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1、ABB 智慧園區碳中和白皮書02ABB 智慧園區碳中和白皮書注 1 數據源自工業園區綜合能源服務的綠色金融支持分析，梁楠楠注 2 數據源自中國產業園區持續發展聯盟執行主席任浩圖 1 各終端部門電氣化水平數據來源：國家電網公司10%0%26%37%34%46%43%54%52%65%20%30%40%50%60%70%工業建筑201720352050 年份電能占終端用能比重2025中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見中提出 ，“推進電網體制改革，明確以消納可再生能源為主的增量配電網、微電網和分布式電源的市場主體地位” 。園區能源具有消耗總量大、利用形式豐富等特

2、點，園區型智能微電網建設是實現我國“雙碳”戰略的重要手段之一，具有重大的創新空間和實踐意義?，F狀：產業園區減碳意義重大自 1979 年深圳蛇口工業園打響了我國產業園區發展的第一炮，園區建設正式步入快車道，以科技創新驅動的高新區、科技園和以商貿流通驅動的物流園、自貿區相繼涌現，推動著我國社會經濟的飛速發展。截至 2018 年，經中央核定的國家級和省級工業園區共計 2,543 家，其他各級各類工業園區總數超過20,000 家，貢獻了全國工業產值的一半以上以及全國生產總值的三分之一。2018 年，我國國家級經濟技術開發區的生產總值為 10.2 萬億元，國家級高新技術產業開發區的生產總值為11.1萬億

3、元，二者在同期國內生產總值占比超過 23%1。若考慮省級及省級以下產業園區，江蘇省產業園區對全省GDP 增長率貢獻達到 80%，安徽則達到 50%2。與此同時，產業集群的壯大以及生產規模的擴增也為能源消耗帶來了一定壓力，各類產業園區的能源消費總量已超過全國能源消費總量的 1/31。產業園區的能耗壓力主要來自以下方面：一、電能占園區用能比重持續上升依照產業集群的多元化用能需求來看，離散制造業類生產以電能驅動為主，輔助系統中采暖和空調占總能耗比例較大；過程工業類產業用電占比較小，蒸汽及冷需求應用較多；新興研發類產業與建筑能耗相似，電能消費占比較大。隨著工業電氣化的推進，預計到 2050 年全國工業

4、生產電能占終端用能比重將達 52%，各類建筑電能占終端用能比重達到 65%。二、現有園區供電方式與低碳路徑相矛盾從園區能源結構分析，由于受我國電能生產現狀所限，2020 年采用電網供電的園區 67.8% 的電力供應仍然依靠化石能源；而且以單向供電為主的現有園區配電網結構無法適應大量分布式能源的接入，而未來轉變后的園區多端供電模式會導致電源波動頻繁，難以快速定位并切除故障點；另外，隨著越來越多的電力電子設備和光伏發電接入電網，變流環節容易造成能源損耗，同時所產生的諧波對電網的電能質量也存在一定影響。03ABB 智慧園區碳中和白皮書圖 3 柔性交直流混合微電網圖 2 傳統配電網三、綜合能源管理體系

5、依舊落后從園區能源管理情況來看，目前多數老舊園區缺乏未來：碳中和園區的全新樣貌有效的能源信息采集手段，能源管理數字化水平有待提升。而新建園區內的能源信息系統多為各自孤島運行的獨立系統，信息流通存在障礙，無法通過數據交互實現系統之間的調控和優化。如何加快構建以新能源為主體的新型電力系統，助力園區實現高碳排放電能的有效替代，在這場廣泛而深刻的變革中如期實現“3060”雙碳目標？借助電網體制改革，以微電網、增量配電網為依托，優先從綜合能源管理體系建設著手，借助數字化手段，深入挖掘園區綜合能源系統的綠色低碳效應，探尋電能綜合能源利用體系“最優解”，打造面向未來的碳中和園區。未來的碳中和園區在自身規劃、

6、建設、管理等方面系統性地融入低碳理念， 利用節能、 減排、 固碳、碳匯等多種手段，通過產業綠色化轉型、設施集聚化共享、資源循環化利用等途徑，在保證生產活動安全高效的前提下，讓園區實現碳排放與吸收自我平衡。一、柔性交直流混合微電網保障大規模分布式清潔能源接入電能將是未來園區能源消費的主要形式。與傳統園區不同的是，將有大量分布式風、光、氫、余熱、生活垃圾、生物質等非化石能源發電就近接入園區微電網，多種能源互補利用，綜合保障能源供應的安全穩定；電力傳輸宜交則交，宜直則直，縮減了電力電子器件的使用，從而抑制諧波的產生。交流微電網與直流微電網獨立控制的同時又互為備用，提高系統的可靠性；微電網能量管理系統

7、實現能量的優化分配與平衡，建立“源 - 網 - 荷 - 儲”一體化網絡，保證微電網的經濟高效運行。二、多能互補，實現產業協同共生利用先進的物理信息技術和創新管理模式，構建 “ 互 聯 網 +” 智 慧 能 源 系 統， 整 合 園 區 內 不同類型的能源資源、儲能設施及電氣化交通等要素，通過天然氣冷熱電聯供、分布式能源和能源智能微網等方式，結合新興技術實現多能協同供應和能源綜合梯級利用，推動能源清潔生產和就近消納，實現異質能源間的協同規劃、交互響應和互補互濟，在滿足園區內多元化用04ABB 智慧園區碳中和白皮書能需求的同時，有效提升能源利用效率，降低能源生產與消費成本。同時，挖掘園區內部和園區

8、間的產業共生潛力，將生產過程中的副產品及廢物等回收利用，達到資源的最優化配置，形成綠色共享的閉環流動循環系統。三、打造碳中和園區的數字化生命體讓園區成為有溫度的數字化生命體是實現低碳發展的有效捷徑。未來的智慧能源管理系統將全面地掌握園區內的能源生產、使用和碳排放情況，實現在生產、傳輸、存儲和消納等環節的全程可視和智能分析，自動為園區內企業管理碳資產配額，完成碳匯交易。同時，數字時代下的園區工作方式也將發生改變，包括無感打卡、智慧停車、無人食堂、智能會議、共享工位、數字化辦公等，進一步減少資源消耗，賦予園區更多低碳內涵。挑戰：統籌協調與科學部署下所面臨的 重重困惑隨著碳達峰、碳中和目標升級為國家

9、戰略，產業園區的低碳化轉型勢在必行。一方面，高排放園區面臨著限產、停產的政策約束。另一方面，受限于電力送出和消納條件，清潔能源發電建設的重點將從傳統集中式大容量過渡到集中式與分布式并行的格局，以園區為單位的微電網將成為清潔能源建設的重要新方向。在統籌協調與科學部署中推動園區綠色低碳發展，普遍面臨如下挑戰：一、如何科學制定低碳發展戰略，部署低碳發展技術架構打造完善的能源綠色管理體系是園區實現低碳目標的核心底座。大部分園區仍停留在環境管理體系的認證與建設階段，能源管理體系建設相對滯后，且缺乏行之有效的低碳發展技術架構；其次，園區普遍缺乏適用的標準規范及相關核算經驗，無法對園區內或廠界范圍內的溫室氣

10、體及其他排放物進行精準核算、分析，并制定相關改善策略。這就需要園區結合自身特性來主動探索減碳技術架構，從全局層面考慮能源供給、消費、分配和管理上的發展趨勢和兼容性，避免重復投資。二、如何在園區微網上進行多策略柔性調控在園區低碳發展的技術架構中，設備層級（子系統）的技術相對成熟，如光伏發電子系統、樓宇自控子系統、電機驅動變頻化、照明設施直流化、園區交通電氣化等。但園區微網層面的能源調控系統則處于起步階段。如何以園區為邊界，對各個設備進行有機調控，實現能源微網的供應低碳化和消耗可控化，是園區需要深入研究的課題之一。在園區能源微網內，新能源發電特性與園區負荷特性存在天然“時間差”，僅靠清潔能源發電建

11、設無法實現能源供應的低碳化。小規模分布式光伏發電量遠無法滿足園區日常運營的電力需求；大比例建設光伏發電難以做到就地消納，且日間發電的隨機性與負荷波動性成疊加式，可能加劇電網公共連接點的功率波動，影響大電網供電的穩定性。如何實現在大比例清潔能05ABB 智慧園區碳中和白皮書源滲透的同時，兼顧就地消納和電網穩定，是園區亟待解決的問題。為實現能源脫碳目標，未來電網峰谷電價將進一步加大，傳統隨機用能方式將面臨越來越大的能源成本上漲壓力；隨著園區內新能源汽車充電基礎設施等可調節負載的增加， 以及園區內冷、 熱、氣等可控用能系統的完善，負荷側的彈性用能調節能力將趨于增加。而在現有園區管理體系中，各主體在碳

12、排放管控上彼此獨立，各類能源系統間也相互割裂。如何科學部署園區能源管理體系架構，實現高效負荷側需求響應調節，從而提高能源使用效率，降低峰值能源需求，是園區在運營階段的痛點所在。三、如何保障未來園區能源微網高效自主運行新能源的大比例建設及消納、高電氣化率和可靠供電等特性對未來園區的能源微網有著更為嚴苛的要求。園區配電技術路線上，傳統園區電力系統均采用全交流配電網架構，隨著光伏新能源發電系統、新能源汽車充電基礎設施、園區邊緣型數據中心等直流發電和負載的增加，傳統交流配電方案在配電效率、電能質量及安全性等方面面臨新的挑戰；主流的單一輻射式配電網絡靈活性較差，無法高效滿足不同建筑主體間的能源互濟需求，

13、難以支撐園區彈性網絡建設。能源微網的安全自主運行很大程度上取決于微網的供電可靠性以及對電氣故障的處理能力，而這背后也面臨著重重考驗：1. 需求端：供電可靠性要求日漸嚴苛以國家電網公司在核心城市建設的 A+ 配電網示范區為例，要求示范區供電可靠率達到 99.999%，即年停電時間小于 5 分鐘。這不僅需要外部電網具備超高的供電穩定性，也對園區能源微網系統內部的可靠運行提出了更高要求。2. 供電端：多端供電模式導致故障處理復雜性呈指數級增長由于分布式能源發電在地理位置上較為分散，造成整個電網結構中具有多個分散的電源點，園區電網從單一電源的輻射型網絡變成多端電源的網狀結構。當系統發生故障時，故障電流

14、的方向和大小會圖 4 不同規模的分布式光伏消納能力對比用電用電放電電網電功率電網電功率回報率06ABB 智慧園區碳中和白皮書隨之變化，保護裝置的動作電流整定和時限整定將變得更為困難，可能造成保護選擇性失效，引發越級跳閘等繼發事故，為人工巡檢增加了工作難度。圖 5 園區科學碳管理策略圖解決之道：低碳理念與綠色技術的交融一、建立科學碳管理策略，整體布局低碳能源系統在低碳園區的建設上，園區管理者應戰略先行，依照相關國際、國內標準與行業政策，大力構建清晰的綠色管理體系，在園區運營活動中強化低碳發展理念，整體布局低碳能源系統，打造示范性低碳園區。1. 構建清晰的綠色管理體系，以組織與規章為切入點，保障低

15、碳園區的實現園區管理層及園區內各企業須成立專項能源管理團隊，依據相關要求與能源管理方針，結合自身能源使用特點，加快建設 ISO50001 能源管理體系，將能源目標指標、能源績效參數、能源監測分析、能源審計、能源計量等管理要求進行有機關聯、系統整合，借助先進的數字化手段與綜合能源管理平臺，建立可視化的能源管理體系，為打造綠色低碳園區、工廠夯實基礎。2. 強化低碳發展理念，充分優化碳排放強度以制造單元為例，充分考慮綠色制造和智能制造的融合，降低萬元產值能耗及單位產品能耗；在園區基礎設施的設計規劃、工程建設與升級改造上依照綠色環保要求，采用高能效設備和工藝，減少溫室氣體及其他排放物的排放；建立明確的

16、碳排放核查管理細則，可根據 ISO14064溫室氣體計算與驗證，結合第三方機構對園區內各主體的溫室氣體年排放量進行核算，讓低碳發展有跡可循。3. 整體布局低碳能源系統，以綠色技術踐行低碳園區建設園區低碳能源系統的本質是構建以新能源為主體的園區能源微網，其關系到園區整體規劃布局及未來發展。典型園區能源微網架構參考如下圖所示，園區可視其規模及行業屬性差異進行相應的變形拓展。能源端：電源側的分布式能源正逐步部署，除了傳統的園區外電源，需在園區內以建筑物為主體，規劃分布式光伏、儲能、風電等電源設備的安裝空間及電源接口；在應急電源方面，需考慮園區能源微網的孤網運行情況，以替代應急柴油發電機的使面對以上兩

17、點供需矛盾沖突，園區能源微網需要在供電可靠性、故障處理時效性和人員工作強度等方面找到統籌兼顧的解決方案。07ABB 智慧園區碳中和白皮書用；電能在未來仍有較大的發展空間，需考慮由此帶來的負荷側電力容量的增加，以及相關的能源接口和設施空間等需求；隨著能源轉化技術的廣泛應用，電、冷、熱、氣等多種能源可高效靈活轉換、互濟互通，需統籌規劃負荷容量。配電網絡：隨著直流發電和用能設施的增多，除傳統的交流配電架構外，需在配電末端考慮分布式直流微電網的設計，以便分布式能源就地消納；在不同園區外電源間可建設直流配電系統，用于靈活調整各線路負荷率，并解決園區電能質量等問題；配電網絡架構需從原來的放射型網絡向單環網

18、及雙環網等更高可靠性供電網絡過渡，為園區彈性網絡構建能源全局流動的基礎。能源管理：典型園區級能源管理系統由邊緣控制層和能源管理平臺構成。邊緣控制層主要用于秒級乃至毫秒級控制，如故障定位、靜態減載、平抑光伏波動、儲能削峰填谷、孤網運行控制等功能，并承擔能源設施的通訊接口；能源管理平臺負責園區分鐘級調度以及大數據分析等功能，如負荷預測、虛擬電廠策略、資產健康管理等，兩層架構并行，實現對園區能源的一體化管理。二、“源 - 儲 - 荷”多策略柔性調控助力園區彈性微電網建設多策略柔性調控基于園區全局視角出發，以能源安全和碳排放最低為目標，進行“源 - 儲 - 荷”多策略柔性控制，將“源隨荷動”的模式轉變

19、為“源荷互動調優”模式，釋放碳減排潛力。實現多策略柔性調控需突破以下難點：1. 園區多端能源供應，負荷波動大，調控策略復雜園區內多端供電、多級配電、末端用電等環節，以及冷、熱、氣等子系統的全融合對多策略調控系統網絡穩定性和系統兼容性提出了更高要求。且由于“源 - 儲 - 荷”各設施的波動特性、調節裕度、響應特性均不同，受調控的成本及用能體驗的影響，多策略柔性調控難度較大，需要融合 OT 和 IT 技術，以確保調控的合理性和低碳性。2. 調控場景不同，調控策略多變隨著外部能源環境的變化，以及內部分布式發電的波動性，不同園區的智能節碳、限電運行模式、安全備用模式等典型能源調控場景需定制不同控制策略

20、，要求具備豐富的能源系統運行經驗，以確保圖 6 園區能源微網架構圖08ABB 智慧園區碳中和白皮書策略的完整性及模式切換過程中的穩定性。3. 能源安全性對調控實時性和可靠性有著高要求由于能源系統處于實時供需平衡狀態，如多策略柔性調控中的削峰管理、調頻功能、平抑新能源波動及后備電源等，均要求有毫秒級的響應控制速度，所以高時效性是保障能源安全調控的核心?；诔墒斓闹腔勰茉垂芾硐到y，ABB“源 - 儲 - 荷”多策略柔性調控方案可實現園區設施的全融合，通過能源調控兩層架構實現快速可靠調控。其中，能源管理系統層負責全局調控策略的實時推演分析，生成對各種分布式能源和可控負荷的調節指令；邊緣控制層通過超鏈

21、接響應平臺控制需求，進行快速可靠的設備控制。多策略柔性調控可分為：多策略的新能源調控及多策略負荷側需求柔性調控。多策略的新能源調控是指利用儲能的靈活性，降低新能源輸出的波動性并進行削峰管理，降低園區峰值功率，同時留有一定的備用容量，以便作為園區的備用電源。由于分布式光伏和分布式儲能的異地、大量離散性接入，對分布式光伏和儲能的控制策略也需進行多層級調配?；谥腔勰茉垂芾砥脚_，以園區具體能源架構為基礎進行機理性建模分析，包括系統架構、可調節裕度、響應速度、系統安全性評估等元素， 以數據分析和預測為驅動，進行日前及日內實時分布式發電預測和負荷預測，綜合進行新能源調控推演，得出兼顧低碳和安全的新能源控

22、制策略，并依托成熟可靠的邊緣控制器，進行毫秒級控制，如新能源并網控制、出力控制、儲能并網控制、儲能出力控制等，在新能源大比例滲透的園區微網內，可視場景需要實現削峰管理、調頻功能、電能質量管理、平抑新能源波動及后備電源等功能。多策略負荷側需求柔性調控，旨在通過對部分可控負荷的柔性調節，以不影響負荷功能性運轉為基礎，有序的分時段控制負荷用能需求，達到彈性用能的目的。多策略負荷側需求柔性調控有助于新能源的就地消納，同時降低電網基礎設施投資。由于園區負荷層面體量大、分布廣，控制成本不同，負荷重要性等級不同，響應速度不同，故而需要統籌謀劃，制定用能調控組合，達到高效用能?；谥腔勰茉垂芾砥脚_，以建筑體為

23、調節對象， 首先結合天氣、 人流、 生產等跨系統數據，進行負荷預測及可調空間分析；其次，與建筑自動化系統、充電樁系統等進行跨系統聯接，以便進行快速可靠的負荷柔性控制；根據實時的運行模式，如智能節碳模式、限電運行模式、安全備圖 7 多策略新能源調控09ABB 智慧園區碳中和白皮書緣設備的高速自主通信為基礎，結合園區微電網拓撲動態進行實時分析，實現電力故障的自知自愈。目前，該方案在行業內已有應用落地，但大多僅局限在同一電壓等級電網的故障自愈場景中，后備方案仍待提高?；诖?，ABB 進一步完善了園區微電網整體故障處理方案，實現年均停電小于 30s，供電可靠性高達 99.9999%。具體特點如下：1.

24、 全域覆蓋故障范圍相較于成熟的 10kV 配電領域，該方案率先在400V 側的開關設備上實現 IEC61850 通訊支持，并完成了中、低壓配電設備的通訊打通，將故障范圍的快速處理擴大到低壓配電側。2. 率先支持 5G 通訊網絡故障自知自愈依賴于快速且可靠的通訊傳輸技術，重要的通訊報文要求點對點通訊延時小于 3ms，傳統方案均依靠光纖專網進行傳輸，投資較大。隨著 5G 技術趨于成熟，其低延時特性可替代光纖通信。據此，ABB 攜手知名 5G 廠商，完成基于 5G通訊技術的故障自知自愈方案的研究和測試，率先實現在 5G 網絡上進行 IEC61850/GOOSE 二層網絡通信，可完美替代傳統光纖網絡。

25、3. 豐富的故障處理應用首先，在故障處理可靠性上引入了通訊連接狀態在線監測技術， 并且當通訊中斷時， 可自動觸發預案，確保故障選擇性切除。其次，針對分布式能源接入產生的防孤島等問題，提供基于 GOOSE 通信的全面保護，可在 10ms 內檢測孤島狀態，選擇性的進行快速防孤島保護，保障分布式能源的穩定供應。同時，提供創新的單相接地故障診斷算法，可全面識別多種不同的接地故障，準確率高達 99.9%，特別是針對電纜線路的間歇性接地診斷，可提前發現早期電纜故障，避免事故的擴大。圖 8 多策略負荷側需求柔性調控電網電功率優化前優化后用電放電0 6 12 18 24用模式等， 由園區級能源管理系統進行全局

26、調控，實現微電網的低碳高效運行。三、自主運行，確保園區能源微網的高效穩定園區能源微電網的高效穩定運行是低碳園區的基礎保障，而新能源的隨機性、不穩定性、間歇性等特點可能導致微電網的電力支撐能力減弱。因此，在規劃設計階段需進行如下綜合考量。合理的結構布局：滿足分層分區原則，任一元件斷開，應能保持系統的穩定運行。合理的系統互聯：能合理控制系統短路電流，交直流相互適應、協調發展。合理的能源儲備：在故障后經調整的運行方式下，園區系統應具有相應的靜態穩定儲備，并滿足再一次故障后的穩定運行需求。在運行階段要重點考慮園區微電網整體故障處理方案。依托成熟的 IEC61850/GOOSE 數字化電力通信技術，園區

27、微電網整體故障自知自愈方案以邊10ABB 智慧園區碳中和白皮書未來已來：碳中和園區的有力印證為踐行低碳發展戰略，ABB 于 2019 年在德國打造了集團首個碳中和生產基地ABB Busch-Jaeger 工廠。通過 2 年時間對低碳園區進行升級建設，包括分布式光伏、儲能、充電設施以及智慧能源管理系統。在晴朗的日子里，光伏發電可滿足工廠 100% 的日常運營電力需求。為了滿足高峰時段的用電需求，工廠額外的綠色能源均來自經認證的零碳電力，項目預計每年可減少 CO2排放超過 630 噸，降低 4.2% 的能源成本。為了進一步探索多策略精準柔性調節的應用，推進園區綠色化轉型，ABB 正在對廈門工業中心

28、智慧園區實施升級建設項目。 該項目包括屋頂光伏和車棚光伏發電系統，并配套儲能和交直流充電設施。為配電架構部署 DC750V直流配電技術，實現光、儲、充及直流空調、照明等負荷的直流微網運行。智慧能源柔性調節系統為現有園區能源管理、樓宇自控系統、充電樁系統進行統一聯接，部署多策略柔性調控系統，包括：新能源發電調控功能：精準控制園區功率因數，降低新能源并網波動性。負荷需求側管理：對園區內充電樁、 暖通空調、 照明系統進行柔性調節， 降低負荷波動性。部分區域孤網運行試點：通過能源管理平臺確保園區內可靠并網、 離網切換， 以及孤網運行的穩定控制。預計項目實施后，綠色能源可替代園區超過 80%的外部電力供應，在部分時間段可實現 100% 新能源供應，每年減少 CO2排放超過 13,000 噸，實現園區低碳轉型。隨著項目運行數據的不斷積累，以及 ABB 自身技術的持續升級，未來還將對現有策略進行迭代更新，探索更多創新應用場景，如光伏發電預測、大區域孤網運行控制以及部署更多調控策略等，助力建設碳中和示范園區。圖 9 ABB 廈門工業中心