汾阳杏花村经济技术开发区区域能源系统与发展研究

0引言

在全球应对气候变化的大背景下,我国积极承担大国责任,作出在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的庄严承诺。能源领域的低碳转型成为实现这一目标的关键环节,在汾阳杏花村经济技术开发区(简称“经开区”)区域经济发展中扮演着举足轻重的角色。“十三五”期间,汾阳市地区生产总值 (gross domestic product,GDP)年均增速超过20%,连续3年位居全省第一。

然而,随着经济的快速发展和对可持续发展的追求,经开区能源系统面临着新的挑战与机遇。一方面,传统的能源结构和基础设施已难以满足日益增长的经济需求和环保要求;另一方面,“双碳”目标为经开区转型发展提供了指引。本文旨在深入分析汾阳杏花村经济技术开发区能源系统现状,剖析当前存在的问题,结合区域发展定位和新形势要求,提出切实可行的发展策略,为经开区实现能源转型、助力 “双碳”目标实现提供理论支持和实践指导。

1能源系统现状

1.1能源结构

经开区主要能源类型为天然气(占73.7%)、电力 (占13.8%)、成品油(占11.8%)和少量的生物质能(占 0.7%)。主要用能领域包括工业生产用能,交通运输用能,居民、商业生活用能及冬季供热用能。工业用地以白酒酿造、包装彩印为主要产业,用能以天然气、电力为主;公服、商业用地以及居住用地用能以电力、天然气为主。经开区能源类型如图1所示。

1.2能耗及碳排放水平

经开区现状能源消耗总量约为13.4万t标准煤。现状用电量约为1.5亿kW·h,占总能耗的 13.8%;用气量约为8 264万m3,占总能耗的73.7%; 成品油消耗占比约为11.8%;生物质能用量约为 1 500 t,占总能耗的0.7%。单位GDP能耗约为0.12 t 标准煤/万元,比全国平均水平(0.49 t标准煤/万元) 低76%。

从二氧化碳排放方面看,经开区现状单位GDP 二氧化碳排放量为0.34 t/万元,仅为全国平均水平 (0.97 t/万元)的1/3。从人均能源消费量方面看,汾阳市人均能源消费量为3.50 t标准煤,与全国平均水平相当,经开区人均能源消费量为2.74 t标准煤,低于全国平均水平,尚处于经济发展阶段。

1.3市政基础设施条件

经开区市政基础设施较为完备。燃气设施方面, 经开区现有燃气调压站5座,分别为保健酒调压站、 汾酒调压站、杏花调压站、中汾调压站、大相调压站, 5座调压站总供气能力为3.1亿m3/年,经开区已建成高压燃气管线共计16.2 km。天然气主要服务于工业用户,2020年经开区工业用户用气量占比达97%。 随着未来工业增长,天然气用气量会进一步增加,需进一步提升经开区的天然气管网和场站设施水平。

供电设施方面,经开区电源为杏花村110 kV变电站(60 MVA)和一座35 kV变电站。杏花村变电站为单台主变供电,供电能力不足,可靠性差,不能满足未来区域经济发展需求。

蒸汽用能方面,经开区主要工业产业是制酒酿酒,酒厂对蒸汽需求量巨大,目前主要由企业燃气锅炉提供。蒸汽成本取决于燃气价格,用能峰谷差大, 暂无城市级集中供蒸汽设施。

供暖设施方面,经开区暂无全面普及的城市集中热网,工业用户主要利用工厂余热、生物质锅炉、 燃气锅炉或电采暖,其他用户以电、燃气分散采暖为主。经开区东部的国金电厂DN900热水热网,未来可在非采暖季为酒厂企业提供部分制酒用热基础保障。

新能源设施方面,开发区新能源和可再生能源发展规模小,目前仅有1座生物质锅炉用于酒业蒸汽供应,年消耗量仅1 500 t。

2能源系统问题

(1)能源结构单一。经开区现状能源消耗以天然气、区域电力和成品油为主,能源结构中化石能源占比高,可再生能源占比低。太阳能光伏开发比例不高,制酒企业耗能巨大且余热未充分回收利用,生物质能、污水能、空气能等零碳能源开发利用不足。

(2)基础设施支撑不足。经开区110 kV杏花村变电站为单台主变供电,供电能力不足,不能支撑未来发展需求。暂无完备的城市集中热网,工业用户主要利用工厂余热、燃气锅炉或电采暖,其他用户以电采暖、燃气分散采暖为主。

(3)能源系统管理欠缺。经开区目前各种能源体系相互独立,耦合度低,不利于多能互补、多网协同的综合能源系统构建。

3园区级能源系统优化策略借鉴

园区在推动我国实体经济发展和城镇化发展中发挥了关键作用,是支撑制造强国战略的主战场。有研究表明,园区二氧化碳排放量约占全国总排放量的31%[4],园区是资源能源消耗最集中的地方。现阶段,为了节约能源,保护环境,我国各级园区都在持续推动绿色低碳发展。田金平等研究指出我国工业园区节能提效实践创新主要体现在以下5个方面: ①聚焦重点领域,全过程系统性推进节能工作。②集中式能源基础设施升级改造,多样化开发利用余热、 余压和能量多级利用。③积极利用可再生能源,推进能源结构转型升级。④积极开展智慧能源探索,实现能源全过程精细化管理。⑤建立健全能源管理体系。表1为典型园区能源系统节能提效实践特点。

传统能源供应方式成本高,对环境污染严重,为实现可持续发展,必须实施能源转型。经开区应充分借鉴成功案例,根据自身特点制订能源规划。

4经开区新形势发展要求

经开区的发展定位是做强做大“杏花村汾酒”专业镇、建设山西省开发区改革创新发展示范区、创建中国诗酒文化第一城和打造国家级经济技术开发区,总体目标是优化“一区六园”布局,增强自主创新能力,创新体制机制,改善创新创业环境,形成产业体系,完善成果产出、转化和产业化机制,建成创新型特色区中园,实现治理体系和治理能力现代化,打造低碳发展的“杏花村模式”并力争跻身国家传统能源供应方式成本高,对环境污染严重,为实现可持续发展,必须实施能源转型。经开区应充分借鉴成功案例,根据自身特点制订能源规划。

(1) 能源安全要求。能源供应是经开区制酒产业的命脉所在,新的能源系统必须以保障能源安全为前提和底线。依托经开区内优越的天然气供应系统, 增加外部气源供给,探索非常规气源接入,加快多种能源综合利用,构建多能互补、多源共济的能源供应体系,提升能源供应系统的韧性和安全水平。

(2)能源绿色转型需求。在保障能源供应安全的前提下,积极承担经开区先行先试的责任,探索以制酒产业为主的园区能源系统低碳转型路径,因地制宜开展分布式光伏、光储直柔、生物质能综合利用、 氢能应用等新能源利用试点示范,推进电能替代工程,实现能源系统绿色低碳转型。

(3)能源利用效率提升。尽管经开区单位产值能耗较优,但低碳发展仍有提升空间,新型能源体系将梳理经开区内外余热废热、废弃物和可再生能源资源,建立综合利用产业链,提升能源资源利用效率, 降低综合能耗水平,进一步增强能源系统的安全保障能力。

5经开区新型能源发展策略

5.1优化能源结构

(1) 加大可再生能源开发力度。提高太阳能光伏开发比例,推进屋顶分布式光伏建设,结合公建、工业厂房及农宅屋顶开展以光储直柔技术为主的分布式光伏系统建设。综合考虑汾阳市的生物质资源条件,充分利用生物质能,积极推进生物质资源的综合利用,实现能源、生态、经济和社会效益的统一。开发生物天然气,保障供气安全并提升燃气绿色化水平。

(2)提升能源综合利用效率。实施制酒等产业余热挖潜利用工程,采用先进循环水冷却技术精细管控冷却过程,实现水资源高效利用与热量转移。 运用酒糟余热回收技术,科学回收其蒸汽余热,不仅可用于预热锅炉进水,降低能耗,提升能源利用效率,还可作为热源用于厂区采暖,改善员工工作环境,减少对传统采暖依赖。同时回收锅炉烟气余热与污水余热,提高能源利用率,推动产业绿色、高效、可持续发展,助力区域经济高质量发展与生态环境保护。

5.2完善市政基础设施

依托汾阳220 kV变电站,对经开区电网进行升级改造,规划建设2座110 kV变电站,保障供电安全,满足未来发展的用电需求。推进分布式微电网建设,构建多网融合的安全电力供应体系。重点推动采暖电气化工程,鼓励使用电驱动各类热泵设施,满足经开区采暖需求,改善居民和工业用户的采暖条件。

5.3构建综合能源管理系统

依托互联网和物联网技术,构建智慧能源系统, 实现杏花村数字化能碳管控。推进智慧能源互联网建设,构建以新型电力和燃气为核心,能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。构建分级分类能源管理云平台,在园区层面,基于能源中心构建能源管理总控平台,收集各子系统(电力系统、燃气系统、供热系统、分布式发电系统等)数据并进行监控计算,分级分类调度各类能源;在企业层面,构建基于分布式能源管理的云平台子系统,负责各企业能源的调度管理。

6结语

在全球能源转型与低碳发展的背景下,本文全面、深入地分析了汾阳杏花村经济技术开发区能源系统的现状、问题,并结合区域发展要求提出了有针对性的策略。现状层面,能源结构存在对化石能源依赖度高、可再生能源占比低的问题,供电、供热设施等基础设施难以满足发展需求,能源管理体系缺乏整合。然而,经开区也具备诸多优势,如丰富的生物质能、太阳能资源及制酒产业产生的余热潜力。基于此,本文提出了优化能源结构、完善市政基础设施、 构建综合能源管理系统等策略。

通过这些策略的实施,有望构建多能互补的低碳能源体系,有效改善能源现状,不仅满足经开区未来用能需求,推动区域能源转型,实现“双碳”目标, 还可为其他类似地区能源转型提供宝贵的借鉴,对我国应对气候变化、推进能源改革进程具有重要意义。这一系列举措将助力经开区在经济发展与环境保护之间实现平衡,走上绿色、可持续的发展道路。