2021-2022电气碳中和电气化+数字化赋能低碳社会研究报告ABB可持续发展愿景ABB目标诚信null我们赋能低碳社会null我们推动社会进步null我们保护自然资源nullnull透明null04 序言06 第一章 背景：为什么要实现碳中和？07 第二章 碳中和目标的战略规划08 第三章 碳中和的实现路径13 第四章 实现碳中和的三大挑战14 第五章 电气化 + 数字化赋能低碳社会16 第六章 智慧园区的碳中和27 第七章 智慧建筑的碳中和37 第八章 智慧交通的碳中和48 第九章 数据中心的碳中和59 致谢目录04序言在地球生态环境的严峻挑战之下，如何推动人类社会与自然环境的和谐发展，成为我们每个人必须面对的时代命题。目前，全球已有 130 多个国家和地区提出“零碳”或“碳中和”目标。作为大国表率， 2020 年中国提出力争于 2030 年前达到碳峰值， 2060 年前实现碳中和的宏伟目标。当前，中国超过 90% 的二氧化碳排放量来自于电力、工业、交通和建筑四大领域。而产业园区和数据中心作为社会经济的重要载体，在蓬勃发展的同时也成为新晋的能耗和碳排放大户。随着中国减碳按下“加速键”，深入分析并挖掘重点行业的减碳潜力无疑是实现碳中和目标的关键举措。ABB 作为全球电气化和自动化的领先企业，始终将可持续发展理念贯穿于价值链始终，并在迈向碳中和的进程中积极担负自身使命和责任，利用技术专长，共同推动这项全球性的事业向前。 2020 年 ABB 发布 2030 年可持续发展目标，承诺到 2030 年实现自身运营碳中和，并赋能客户减少排放，通过平衡社会、环境和经济的需求，共建美好世界。定位于行业赋能者， ABB 致力于通过电气化、自动化、数字化并举的创新技术，以及聚焦清洁能源利用、能源效率优化、电气化率提升三大领域的解决方案，助力电力、工业、交通、建筑等行业提升能源效率，推进绿色低碳转型。思之深，方能行之远。对于当前仍处于工业化进程的中国，迈向碳中和之路会面临重重考验。为此，ABB 电气中国将长期以来在各重点行业的经验与洞察，梳理、提炼并以白皮书的形式呈现给业界，希望能在共同求索的道路上为企业和产业的碳中和实践提供有益的参考。愿各界携手同心，共行碳中和之路。赵永占ABB 电气 中国 负责人序言05 序言全球经济发展会因突发事件而放缓，但前进的方向不会改变，人类城市化进程仍将持续，能源消耗不断增长。环境气候变化已成为我国可持续发展的重要挑战，而化石能源终将枯竭，能源问题亟待解决。当前，我们正在经历一场能源变革。推进可再生能源的建设和消纳，提升能源使用效率，需要通过技术进步实现能源生产和消费模式的转变。能源互联网技术随着互联网技术的进步而全面发展，实现新一代能源系统和互联网技术的深度融合，已成为能源转型的重要技术支撑，也是实现“ 3060”双碳目标的根本途径。“双碳”战略的实施需要通过“互联网 + 智慧能源”构建绿色低碳、安全高效、开放共享的能源生态，并在能源的“源 -储 - 荷”环节进行相应布局。在能源结构转型过程中，能源生产形式将从现在的单一集中式发电过渡到集中式和分布式发电和谐并存的模式，城市作为能源的主要消费区域也将成为分布式能源生产的基地。而新能源是间歇性能源，可控性差，将会造成电网的极不稳定性。如何在实现新能源最大化就地消纳的同时确保电网的安全稳定将是一个挑战。以建筑和交通领域为代表的能源消费端，再电气化需求提升将加大能源供给侧的压力。而很多城市老城区配电系统增容难度很大，能源供给不足，配电系统无法支撑大容量扩容。如何通过“源 - 储 - 荷”之间精准调控，提高能源使用效率，降低用电的增容需求并减少碳排放成为城市发展的主要难题。构建以新能源为主体的新型电力系统将实现高比例的分布式能源接入，传统的电网调峰模式也将从单一对发电侧调峰转型为发电侧和需求侧共担的调峰模式。如何将城市配电网内的各种能源、储能、用电设备集合起来，承担电网的调峰工作并进行自动优化负荷的调控，将是未来创新技术的主要发展方向。“双碳”战略目标推动能源转型变革发展，既有机遇更有挑战。 ABB 电气碳中和白皮书阐述了能源转型变革中即将面对的各种挑战，基于 ABB 多年来在各行业的技术和经验，提供面对这些问题的解决之道。未来已来，将至已至。能源结构转型变革的序幕正式拉开， ABB 作为全球电气化和自动化的领先企业，将通过不断迭代的数字化创新技术助力客户实现低碳减排，共同谱写安全、智慧和可持续的电气化未来。蒋英ABB 电气中国数字化业务负责人第一章 背景：为什么要实现碳中和？地球上的生命之所以存在，主要取决于气候系统的微妙平衡。而自工业化以来，人类活动排放的各类温室气体特别是二氧化碳急剧增加，超过了大自然的消纳能力，从而导致地球温度升高，引发气候变化，对地球生态系统造成难以挽回的损害。保护地球家园，控制温室气体排放是关键。世界各国在应对气候挑战的共同行动中，形成了联合国应对气候变化框架公约、京都议定书和巴黎协定等一系列具有法律约束力的减排文件。2015 年签署的巴黎协定确定了将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在 2 摄氏度以内，并努力将温度上升幅度限制在 1.5 摄氏度以内的目标。对于岛屿国家而言，这 1.5 摄氏度温升生死攸关。目前，全球已有 130 多个国家提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标。2020 年，中国提出二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和的承诺，这不仅体现了中国主动承担应对气候变化国际责任的担当和决心，也将有助于中国加速技术创新与产业升级，形成绿色可持续的新经济发展模式。 碳中和并不是指零排放，而是指温室气体的排放量与大自然吸收量平衡，温升不再发生变化，保持地球生态系统的完整性。06 第一章 背景：为什么要实现碳中和？07 第二章 碳中和目标的战略规划第二章 碳中和目标的战略规划针对“ 3060”时间表，中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见提出了实现碳中和路径上的目标。 2025 年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提升。单位国内生产总值能耗比 2020 年下降 13.5%；单位国内生产总值二氧化碳排放比 2020 年下降 18%；非化石能源消费比重达到 20% 左右；森林覆盖率达到 24.1%，森林蓄积量达到180 亿立方米，为实现碳达峰、碳中和奠定坚实基础。2030 年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。单位国内生产总值能耗大幅下降；单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 65% 以上；非化石能源消费比重达到 25% 左右，风电、太阳能发电总装机容量达到 12亿千瓦以上；森林覆盖率达到 25% 左右，森林蓄积量达到 190 亿立方米，二氧化碳排放量达到峰值并实现稳中有降。2060 年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到 80% 以上，碳中和目标顺利实现。根据全球能源互联网发展合作组织（ GEIDCO）的报告，为实现2060 年全社会碳中和目标，中国总体可按照尽早达峰，快速减排，全面中和三个阶段有序实施。快速减排（ 20302050年） （ 20502060年）（ 2030 年前）08 第三章 碳中和的实现路径第三章 碳中和的实现路径碳中和目标对于正处于工业化进程的中国来说是个巨大的挑战和考验。当前，中国在全球二氧化碳及温室气体排放中的占比分别约为30% 和 26%，是 2019 年全球排放占比最高的单一国家1。如果将中国的碳排放量细化到具体行业，会发现电力和工业这两大高排放领域占据了超过 70% 的份额，交通占比约 11%，建筑占比约 7%。推动能源结构演进是实现高碳排放行业中短期内脱碳的重要举措。而不同行业落实碳中和目标的路径和模式也不尽相同。图 3-1 不同行业的碳排放占比数据来源：中国能源统计年鉴 2020注 1 数据源自碳经济学 - 中国走向净零碳排放之路 : 清洁能源技术革新其他 8%电力 45%建筑 7%交通 11%煤化工 4%石化化工 5%铝冶炼 1%水泥 5%钢铁 14%09 第三章 碳中和的实现路径电力领域的减碳路径电力行业贡献了中国 45% 的二氧化碳排放量，居所有行业之首。目前，中国电力结构仍然以火力发电为主， 2020 年火电在全国总发电量中的占比高达 68%。逐步降低煤电占比，是电力行业减碳的必由之路。提高清洁能源发电过去十年中，受益于规模效应的显现和资本成本的降低，风电、光伏发电成本持续下降，特别是光伏发电项目单位千瓦平均造价下降了 75% 左右2，其度电成本已接近煤炭等传统化石燃料发电，为改变能源行业的格局提供了契机。减少煤电占比需要加快非化石能源发展，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。此外，加快西南水电建设，安全稳妥地推动沿海核电建设，大力提升风电、光伏发电规模，建设一批多能互补的清洁能源基地也是关键。发展储能技术清洁能源发电加速发展也亟需储能解决方案的大规模落地建设，以应对日间和季节性用电需求的波动。目前，抽水蓄能、电网级储能电池等技术在规模化应用方面已经取得一定进展。到 2025 年 , 抽水蓄能投产总规模将超 6,200 万千瓦3，新型储能装机规模达 3,000 万千瓦以上4，并有望解决储能技术的挑战。建设电网基础设施发展清洁能源要坚持集中式和分布式并举。这既需要坚强的输电网络实现清洁能源的大规模远距离输送，也需要更加灵活的柔性配电网络，以满足分布式能源的快速发展和新型用能设备的广泛接入。处理好清洁能源发展与系统安全、供电保障以及系统成本之间的平衡，是推动能源转型发展的重要一环。表 3-2 近十年全国发电量结构及火电占比数据来源：国家统计局、国家能源局、 中国电力企业联合会注 2 数据源自国家能源局注 3 数据源自抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035 年）注 4 数据源自国家发展改革委 国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见（征求意见稿）90,00070,00050,00030,00010,000090%70%50%30%10%0火电水电核电风电太阳能发电火电占比82%79%78%76%74%72%2011 2012 2014 2015 2016 2017 2018 2019 20202013 发电量（亿千瓦时）72% 71%70%68%10 第三章 碳中和的实现路径工业领域的减碳路径工业领域是能源消费和二氧化碳排放的重要来源。工业领域的碳排放主要来自于工业燃烧、工业流程和工业排废，特别是钢铁、水泥等重工业，贡献了工业领域 50% 以上的碳排放量。针对中国工业排放现状，推进工业电气化、提高能源效率、发展循环经济、推动碳捕集 (CCUS)技术是实现工业减排的四个重要抓手。推进工业电气化工业燃烧供热占工业排放量的 60% 以上1。随着工业电气化发展，以电力替代煤炭、石油等化石能源来驱动工业生产过程，可以有效减少二氧化碳排放。目前，工业电气化已成功应用于低温和中温生产工艺，对于一些高温生产工艺，采用清洁氢能等作为替代燃料，则具有更高的经济性和技术可行性。提高能源效率过去十年中，中国在提高能源效率方面一直处于全球领先地位，而能效提升大部分来自工业领域。调整优化技术和工艺路线，提高系统能源利用效率，研发创新低碳产品等，既能减少能源活动二氧化碳排放，也能减少工业过程二氧化碳排放。发展循环经济工业系统中除了提高能效，还应鼓励发展循环经济的技术，如废旧的钢、铝和其他金属以及塑料的回收利用。其中基于废钢的电弧炉法基本只消耗电力，仅有 11% 的能源投入来自煤炭5，相比高炉 -转炉法具有更加低碳的能源结构。发展碳捕集技术碳捕集、利用与封存技术（ Carbon Capture, Utilization and Storage ，简称 CCUS）是指将生产过程中排放的二氧化碳进行收集，提纯并继续投入到生产过程当中，实现对碳的循环再利用。目前很多碳捕集技术还在实验室阶段，但从长远看，碳捕集有望成为人类应对全球气候变化的关键技术之一。如果其经济性、成熟度及安全等方面通过工业化规模的测试论证，碳捕集技术则可与发电、炼油、煤化工等产业做有效整合，为未来工业领域提供 15%20% 的减排空间。注 5 数据源自 世界钢铁协会11 第三章 碳中和的实现路径交通领域的减碳路径2020 年，交通运输行业碳排放量占中国二氧化碳排放量的 11%，是电力和工业之后的第三大排放源，但是交通运输行业的脱碳难度却非常高。与发电相比，交通运输处于脱碳成本曲线的“高成本区”。交通运输行业的碳排放方式众多、结构复杂、统计困难，因此需要找到具有减排潜力的环节，采取针对性的举措。公路运输当前，公路运输业正处于一个世纪以来最重大技术变革的起点，交通电气化和清洁氢能是应对脱碳挑战的核心。 2020 年，中国汽车工程学会发布节能与新能源汽车技术路线图 2.0，路线图中指出2035 年中国的混动车和新能源车将各占 50%，汽车产业将实现全面电动化转型。要确保新能源车在道路车辆保有量中接近 100% 的渗透率，需要对电网和充电站进行大规模的基础设施投资。为了覆盖不同类型的车辆（如重载车辆、公共交通、市政车辆、乘用车）和不同类型的应用场景（如场站、工业园区、商场、社区、路侧）的充电需求，需要建设多层次的充电解决方案，并与现有的用电系统进行有效调控，保证资源的最大化利用。轨道交通中国轨道交通领域已经形成了相对成熟的电气化解决方案，其中高速铁路、货运干线铁路、地铁已经基本实现全面电气化。保证现有电气化轨道交通继续可靠运行，提高能源利用效率，加快普通铁路的电气化改造，以及在港口、重工业等领域实现“公转铁”，是中国轨道交通电气化下一阶段的主要方向。航空和船舶在交通运输领域，航空和船舶行业的脱碳难度较高，使用燃料替代和港口岸电及空港陆电，是目前解决方案的关键所在。燃料替代 ： 在航空领域，生物能源特别是可持续航空燃料，与航空煤油相比减排可达80%，是减少航空碳排放的主要方式。而在船舶行业，短期的液化天然气和中长期的清洁氨是两个主要的低碳燃料替代解决方案。港口岸电和空港陆电 ： 港口船舶岸电供电系统替代船舶辅机发电，可实现靠港船只的零碳排放。飞机靠港也可以利用地面供电，实现廊桥电能替代：在登机廊桥下安装静电电源和飞机地面专用空调，在飞机停靠廊桥后关闭辅助动力装置，完全由地面以清洁能源方式提供飞机所需的电能，替代过去使用航空燃油的方式。ABB 电气碳中和白皮书12建筑领域的减碳路径建筑业的直接碳排放占中国年度碳排放总量的 7%，但建筑行业运行阶段的能耗却很高， 2018年已达到 10 亿吨标准煤，约占全国总能耗的 21%6。如何降低建筑能耗、提高能源使用效率、达到绿色建筑标准，是实现建筑业低碳目标的关键一环。在建筑设计阶段 ， 可采用绿色设计理念，根据地理条件合理设置太阳能采暖，制热水及发电装置、风力发电装置、水地源热泵，充分利用环境提供的天然可再生能源。同时，可采用节能的建筑围护结构及设备，使用适应当地气候条件的平面形式及总体布局。在施工阶段， 通过快速施工工艺、清洁施工工艺、循环使用施工工艺、保温施工工艺等手段可以提高能源使用效率，节约能源，增加材料利用率。在运行阶段， 供暖和供冷是建筑物的主要能耗构成。绿色建筑内的暖通空调系统及热水系统可通过采用可再生能源、高性能系数的冷热源机组、变频泵等多项节能技术，提高其系统能效比。绿色建筑的照明 和用电设备可以采用高效率的设备和先进的控制策略，从而提高能源利用率。此外， BAS（楼宇自动化系统）能够分项计量建筑内各系统的耗能量，发现有节能潜力的系统，并提出有针对性的改进措施，对设备的运行情况进行有效调节，从而减少不合理的能源消耗，提高系统管理水平。第三章 碳中和的实现路径注 6 数据源自中国建筑节能协会建筑能耗统计专业委员会13 第四章 实现碳中和的三大挑战在各行业的低碳转型过程中，工业电气化、交通电气化及新型数字基础设施的发展，会推动电力消费的持续增加，到 2050 年电能在终端能源的消费比重将提高至 50% 左右。践行“ 3060”战略，能源转型是关键，电力是主力军，需要不断深化电力改革和持续推进技术创新以解决新型电力系统发展在“源 - 网 - 荷”侧带来的三大主要挑战。第四章 实现碳中和的三大挑战挑战一：源如何推进清洁能源建设及清洁能源发电效率提升？针对碳中和的时间表，大力发展分布式能源建设，推动可再生能源就近消纳还面临很多困难和实际问题。分布式能源发电设备运行状态感知能力弱，运行管理极其复杂，现有调度管理模式和信息化手段不能充分满足新能源调度的需要。传统集中式发电调控管理不适用于分布式能源微网的管理，需要开发 新能源自主运行控制及多源协调控制系统。挑战二：网 如何构建新型电力配电网以适应更高比例的清洁能源接入？新一代电力系统为了适应更高比例的清洁能源的接入，未来将推进单端电源系统向多端电源系统转变，形成大电网、微电网、分布式电网有机互补的多元电网形态，以及发展“源 - 网 - 荷 - 储”一体化就近利用等模式。“十四五”期间，数字新基建、电动充电桩、电能替代、需求侧响应和基于数字技术 的“虚拟电厂”均对更加灵活互动的配电网系统提出迫切需求。挑战三：荷负荷侧模式如何实现由单向流动向“源 - 网 - 荷 - 储”双向互动模式转变？以工业、交通、建筑、新型数字基础设施为代表的能源负荷侧，将推动传统用能方式从单一能源消费转变成能源生产和消费相结合，并利用先天优势在负荷侧建设风电、光伏等清洁能源发电设施。通过定义及识别用能设备的用电可调节度，深度挖掘电动汽车、柔性负荷等可调节负荷的灵活性价值，并通过能源管理系统将负荷侧打造成能源调节的基础。通过“虚拟电厂”聚合分布式能源、柔性负荷、电动汽车和储能系统等不同类型的资源，基于先进的数字化技术实现多种分布式资源的协同优化运行，实现“源 - 网 - 荷 - 储”协调控制，最终形成区域乃至国家层级的能源高弹性网络，保障电力行业的低碳安全运行，提升电力系统的整体运行效益。表 4-1 各行业电气化发展特点数据来源：国家电网 2050：“两个 50%”的深度解析，汤芳，张宁，代红才，国网能源研究院行业 2035 年 2050 年 电气化特点工业 43% 52% 步伐稳建筑 54% 65% 潜力大交通 13% 35% 速度快14ABB 一直是低碳路上的践行者。 2020 年 11 月， ABB 发布了 2030 年可持续发展战略与目标，提出到 2030 年实现自身运营碳中和，并赋能客户减少排放，通过平衡社会、环境和经济的需求，为所有利益相关方创造价值。第五章 电气化+数字化赋能低碳社会清洁能源利用ABB 的控制设备可以保证风电、光伏等清洁电力的可靠运行。在过去 30 余年， ABB 为世界各地领先的风电机组客户提供了 3.5 万台发电机，覆盖中国 70% 的风机，积极推进中国清洁能源的发展。ABB AbilityTM智慧能源及配电管理系统可以帮助园区提高清洁能源的就地消纳。该系统可监控整个园区的能源供应及负荷情况，并进行优化计算，根据园区能源需求及供应情况分析清洁能源的最优配置比例，从而助力园区最大限度利用清洁能源。能源效率优化ABB AbilityTM智慧能源及配电管理系统可以将园区生产区域，办公区域以及公共区域能源系统互联，统筹调控全系统能源生产与消费，智能预测生产负荷，主动调配可调节负载，灵活调节建筑能源，满足多种应用场景下智能高效的管理需求，提高总体能源使用效率，实现节能减排。电气化率提升从发电端到用电端， ABB 提供智能中低压配电、关键电源、楼宇产品及控制系统、电动汽车充电等第五章 电气化 + 数字化赋能低碳社会ABB 电气将通过电气化 + 数字化的创新技术，聚焦清洁能源利用、能源效率优化、电气化率提升三大领域，赋能低碳社会。图 5-1 ABB 2030 年可持续发展目标可持续发展价值链包商15 第五章 电气化 + 数字化赋能低碳社会电气化全系列产品及解决方案，以数字化创新技术助力电气化转型的加速，推动全社会电气化率的提升。针对电动交通的发展趋势，基于 ABB AbilityTM数字化平台， ABB 充电桩集成了高级网络工具，可以对充电桩实施远程诊断，及时发现故障，从而确保充电桩的稳定、高效运行，降低运维成本。同时，ABB 完善的配电解决方案可以帮助电网客户提高资产利用率，满足电气化带来的负荷提升需求。作为全球电气化和自动化的领先企业， ABB 将创新融入基因。在中国， ABB 积极承担企业社会责任，坚持数字化创新，在促进自身绿色发展的同时，帮助客户、合作伙伴实现长期可持续发展。ABB 立足电力、工业、交通、建筑等多个行业，提供智慧电力、智慧园区、智慧建筑、智慧交通、智慧城市等数字化解决方案，支持中国迈向碳中和宏伟目标。第 六 章 智慧园区的碳中和17 现状：产业园区减碳意义重大18 未来：碳中和园区的全新样貌19 挑战：统筹协调与科学部署下所面临的重重困惑21 解决之道：低碳理念与绿色技术的交融25 未来已来：碳中和园区的有力印证17 第六章 智慧园区的碳中和书中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见中提出 ，“推进电网体制改革，明确以消纳可再生能源为主的增量配电网、微电网和分布式电源的市场主体地位”。园区能源具有消耗总量大、利用形式丰富等特点，园区型智能微电网建设是实现我国“双碳”战略的重要手段之一，具有重大的创新空间和实践意义。图 6-1 各终端部门电气化水平现状： 产业园区减碳意义重大自 1979 年深圳蛇口工业园打响了我国产业园区发展的第一炮，园区建设正式步入快车道，以科技创新驱动的高新区、科技园和以商贸流通驱动的物流园、自贸区相继涌现，推动着我国社会经济的飞速发展。截至 2018 年，经中央核定的国家级和省级工业园区共计 2,543 家，其他各级各类工业园区总数超过20,000 家，贡献了全国工业产值的一半以上以及全国生产总值的三分之一。 2018 年，我国国家级经济技术开发区的生产总值为 10.2 万亿元，国家级高新技术产业开发区的生产总值为 11.1 万亿元，二者在同期国内生产总值占比超过 23%1。若考虑省级及省级以下产业园区，江苏省产业园区对全省GDP 增长率贡献达到 80%，安徽则达到 50%2。与此同时，产业集群的壮大以及生产规模的扩增也为能源消耗带来了一定压力，各类产业园区的能源消费总量已超过全国能源消费总量的 1/31。产业园区的能耗压力主要来自以下方面：一、电能占园区用能比重持续上升依照产业集群的多元化用能需求来看，离散制造业类生产以电能驱动为主，辅助系统中采暖和空调占总能耗比例较大；过程工业类产业用电占比较小，蒸汽及冷需求应用较多；新兴研发类产业与建筑能耗相似，电能消费占比较大。随着工业电气化的推进，预计到 2050 年全国工业生产电能占终端用能比重将达 52%，各类建筑电能占终端用能比重达到 65%。二、现有园区供电方式与低碳路径相矛盾从园区能源结构分析，由于受我国电能生产现状所限， 2020 年采用电网供电的园区 67.8% 的电力供应仍然依靠化石能源；而且以单向供电为主的现有园区配电网结构无法适应大量分布式能源的接入，而未来转变后的园区多端供电模式会导致电源波动频繁，难以快速定位并切除故障点；另外，随着越来越多的电力电子设备和光伏发电接入电网，变流环节容易造成能源损耗，同时所产生的谐波对电网的电能质量也存在一定影响。数据来源：国家电网公司注 1 数据源自工业园区综合能源服务的绿色金融支持分析，梁楠楠 注 2 数据源自中国产业园区持续发展联盟执行主席 任浩10%0%26%37%34%46%43%54%52%65%20%30%40%50%60%70%工业 建筑2017 2035 2050 年份电能占终端用能比重202518 第六章 智慧园区的碳中和书活动安全高效的前提下，让园区实现碳排放与吸收自我平衡。一、柔性交直流混合微电网保障大规模分布式清洁能源接入电能将是未来园区能源消费的主要形式。与传统园区不同的是，将有大量分布式风、光、氢、余热、生活垃圾、生物质等非化石能源发电就近接入园区微电网，多种能源互补利用，综合保障能源供应的安全稳定；电力传输宜交则交，宜直则直，缩减了电力电子器件的使用，从而抑制谐波的产生。交流微电网与直流微电网独立控制的同时又互为备用，提高系统的可靠性；微电网能量管理系统实现能量的优化分配与平衡，建立“源 - 网 - 荷 - 储”一体化网络，保证微电网的经济高效运行。图 6-3 柔性交直流混合微电网图 6-2 传统配电网三、综合能源管理体系依旧落后从园区能源管理情况来看，目前多数老旧园区缺乏有效的能源信息采集手段，能源管理数字化水平有待提升。而新建园区内的能源信息系统多为各自孤岛运行的独立系统，信息流通存在障碍，无法通过数据交互实现系统之间的调控和优化。如何加快构建以新能源为主体的新型电力系统，助力园区实现高碳排放电能的有效替代，在这场广泛而深刻的变革中如期实现“ 3060”双碳目标？借助电网体制改革，以微电网、增量配电网为依托，优先从综合能源管理体系建设着手，借助数字化手段，深入挖掘园区综合能源系统的绿色低碳效应，探寻电能综合能源利用体系“最优解”，打造面向未来的碳中和园区。未来： 碳中和园区的全新样貌未来的碳中和园区在自身规划、建设、管理等方面系统性地融入低碳理念，利用节能、减排、固碳、碳汇等多种手段，通过产业绿色化转型、设施集聚化共享、资源循环化利用等途径，在保证生产二、多能互补，实现产业协同共生利用先进的物理信息技术和创新管理模式，构建“互联网 +”智慧能源系统，整合园区内不同类型的能源资源、储能设施及电气化交通等要素，通过天然气冷热电联供、分布式能源和能源智能微网等方式，结合新兴技术实现多能协同供应和能源19 第六章 智慧园区的碳中和书综合梯级利用，推动能源清洁生产和就近消纳，实现异质能源间的协同规划、交互响应和互补互济，在满足园区内多元化用能需求的同时，有效提升能源利用效率，降低能源生产与消费成本。同时，挖掘园区内部和园区间的产业共生潜力，将生产过程中的副产品及废物等回收利用，达到资源的最优化配置，形成绿色共享的闭环流动循环系统。三、打造碳中和园区的数字化生命体让园区成为有温度的数字化生命体是实现低碳发展的有效捷径。未来的智慧能源管理系统将全面地掌握园区内的能源生产、使用和碳排放情况，实现在生产、传输、存储和消纳等环节的全程可视和智能分析，自动为园区内企业管理碳资产配额，完成碳汇交易。同时，数字时代下的园区工作方式也将发生改变，包括无感打卡、智慧停车、无人食堂、智能会议、共享工位、数字化办公等，进一步减少资源消耗，赋予园区更多低碳内涵。挑战： 统筹协调与科学部署下所面临的重重困惑随着碳达峰、碳中和目标升级为国家战略，产业园区的低碳化转型势在必行。一方面，高排放园区面临着限产、停产的政策约束。另一方面，受限于电力送出和消纳条件，清洁能源发电建设的重点将从传统集中式大容量过渡到集中式与分布式并行的格局，以园区为单位的微电网将成为清洁能源建设的重要新方向。在统筹协调与科学部署中推动园区绿色低碳发展，普遍面临如下挑战：一、如何科学制定低碳发展战略，部署低碳发展技术架构打造完善的能源绿色管理体系是园区实现低碳目标的核心底座。大部分园区仍停留在环境管理体系的认证与建设阶段，能源管理体系建设相对滞后，且缺乏行之有效的低碳发展技术架构；其次，园区普遍缺乏适用的标准规范及相关核算经验，无法对园区内或厂界范围内的温室气体及其他排放物进行精准核算、分析，并制定相关改善策略。这就需要园区结合自身特性来主动探索减碳技术架构，从全局层面考虑能源供给、消费、分配和管理上的发展趋势和兼容性，避免重复投资。二、如何在园区微网上进行多策略柔性调控在园区低碳发展的技术架构中，设备层级（子系统）的技术相对成熟，如光伏发电子系统、楼宇自控子系统、电机驱动变频化、照明设施直流化、园区交通电气化等。但园区微网层面的能源调控系统则处于起步阶段。如何以园区为边界，对各个设备进行有机调控，实现能源微网的供应低碳化和消耗可控化，是园区需要深入研究的课题之一。在园区能源微网内，新能源发电特性与园区负荷特性存在天然“时间差”，仅靠清洁能源发电建设无法实现能源供应的低碳化。小规模分布式光伏发电量远无法满足园区日常运营的电力需求；大比例建设光伏发电难以做到就地消纳，且日间发电的随机性与负荷波动性成叠加式，可能加剧电网公共连接点的功率波动，影响大电网供电的稳定性。如何实现在大比例清洁能源渗透的同时，兼顾就地消纳和电网稳定，是园区亟待解决的问题。20 第六章 智慧园区的碳中和书为实现能源脱碳目标，未来电网峰谷电价将进一步加大，传统随机用能方式将面临越来越大的能源成本上涨压力；随着园区内新能源汽车充电基础设施等可调节负载的增加，以及园区内冷、热、气等可控用能系统的完善，负荷侧的弹性用能调节能力将趋于增加。而在现有园区管理体系中，各主体在碳排放管控上彼此独立，各类能源系统间也相互割裂。如何科学部署园区能源管理体系架构，实现高效负荷侧需求响应调节，从而提高能源使用效率，降低峰值能源需求，是园区在运营阶段的痛点所在。三、如何保障未来园区能源微网高效自主运行新能源的大比例建设及消纳、高电气化率和可靠供电等特性对未来园区的能源微网有着更为严苛的要求。园区配电技术路线上，传统园区电力系统均采用全交流配电网架构，随着光伏新能源发电系统、新能源汽车充电基础设施、园区边缘型数据中心等直流发电和负载的增加，传统交流配电方案在配电效率、电能质量及安全性等方面面临新的挑战；主流的单一辐射式配电网络灵活性较差，无法高效满足不同建筑主体间的能源互济需求，难以支撑园区弹性网络建设。能源微网的安全自主运行很大程度上取决于微网的供电可靠性以及对电气故障的处理能力，而这背后也面临着重重考验：1. 需求端：供电可靠性要求日渐严苛以国家电网公司在核心城市建设的 A+ 配电网示范区为例，要求示范区供电可靠率达到 99.999%，即年停电时间小于 5 分钟。这不仅需要外部电网具备超高的供电稳定性，也对园区能源微网系统内部的 可靠运行提出了更高要求。图 6-4 不同规模的分布式光伏消纳能力对比用电 用电放电电网电功率 电网电功率回报率21 第六章 智慧园区的碳中和书2. 供电端：多端供电模式导致故障处理复杂性呈指数级增长由于分布式能源发电在地理位置上较为分散，造成整个电网结构中具有多个分散的电源点，园区电网从单一电源的辐射型网络变成多端电源的网状结构。当系统发生故障时，故障电流的方向和大小会随之变化，保护装置的动作电流整定和时限整定将变得更为困难，可能造成保护选择性失效，引发越级跳闸等继发事故，为人工巡检增 加了工作难度。面对以上两点供需矛盾冲突，园区能源微网需要在供电可靠性、故障处理时效性和人员工作强度等方面找到统筹兼顾的解决方案。解决之道： 低碳理念与绿色技术的交融一、建立科学碳管理策略，整体布局低碳能源系统在低碳园区的建设上，园区管理者应战略先行，依照相关国际、国内标准与行业政策，大力构建清晰的绿色管理体系，在园区运营活动中强化低碳发展理念，整体布局低碳能源系统，打造示范性低碳园区。1. 构建清晰的绿色管理体系，以组织与规章为切入点，保障低碳园区的实现园区管理层及园区内各企业须成立专项能源管理团队，依据相关要求与能源管理方针，结合自身能源使用特点，加快建设 ISO50001 能源管理体系，将能源目标指标、能源绩效参数、能源监测分析、能源审计、能源计量等管理要求进行有机关联、系统整合，借助先进的数字化手段与综合能源管理平台，建立可视化的能源管理体系，为打造绿色低碳园区、工厂夯实基础。2. 强化低碳发展理念，充分优化碳排放强度以制造单元为例，充分考虑绿色制造和智能制造的融合，降低万元产值能耗及单位产品能耗；在园区基础设施的设计规划、工程建设与升级改造上依照绿色环保要求，采用高能效设备和工艺，减少温室气体及其他排放物的排放；建立明确的碳排放核查管理细则，可根据 ISO14064温室气体计算与验证，结合第三方机构对园区内各主体的温室气体年排放量进行核算，让低碳发展有迹可循。图 6-5 园区科学碳管理策略图22 第六章 智慧园区的碳中和书3. 整体布局低碳能源系统，以绿色技术践行低碳园区建设园区低碳能源系统的本质是构建以新能源为主体的园区能源微网，其关系到园区整体规划布局及未来发展。典型园区能源微网架构参考如下图所示，园区可视其规模及行业属性差异进行相应的变形拓展。能源端： 电源侧的分布式能源正逐步部署，除了传统的园区外电源，需在园区内以建筑物为主体，规划分布式光伏、储能、风电等电源设备的安装空间及电源接口；在应急电源方面，需考虑园区能源微网的孤网运行情况，以替代应急柴油发电机的使用；电能在未来仍有较大的发展空间，需考虑由此带来的负荷侧电力容量的增加，以及相关的能源接口和设施空间等需求；随着能源转化技术的广泛应用，电、冷、热、气等多种能源可高效灵活转换、互济互通，需统筹规划负荷容量。配电网络： 随着直流发电和用能设施的增多，除传统的交流配电架构外，需在配电末端考虑分布式直流微电网的设计，以便分布式能源就地消纳；在不同园区外电源间可建设直流配电系统，用于灵活调整各线路负荷率，并解决园区电能质量等问题；配电网络架构需从原来的放射型网络向单环网及双环网等更高可靠性供电网络过渡，为园区弹性网络构建能源全局流动的基础。能源管理： 典型园区级能源管理系统由边缘控制层和能源管理平台构成。边缘控制层主要用于秒级乃至毫秒级控制，如故障定位、静态减载、平抑光伏波动、储能削峰填谷、孤网运行控制等功能，并承担能源设施的通讯接口；能源管理平台负责园区分钟级调度以及大数据分析等功能，如负荷预测、虚拟电厂策略、资产健康管理等，两层架构并行，实现对园区能源的一体化管理。图 6-6 园区能源微网架构图23 第六章 智慧园区的碳中和 书二、“源 - 储 - 荷”多策略柔性调控助力园区弹性微电网建设多策略柔性调控基于园区全局视角出发，以能源安全和碳排放最低为目标，进行“源 - 储 - 荷”多策略柔性控制，将“源随荷动”的模式转变为“源荷互动调优”模式，释放碳减排潜力。实现多策略柔性调控需突破以下难点：1. 园区多端能源供应，负荷波动大，调控策略复杂园区内多端供电、多级配电、末端用电等环节，以及冷、热、气等子系统的全融合对多策略调控系统网络稳定性和系统兼容性提出了更高要求。且由于“源 - 储 - 荷”各设施的波动特性、调节裕度、响应特性均不同，受调控的成本及用能体验的影响，多策略柔性调控难度较大，需要融合 OT 和 IT 技术，以确保调控的合理性和低碳性。2. 调控场景不同，调控策略多变随着外部能源环境的变化，以及内部分布式发电的波动性，不同园区的智能节碳、限电运行模式、安全备用模式等典型能源调控场景需定制不同控制策略，要求具备丰富的能源系统运行经验，以确保策略的完整性及模式切换过程中的稳定性。3. 能源安全性对调控实时性和可靠性有着高要求由于能源系统处于实时供需平衡状态，如多策略柔性调控中的削峰管理、调频功能、平抑新能源波动及后备电源等，均要求有毫秒级的响应控制速度，所以高时效性是保障能源安全调控的核心。基于成熟的智慧能源管理系统， ABB“源 - 储 - 荷”多策略柔性调控方案可实现园区设施的全融合，通过能源调控两层架构实现快速可靠调控。其中，能源管理系统层负责全局调控策略的实时推演分析，生成对各种分布式能源和可控负荷的调节指令；边缘控制层通过超链接响应平台控制需求，进行快速可靠的设备控制。多策略柔性调控可分为：多策略的新能源调控及多策略负荷侧需求柔性调控。多策略的新能源调控是指利用储能的灵活性，降低图 6-7 多策略新能源调控24 第六章 智慧园区的碳中和 书新能源输出的波动性并进行削峰管理，降低园区峰值功率，同时留有一定的备用容量，以便作为园区的备用电源。由于分布式光伏和分布式储能的异地、大量离散性接入，对分布式光伏和储能的控制策略也需进行多层级调配。基于智慧能源管理平台，