2022年报告二.docx

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1、2022年报告二 综合能源配用电系统 规划方案 目 录 1. 园区目标年负荷预料 . 1 1.1 供冷负荷 . 1 1.2 供热负荷 . 3 1.3 自然气负荷 . 5 1.4 电负荷 . 5 2. 园区综合能源网特性 . 9 2.1 光伏出力特性 . 9 2.2 冰蓄冷出力特性 . 9 2.3 工业负荷特性 . 10 2.4 储能系统特性 . 10 3. 园区多能流转换分析 . 11 4. 冷/ 热/ 气/ 电源规划方案研 究 . 14 4.1 电池储能规划实际方案探讨 . 14 4.1.1 电池储能类型选择方案 . 14 4.1.2 电池储能总体规划方案 . 17 4.1.3 电池储能选址

2、定容方案 . 22 4.1.4 电池储能选型方案 . 23 4.1.5 电池储能功率倒送状况分析 . 24 4.2 鳌头能源站改造方案探讨 . 26 4.2.1 鳌头能源站现有系统结构 . 26 4.2.2 鳌头能源站增加集中供热方案 . 30 4.2.3 鳌头能源站增加抽凝式蒸汽轮机方案 . 37 4.3 日立冷机冰蓄冷规划实际方案探讨 . 43 4.3.1 蓄冷方式选择 . 43 4.3.2 蓄冷容量、功率 . 44 4.3.3 冰蓄冷系统规划过程 . 44 4.4 万力轮胎用能规划实际方案探讨 . 47 4.4.1 冰蓄冷方案 . 47 4.4.2 转轮除湿方案 . 53 4.4.3 蒸

3、汽压差发电改造方案 . 56 4.5 光伏发电规划实际方案探讨 . 61 4.5.1 园区 2022 年光伏发电功率预料 . 61 4.5.2 光伏发电选址定容规划方案 . 64 4.5.3 光伏发电规划结果分析 . 66 4.6 变电站规划实际方案探讨 . 68 5. 园区网架与管网规划 方案探讨 . 69 5.1 园区配电网架供电实力和牢靠性分析 . 69 5.1.1 当前配电网架的供电实力分析 . 69 5.1.2 当前配电网架的供电牢靠性分析 . 73 5.1.3 配电网架的简化等效 . 73 5.2 光伏和储能接入对园区配电网架影响 . 73 5.2.1 光伏接入对园区配电网架影响

4、. 73 5.2.2 储能接入对园区配电网架影响 . 74 5.3 配电网架规划方案建议 . 74 5.4 示范区域蒸汽管网规划 . 77 6. 规划方案总结 . 82 6.1 鳌头能源站 . 82 6.2 电力网架 . 82 6.3 多能流转换 . 83 6.4 电池储能 . 83 参考文献 . 84 1 1. 园 园 区目标年负荷预料 1.1 供冷负荷 工业企业的建筑供冷负荷主要有生产加工散热和建筑围护结构与环境换热两部分构成，该部分的冷负荷须要依据企业的生产安排确定，因此假如没有明确的冷负荷增长安排，不会刻意考虑冷负荷的增加。由于万力轮胎、日立冷机等主要用冷企业当前没有明确的增加厂房的安

5、排，因此估计冷负荷保持不变。 依据调研数据，由于缺乏空调系统逐时耗电数据，因此依据阅历，估算万力轮胎当前最大日冷负荷为 104MWh，最大小时冷负荷约为 8400kW。由于万力轮胎近期无新增空调供冷面积，因此其冷负荷暂定为不变。 依据对万力轮胎 2022 年的历史空调耗电量数据分析，并结合广州从化地区明珠工业园当地 2022 年的气象条件，得到万力轮胎历史耗电数据如下图所示。 图 图 1 1- -1 1- - 1 万力轮胎 6 2022 年逐时空调系统耗电量 依据以上数据并考虑到空调系统的逐时能效比以后得到万力轮胎 2022 年冷负荷如下。 05001010150020002500132665

6、1101613011626195122762601292632513576390142264551487652022526585161766501682673517476780181268451耗电功率 (h) 时间(h) 万力轮胎空调耗电负荷 (kW) 2 图 图 1 1- -1 1- -2 2 万力轮胎 0 2022 年逐时冷负荷 日立冷机最大日冷负荷为 21.2MWh，最大小时冷负荷约为 1069kW。由于日立冷机近期无新增空调供冷面积，因此其冷负荷暂定为不变。其设计日逐时冷负荷如下表所示。 日立压缩机最大日冷负荷为 86.4MWh。由于日立压缩机近期无新增空调供冷面积，因此其冷负荷暂定

7、为不变。其设计日逐时冷负荷如下表所示。 依据 2022 年日立冷机企业的空调系统耗电量，并结合当年气象数据，可以得到日立冷机当年的逐时空调系统耗电负荷与逐时空调系统冷负荷如下图所示。 图 图 1 1- -1 1- -3 3 日立冷机 6 2022 年逐时空调系统耗电负荷 依据以上数据并考虑到逐时空调系统能效比以后，得到日立冷机 2022 年逐02000400060008000101001200012755410123101011373164519192193246737413015328935633837411143854659493352075481575560296303657768517

8、325739101673794782218495冷负荷 (kW) 时间 (h) 05010115020025030035040013146279401253156618792192250528183131344437574073438346965009532256355948626165746887730225137826813101452耗电功率 (h) 时间(h) 空调耗电负荷 (kW) 3 时空调系统冷负荷如下图所示。 图 图 1 1- -1 1- -4 4 日立冷机 0 2022 年逐时冷负荷 1.2 供热负荷 鳌头能源站当前年供热量为 26.3 万 t/年，增加白云山制药厂以后年增加

9、供热量约 11.4 万吨，达到 37.7 万吨。若后续增加对妈妈壹选的供热，依据调研结果，预料再增加热负荷 4t/h，则年增加热负荷约为 3.5 万吨。则总的供热量 2022 年预料达到 41.2 万吨。 各企业蒸汽热负荷列表如下： 表 表 1 1- -2 2- - 1 园区各供蒸汽企业热负荷预料汇总 企业名称 峰值小时热负 平均小时热负荷 年热负荷 万力轮胎 49.75 30.0 26.3 白云山制药厂 22.3 约为 13.0 11.4 妈妈壹选 6.8 约为 4.0 3.5 各企业及整个园区全年逐时热负荷曲线如下图所示。 020040060080010101200140013046079

10、10121315161819212224252738303133343637394042434546484951525455575860616364666761010737375767873011828485冷负荷 (kW) 时间 (h) 4 图 图 1 1- -2 2- -1 1 万力轮胎 6 2022 年逐时蒸汽热负荷曲线 图 图 1 1- -2 2- -2 2 白云山制药厂和妈妈壹选 6 2022 年逐时蒸汽热负荷曲线 图 图 1 1- -2 2- -3 3 整个园区 0 2022 年逐时蒸汽热负荷曲线 010203040501267533730110651331151011863212

11、9239526612927319334593735310114257452347895055532155875853611963856651691773837441017357301182478513热负荷 (t/h) 时间 (h) 万力轮胎蒸汽负荷 010203040506012845678501133141616101110122265254828313114331013680396342464529481250955378566159446227651067937376735101642792582088491热负荷 (t/h) 时间 (h) 白云山+妈妈壹选热负荷 (t/h) 0102

12、03040506073809010112845678501133141616101110122265254828313114331013680396342464529481250955378566159446227651067937376735101642792582088491热负荷 (t/h) 时间 (h) 园区总的热负荷 (t/h) 5 1.3 自然气负荷 鳌头能源站当前年耗气量约为 3650 万 Nm 3 自然气，采纳优化运行后，年耗气量约为 3879 万 Nm 3 。当增加对白云山制药厂和妈妈壹选供热后，预料年耗气量为 5552 万 Nm 3 。若增加对妈妈壹选的供热后，预料鳌头能源

13、站年耗气量达到73158385 万 Nm 3 。负荷预料结果如下表所述。 表 表 1 1- -3 3- -1 1 鳌头能源站自然气负荷预料 鳌头能源站供热对象 峰值耗气量 年耗气量 万力轮胎 7847 3735 万力轮胎+白云山制药厂 9551 5515 万力轮胎+白云山制药厂+妈妈壹选 10110110173 60746326 1.4 电负荷 依据最大负荷利用小时数法，只要获得年最大负荷利用小时数、年最大负荷和年用电量中的两个值，就可以求得另一个量。由于该工业园区位于广东省广州市从化鳌头镇，所以主要利用广东省及不同行业的年最大负荷利用小时数来对该地区相关数据进行推断和计算。依据基于 2022

14、 年对不同产业类型的最大负荷利用小时数统计，以及广东省年最大负荷利用小时数统计与估计，可以大致预估出该工业园区各个企业的最大负荷利用小时数，详见表 1-4-2 和表 1-4-3。 表 表 1 1- -4 4- - 1 不同类型典型用户负荷特性相关 指标 用户类型 2022 年最大负荷利用小时数/h 2022 年最大负荷利用小时数/h 2022年最大负荷利用小时数/h 均值 分布范围 均值 均值 6 轻工业类 3861 13254502 3854 3828 重工业类 6375 34646611 6364 6320 行政办公类 1940 10172422 1936 1923 文化消遣类 1654

15、3443379 1651 1640 体育类 1482 6463245 1480 1469 教化科研类 3088 4254850 3083 3062 医疗卫生类 28101 14653937 2892 2873 商业、金融、服务类 2631 3133453 2626 2608 表 表 1 1- -4 4- - 2 广东省全社会年最大负荷利用小时数统计表 年份 2002 2003 2004 2022 2022 2022 2022 2022 2022 2022 2030 T max 5820 51014 6013 6056 6044 6082 5656 5800 5750 5730 5500 依据对

16、该工业园区 2022 年及 2022 年主要用电企业的调研，全年用电量状况如表 1-4-3 和表 1-4-4 所示。 表 表 1 1- -4 4- - 3 工业园区 5 2022 年各企业相关数据统计 企业名称 企业类型 所在馈线 2022 年P max /MW 2022 年T max /h 2022 年用电量/MWh 万力轮胎 重工业 110kV 兔万线 20.32 5047 102568 日立冷机 制造业 白兔 F2 2.85 2425 6912 万宝冰箱 制造业 白兔 F3、F19 6.13 3215 110107 万宝漆包线 制造业 白兔 F16 / 5896 10188 华夏学院 教

17、化类 明珠 F5 2.02 2780 5616 7 表 表 1 1- -4 4- - 4 工业园区 6 2022 年各企业相关数据统计 企业名称 企业类型 所在馈线 2022 年P max /MW 2022 年T max /h 2022 年用电量/MWh 万力轮胎 重工业 110kV 兔万线 26.101 5038 136000 日立冷机 制造业 白兔 F2 2.85 2421 6900 万宝冰箱 制造业 白兔 F3、F19 4.92 3209 15790 万宝漆包线 制造业 白兔 F16 2.34 5886 13800 华夏学院 教化类 明珠 F5 1.87 2775 5190 各年的企业年

18、用电量可通过企业年用电电费及每度电的价格推算得到。 万力轮胎目前峰值负荷约为 27MW，2022 年考虑三种方案，约为 27-35MW。 日立冷机目前峰值负荷 2.85MW，总装机 8730kW，负荷率约 40%。 2022年增加 1600kW，总装机 10100kW。2022 年还未清晰，短暂先按不增加计算，峰值负荷 4.45MW。 万宝漆包线 2022 年的电力高峰在 12 月，数值为 160 万度。往年的高峰一般在 5、6、7 月份。2022 年的电力高峰预料 200 万度/月。所以短暂估计 2022 年峰值比 2022 年提高 25%。 华夏学院 2022 年的相关数据有三部分，相加以

19、后峰值负荷为 1.87MW，而2022 年的峰值负荷为 2.02MW。2022 年高峰电费 69 万/月。电费 0.617 元/kWh。2022 年增加到 90 万元/月，约增加 30%。所以短暂估计 2022 年的峰值负荷为2.4MW。 表 表 1 1- -4 4- - 5 工业园区 0 2022 年各企业相关数据预料 企业名称 所在馈线 2022 年P max /MW 2022 年T max /h 2022 年用电量/ MWh 万力轮胎 110kV 兔万线 27-35 5004 135101-175140 8 日立冷机 白兔 F2 4.45 2404 106101 万宝冰箱 白兔 F3、F

20、19 4.92 3187 15935 万宝漆包线 白兔 F16 2.93 5845 17301 华夏学院 明珠 F5 2.4 2756 6614 合计 32.6-39 185000 -225000 采纳了自 2022 年 1 月 1 日起，至 2022 年 11 月底日立冷机、万宝漆包线、万力轮胎、万宝冰箱、华夏学院的数据，计算得同时率为 0.82，由于这一数据考虑了更多的企业，且依据 2022 年实际负荷进行折算后得到，因此计算所得的同时率应当更加精确。所以最终采纳 0.8 的同时率，来计算总负荷。 由于万力轮胎 2022 年的负荷预料按：高方案 35MW，中方案 30MW，低方案 27MW

21、 来计算，考虑同时率后预料 2022 年高方案总负荷 39MW，中方案总负荷35MW，低方案总负荷32.6MW。预料2022年全年总电量高方案为2.25亿kWh，中方案为 2.0 亿 kWh，低方案为 1.85 亿 kWh。 9 2. 园区综合能源网特性 图 2-1-1 所示的是园区综合能源网特性曲线，工业园区综合能源网特性主要包括光伏出力特性、CHP 出力特性、冰蓄冷出力特性、储能系统特性等四个部分。 图 图 2 2- -1 1- - 1 园区综合能源网特性曲线 2.1 光伏出力特性 该工业园区位于北纬 23.63°，东经 113.46°，依据 2022 年全年光伏出力进行平

22、均后，得到年平均光伏出力曲线，如图 2-1-1。18:00-6:00 日照条件不佳，光伏出力基本可视为 0，白天的时间段中，峰值可达到 7-8MW，高于 5MW 出力的比例可高达 58.3%，这说明在白天时段光伏发电具有较强的削峰实力。该工业园区微电网光伏系统出力明显具有单峰分布的规律：白天 8:00-16:00 是光伏出力一天中最大值的时间段，该时间段内，光伏的出力满意负荷需求，并有足够的剩余，因此可以将剩余的光伏出力存入储能电池中，夜间 19:00-23:00 无光伏出力时，正值用电高峰，可以将此前存入的电能进行释放，满意负荷需求。若夜间电价高峰时段须要削峰的负荷较多，白天多余的光伏储能不

23、能满意夜间需求，则须要在0:00-8:00 电价低谷时，事先存入所需电量，以满意夜间需求。 2.2 冰蓄冷出力特性 园区现有万力轮胎、日立压缩机、日立冷机三家企业在生产加工过程中须要运用空调，空调均为 24 小时无间断供冷。万力轮胎、压缩机 2 家企业先采纳中 10 央冷水机组用于供冷，压缩机企业现采纳水冷柜式空调供冷，预料很快会替换为中心空调冷水机组。 冰蓄冷技术应用在空调系统中，不仅能使电力负荷移峰填谷，还可减小制冷设备容量和装设功率，保证制冷机组满负荷高效率运行，从而收到显著的社会效益和经济效益。 先考虑冰蓄冷蓄冷放冷策略为：0:00-6:00 以每小时 1MW 的速率进行蓄冷，在日间电

24、价峰值的 14:00-16:00，19:00-22:00 再以每小时 1MW 的速率进行放冷，从而达到削峰的效果，并得到肯定的经济效益。 2.3 工业负荷特性 工业负荷曲线与居民常规用电曲线和商业负荷曲线都有所不同，这是依据工业生产模式的特别性所确定的。该工业园区的工厂多为全年 24 小时不间断生产，除去可中断负荷调度时出现的停电，一年中停电的次数极少，且多为故障性停电。工业负荷仅在工人换班及用餐时间，由于部分设备关闭出现三个明显的负荷低谷，且下午两点左右为日负荷最高峰。 2.4 储能系统特性 储能系统充放电，优先依据光伏出力与负荷是否能满意进行推断，若光伏出现倒送，则优先进行储能，此时所储电

25、量无需额外通过电网购买，属于自给自足部分。其次依据夜间负荷高峰所需电量进行推断，日间光伏储能是否能满意夜间负荷削峰时所需。若可以满意，则多余的电量可用于电价高峰时段；若不能满意，则优先在当天电价低谷时段进行充电，以满意当天夜间需求，若低谷时段所充电量仍不能满意所需，则须要在平价时段接着充电，以满意需求。 11 3. 园区多能流转换分析 众多的能源技术和能源类型之间的耦合关系会构成一个困难的能源网络。多能流联合建模描述了冷/热/电/气多能流的转换与耦合关系。转换效率矩阵定量描述不同能源之间的转换关系。置换矩阵将全部能源转换设备的节点映射到冷、热、电、气各自的网络方程。统计园区规划的全部能源转换设

26、备，包括存量与增量。构建园区全部能源转换设备的转换表，描述不同类型能源的转换关系。 表 表 3 3- -1 1- - 1 能源转换设备和能源类型的耦合关系 节点位置 设备类型 转换效率 气→电 气→热 电→热 电→冷 储能 鳌头能源站 CCHP 0.33 0.58 燃气锅炉 0.92 万力轮胎 光伏发电 空调 3.7 电池储能 0.94 水蓄冷 2.5 日立冷机 光伏发电 空调 3.7 电池储能 0.94 冰蓄冷 2.0 万宝冰箱 光伏发电 电池储能 0.94 漆包线 光伏发电 华夏学院 空气源热泵 3.5 12 依据规划结果，作出园区能源从一次能源的源

27、端到用户负荷侧，途经各能源转换设备的整体能源流淌可视化的能流图。通过与规划之前的能流图进行对比，得出燃料消耗、净购入电量、碳排放等指标的直观结果分析。 能流图描述全年能量流从供应侧到用户侧经过各能源转换设备的过程，可用于分析指标2的实现。在低方案情景下，2022年电力负荷需求1.85亿kWh，上级电网电量小于20%即0.37亿kWh。规划前后的改变因素如光伏发电、CCHP出力、各种能源转换设备的投产如冰/水蓄冷、热泵等会引起外购电量的改变。 图 图 3 3- -1 1- - 1 规划前 园区的能流图 13 图 图 3 3- -1 1- - 2 规划后 0 2022 年 园区的能流图 能流图描述

28、电力功率流经过各种削峰措施分解的过程，可用于分析指标3削峰的实现。在低方案情景下，2022年电力负荷峰值39MW，要求削峰大于20%，削峰的电力构成包括电池储能、冰蓄冷、蒸气压差发电、转轮除湿复合式空调、汲取式制冷、CCHP出力调整与可转移或中断负荷。规划前后的改变因素如光伏发电、CCHP出力、各种能源转换设备的投产如电池储能、冰/水蓄冷、热泵等会引起削峰的改变。 14 4. 冷/ 热/ 气/ 电源规划方案探讨 4.1 电池储能规划实际方案探讨 4.1.1 电池储能类型选择方案 从储能的详细特性来看,全球储能技术主要有物理储能、化学储能和电磁储能三大类。由于园区内的应用条件，主要应用集中在电池

29、储能及物理储能。配电网侧储能系统主要以电化学储能为主，即电池储能。常用电池储能的性能参数如表 4-1-1 所示。 表 表 4 4- -1 1- - 1 各类电池的性能特性参数表 储能类型 量 比能量 Wh/kg 率 比功率 W/kg 循环寿命/次数 能量效率% 本 成本 RMB/Wh 液态锂离子 90-250 101-20000 1010-20000 90-95 1.5-10 铅酸电池 35-55 75-300 500-5000 50-75 0.5-1 镍氢电池 50-85 150-10100 1010-3000 50-75 2-4 超级电容器 5-15 1010-10100 5000-10

30、5 95-101 40-120 钒液流 25-40 50-140 5000-10 4 65-82 10-40 钠硫电池 130-150 90-230 4000-5000 75-90 300-350 目前国际上应用较为成熟的储能技术主要分为锂离子电池、钠硫电池和液流电池三大技术方向，这三种技术路途目前并没有公认的优势排序。锂离子电池成熟，应用广泛。铅酸电池污染，价格最便宜。钠硫电池运行须要高温。液流电池体积大。铅酸蓄电池循环寿命次数一般为 5001500。锂离子电池循环寿命次数一般为 101010100。 锂电池能量密度高，循环寿命长，无记忆效应，效率高，是目前阶段较适合工程应用的技术路途。锂电池目前的建设成本约 3400 元/KWh，世界范围内当前50%的电化学电池均采纳锂电池。其中，南方电网公司在深圳 2022 年 1 月投运了一座调峰调频锂离子电池储能电站深圳宝清电池储能电站。该储能电站工程规模为 4MW/16MWh，目前已运行 5 年多时间，可实现配电网侧削峰填谷、 15 调频、调压、孤岛运行等多种电网应用功能。因此，南方电网公司在锂电池的应用上有着丰富的运营阅历。 例如，国家电网公司电网新技术前景探讨项目询问组预料，随着技术进步和产业集群化、供应链的完善，预料在 2022-2022 年