中山三角鎮園區綜合能源服務模式研究

徐海龍 郭富強 汪鵬 趙凱明

（1 廣東粵電電力銷售有限公司 廣東廣州 510630 2 中科院廣州能源研究所 廣東廣州 510000）

0 引言

廣東省為促進實體經濟的發展，通過建立大規模和集中的工業城鎮和工業園區，對產業布局進行總體規劃和空間優化。工業園區作為當地經濟的重要引擎，在聚集產業、經濟活動、人力資源和資本的同時，也面臨提高能源效率、提高情景能源比例、大幅減污減碳的巨大壓力。

在能源轉型的關鍵時期，工業園區呈現出由數量導向向質量優先發展轉變、由粗放型資源配置向集約型資源管理轉變、由制造業主導向制造業服務業一體化轉變的新趨勢。在園區的能源供應保障和清潔高效用能方面，天然氣、太陽能、綠電會越來越多的進入園區供應體系，多能融合、熱電冷聯供、供需負荷平衡、微能網和微電網這些先進的能源技術已經成為工業園區能源系統全面轉型升級的方向和目標，建設和運維新一代的能源系統催生了綜合能源服務的新業務模式。

在“碳達峰、碳中和”宏偉戰略目標下，工業產業園區減碳潛力巨大，園區綠色低碳轉型發展必將走入一個新的發展階段。全國各地正通過綠色產業示范基地建設、碳中和園區建設、低碳園區示范等多種途徑與措施推動新時期的產業園區綠色轉型發展。綜合能源服務作為一種能源供應、轉換和利用方式的全流程、多方位的新型業務模式，將成為工業園區實現綠色轉型與低碳發展的重要手段之一。近年來，隨著分布式供能技術、互聯網相關技術的發展，以及我國新一輪電力體制改革的深入推進，新興能源業態層出不窮，其中集大成者當屬融合分布式新能源、微電網、天然氣冷熱電三聯供等多種形式的綜合能源系統解決方案。

隨著我國經濟的高質量快速發展、能源轉型升級的加速，特別是在碳達峰碳中和愿景下，我國綜合能源服務進入了發展的快車道，迎來機遇的同時，也面臨著新的挑戰［1］。目前，研究人員針對綜合能源系統開展了不同層面的研究，對于綜合能源市場交易問題［2-7］，文獻［2］提出一種計及能源社區產消者的綜合能源優化方法，將綜合能源服務商和用戶作為不同利益主體，基于投標響應機制構建能源社區交易模型，以經濟性最優為目標探索綜合能源系統的最優設計與運行方案。文獻［3］提出了雙層協同優化架構下基于Nash 議價理論主體合作參與日前能源交易的運行優化調度方法。文獻［4］提出考慮能量輔助服務市場環境下的多時間尺度優化模型，通過向電網提供調峰調頻等輔助服務以優化園區的用能成本。文獻［5］建立了考慮碳市場與電-氫儲能的園區-用戶雙層模型，然后引入運營商作為園區管理者，以運營商凈收益最大、用戶成本最小為目標函數，構建了運營商-用戶主從博弈框架。文獻［6］提出考慮季節性碳交易機制的低碳經濟調度方法，以園區綜合能源系統為對象，構建“能量層-碳流層-管理層”系統結構框架，并提出基于灰色關聯度法的PIES 碳交易配額分配方法和基于獎懲因子的碳交易機制。文獻［7］在經濟調度模型中，引入碳交易機制，構建階梯型碳交易成本模型。

對于風光儲不確定性問題［8-15］，文獻［8］考慮電儲能和熱儲能的經濟靈活調控，提出電熱能源市場框架下IES 日前博弈-魯棒優化運行方法。該模型和方法提高了系統對可再生能源的接納能力，間接降低了系統的碳排放量。文獻［9］從氫儲能和風光不確定性2 個角度切入，構建計及風光不確定性的計及風光不確定性的電-熱-氫綜合能源系統分布魯棒優化問題的博弈模型，最后通過算例仿真驗證了模型和方法的有效性。文獻［10］提出考慮電動汽車魯棒隨機優化及負荷聚合商參與的負荷聚合商優化運行模型，該模型考慮負荷聚合商從上級網絡的購能成本和負荷聚合商的經濟損失成本等。文獻［11］提出一種光熱電站參與供熱的綜合能源系統優化調度方法，并在調度過程中考慮供熱網絡和供熱區域的熱慣性。文獻［12］從熱力系統出發，研究計及熱媒流率和熱損耗不確定性的綜合能源系統優化調度方法；基于熱能的傳輸特性、建筑物集群的儲熱特性建立了多目標優化調度模型。文獻［13］充分考慮風電不確定性，建立了以電轉氣裝置為耦合元件的綜合能源調度模型，以常規機組運行成本、棄風懲罰成本等為系統優化目標。最后，通過算例分析驗證模型的經濟性和有效性。文獻［14］提出了一種包含儲液式碳捕集電廠、電轉氣、液化天然氣氣化站以及利用液化天然氣冷能的液態空氣儲能的綜合能源系統低碳經濟調度策略，并結合需求側的響應策略。文獻［15］提出一種考慮氣熱能延遲特性的綜合能源系統日前-日內調度策略，實現多能流的解耦與分配，平抑冷熱電負荷波動，減小調度誤差，提高綜合能源系統的能量利用效率和經濟效益。

本文以廣東省中山市三角鎮高平工業園區的新能源升級改造為例進行綜合能源服務項目研究，在深入調研分析基礎上，研究工業區案例中關于綜合能源服務和技術應用的當前瓶頸問題，推動利用新一代互聯網技術搭建綜合能源服務管理平臺，生成技術-經濟分析、節能減排措施和解決方案的最優組合。

1 高平工業園區能源利用概況

目前，高平工業園區內企業用電量較大，園區內有電鍍企業100 多家，印染企業20 多家，總數不到全鎮工業企業的1/20，卻消耗了全鎮近40 %的用電量。隨著集中供熱進度的推進，部分電制冷、電制熱需求均轉移到集中供熱與集中供冷。園區內現階段調研企業的使用蒸汽分為低（1.1 Mpa、319 ℃）、中壓（224.03 元/t、3.0 Mpa、299 ℃）蒸汽，總量為17.1 萬t/月，其中部分企業供熱為通過熱泵或自建鍋爐供熱。隨著集中供熱管網建設完成，將繼續有新增2～3 萬t/月，累計供熱將達到20 萬t/月。園區內的印染企業與電鍍企業的生產工藝無冷需求，僅需在每年5—10 月階段在辦公樓宇等場地有用冷需求，現階段用冷方式為電制冷。后續將采用余熱（0.8 Pa 壓的蒸汽/60 ℃以上的熱水）制冷等能源梯次利用，提高整體能源效率，減少園區的整體碳排放。

高平工業區能源利用的特點和面臨的挑戰與傳統工業園區是相同的：電力/供熱峰谷差大，能源效率低，沒有進行廢熱蒸汽回收、能源梯級利用和集中冷卻，園區屋頂沒有利用太陽能，園區內交通物流完全沒有電氣化，能源綜合利用、節能環保需求巨大。因此，初步研究表明，高平工業區具有新型綜合能源服務應用推廣的空間，成為以高效、智能、綠色的方式加速傳統工業園區升級的典型案例和示范。

2 園區能源需求

按三角鎮的產業發展規劃，三角鎮工業主要用電行業是印染和電鍍企業。

2.1 紡織企業電力負荷特性

通過智慧能效管理平臺，可以獲得5 家已經裝表的紡織印染企業的生產車間及總電表電力負荷曲線，見表1。

表1 裝表的紡織印染企業電力消耗情況

從表1 中可以看出，各企業的分時段用電特性差異不大，高峰+尖值時段的用電量均占到30%左右，平價時段用電量占40 %左右，估價時段用電量占30 %左右。年用電量最大的企業1 的日最高負荷最大，達到4 390 kW。

2.2 電鍍企業電力負荷特性

電鍍企業電力消耗情況見表2，初步分析該企業從上午8∶00開始處于生產高峰，持續至約17∶00。最高負荷能達到3 500 kW。由此電鍍企業推測，電鍍行業的用電高峰和低谷負荷差，相較紡織企業更大，且在尖峰與高峰時間段用電量占比更大，因此有更多使用儲能的潛力。

表2 裝表的電鍍企業電力消耗情況

2.3 總體熱負荷特性

按現有和規劃各行業用熱比例，估算三角鎮典型日（全天分時負荷相當于日最大負荷的百分比）、全年用熱負荷特點（全年分月負荷相當于最大負荷的百分比）。三角鎮24 h 用熱最大時間是下午16∶00，最小負荷是上午10∶00，全天負荷有30%左右的波動。全年負荷最大是5 月，最小是3 月，全年負荷較均勻，波動幅度約10%。

匯總中山市三角鎮工業企業及工商業負荷，如表3 所示，考慮80%同時率時，現有負荷最大670.2 t/h，平均532.1 t/h，最小360.7 t/h，近期負荷最大1 609.8 t/h，平均1 411.3 t/h，最小932.3 t/h，中期負荷最大1 770.8 t/h，平均1 552.5 t/h，最小1 025.6 t/h；其中近期中壓負荷最大311.8 t/h，平均268.5 t/h，最小173.8 t/h，低壓負荷最大1 298.0 t/h，平均1 142.8 t/h，最小758.5 t/h。一期已投產3 臺9F 級燃氣熱電聯產機組，可供熱能力是中壓75 t/h（每臺25 t/h），低壓540 t/h（每臺180 t/h），因此，近期迫切需要解決熱負荷的供應需求最大994.8 t/h，平均796.3 t/h，最小317.3 t/h，其中中壓負荷最大236.8 t/h，平均193.5 t/h，最小98.8 t/h，低壓負荷最大758.0 t/h，平均602.8 t/h，最小218.5 t/h。

表3 三角鎮熱負荷綜合評估 單位：t／h

2.4 產業平臺帶來的用能增量

中山市市級平臺正在打造三角園區，即集聚化產業園區。目前有多家高新技術企業對于在三角鎮建設企業的華南總部基地項目進行了可行性研究，未來有很大可能入駐三角鎮產業園區。這些企業多為能耗大、綜合能源需求大的企業，帶來新的用能增量，使三角鎮區域產業更加集聚化，也對綜合能源服務商提出更多需求。企業對于這些增量用能要求以清潔高效為主，將落地至工業園區，同時也為能源企業轉型成為綜合能源服務商的清潔高效功能模式提供了契機。

3 綜合能源服務新模式探討

園區綜合能源服務是兼顧傳統能源生產消費，又將能源銷售服務、分布式能源服務、節能減排及需求響應服務組合在一起，基于互聯網運營的人力成本降低，分時、分量、分類、分區實現靈活多種能源供應與平衡。綜合能源服務商是聯系能源供應商與企業之間的橋梁，通過綜合能源服務模式，可以讓能源生產企業更加專注于能源供應，也讓用能企業更加專注產品制造、質量提升。典型能源供應商、綜合能源服務商和用戶企業關系如圖1 所示。

圖1 能源供應商、綜合能源服務商和用戶企業關系

由于綜合能源關鍵技術是開展綜合能源服務的基礎和前提，通過對園區現有能源系統改造、升級和創新，提出綜合能源供給-存儲聯合優化解決方案。為提供綜合能效服務、冷熱電多能服務、分布式清潔能源服務和電動汽車服務等多元化綜合服務，先探討園區重點應用場景的關鍵技術方案，進一步延伸討論其商業模式，形成可參考的綜合能源服務方案組合。

通過調查工業園區屋頂太陽能發電潛力，設計新方案和解決方案以提高可再生能源利用率。根據三角鎮“十四五”期間的土地規劃面積及分區情況，將土地利用類型按照國家能源局綜合司正式下發的《關于報送整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》進行分類，考慮中山三角鎮太陽輻射的變化等環境資源情況，按照光伏出力最低值預測；同時考慮屋頂面積實際利用面積的不確定性，對光伏實際出力進行彈性評估，則最終預計三角鎮可實現光伏出力至少為240 MW。

在大力推進分布式可再生投資建設，其重要目的是使綠色電力在用戶側就近消納，“光伏-儲能-充電” 一體化解決方案適應園區需求側的多種應用場景，園區企業的一體化停車場、公交站場、公共充電站等。光儲充一體化、光儲充放一體化服務站點逐漸成為園區智慧綜合能源服務發展的標配。

結合高平工業園的地理特點，園區的太陽能資源比較豐富，園區建筑較矮，具有足夠無遮擋空間，有電動汽車充電需求的站場。光儲充技術方案能夠有效利用太陽能資源，減少化石能源和市電消耗，降低碳和污染物排放，具有良好環保性。提供充電站建設和充電運維服務，既滿足用戶電動汽車充電需求，又可充分利用峰谷電差價蓄電用電，具有很高的經濟性。

首先，光儲充一體化充電站使用的是清潔能源供電，通過光伏發電后儲存電能。在工業園區內的光伏、儲能和充電設施形成了1 個微電網。根據微網節點或建筑用電需求，在智慧綜合能源服務管控平臺上，可管理實現車輛與微電網互聯互動，靈活采用并離網、有序充電、按需充放等多種運行模式，快速響應區域內調峰調頻的需求。結合一定比例固定儲能系統的應用，以緩解充電樁大電流充電時對區域電網的沖擊。其次，“光儲充”一體化充電站作為綜合能源服務新模式，既能為電動汽車供應綠色電能，又能促進區域內電力削峰填谷等輔助服務功能實現，有效提高區域綜合能源系統運行效率。此外，“光儲充”一體化解決方案的個性化定制在有限土地資源里建設發輸配售一體化系統，通過能量存儲和優化配置實現本地能源生產與用能負荷基本平衡。在開發建設電動汽車充電站，為電動汽車提供充電服務與充換電服務，升級增加智能停車，智能共享用車，V2G 充放電服務試點等增值服務，如圖2所示。

圖2 車網互動V2G 調度系統框架

工業園的二期規劃將引進順豐物流產業園，通過新建園區用能結構的改變，在實現園區產值提升的同時，降低園區的碳排放量。其中，值得探索應用的綜合能源服務的新模式是“光儲充放檢”一體化的服務方案，適應用于集中大規模電動汽車用電和倉庫用冷需求的物流園綜合體。

產業園擬在分配中心、倉庫投建屋頂光伏，并逐步加大新能源物流車應用，轉變能源使用類型，降低業務運營碳排放。結合園區物流、新能源汽車使用比重，合理規劃高光伏滲透率下的超級充電樁布局。針對園區的生產制造、物流分配中心的業務發展需求，園區擬布局2～3 個“光儲充檢”一體化智能超級快充站?？斐湔緦⑴渲贸潆姽β?40 kW 以上的充電樁和供電變壓器，充分利用屋頂光伏板的太陽能發電，增加車輛綠電使用比例。此外，開展動力電池梯次利用，構建多個不同容量配置的儲能柜，減緩可再生能源出力帶來的波動性和不確定性，作為新能源汽車“充電寶”，用電谷時蓄電，用于車輛充電和建筑用電，從而降低充電站運營成本，拓展了“光儲充放檢”的多元能源服務業務。通過園區和企業自建的碳排放管理平臺，運用人工智能、大數據、物聯網等領先科技實現低碳智慧化運營，通過減碳科技的應用可降低12%的碳排放。

面向綜合能源服務新模式的長遠發展需求，形成“點-線-面”規模效應，需要發揮綜合能源服務整合優勢，整合不同的能源服務類型，降低整體系統的運營成本，創造更多的利潤增長點，形成規模效應，從而降低服務的邊際成本，打造多個“面”的綜合能源服務“體”。

4 綜合能源服務商業模式探討-以高平工業園為例

在能源互聯網技術快速發展與賦能之下，能源銷售市場競爭的不斷深化，綜合能源服務公司可依托大型能源集團，充分利用大型能源集團的資源、品牌優勢，結合自身的邊際成本優勢，轉變傳統的銷售觀念和依賴，積極探索新的綜合能源服務銷售模式，以提升綜合能源服務公司的市場競爭力。

健全、合理、高效的商業運營模式有利于綜合能源服務的應用推廣、健康發展，各參與方能享受能源優化利用帶來的紅利?？v觀國內許多綜合能源服務的試點和運營案例，常見的7 類典型商業模式包括：合同能源管理（EMC），能源托管，建設-運營-移交（BOT），移交-經營-移交（TOT），建設-擁有-運營（BOO），設備租賃模式，公私合營（PPP）等。

針對不同園區的應用場景，在運園區企業以采用改造方式為主，且考慮綜合能源系統改造受到已有建筑空間，廠房空間布局和已有供能方式的限制，在充分利用現有供熱系統（如管道和泵）前提下，減少企業用戶改造成本，主要采用合同能源管理或能源托管模式，由用戶、綜合能源服務公司單方或雙方聯合出資實施。綜合能源服務公司可向用戶提供能源審計、碳核查、可行性研究、項目設計、設備和材料采購、工程施工、節能量檢測等服務，也可提供系統運行、維護和能源-金融管理等服務。綜合能源服務公司通過節能收益收回成本并獲利。

4.1 集中供熱服務商業模式

在高平工業園，集中供熱是園區能源系統升級改造的重要任務之一，以此討論該供熱服務下的商務模式。以電鍍區作為案例片區進行討論。目前電鍍園區內考慮2 種供熱模式，如圖3 和圖4 所示。

圖3 商業模式一

圖4 商業模式二

商業模式一：由綜合能源服務公司建設集中供熱管網，包括負責后期運維、管網監控系統等工作，同時由綜合能源服務公司直接與熱電廠簽訂購熱協議，將蒸汽賣給電鍍區用戶，并負責電鍍區用戶接入后的升級改造工作。

商業模式二：吸納電鍍區本地第三方企業投資管網包括負責后期管網運營、維護，由綜合能源服務公司作為第三方公司，與熱電廠以批發價格簽訂購熱協議，與第三方公司簽訂階梯熱價，并且負責后續電鍍區接入后的設備改造工作。

4.2 2 種模式的經濟分析

（1）項目經濟評價。通過計算分析可得，如表4 所示，在滿足2 種商務模式綜合能源服務公司全投資內部收益率均為15%的前提下（第三方公司收益10%），商務模式二相比于模式一，總投資減少1 235.79 萬元，總成本降低53 萬元/a；同時商務模式二的靜態項目回收期短于商務模式一，項目盈虧平衡點低于模式一，總體來看模式二好于模式一。

表4 項目主要經濟效益指標

（2）敏感性分析。2 種商務模式下，熱電廠價格范圍均為188～310 元/t。以區間端點價格188 元/t 為例，2 種模式下對應的蒸汽收入價格敏感性情況，如表5 所示?？梢钥闯霎敐M足2 種模式下成本價格不變時，相對于模式一來說，模式二的售熱價格可選擇區間較為寬泛，同時平均收益率為13%左右。因此，在以盈利需求為基礎，可對模式二的售熱價格進行階梯定價，可滿足不同用戶生產需要。

表5 項目敏感性分析 （%）

4.3 2 種模式的風險分析

（1）投資風險：模式一中綜合能源服務公司為主要投資主體，投資額達到1 107 萬元，屬于重資產投資，并且同時考慮后期建立綜合能源管理服務平臺，整體投資更高，前期投資較高，資金全部放在項目商，面臨后期難以回收的風險；然而模式二中投資體量小，為輕資產運行，符合現有能源項目投資主流模式。

（2）投資主體準入風險：由于電鍍園區管理相對粗放，主要以私人租賃管理方式為主，本地企業有絕對掌控權，外部企業入駐投資難度較大，因此考慮模式二中與當地企業合作進行集中供熱較為合適。

（3）運維風險：模式一中需要綜合能源服務公司后期承擔整體管網的運行、維護等費用，需要組建專業運維團隊，后期運維人員開支較大，而模式二實際為中間商模式，成本小。對于“輕資產輕建設”的綜合能源服務商來說，模式二較為合適。

（4）其他風險：由于電鍍區域場地較為復雜，模式一中可能需要征地等額外投資成本，需和政府交涉獲取相關批文，前期工作較為繁瑣，增加了改造工作的困難。

5 綜合能源服務定價策略

對于綜合能源服務商，能源銷售策略決定著企業的銷售成果，企業的銷售成果決定著企業的生存。針對綜合能源市場發展場景，個性化、差異化銷售策略將成為未來能源銷售的主流趨勢。根據用戶的能源需求、能源品質和能源市場變化，可采用能源品質定價、峰谷平分時定價及市場化競價等策略。

（1）能源品質定價策略：隨著能源市場逐步開放，用戶會迫切要求供應商提供高品質的能源服務。根據能源品質評估技術確定能源品質等級（梯度）。不同等級的能源制定不同的價格，制定原則是“優質高價，劣質低價”。用戶可以根據自身需求，選擇不同品質的能源。如作為企業用戶需要穩定的高溫高壓蒸汽用于生產，作為個人用戶只需要生活熱水即可。用戶對能源品質多樣化選擇，不僅能降低用戶用能成本，也能降低系統安全維護成本，降低了整個系統的容量投資建設成本。

（2）峰谷平分時定價策略：按照所有用戶的用能特性，參照電網的峰谷平分時電價將用戶負荷劃分為三大類，在每一類中又按負荷利用小時數、用能季節、不同用能時間分為若干小類，每小類中有多種用能價格供用戶選擇，鼓勵用戶將部分用能轉移低谷時段。這樣一方面實現了用戶負擔最小、用能成本降低、企業效益提升；另一方面不僅正確地反映了能源價值，而且充分發揮了電氣設備能力，從而提高能源供應企業的經濟效益。對冰蓄冷空調、蓄熱電鍋爐及其它蓄能設備采取分時段能源價格，可有效地推動儲能優化利用。對用能大客戶，制定“一廠一策，一廠一價”，將優惠政策與企業生產銷售緊密結合起來。工業用能富有價格彈性，因此，對這類客戶可以，如實行超基數優惠單價，超出部分實行浮動單價。

（3）市場化競價策略：通過平臺接入外部能源現貨和期貨市場信息，參考電力交易模式，鼓勵部分企業主動參與現貨市場競價采購，挖掘套利空間。綜合能源服務平臺通過對園區內能源生產單元特性參數與負荷參數建立約束目標方程，并且基于用戶側演化博弈的思想，充分挖掘在施加不同激勵下用戶用能演化的博弈行為，建立基于演化博弈的需求響應模型，用于指導平臺競價基準。

6 結論和建議

本文首先以典型傳統工業園區中山市三角鎮的高平工業園區為例，分析能源供需數據，討論發展綜合能源服務的技術可行性、經濟可行性及政策需求。本文探索了綜合能源服務業務場景和潛在的業務模式，設計綜合能源服務創新機制和激勵措施，支持增值服務方式和解決方案交付。對2 種集中供熱商業模式進行了經濟性分析和風險分析；對于綜合能源服務商，根據用戶的能源需求、能源品質和能源市場變化，提出了能源品質定價、峰谷平分時定價及市場化競價等能源定價策略。

推進擁有不同能源供應商的工業園區的綜合能源服務，需要政府、園區、綜合能源服務商3 方面共同努力。

（1）不管是以市區為層級，還是以工業園區為層級，都需要政府統一協調電網公司等多方參與，對一片區域內的綜合能源服務方式進行統一開發，并做好相關需求、風險評估。

（2）產業園區作為用能和碳排放主要來源，往往包含了多家企業不同的用能需求。大部分企業依然是只考慮自身的用能量，形成“供能孤島”，尚未開發園區的綜合能源服務潛力。此時就需要園區管委會層面對此進行思考和探索，以降低園區整體碳排放、提升能效為目標，定制園區綜合能源服務開發方案。

（3）加快向綜合能源服務渠道商轉型。發揮平臺型企業優勢，成為產業鏈上下游的中樞渠道，上游連接各類供應商，下游連接客戶，做好設計、方案、服務、產品等各類中介服務，形成全方位、差異化、定制化的服務套餐，以收取服務費為主要業務收入來源，初步形成綜合能源服務產業生態。