双碳背景下 综合能源服务助力冬奥探析

任志丹， 李鹏飞， 李慧玲

摘要：在双碳背景下，如何减少非可再生能源利用，加大清洁能源开发，提高综合能源利用，更好助力第24届冬季奥林匹克运动会的举办具有深远意义。基于冬奥会用能场景，深入分析了各类能源综合服务在不同智慧能源建设场景中的关键作用，并对关键技术进行分析，举例冬奥会中的实际应用。

关键词：双碳；综合能源服务；东奥会

1. 引言

随着世界经济的快速发展，全球能源消耗呈爆发式增长，非可再生能源储量正以每年150亿吨标准煤的速度减少，能源的稀缺性使得能源问题已演变为世界各国的能源战略问题。在当前形势下，我国日益增长的能源消耗与不合理的能源消费方式和消费结构之间的矛盾越来越凸显。近年来，世界各国都对本国的节能减排给予了高度关注。2020年9月22日，国家主席习近平在第75届联合国大会上向国际社会庄严承诺，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。“双碳”目标的提出是我国主动承担应对全球气候变化责任的大国担当，同时对国内节能减排提出了新的挑战。

2022年02月04日至02月20日，第24届冬季奥林匹克运动会将在我国北京和张家口举行。这是我国首次举办冬季奥运会，为全力办好这场全球瞩目的体育盛事，各方秉承绿色奥运的理念，在冬奥会能源电力供应保障工作中融入了综合智慧能源理念，让人倍感期待。

2. 综合能源服务

1970年代，综合能源业务最先由美国在1978年通过的《公用事业监管政策法案》中提出，随后英国、日本等国家相继发布了综合能源发展计划，探索综合能源业务。1980年，国内在热能工程领域，阐述了以天然气冷热电联产系统为雏形的总能系统，基于能源的梯级利用的综合能源系统的概念孕育产生。2015年，国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》明确了发展综合能源以来，我国相继出台了各项政策支持发展综合能源业务［1-2］。在“十三五”期间，我国陆续批准了多能互补集成优化示范工程、“互联网+”智慧能源示范项目以及新能源微电网、增量配电网示范工程等。

在“能源利用”的角度，综合能源业务可解释为通过电源侧、电网侧和用户侧（荷-储）三个方面的能源梯级利用、综合利用、多能互补与互联互济，最终实现高效、清洁、经济、可靠的能量供应。

3. 不同应用场景关键技术

基于目前综合能源服务的应用场景，拟从商业园区、工业园区、数据中心三个载体进行相关关键技术应用的分析。

3.1商业园区

以商业园区来说，其对能源服务需求的标准较高，为了满足用户对用能体验的舒适度，仅仅依靠传统能源的管理模式已经愈显不足。通常，商业园区用能相对集中、楼宇聚集，办公型用户为冷、热、电为主的需求，餐饮型商户为冷、热电、气的需求，针对以上特点，通过综合能源服务一体化体验，进行楼宇能源全托管服务，通过智能化、数字化手段调节楼宇冷、热、电、气多种能源的供应。

在建筑屋顶进行分布式光伏，就地消纳供电。如有多余电能则进行储能，不仅具有经济效益同时实现了调峰[3]。比如，国外商业园区通过控制中央空调系统周期暂停用电和投资建设蓄冷系统进行负荷调控，既保证了高舒适度要求又减少为负荷增长而增加的装机容量和输配电容量[4]。通过构建考虑灵活热电比和综合需求响应的商业园区能源综合服务站，有效降低负荷峰谷差和用能成本，其中峰谷差与传统供能方式相比降低了6.43%，保证了系统的稳定性。由此可见，对于较高能源服务要求的商业园区来说，构建多能互补、负荷调度灵活的能源综合服务站优势显著。

3.2工业园区

以工业负荷为主的工业园区，是一个复杂的能源系统，厂房中各类型负荷将由天然气、热能和电力提供服务，能量转换过程大多涉及热的梯级利用[5]。园区中的企业用有如工业用户有色化工、冶炼等高耗能行业，其用电电价高，对能源成本较为敏感，且总成本主要是用能成本[6]。因此，工厂对用能的优化升级、节能减排有很强的需求，但受限于变电站容量，生产会受到限电，如可以增加通过其他能源供应方式，将会大幅减小电能对生产造成的影响[7]。

根据工业园区用能负荷、特点特性、用能规律，工业园区场景下建设能源综合服务站可选定的主要设备为燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉、光伏机组、储能电池、地源热泵机组、吸收式制冷机及冰蓄冷装置等。

此外，随着采用传感、监控、通信等各种新软硬件技术，其在工业园区能源综合服务中收集的数据量不断增大，在对数据采集能力要求不断提高的同时，还需要依靠服务器具有强大的分析能力。但如果均由工业企业自我配置的话，这样会耗资巨大，因此，建设园区型能源综合服务站可以为园区内所有企业提供数据的采集、分析服务，实现合理的资源配置。

3.3数据中心

目前我国数据中心能耗利用效率（PUE）区间范围在1.5-1.8。随着数据中心的数据处理、存储量不断增大，设备功率和数量也在不断增加，设备产生的能耗亦在不断提升。同时，2019年2月，工信部、国家机关事务管理局、国家能源局联合印发《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》指出，“引导大型和超大型数据中心设计电能使用效率值不高于1.4；力争通过改造使既有大型、超大型数据中心电能使用效率值不高于1.8。”“到2022年，数据中心平均能耗基本达到国际先进水平。” 在数据中心当前的后期运营中，能耗是最大成本，占比超过50%。如何降低数据中心的能耗成本、降低能耗效率(PUE)值、优化能源管理等问题，一直是业界关心的重点。

有实验表明，将数据中心作为能源产消者，利用、回收其余热为附近建筑提供常规供能服务。同时，结合由太阳能电池板为数据中心提供部分电能，为增强可再生能源供能的稳定性，增配储能设施。即设计建设一个由光伏、燃气内燃机、余热锅炉、热泵、储能电池等组成的多能互补型能源综合服务站，为数据中心提供日常所需的冷、热、电供能需求，满足数据中心正常运作。利用绿色能源的同时，数据中心的PUE可由二级提升为一级，年碳排放量将减少40%以上，实现经济与环境价值的双赢。

4. 综合能源服务商业模式

综合能源服务重在提供专家型的管理服务，对能耗企业的能源购进、消费、设备效率，生产方式以及能源管理和设计中存在的问题进行逐一排除，理顺能源在消费过程中的各个环节，进而提出解决方法和达到的长短期目标，实现服务盈利。根据不同业态，可以整体费用总包干形式进行收费结算。服务业务模式可分为两类：

4.1全托管服务

业主方根据能源基准确定能源系统运行、管理、维护和能源使用的费用，支付托管费用。综合能源服务公司通过必要的技术手段和技术改造、优化运营管理服务实现能源费用下降和提高管理水平，从而收回投资成本及取得利润的一种商业合作模式。能源托管费用基准主要通过历史数据法或单位指标法确定，历史数据法主要指通过往年实际运用的历史数据为主加入一定的调节因数确认能源基准费用，单位指标法通过同类型的建筑以单位面积能耗强度确定能耗基准费用。

能源托管费用包括代缴电力费用、燃气费用和水费，以及能源系统的运行、管理、维护维修费用（含人工、消耗性材料、工具）及设施运维管理人员工资等。

综合能源全托管服务通过专业化管理，专业化服务，主要优势特点如下：

让客户零操心：对托管对象的能源购进、消费、设备效率、设备安全运营以及能源管理和设计中存在的问题进行逐一排除,理顺能源在消费过程中的各个环节,进而提出解决办法并达到的长短期目标。

让运行更简单：由AI决策开机台数与参数设置，实现中央空调机房和热源厂机房的智能无人值守。

让系统会说话：基于大数据的用能诊断，运营报表，能耗报表，设备台账，供需分析，维修报表；报表按需要自动生成，让系统向管理人员自动汇报。

让运维保障更有力：智能报警，按需运维，故障预测，工单管理，智能派单，真正做到预防性运维。

4.2供能服务

光伏分布式能源、能源站（冷热电三联供、高效制冷站等）、电动汽车充电站、电化学储能电站、氢能开发利用、能源梯次利用、配售电等建设运营及服务。

形成平台控制模块示意如下（举例来源安科瑞系统平台）：

5. 东奥会中的实际应用

（1）油氢合建综合能源服务站

金龙综合能源服务站是延庆区第一座正式投运的油氢合建站，该服务站的投入运营标志着冬奥延庆赛区的加氢能力和服务水平实现跨越式提升，进一步提高了对冬奥会氢燃料车辆用氢的保障能力，对氢能在国内交通领域的应用具有示范意义。金龙综合能源服务站占地面积1.5万平方米，集加油、加气、加氢、充电和便利店等多种功能于一体，能够提供一站式能源补给服务。同时，金龙站也是国内加注车型最多、日加氢能力最大的“油氢”合建站之一，能同时加注35兆帕和70兆帕氢燃料电池车型，日加氢能力1500公斤，每天可为80辆12米公交巴士提供加氢服务。此外，金龙站充电区还设有3台120千瓦双枪机充电桩、6个停车位，用15分钟即可为一辆电动汽车充满电。

（2）数据中心综合能源站

河北怀来数据中心综合能源站项目成功实现送电，标志着北京冬奥会区域(北京、张家口)首个数据中心专用110kV用户站成功投运。怀来数据中心综合能源站项目位于张家口市怀来县，临近北京冬奥会延庆赛区。实现投运后，将为区域内多个新一代超大规模算力基础设施提供稳定的能源保障需求，预计年供电量15亿千瓦时，每年替代化石燃料发电量可达3500万千瓦时，减少二氧化碳排放3.5万吨。此外，该综合能源站还预留可再生能源本地消纳接口，可助力算力基础设施实现大规模可再生能源本地消纳的产业新场景。

6. 结束语

随着“双碳”目标的提出，以不同场景现有资源为基础，综合能源服务将涵盖多种类型能源供应，满足源、网、荷、销等多种服务形式，将对规划综合能源系统的新型生态架构产生深远影响。利用智能化管理解决方案，把能源管理延伸至低碳生态建设，推动不同场景的能源低碳化、数字化转型，也是促成人与自然和谐共生、构建高质量现代化经济体系的重要力量。

参考文献

[1] 国家发展和改革委员会，国家能源局．关于印发电力体制改革配套文

件的通知［R/OL］．2015.

[2] 国家发展和改革委员会，国家能源局．关于推进多能互补集成优化示

范工程建设的实施意见［R/OL］．2016．

[3] 贾宏杰，王丹，徐宪东，等. 区域综合能源系统若干问题研究［J］. 电力系统自动化，2015，39（7）：198-207.

[4]林俐，蔡雪瑄. 基于风电消纳需求的综合能源服务商源荷协同运行策略[J]. 电网技术，2019，43(7)：2517-2527.

[5]戚艳，刘敦楠，徐尔丰，等. 面向园区能源互联网的综合能源服务关键问题及展望[J]. 电力建设，2019，40(1)：123-132.

[6]刘晓静，王汝英，魏伟，等．区域智慧能源综合服务平台建设与应用［J］．供用电，2019，36（6）：34-38．

[7]李彬，魏吟娬，侯萌，等．支撑综合能源广义需求响应的区块链技术研究［J］．供用电，2020，37（7）：18-23．