发、办公及实验楼，B区为启迪新能源产业创业中心，C区为锦绣铭鼎综合商业区，D区为科技园区。

在传统的供能方式中，供电是电网公司供电，执行10kV峰谷电价，目前考虑建设分布式光伏。供热通过供热公司供热，按照面积收取暖费。供冷则以电制冷为主，主要运维成本为用电成本。存在可再生能源接入比例低，能源供给与消费方式单一，电力峰谷差加大，设备利用率低，能源运维方式简单，能源大量浪费，用能体验差，能源成本高等问题。面对传统供能方式亟待改变的现状，能源解决思路与目标为：可再生能源就近接入与消纳，风光等绿电交易，提高能源利用率，降低能源运营成本，建设100%“零碳、智慧”示范基地。为破解传统供能方式存在的向题，提出多种能源供给、多能协同互补、能源精细运维能源联网的解决方案。打造互联网+智慧能源+精细化运维与建筑节能的能源发展新业态。

4 核心提示 冷热电 多能源需求预测及特性分析

能源互联网方案下能源需求预测结果显示，科创园A、B、C、D区主要为办公、科研以及商业为主，冷热电典型日曲线均存在白天负荷较高，夜间负荷较低的特性，用能峰谷差较大。由于受到冬季电采暖(热泵、电锅炉的使用)的影响，科创园的最大电负荷发生日由夏季典型日变为冬季典型日，一年呈现冬夏两个峰值，与年电负荷特性相一致。

5 核心提示 100%““零碳、智慧”能源互联网解决方案

能源互联网规划设计综合能源站、各区块分布式能源设施配置包括变电站、分布式屋顶光伏、光伏树、微风发电、风光互补路灯、地源热泵、空气源热泵、电锅炉、变相储热、电储能。A、B、C、D四个区域供能设备设置地源热泵、空气源热泵、分布式屋顶光伏、光伏树、微风发电、风光互补路灯、变相储热、充电桩。此外，A区新技术孵化基地还设置液态空气储能、薄膜光伏、氢能发电。科创园各分区能源设施搭载物理信息系统+能源互联网云平台系统运行。各分区能源设施布置采用直流技术。随着高比例可再生能源接入，以及越来越多的电动汽车、直流负荷、储能装置等直流设备的发展，利用直流电网运行稳定、控制灵活等特点，直流技术应用发展趋势将越加凸显，同时避免直流——交流——直流的多级转换，显著降低电能损耗。项目建设直流配电网，实现将屋顶光伏、光伏树、微风发电等直流发电设备，直流充电柱、风光互补路灯等直流用电设备，以及电储能统一接入，避免直流——交流——直流的多级转换。

方案采用屋顶光伏、光伏树、微风发电、风光互补路灯等光伏、风电可再生能源发电，充分挖掘区域内可再生能源利用潜力。方案实现可再生能源灵活交易和高效消纳。可再生能源市场化交易改革政策率先落地，科创园可再生能源直接消纳(分布式消纳、直接消纳)，周边学校、文瀛湖可再生能源市场化交易(自发自用、余电上网市场化交易)。如学校寒暑假的可再生能源与科创园进行跨强交易。能源交易平台促进区外清洁能源利用。

方案在科创园建设中深层地源热泵，提高可再生能源供热比例。配置相变储能装置，通过能源的时空转移，实现电力负荷削峰填谷;通过消纳弃风、弃光电供暖，提高可再生能源利用率。相变储能与显热储能(岩石、水等)相比，具有储能密度高、存释能过程中温度恒定可控的特点，并且相变材料的蓄热相对体积比显热材料小4到5倍以上。配置电储能，电储能是实现100%“零碳”供能的重要手段，电储能在夜间储弃风电，并在白天用电高峰时进行放电，可实现科创园与区外的风电、光伏等可再生能源的交易(包括弃风弃光电)。配置分布式氢能发电装置，氢能具备更可靠、更清洁，运行维护成本更低等特点，是未来的主要能源发展方向之一。项目利用氢能实现分布式氢能发电，以及电制氢消纳弃风、弃光电的应用，探索氢能发展趋势，助力大同打造为山西“氢能之都”。

方案解决了电动汽车充电的系统运行影响。大量电动汽车的接入将加大电网峰谷差，对电力系统的安全、可靠运行带来新的挑战。项目建设基于低压柔直的一体化停车场，科学管控电动汽车充放电行为，不影响正常供电。

方案通过能源消费精准分析、用能需求快速响应、用能行为科学引导的精细化运维与需求响应降低用电成本及能耗。

方案通过合理资源配置、科学能源调控、精细运维管理，提高服务品质、降低运营成本。按照季节变化合理配置光伏、风电、储能(储热、储电)以及需求响应等资源，利用能源互联网云平台实现多能源协同优化及运营管控，电力负荷削峰比例可达21%;通过地源热泵、空气源热泵、电锅炉等实现夏季供冷、冬季供暖，并利用相变储热的合理配置与调控，消纳弃风、弃光电，降低供冷、供热成本，实现冷热电系统协同优化运行。

方案在科创园A区布置能源互联网云平台及未来能源体验中心，示范孵化分布式光热发电技术、氢能发电、空气储能等先进技术，引领未来能源互联网技术发展方向，将科创园A区打造成能源革命样板。

成立综合能源服务公司，项目由综合能源服务公司进行一体化的能源投资建设、运营管理。具体包括：项目打破传统能源服务的供需模式，采用C2B商业模式;针对用户的差异化用能需求，进行定制化的能源产品和服务;通过价格优惠和激励机制，引导用户用能行为，分享能源运营收益。一体化投资建设，避免由于整体效益和各要素部分的效益不均，造成的挑肥拣瘦;技术关联性及协同性强，必须坚持施工的整体性，以求工程质量和效果;建设过程中需要对局部方案的优化处理，以求整体方案的最优。因此必须加强技术方与施工方的协同工作。增量配电网作为能源互联网重要组成部分，由综合能源服务公司作为实施主体，按照统一规划、分步实施，先易后难、重点突破的原则统筹有序实施建设。

6 核心提示 主要结论

方案能够确保率先建成中国能源“革命”样板，引领2050能源发展趋势，赶超欧美，打造国际化、全球化一流100%“零碳、智慧”园区。

全系统、全过程、全方位、立体式能源互联网规划设计方案，完全可实施可落地。结合冷、热、电等能源全系统，天然具备的物理互补特性，实现多能互补，促进可再生能源消纳;结合源、网、荷、储等能源生产与消费全过程，实现能源的时空转移，促进可再生能源消纳;通过技术、市场、商业模式、运维服务和指标体系等全方位完成能源互联网规划建设，快速实现2050年不落后的国际化、全球化一流100%“零碳、智慧”园区样板，引领我国“能源革命”发展。

园区建成后，将实现四化、一统一、两引领的能源互联网建设效果，即：能源使用“绿色化”、能源消费“透明化”、能源管控“集约化”、能源体验“智能化”;实现园区统一规划、设计、建设、运维;引领我国能源“革命”，引领世界能源互联网园区“零碳、智慧”发展方向。