报告二

　综合能源配用电系统 规划方案

　目

　 录 1. 园区目标年负荷预测 .......................................................................................................... 1

　1.1 供冷负荷 ........................................................................................................................ 1

　1.2 供热负荷 ........................................................................................................................ 3

　1.3 天然气负荷 .................................................................................................................... 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研究 ...................................................................................... 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 电池储能功率倒送情况分析 ............................................................................... 24

　4.2 鳌头能源站改造方案研究 .......................................................................................... 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研究 .......................................................................... 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研究 .............................................................................. 47

　4.4.1 冰蓄冷方案 ........................................................................................................... 47

　4.4.2 转轮除湿方案 ....................................................................................................... 53

　4.4.3 蒸汽压差发电改造方案 ....................................................................................... 56

　4.5 光伏发电规划实际方案研究 ...................................................................................... 61

　4.5.1 园区 2020 年光伏发电功率预测 ......................................................................... 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研究 .......................................................................................... 68

　5. 园区网架与管网规划 方案研究 ........................................................................................ 69

　5.1 园区配电网架供电能力和可靠性分析 ...................................................................... 69

　5.1.1 当前配电网架的供电能力分析 ........................................................................... 69

　5.1.2 当前配电网架的供电可靠性分析 ....................................................................... 70

　5.1.3 配电网架的简化等效 ........................................................................................... 70

　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 ........................................................................... 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 区目标年负荷预测 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，该部分的冷负荷需要根据企业的生产计划确定，因此如果没有明确的冷负荷增长计划，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计划，因此估计冷负荷保持不变。

　根据调研数据，由于缺乏空调系统逐时耗电数据，因此根据经验，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。

　根据对万力轮胎 2016 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 2016 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 2016 年逐时空调系统耗电量

　根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 2020 年冷负荷如下。

　05001000150020002500132665197613011626195122762601292632513576390142264551487652015526585161766501682671517476780181268451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 2020 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，因此其冷负荷暂定为不变。其设计日逐时冷负荷如下表所示。

　根据 2016 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 2016 年逐时空调系统耗电负荷

　 根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 2020 年逐02000400060008000100001200012755498231097137116451919219324672741301532893563383741114385465949335207548157556029630365776851712573997673794782218495冷负荷 (kW) 时间 (h) 0501001502002503003504001314627940125315661879219225052818313134443757407043834696500953225635594862616574688772007513782681398452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 2020 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，根据调研结果，预计再增加热负荷 4t/h，则年增加热负荷约为 3.5 万吨。则总的供热量 2020 年预计达到 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测汇总

　企业名称 峰值小时热负（t/h）

　平均小时热负荷（t/h）

　年热负荷 （万吨）

　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。

　020040060080010001200140013046079101213151618192122242527283031333436373940424345464849515254555758606163646667697072737576787981828485冷负荷 (kW) 时间 (h)

　 4

　 图 图 1 1- -2 2- -1 1

　万力轮胎 6 2016 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 2016 年逐时蒸汽热负荷曲线

　 图 图 1 1- -2 2- -3 3

　整个园区 0 2020 年逐时蒸汽热负荷曲线

　01020304050126753379910651331159718632129239526612927319334593725399142574523478950555321558758536119638566516917718374497715798182478513热负荷 (t/h) 时间 (h) 万力轮胎蒸汽负荷（t/h）

　01020304050601284567850113314161699198222652548283131143397368039634246452948125095537856615944622765106793707673597642792582088491热负荷 (t/h) 时间 (h) 白云山+妈妈壹选热负荷 (t/h) 01020304050607080901001284567850113314161699198222652548283131143397368039634246452948125095537856615944622765106793707673597642792582088491热负荷 (t/h) 时间 (h) 园区总的热负荷 (t/h)

　 5

　1.3 天然气负荷 鳌头能源站当前年耗气量约为 3650 万 Nm 3 天然气，采用优化运行后，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，预计年耗气量为 5552 万 Nm 3 。若增加对妈妈壹选的供热后，预计鳌头能源站年耗气量达到7215~8385 万 Nm 3 。负荷预测结果如下表所述。

　表 表 1 1- -3 3- -1 1

　鳌头能源站天然气负荷预测

　鳌头能源站供热对象 峰值耗气量（Nm 3 /h）

　年耗气量 （万 Nm 3 ）

　万力轮胎 7847 3725 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 9897~10070 6074~6326

　1.4 电负荷 根据最大负荷利用小时数法，只要获取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。根据基于 2015 年对不同产业类型的最大负荷利用小时数统计（详见表 1-4-1），以及广东省年最大负荷利用小时数统计与估计（详见表 1-4-2），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 2015 年最大负荷利用小时数/h 2016 年最大负荷利用小时数/h 2020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 1325~4502 3854 3828 重工业类 6375 3464~6611 6364 6320 行政办公类 1940 987~2422 1936 1923 文化娱乐类 1654 344~3379 1651 1640 体育类 1482 646~3245 1480 1469 教育科研类 3088 425~4850 3083 3062 医疗卫生类 2897 1465~3937 2892 2872 商业、金融、服务类 2631 313~3453 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（单位 /h ）

　年份 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2010 2015 2020 2030 T max

　5820 5974 6013 6056 6044 6082 5656 5800 5750 5700 5500

　根据对该工业园区 2015 年及 2016 年主要用电企业的调研，全年用电量情况如表 1-4-3 和表 1-4-4 所示。

　表 表 1 1- -4 4- - 3

　工业园区 5 2015 年各企业相关数据统计

　企业名称 企业类型 所在馈线 2015 年P max /MW 2015 年T max /h 2015 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 19707

　万宝漆包线 制造业 白兔 F16 / 5896 9788

　华夏学院 教育类 明珠 F5 2.02 2780 5616

　 7

　 表 表 1 1- -4 4- - 4 工业园区 6 2016 年各企业相关数据统计

　企业名称 企业类型 所在馈线 2016 年P max /MW 2016 年T max /h 2016 年用电量/MWh 万力轮胎 重工业 110kV 兔万线 26.99 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 教育类 明珠 F5 1.87 2775 5190

　各年的企业年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，2020 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 8700kW，负荷率约 40%。

　2018年增加 1600kW，总装机 10000kW。2020 年还未清楚，暂时先按不增加计算，峰值负荷 4.45MW。

　万宝漆包线 2016 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。2020 年的电力高峰预计 200 万度/月。所以暂时估计 2020 年峰值比 2016 年提高 25%。

　华夏学院 2016 年的相关数据有三部分，相加以后峰值负荷为 1.87MW，而2015 年的峰值负荷为 2.02MW。2016 年高峰电费 69 万/月。电费 0.617 元/kWh。2020 年增加到 90 万元/月，约增加 30%。所以暂时估计 2020 年的峰值负荷为2.4MW。

　表 表 1 1- -4 4- - 5 工业园区 0 2020 年各企业相关数据预测

　企业名称 所在馈线 2020 年P max /MW 2020 年T max /h 2020 年用电量/ MWh 万力轮胎 110kV 兔万线 27-35 5004 135100-175140

　 8

　日立冷机 白兔 F2 4.45 2404 10698 万宝冰箱 白兔 F3、F19 4.92 3187 15935 万宝漆包线 白兔 F16 2.93 5845 17100 华夏学院 明珠 F5 2.4 2756 6614 合计

　32.6-39

　185000 -225000 采用了自 2020 年 1 月 1 日起，至 2020 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，且根据 2016 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准确。所以最后采用 0.8 的同时率，来计算总负荷。

　由于万力轮胎 2020 年的负荷预测按：高方案 35MW，中方案 30MW，低方案 27MW 来计算，考虑同时率后预计 2020 年高方案总负荷 39MW，中方案总负荷35MW，低方案总负荷32.6MW。预计2020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°，根据 2016 年全年光伏出力进行平均后，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能力。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，光伏的出力满足负荷需求，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，满足负荷需求。若夜间电价高峰时段需要削峰的负荷较多，白天多余的光伏储能不能满足夜间需求，则需要在0:00-8:00 电价低谷时，事先存入所需电量，以满足夜间需求。

　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需要使用空调，空调均为 24 小时无间断供冷。万力轮胎、压缩机 2 家企业先采用中

　 10

　央冷水机组用于供冷，压缩机企业现采用水冷柜式空调供冷，预计很快会替换为中央空调冷水机组。

　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，并得到一定的经济效益。

　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，这是根据工业生产模式的特殊性所决定的。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，优先根据光伏出力与负荷是否能满足进行判断，若光伏出现倒送，则优先进行储能，此时所储电量无需额外通过电网购买，属于自给自足部分。其次根据夜间负荷高峰所需电量进行判断，日间光伏储能是否能满足夜间负荷削峰时所需。若可以满足，则多余的电量可用于电价高峰时段；若不能满足，则优先在当天电价低谷时段进行充电，以满足当天夜间需求，若低谷时段所充电量仍不能满足所需，则需要在平价时段继续充电，以满足需求。

　 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复杂的能源网络。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。置换矩阵将所有能源转换设备的节点映射到冷、热、电、气各自的网络方程。统计园区规划的所有能源转换设备，包括存量与增量。构建园区所有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

　根据规划结果，作出园区能源从一次能源的源端到用户负荷侧，途经各能源转换设备的整体能源流动可视化的能流图。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给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，2020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。规划前后的变化因素如光伏发电、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变化。

　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 2020 年 园区的能流图

　能流图描述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，2020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、吸收式制冷、CCHP出力调节与可转移或中断负荷。规划前后的变化因素如光伏发电、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变化。

　 14

　4. 冷/ 热/ 气/ 电源规划方案研究 4.1 电池储能规划实际方案研究 4.1.1 电池储能类型选择方案 从储能的具体特性来看,全球储能技术主要有物理储能（压缩空气储能、抽水蓄能、飞轮储能等）、化学储能（钠硫电池、液流电池、铅酸电池、锂电池、超级电容等）和电磁储能（超导电磁储能）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 90-250 100-20000 1000-20000 90-95 1.5-10 铅酸电池 35-55 75-300 500-5000 50-75 0.5-1 镍氢电池 50-85 150-10000 1000-3000 50-75 2-4 超级电容器 5-15 1000-10000 5000-10 5

　95-99 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（中国）、钠硫电池（日本）和液流电池（北美）三大技术方向，这三种技术路线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。钠硫电池运行需要高温。液流电池体积大。铅酸蓄电池循环寿命次数一般为 500~1500。锂离子电池循环寿命次数一般为 1000~10000。

　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线。锂电池目前的建设成本约 3400 元/KWh，世界范围内当前50%的电化学电池均采用锂电池。其中，南方电网公司在深圳 2011 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经验。

　例如，国家电网公司“电网新技术前景研究”项目咨询组预计，随着技术进步和产业集群化、供应链的完善，预计在 2015-2020 年，锂离子电池储能的价格可降至 1500 元/（kW·h）。事实上，Tesla 推出的 powerwall 系列产品已经接近或承诺即将在近几年内达到相应售价。此外，届时锂电池还有望在性能方面达到全充放电循环寿命不小于 5000 次。在这一前提下，如果电网峰谷电价差达到 0.5元/（kW·h），则配电网公司或用户可考虑集成储能设备进行削峰填谷、并且能保证盈利。这一预测实际上显示了储能在技术水平和工业产能进一步提升之后，在电网中大规模推广应用的良好前景。

　从各个项目的比较来看，综合考虑能量密度、成本、维护以及应用经验，建议采用锂离子电池。锂离子电池成熟，应用广泛。锂电池的优点：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线。锂离子电池循环寿命次数一般为 1000~10000。锂电池目前的建设成本约 3000 元/KWh 左右，世界范围内当前 50%的电化学电池均采用锂电池。如上所述深圳宝清电池储能电站。目前已运行 5 年多时间，可实现配电网侧削峰填谷、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经验。

　而作为电池安装形式来看，由于论证为 5MWh 左右，由于分布在白兔站、物业基地、万力轮胎厂、万宝日立光伏基地等多处地域，即使考虑未来具有建设裕度，达到 8~10MWh，甚至更大，则采用 500kwh，MWh 甚至更小单元的模块化集装箱式的储能系统形式（现基本生产储能装置的厂家均有该项产品的生产能力）进行安装。总容量满足需求，同时组合安装简易，同时随着系统条件的变化重新组合安装相对灵活。建议采用该类形式进行安装。

　深圳欣旺达电子股份有限公司作为国内主要的电池储能供应商之一，储能业务是公司发展蓝图的重要组成部分，公司已逐步完善相应产品结构，产品覆盖家庭便携储能、通信储能、电网调频储能、风光储微网储能、大规模工商业分布式储能、数据中心储能以及新能源领域光伏发电业务等。成立深圳市欣旺达综合能源服务有限公司，进一步强化产业链整合、研发资源储备，在国家能源互联网储

　 16

　能支持政策的指引下，从综合储能解决方案提供商进一步拓展至融合多种储能的区域能源服务商，巩固综合能源服务的核心竞争力，将对欣旺达能源战略的实施产生积极影响。公司与江苏南瑞淮胜电缆有限公司合作的分布式储能需求侧商业应用项目已启动，其余合作的多个储能项目也已经确认并正在实施。同时积极拓展销售网络和渠道，成立了美国分公司，欧洲和澳大利亚积极拓展分销商合作渠道。为了完善公司能源互联网的布局，公司在新能源领域加速布局光伏电站，国内禹州禹科光伏电站已并网发电。公司正在积极拓展新能源领域业务，力争为用户提供全套的综合能源解决方案。因此，本课题电池储能供应商推荐选择深圳欣旺达电子股份有限公司的磷酸铁锂电池储能产品。图 4-1-1 为欣旺达磷酸铁锂电池储能容量-循环寿命特性曲线，表 4-1-2 为电芯技术主要参数指标表。

　图 图 4 4- -1 1- -1 1 欣旺达磷酸铁锂电池储能容量- - 循环寿命特性曲线

　表 表 4 4- -1 1- -P 2 LEP 电芯技术指标

　序号

　项目

　规格

　备注

　1 电芯类型 LFP

　2 额定电压（V）

　3.20

　3 额定容量（Ah）

　120

　4 额定充电电流（A）

　63

　5 最大充电电流（A）

　150

　6 额定放电电流（A）

　63

　7 最大放电电流（A）

　150

　8 电压范围（V）

　2.5～3.65

　 17

　9 循环次数（次）

　≥4000 1C/4.15V @25℃ SOC at End of Life 80% 10 自放电（%/年）

　3 @ SOC 25% 11 自放电（%/2 年）

　5 @ SOC 25% 12 尺寸（W*D*H mm）

　173.9*48.0*170

　13 重量（Kg）

　2.820

　14 形变量（mm）

　0.1～0.2

　15 存储温度范围（℃）

　-40～60

　16 工作温度范围（℃）

　-30～60

　17 湿度（%）

　≤95%

　18 认证 UN38.3/UL1642/IEC62133

　 4.1.2 电池储能总体规划方案 根据 4.1.1 节所述的电池储能三层规划模型中的上层优化模型结果，可得到园区电池储能总体规划方案如下：

　表 表 4 4- -1 1- - 3 电池储能总体规划方案

　总功率 MW 总容量 MWh 4.08 14.43 考虑寿命衰减，意为考虑电池储能循环寿命导致的容量衰减下，对电池储能的功率/容量选取裕度为 0.8。建议电池储能功率/容量的选择按照考虑循环寿命衰减的情况配置，即 4.08MW/14.43MWh。

　 18

　 图 图 4 4- -1 1- - 2 工业园区 0 2020 年负荷预测曲线

　工业园区 2020 年负荷预测曲线如图所示。可知，园区全年最高负荷为 40MW，调峰 20%需求线为 32MW，全年待调峰时刻共计 776 小时。

　工业园区内调峰手段主要包括：（1）光伏；（2）冰/水蓄冷；（3）节能改造；（4）需求响应；（5）电池储能。其具体调峰特性如下：

　根据广州 2020 年气候情况，得到 2020 年光伏发电预测曲线如下：

　图 图 4 4- -1 1- - 3 工业园区 0 2020 年光伏发电预测曲线

　根据目前园区冰/水蓄冷规划容量 1.45MW/8.46MWh，得到园区 2020 年冰/

　 19

　水蓄冷的运行情况如下：

　图 图 4 4- -1 1- - 4 工业园区 0 2020 年冰/ / 水蓄冷运行预测曲线

　根据目前园区冰/水蓄冷规划容量 1.45MW/8.46MWh，得到园区 2020 年冰/水蓄冷的运行情况如下：

　图 图 4 4- -1 1- - 5 工业园区 0 2020 年冰/ / 水蓄冷运行情况统计直方图

　根据工业园区企业节能改造计划，预计 2020 年园区节能改造降低负荷功率为 0.625MW。

　 20

　 （a a ）

　 （b b ）

　 21

　 （c c ）

　 （d d ）

　 22

　 （e e ）

　图 图 4 4- -1 1- - 6 工业园区调峰效果图

　图 4-1-6 清晰描述了工业园区在上述五种调峰手段下调峰结果情况。Curve1为初始负荷曲线，curve2 为经光伏调峰后的负荷曲线，curve3 为再经节能改造调峰后的负荷曲线，curve4 为再经冰/水蓄冷调峰后的负荷曲线，curve5 为再经需求侧响应调峰后的负荷曲线，curve6 为再经电池储能调峰后的负荷曲线。至次，园区已实现全年调峰 20%的目标，最高负荷由 40MW 削减至 32MW。

　4.1.3 电池储能选址定容方案 根据 4.1.2 节所述的电池储能三层规划模型中的中间层优化模型结果，可得到园区电池储能选址定容规划方案如下：

　表 表 4 4- -1 1- - 4 电池储能选址定容规划方案

　位置 万力轮胎 日立冷机 万宝冰箱 万洲电气 容量 2.04MW/7.21MWh 1.02MW/3.60MWh 0.81MW/2.88MWh 0.20MW/0.72MWh 考虑寿命衰减，意为考虑电池储能循环寿命导致的容量衰减下，对电池储能的功率/容量选取裕度为 0.8。建议电池储能功率/容量的选择按照考虑循环寿命衰减的情况配置,即万力轮胎 2.04MW/7.21MWh，日立冷机 1.02MW/3.60MWh，万宝冰箱 0.81MW/2.88MWh，万洲电气 0.2MW/0.72MWh。

　在上表所示的各企业配置储能前，园区内各主要馈线/变电站的负载率情况如下：

　 23

　表 表 4 4- -1 1- - 5 配置电池储能前园区主要馈线/ / 变电站负载率情况

　序号 馈线名称 供电负荷 线路性质 额定功率MW 最大功率 MW 负载率% 1 白兔 F2 日立冷机 专线 4 1.7745 60.56 2 白兔 F3 万宝 专线 4.5 0.9897 29.24 3 白兔 F19 万宝 专线 4.5 0.5390 11.98 4 白兔 F17 万州电气 公线 4.5 0.6595 17.06 5 白兔 F16 万宝漆包线 华夏学院 公线 4.5 1.6378 36.40 6 万力站 万力轮胎 用户站 63 38.615 63.02

　各企业配置储能后，园区内各主要馈线/变电站的负载率变化如下：

　表 表 4 4- -1 1- - 6 配置电池储能后园区主要馈线/ / 变电站负载率情况

　序号 馈线名称 供电负荷 线路性质 额定功率MW 最大功率 MW 负载率% 1 白兔 F2 日立冷机 专线 4 2.4255 44.29 2 白兔 F3 万宝 专线 4.5 1.3157 22.00 3 白兔 F19 万宝 专线 4.5 0.5390 11.98 4 白兔 F17 万州电气 公线 4.5 0.7675 17.06 5 白兔 F16 万宝漆包线 华夏学院 公线 4.5 1.6378 14.64 6 万力站 万力轮胎 用户站 63 39.7 36.40

　通过表 4-1-5 和表 4-1-6 对比可知，配置储能后，园区内各主要馈线负载率情况得到明显的改善，说明电池储能对改善系统潮流起到了积极的作用。

　4.1.4 电池储能选型方案 鉴于目前锂电池成本较高(450 万元/MWh)，而铅碳电池作为典型的能量型储能设备，经过近年来的发展，其技术已较为成熟，且成本低廉(170 万元/MWh)。从经济性上讲，本项目宜采用铅碳电池。从电气特性上讲，由于铅碳电池放电速度慢的特性导致充放电倍率较低，而锂电池则可达到较高的充放电倍率。因此二者在经济性和技术性上具有良好的互补性。下表所示为锂电池与铅碳电池的指标对比：

　单价(万元/MWh) 最大连续充电电流(CA) 最大连续放电电流

　 24

　(CA) 锂电池 450 2 2 铅碳电池 170 0.3 0.5 鉴于锂电池和铅碳电池在经济性和技术性上的良好互补性，建议本课题电池储能的选型采用铅碳电池和锂电池联合配置的方式，具体配置情况如下表所示：

　配置功率（MW）

　配置容量（MWh）

　锂电池 1.71 0.85 铅碳电池 5.36 16.1 总计 7.08 16.96

　4.1.5 电池储能功率倒送情况分析 由于电池储能投资运营方为第三方投资商，目前不具备售电资质，因此电池储能运行应尽可能本地负荷消纳，避免功率倒送情况的发生。因此作出电池储能规划水平年功率倒送情况分析如下：

　（1）万力轮胎情况分析

　万力轮胎电池储能全年累计倒送电量为 157.78MWh。

　（2）日立冷机情况分析

　 25

　 日立冷机电池储能全年累计倒送电量为 21.43MWh。

　（3）万宝冰箱情况分析

　万宝冰箱电池储能全年累计倒送电量为 13.26MWh。

　（4）万州电气情况分析

　 26

　 万州电气电池储能全年累计倒送电量为 137.67MWh。

　4.2 鳌头能源站改造方案研究 4.2.1 鳌头能源站现有系统结构 鳌头能源站现有系统结构如下图所示：

　图 图 4 4- -2 2- - 1 鳌头能源站改造前的系统结构流程图

　来自门站的天然气进入鳌头能源站后分为三路，其中 2 路分别进入燃气轮机，在燃气轮机机组内燃烧后带动燃汽轮机做功，经由发电机转换为电力，对外输出电能。同时天然气燃烧产生的烟气温度在 500℃以上，流入余热锅炉用于加热锅

　 27

　炉内的水，将水加热为 2.5MPa，250℃左右的蒸汽经由管道输送到万力轮胎企业；另一路天然气直接进入燃气锅炉内部，将水加热为 2.5MPa，250℃左右的蒸汽再经由蒸汽管道输送给万力轮胎企业。

　（1 ）鳌头能源站现有设备能耗分析 鳌头能源站 2016 年供蒸汽曲线如下图所示。鳌头能源站目前蒸汽完全用于供应万力轮胎。2016 年全年平均供蒸汽量为 30.0t/h，全年最大蒸汽供应量为 78t/h；全年有 370 个小时蒸汽供应量在 15.3t/h 以下，此时 CHP 机组停止供热，由燃气锅炉完全供应热量。

　图 图 4 4- -2 2- - 2 鳌头能源站 6 2016 年供蒸汽曲线

　鳌头能源站现有 2 台 CHP 机组和 1 台燃气锅炉。CHP 机组在性能工况条件下（21.5℃，1.013KPa，78.4%湿度），额定发电功率为 13.09MW，额定产热量为 27.3t/h；燃气锅炉额定产热量为 25t/h，额定效率为 92%，实际运行时，效率1 近似看作不变。

　由于缺乏基本参数，因此在进行能耗、经济性分析时，需要合理假定一些参数，具体假定参数如下表所示：

　表 表 4 4- -2 2- - 1 基本假定参数

　计算参数假定 数值 单位 天然气热值 34.18 MJ/Nm 3

　蒸汽吸热量 2723.0 MJ/t 燃气锅炉效率 0.92 \

　 28

　天然气价格 2.858 元/Nm 3

　白云山制药厂蒸汽需求量 13.0 t/h CHP 上网电价 0.745 元/kWh 汽轮机排气压力 0.01 MPa 汽轮机绝热效率 0.85 \ 发电机发电效率 0.95 \

　天然气热值根据鳌头能源站历史运行数据，合理推断并结合经验数据得到其热值约为 34.18MJ/Nm 3 ；加热每吨蒸汽所需的热量会随着环境温度变化而变化，在计算时，为简便起见，取定值为 2723.0MJ/t；凝汽式蒸汽轮机排汽压力参考一些生产厂家提供的产品数据，取 0.01MPa；凝汽式蒸汽轮机效率参考一些生产厂家提供的产品数据取定值 0.85；发电机发电效率参考一些生产厂家提供的产品数据取定值 0.95。

　（2 ）考虑发电部分负荷率、温度对 CHP 系统发电、供热的影响 由于大气压力、相对湿度等因素造成的影响的条件下，仅考虑部分负荷率对发电、产热带来的影响较小，因此在进行规划时，主要考虑。部分负荷率、温度对燃气轮机性能影响如下图所示。

　 29

　图 图 4 4- -2 2- - 3 部分负荷率对燃气轮机性能的影响

　 图 图 4 4- -2 2- - 4 温度对燃气轮机性能的影响

　根据表 4-2-1 中假定的各参数，计算得到鳌头能源站 CHP 机组在 4 种不同发电负荷工况下的供热、耗气量、各类效率参数如下表所示：

　表 表 4 4- -2 2- -P 2 CHP 机组在 4 4 种负荷工况下的基本参数

　CHP 机组性能工况（21.5℃ ℃， ，1.013KPa ，78.4% 湿度）

　发电负荷率 25% 50% 70% 100% 燃气量（m 3 /h）

　1878.8 2547.1 3115.9 4053.3 发电功率（MW）

　3.269 6.584 9.344 13.351 供热量（t/h）

　12.48 17.74 20.95 27.20 发电效率 0.183 0.272 0.316 0.347 一次能源利用效率 0.713 0.827 0.852 0.882

　根据上表可以看出，发电部分负荷率对 CHP 机组影响较大。由于 CHP 机组一般运行 “以热定电”模式，因此当机组热负荷低于 15.3t/h，约为 56%额定供热负荷时，机组一般不运行。整个 CHP 机组运行经济效益随着发电负荷率的增大而增大。

　 30

　为了实现“园区外购电量不超过 20%”这一指标，需要增加园区自发电量。当前园区自发电量主要来自鳌头能源站的 2 组 CHP 机组。CHP 机组运行时采用以热定电模式，为了机组发电量，需要增加鳌头能源站的对外集中供热的蒸汽量。现考虑对鳌头能源站进行改造工作，有 2 套备选方案如下：方案 1——增加对白云山制药厂供蒸汽；方案 2——增加一台凝汽式蒸汽轮机。下面对这两个方案分别进行分析。

　4.2.2 鳌头能源站增加集中供热方案 白云山制药厂当前蒸汽需求约为 312t/d，一年有 300 天需要供应蒸汽，由于企业 24 小时连续生产制药，因此需要 24 小时连续供应蒸汽。妈妈壹选和白云山制药厂直线距离约为 100m，非常靠近，并且在工业生产过程中需要 4~6t/h 的蒸汽，因此考虑通过增加对白云山制药厂和妈妈壹选供蒸汽，一套鳌头能源站的CHP 机组设备利用率，达到逐步取代燃气锅炉的目的。由于输送距离较远，暂时不考虑对能源站余热锅炉进行改造，考虑由制药厂和妈妈壹选自行对蒸汽进行减温减压处理。

　图 图 4 4- -2 2- -5 5 鳌头能源站增加白云山制药厂和妈妈壹选的蒸汽供应后系统结构流程图

　如图所示为鳌头能源站的改造后的系统结构。由鳌头能源站启动 2 台 CHP机组直接对万力轮胎和鳌头能源站进行蒸汽供应，由于蒸汽需求量增大，使得鳌头能源站每年运行 2 组 CHP 机组的时间大大延长，因此大大增加了发电量。同

　 31

　时由于减少了燃气锅炉的运行时间，使得整个鳌头能源站的运行经济效益得到提高。

　1）改造后的鳌头能源站供汽与运行模式分析 a.机组运行模式 鳌头能源站改造后，运行“以热定电”模式，运行时满足热平衡约束：

　00( ) ( ) ( )0 ( ) ( )0 ( ) ( )CHP GB HCHP CHPGB GBQ t Q t Q tQ t Q tQ t Q t    

　 （4-2-1）

　其中，Q H (t)为逐时热负荷需求，t/h；Q CHP0 (t)、Q GB0 (t)分别为 CHP 机组和燃气锅炉机组额定供热量，t/h。

　b.优化运行方程 根据运行时蒸汽需求不同，在性能测试工况下，确定相应的优化运行约束方程如下：

　（1）当热负荷 0<Q H (t)<15.30t/h 时，运行方程为

　( ) 0( ) ( )CHPGB HQ tQ t Q t 

　 （4-2-2）

　即此时由燃气锅炉提供所需热负荷。

　（2）当热负荷 15.30t/h<Q H (t)<27.20t/h 时，运行方程为

　( ) ( )( ) 0CHP HGBQ t Q tQ t 

　（4-2-3）

　即此时由 1 组 CHP 机组提供所需热负荷。

　（3）当热负荷 27.20t/h<Q H (t)<35.48t/h 时，运行方程为

　00( ) ( )( ) ( ) ( )CHP CHPGB H CHPQ t Q tQ t Q t Q t  

　（4-2-4）

　即此时由 1 组 CHP 系统按照最大供热能力供热，有燃气锅炉提供剩余所需热负荷。

　（4）当热负荷 35.48t/h<Q H (t)<54.40t/h 时，运行方程为

　( ) ( )( ) 0CHP HGBQ t Q tQ t 

　（4-2-5）

　 32

　即此时由 2 组 CHP 系统提供所需热负荷。

　（5）当热负荷 54.40t/h<Q H (t)<79.40t/h 时，运行方程为

　00( ) 2 ( )( ) ( ) 2 ( )CHP CHPGB H CHPQ t Q tQ t Q t Q t    

　（4-2-6）

　此时 2 组 CHP 系统按照最大供热能力运行，燃气锅炉补充供应剩余所需热负荷。

　以上鳌头能源站优化运行方案汇总如下表所示：

　表 表 4 4- -2 2- - 3 鳌头能源站运行模式

　运行模式类别 蒸汽负荷范围 运行模式 1 0≤Q H (t)<15.30 燃气锅炉 2 15.30≤Q H (t)<27.20 1 组 CHP 机组 3 27.20≤Q H (t)<35.48 1 组 CHP 机组+燃气锅炉 4 35.48≤Q H (t)<54.40 2 组 CHP 5 54.40<Q H (t)<79.4 2 组 CHP+燃气锅炉 根据 2016 年鳌头能源站 8760 小时供蒸汽参数，考虑增加白云山制药厂蒸汽负荷。由于缺乏白云山制药厂蒸汽负荷曲线，因此暂时假定白云山制药厂平均蒸汽流量为 13.0t/h。根据以上结果，得出鳌头能源站 CHP 机组和燃气锅炉机组在2016 年蒸汽负荷条件下的全年各种不同负荷条件下的工作模式下和相应的运行小时数，结果如下表所示：

　表 表 4 4- -2 2- - 4 鳌头能源站各工作模式下的运行小时数估算结果

　蒸汽负荷范围（t/h ）

　运行模式 时长（h ）

　0≤Q H (t)<15.30 燃气锅炉 0 15.30≤Q H (t)<27.20 1 组 CHP 机组 338 27.20≤Q H (t)<35.48 1 组 CHP 机组+燃气锅炉 100 35.48≤Q H (t)≤54.40 2 组 CHP 7759 54.40<Q H (t) ≤79.40 2 组 CHP+燃气锅炉 563 根据模拟仿真结果显示，增加对外供蒸汽供应后，每年只运行燃气锅炉的时间缩短为0小时；每年运行一台CHP机组的时间为338小时；每年运行1组CHP+

　 33

　燃气锅炉的时间为 100 小时；每年运行 2 组 CHP 机组的时间为 7759 小时，每年运行 2 组 CHP+燃气锅炉极少出现，只有约 563 小时。

　增加对外蒸汽供应以后，主要运行模式为运行“2 组 CHP 机组”。

　2）改造后的鳌头能源站发电能力分析 若鳌头能源站增加对白云山制药厂的供热后，若采用短时负荷预测，按照优化后的方案运行，则改造后的鳌头能源站预计发电量如下图所示。

　图 图 4 4- -2 2- - 6 鳌头能源站增加白云山制药厂供汽后的发电曲线

　改造前鳌头能源站年发电量约为 0.820 亿 kWh。改造后的鳌头能源站按照运行最优化考虑，年发电量约为 1.908 亿 kWh，与改...

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