基于安科瑞EMS3.0系统的产业园零碳园区新能源专项设计方案

1 零碳园区建设背景与挑战

在"双碳"战略背景下，零碳园区建设已成为我国实现碳达峰、碳中和目标的重要抓手。据国际能源署(IEA)统计，工业园区碳排放占全球总排放量的约40%，而中国工业园区贡献了全国碳排放总量的31% 左右。国家发改委等部门发布的《关于开展零碳园区建设的通知》明确要求：可再生能源占比≥80%，单位产值碳强度下降30%，综合能源利用效率≥85%。这些政策指标为园区低碳转型提供了明确方向。

安科瑞 崔怡蒙 152-167-512-08

然而，传统产业园区向零碳园区转型面临多重挑战。能源结构复杂性急剧增加，光伏、风电、储能、氢能等多能源系统需要协同运行，而传统能源管理系统优化周期往往超过30分钟，难以实现秒级响应的实时调控。碳排放管理粗放，传统方法依赖人工统计，误差率超过20%，难以满足ISO 14064国际标准和欧盟CBAM等跨境碳关税机制的认证要求。经济性瓶颈突出，100MW级零碳园区改造成本超过10亿元，投资回收期普遍长达10年以上。

此外，园区还存在 "数据孤岛"现象严重：各能源系统独立运行，缺乏统一平台进行综合优化；运维成本高企：设备故障预警能力不足，突发性停机损失大；绿电消纳难题：光伏午间出力高峰与园区用电需求不匹配，逆流功率超标风险高等。这些挑战需要通过系统化的技术方案和创新性的管理模式来破解。

2 安科瑞EMS3.0解决方案概述

安科瑞EMS3.0智慧能源管理系统采用"云-边-端"协同架构与"源-网-荷-储-充"一体化设计理念，为零碳园区提供新能源专项解决方案。系统通过物联网、大数据和人工智能技术深度融合，实现园区能源流的全景监测、优化调度和碳排精细管理。

2.1 系统架构设计

系统采用分层分布式架构，包含三个核心层次：

感知层（设备层）：在园区各关键节点部署5000+智能传感节点，包括ACR系列网络电力仪表、PZ系列直流检测仪表、光伏汇流箱监测装置等，实时采集电力、热水、气等多种能源数据。这些设备具备高精度监测能力（精度±0.5%），数据采集频率最高可达100ms/次，远超行业平均水平。

边缘计算层：配置能效管理主机和区域能源控制器，核心设备ACCU-100微电网协调控制器具备毫秒级响应能力，支持本地数据存储、协议转换和边缘计算。该层还集成安全加密模块，采用国密SM9算法与硬件级防火墙，满足GB/T 22239-2019网络安全标准。

平台层（云端）：构建能源大数据平台，提供全景监控、能效分析、负荷预测、碳核算等高级应用功能。平台采用B/S和APP方式提供人机交互界面，支持多终端访问。

表：系统分层架构与功能

层次 核心设备 主要功能 技术指标

感知层 ACR/PZ系列电力仪表、光伏传感器 全量数据采集、状态监测 精度±0.5%，采集频次100ms/次

边缘层 ACCU-100微电网协调控制器、智能网关 协议转换、本地计算、快速控制 毫秒级响应，支持20+协议

平台层 云服务器、分析引擎 数据存储、智能分析、优化决策 预测准确率>95%，支持10000+设备接入

2.2 专项设计创新点

安科瑞EMS3.0在零碳园区新能源专项设计中引入了多项创新技术：

动态碳排管理引擎：系统嵌入分设备碳排放因子库（涵盖电力、燃气、蒸汽等12类能源），精度达98%。通过AEM96三相多功能碳电表，实现电碳双重计量，支持ISO 14064标准的碳盘查报告自动生成。

多时间尺度优化算法：采用"日前-日内-实时"三级优化模型。日前计划基于天气预报与生产计划制定光-储-氢协同策略；日内每15分钟滚动优化，响应电价波动与负荷变化；实时控制实现秒级调节储能充放电与V2G功率，平抑光伏波动。

阴影遮挡自适应MPPT算法：针对光伏系统，动态调整光伏组串工作点，使复杂遮挡环境下发电效率提升15%-20%。

区块链碳存证技术：创新性地将区块链技术应用于碳数据管理，确保碳排放数据的真实性、不可篡改性和可追溯性，为零碳认证提供可信数据支撑。

3 新能源专项设计核心要素

3.1 电源结构优化设计

零碳园区电源结构以可再生能源为核心，需综合考虑本地资源禀赋和用能特性。设计时应遵循以下原则：

光伏系统优先：充分利用园区屋顶、车棚、空地等空间资源部署分布式光伏。采用组串式逆变器与优化器配置，减少阴影遮挡影响。如长三角某园区部署10MW屋顶光伏阵列，年发电量约1200万kWh，满足园区基础用电需求的30%以上。

多能源互补：结合地域特征，因地制宜引入风电、氢能、地源热泵等清洁能源。建议配置比例：光伏60-70%、风电10-15%、氢能5-10%、其他5-10%。常州某零碳汽车产业园配置150MW光伏、10MW PEM电解制氢设备，实现85%绿电占比。

备用电源配置：采用磷酸铁锂电池储能作为快速响应备用电源，替代传统柴油发电机。对于供电可靠性要求极高的场景（如数据中心），可保留燃气冷热电三联供（CCHP）作为应急备用，但其运行时间需受碳排放指标约束。

3.2 电网结构升级设计

园区电网需从传统单向配电网络向智能微电网转型，关键设计包括：

网架结构强化：构建双环网或网格型接线方式，重要负荷区采用N-1供电模型，确保供电可靠性达99.999%。配电变压器容量需考虑高比例可再生能源接入带来的反向潮流问题，预留15-20%裕量。

电能质量治理：配备有源滤波器（APF）、静态无功发生器（SVG）等设备，治理高比例电力电子设备接入引发的谐波、电压波动问题。浙江某园区部署电能质量综合治理装置后，电压偏差控制在±5%内，谐波畸变率<3%。

防逆流保护系统：在并网点设置双向保护装置，通过精准的功率预测和协调控制，避免光伏余电向电网反送电。江苏某啤酒厂1MW光伏项目通过防逆流控制系统，光伏利用率达98%，同时满足电网公司考核要求。

3.3 负荷柔性化管理设计

园区负荷柔性化是平衡可再生能源波动的关键手段，需从三个方面设计：

可中断负荷管理：识别园区内可调节的工业负荷（如电炉、空压机、水泵等），通过协议约定和激励措施，在系统峰值时段进行合理调控。苏州某工业园区通过可中断负荷管理，年节省电费超500万元。

有序充电系统：对园区电动汽车充电负荷进行智能化管理，根据实时电价、电网总负荷、充电需求紧迫度，动态调节充电桩的输出功率或启停。某物流园区通过该功能，充电服务收益提升15%，同时减少对电网冲击。

热负荷柔性化：利用储热罐、相变材料等设备，实现热能与电能的耦合转换与时间转移。宁波某园区通过冰蓄冷空调系统，转移峰值负荷约800kW，降低空调电费40%。

3.4 储能系统配置设计

储能系统是零碳园区稳定运行的核心调节装置，需进行多维度设计：

配置原则：根据《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》，储能配置容量一般不低于光伏装机的15%，持续时间2-4小时。建议采用分布式与集中式相结合的布局方式：在重要负荷附近布置分布式储能，提高供电可靠性；在光伏电站出口布置集中式储能，增强调度灵活性。

技术选型：当前主流选择是磷酸铁锂电池，因其安全性高、循环寿命长（6000次以上）。对于长时储能需求（>4小时），可探索"光伏+氢能"混合储能技术。

控制策略：基于园区用电特性与电价结构，制定"两充两放"策略：谷电时段充电、峰电时段放电；午间光伏大发时段充电、傍晚高峰时段放电。常州某园区通过优化控制，储能系统利用率从35%提升至85%，套利收益提升25%。

表：零碳园区光储充一体化典型配置方案

系统组件 配置比例 技术要点 功能作用

分布式光伏 1.0（基准） 双面组件、优化器、组串式逆变器 基础电源，提供绿色电力

电化学储能 0.15-0.25（装机） 磷酸铁锂、智能温控、火灾预警 调峰填谷、频率调节

充电桩 0.5-1.0（车位数） V2G功能、智能调度 柔性负荷、车网互动

能源管理系统 全覆盖 AI算法、数字孪生、多能协同 全系统优化调度

4 智慧能源管理平台功能

4.1 全景监测与数字孪生

安科瑞EMS3.0构建了园区能源系统的三维数字孪生体，实现物理系统与虚拟模型的深度融合。平台通过200余项电力参数的毫秒级采集，构建能流大屏/组网拓扑图，直观展示园区内能源（市电、光伏、风电、储能、充电桩、负荷）的实时流动情况、功率趋势、设备状态和关键指标。

平台支持同环比分析功能，可精准定位高耗能设备，如空调、照明系统能耗异常可实时预警。通过建立能源KPI指标体系，对单位产值能耗、可再生能源占比、碳排放强度等关键指标进行动态监控和趋势分析。浙江某园区通过全景监测系统，发现约15-20%的隐性碳排放，为零碳路径规划提供更全面的数据支持。

4.2 多能协同与优化调度

系统通过人工智能算法实现多能源的协同优化，核心功能包括：

新能源最大化消纳：结合光伏/风电功率预测（精度>85%）和负荷预测，动态调整运行策略。通过防逆流控制技术，确保绿电优先本地消纳。云南某园区通过此技术，绿电消纳率达到95%。

经济优化运行：基于电价信号和负荷预测，自动调整储能充放电策略。支持峰谷套利、动态增容、需求响应等多种应用模式。宁波某铜业公司20MWh储能项目通过经济调度，年省电费超百万元。

需量控制与柔性扩容：当用电负荷接近变压器容量上限时，系统自动调度储能放电和可中断负荷调节，避免超容罚款。某汽车园区应用后，基础电费降低21%，年节约成本200万元。

4.3 碳排精准管理

系统构建了覆盖"测-算-控-减-抵"全流程的碳管理体系：

实时监测与核算：内置2000+碳排放因子数据库，覆盖范围一、范围二和范围三排放。按照GB/T 32151标准自动生成碳排放报表，支持月/年报与碳盘查报告一键导出。

碳足迹追踪：建立企业级碳账户，可精确追踪到具体产线、设备甚至工序的碳排放，自动生成碳排放热力图、趋势图。相比传统核算方式时效性提升80%，助力园区快速响应碳核查。

碳交易对接：与全国碳市场数据接口打通，支持碳配额管理与交易模拟。常州某园区通过碳资产质押融资1.5亿元，年出售碳配额8万吨，收益720万元。

4.4 虚拟电厂(VPP)功能

系统支持将园区内分散的可调节负荷、分布式电源、储能系统聚合为一个整体，参与电力市场交易和辅助服务：

需求响应：根据电网调度指令，自动调整园区负荷曲线。某产业园2024年通过调峰辅助服务收益超200万元。

调频服务：利用储能系统快速响应特性，参与电网频率调节。江苏某园区配置80MWh储能系统，通过调频服务年收益增加200万元。

绿电交易：基于区块链技术实现点对点绿电交易与碳足迹溯源，生成ISO 14064合规报告。常州某园区通过绿电交易，综合用电成本从0.78元/kWh降至0.55元/kWh，下降29%。

5 实施路径与效益分析

5.1 分阶段实施策略

零碳园区建设需遵循循序渐进、效益优先的原则，建议分三个阶段实施：

第一阶段（基础建设期）：为期6-12个月，重点建设能源基础设施与数据采集系统。包括：部署分布式光伏系统（覆盖可用屋顶面积的80%以上）；安装智能电表与传感终端（覆盖关键能耗节点95%以上）；搭建EMS3.0平台基础架构。此阶段投资占比约40%，主要实现能源可视化与基础节能。

第二阶段（优化集成期）：为期12-18个月，重点建设储能系统和优化控制功能。包括：配置电化学储能系统（容量为光伏装机的15-20%）；实施充电桩智能改造（具备V2G功能的充电桩占比30%以上）；部署ACCU-100微电网协调控制器。此阶段投资占比约35%，实现多能协同与需量管理。

第三阶段（高级应用期）：为期6-12个月，重点开发高级应用与市场功能。包括：搭建碳管理系统与虚拟电厂平台；参与电力市场交易与碳交易；探索氢能等新技术集成。此阶段投资占比约25%，实现碳资产增值和可持续盈利。

5.2 技术经济性分析

基于实际案例数据，零碳园区改造具有显著的经济和环境效益：

投资回收期：通过电费节省、政府补贴和碳交易收入，项目投资回收期可从12年缩短至6.8年（IRR=15.2%）。浙江某园区通过峰谷套利+虚拟电厂收益，3年收回投资成本。

运行成本节约：年度电费支出可降低20-40%。长三角某零碳工业园年用电量1.2亿kWh，改造后年电费支出从6000万元降至3800万元，下降36.7%。

碳减排效果：碳排放强度可下降60%以上。常州某汽车产业园碳排放强度从0.68kgCO₂/kWh降至0.25kgCO₂/kWh，下降63%。

额外收益：通过虚拟电厂参与辅助服务市场，年收益可达200-1000万元;通过碳配额交易，年收益可达500-720万元。

表：零碳园区改造项目主要指标对比

性能指标 改造前 改造后 提升幅度 案例来源

绿电占比 45% 85% +40% 常州汽车产业园

碳排放强度 0.8kgCO₂/kWh 0.3kgCO₂/kWh -62.5% 长三角工业园

综合用电成本 0.78元/kWh 0.55元/kWh -29% 常州汽车产业园

储能利用率 35% 85% +143% 长三角工业园

运维成本 基准 降低40% -40% 河南某园区

6 案例参考与未来展望

6.1 典型案例效果

长三角某零碳工业园应用安科瑞EMS3.0系统后，取得了显著成效。该园区年用电量1.2亿kWh，原有碳排放强度0.8kgCO₂/kWh。项目实施后，部署10MW屋顶光伏阵列、2MWh磷酸铁锂电池储能系统，并接入冷热电联产机组和50台直流充电桩。通过策略优化（光伏优先供电、峰谷电价响应），园区年度电费支出从6000万元降至3800万元（下降36.7%），自发自用率从55%提升至82%，碳排放强度降至0.3kgCO₂/kWh（下降62.5%），储能系统利用率从35%提升至85%。

常州某零碳汽车产业园采用EMS3.0平台，整合150MW光伏、80MWh储能和10MW氢能系统。平台通过动态碳排管理和多时间尺度优化算法，使园区绿电占比达到85%，碳排放强度降至0.25kgCO₂/kWh，综合用电成本降低29%。更值得注意的是，该园区通过碳资产质押融资1.5亿元，有效解决了零碳改造的资金压力。

6.2 未来技术展望

零碳园区技术将持续演进，安科瑞EMS3.0系统也在不断升级创新方向：

氢能融合：2026年将支持氢能接入，构建"光-储-氢"多能互补体系。利用光伏制氢，实现长时储能和低碳工业原料替代。

V2G车网互动：开发电动汽车反向供电功能，使车辆成为"移动储能单元"。预计到2030年，园区内电动汽车可提供15%以上的调峰容量。

AI数字孪生深化应用：构建园区能源系统高精度数字模型，通过机器学习算法优化长期规划。目标将可再生能源预测准确率提升至95%以上。

区块链碳资产管理：实现碳足迹数据上链，支持跨境绿证交易。探索基于区块链的跨境碳排核查体系，满足欧盟CBAM等国际机制要求。

负碳技术集成：预留CCUS（碳捕集）接口，为未来碳捕集与封存技术集成提供数据支撑。助力园区从"低碳"向"负碳"升级。

通过安科瑞EMS3.0系统的全面实施，产业园区能够实现从"能源消费者"向"碳资产管理者"的转型，不仅满足政策合规要求，更通过能源成本降低、碳资产增值、虚拟电厂收益等路径，将绿色转型转化为可持续的经济效益，为零碳园区建设提供技术可行、经济合理的解决方案。

审核编辑 黄宇