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用能負(fù)荷預(yù)測：綜合能源服務(wù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成敗關(guān)鍵
一個(gè)典型的綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)通常要根據(jù)項(xiàng)目負(fù)荷的基本情況、當(dāng)前用能負(fù)荷需求、可利用資源（風(fēng)、光、電等）情況及系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求等，結(jié)合用戶的特殊需求，確定最優(yōu)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。
在這個(gè)過程中，如果對用能需求預(yù)測不足，負(fù)荷設(shè)計(jì)短缺，系統(tǒng)就無法滿足用能需求，相反，如果需求預(yù)測過高，就會導(dǎo)致設(shè)備閑置，延長投資回收期。由此，對用能負(fù)荷需求的預(yù)測，很大程度上決定了一個(gè)綜合能源項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成敗。
精確負(fù)荷預(yù)測需精細(xì)計(jì)算
精確的能源需求預(yù)測是合理制定項(xiàng)目規(guī)劃的基礎(chǔ)，綜合能源系統(tǒng)必須根據(jù)能源需求的種類、大小及運(yùn)行特點(diǎn)，對用戶作出用能需求預(yù)測。
其難點(diǎn)在于，系統(tǒng)涉及電、氣、冷、熱等多種能源形式，一方面各類能源的物理特性存在差異，另一方面不同能源負(fù)荷之間會相互影響，傳統(tǒng)單一能源系統(tǒng)采用的負(fù)荷預(yù)測方法難以直接套用在綜合能源系統(tǒng)上。
西安大興新區(qū)三民村再生水源熱泵集中供熱供冷綜合智慧能源項(xiàng)目是目前在運(yùn)營的、全國單體規(guī)模最大的污水源熱泵項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目建筑的供暖面積達(dá)到200萬平方米，規(guī)模比較大，供暖負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性對設(shè)備容量與項(xiàng)目初投資以及系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的影響均較大，故在施工圖階段，在居住建筑及圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能都確定后，對供暖的負(fù)荷需求進(jìn)行了準(zhǔn)確的計(jì)算，并且結(jié)合了已有相似在運(yùn)行項(xiàng)目冬季供暖實(shí)際情況，才最終確定了參數(shù)設(shè)計(jì)，為熱源設(shè)備及系統(tǒng)合理確定、優(yōu)化運(yùn)行策略恰當(dāng)制定，提供了合理準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
用能負(fù)荷存在不確定性
對于園區(qū)級、城市級、區(qū)域級等體量較大的綜合能源服務(wù)項(xiàng)目而言，用能負(fù)荷的不確定性更是增加了項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)難度。一些項(xiàng)目建設(shè)單位在談及近兩年的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)時(shí)都提到：設(shè)備投入應(yīng)根據(jù)用戶負(fù)荷需求，避免初期設(shè)備投入成本過高，設(shè)備空置。
有項(xiàng)目方感慨，一些新建園區(qū)的綜合能源項(xiàng)目投資配套中初期投資較大，業(yè)主初期用能需求低，后期用能逐步增加，并且存在不確定性，如果避免初期投資大的風(fēng)險(xiǎn)，后期運(yùn)行存在一定風(fēng)險(xiǎn)，如按照常規(guī)財(cái)務(wù)預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)，例如首年投產(chǎn)即要盈利的標(biāo)準(zhǔn)，則很難達(dá)到預(yù)期收益。
贛江新區(qū)是國務(wù)院批復(fù)設(shè)立的國家級新區(qū)，該區(qū)域儒樂湖新城供冷供熱綜合智慧能源項(xiàng)目投資約16.5億元，供冷供熱建筑面積約1232萬平方米。該項(xiàng)目擬建10個(gè)能源站，由于項(xiàng)目整體規(guī)模較大，因此能源站根據(jù)用戶負(fù)荷增長情況分兩個(gè)階段建設(shè)，計(jì)劃八年內(nèi)建設(shè)完成。
儒樂湖新城供冷供熱綜合智慧能源項(xiàng)目方表示，該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)依據(jù)新區(qū)總體規(guī)劃及詳規(guī)進(jìn)行測算，可能存在新區(qū)建設(shè)進(jìn)度及用戶負(fù)荷需求滯后的風(fēng)險(xiǎn)。
針對這一問題，該項(xiàng)目采取了以下幾項(xiàng)措施：一是聘請有資質(zhì)的咨詢機(jī)構(gòu)對項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)用戶用冷、用熱進(jìn)行研究，并與項(xiàng)目供冷、供熱量進(jìn)行比較分析，充分掌握各類用戶對項(xiàng)目日供冷，供熱量的需求情況，不斷完善用戶負(fù)荷報(bào)告；二是堅(jiān)持按照“統(tǒng)一規(guī)劃，分期實(shí)施”原則，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測增長情況開展能源站及配套管網(wǎng)建設(shè)；三是與用戶在用冷、用熱合同協(xié)議中明確供冷、供熱使用時(shí)間和違約責(zé)任。
動(dòng)態(tài)平衡負(fù)荷規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)
綜合能源系統(tǒng)的設(shè)備種類眾多，不僅涉及柴油發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等分布式電源，也包含電制冷機(jī)、熱泵等供冷、供熱設(shè)備，同時(shí)還包含儲能電池、儲熱裝置、蓄冰裝置等儲能設(shè)備等。用戶用能需求則涉及冷、熱、電、氣等多種形式，相對傳統(tǒng)的能源架構(gòu)，對能源運(yùn)行可靠性要求更高。因此，投資者和建設(shè)者需要深入了解系統(tǒng)的負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性，并確保綜合能源系統(tǒng)能夠在保證系統(tǒng)可靠性的同時(shí)將投資和運(yùn)行成本降低到可行的水平。
基于綜合能源系統(tǒng)能源需求形式多樣化的特點(diǎn)，一些規(guī)劃設(shè)計(jì)理念提出利用不同能源設(shè)備的耦合設(shè)計(jì)，通過熱、電、氣等不同能源形式之間的互相轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)平衡。如此一來，基于不同能量載體（如冷、熱和電）的供需平衡情況，運(yùn)營企業(yè)可以在不犧牲客戶舒適度的前提下采用多種負(fù)載轉(zhuǎn)移方法，以維持供需平衡，從而規(guī)避負(fù)荷設(shè)計(jì)上的一些風(fēng)險(xiǎn)。
數(shù)字化平臺優(yōu)化負(fù)荷預(yù)測
綜合能源服務(wù)項(xiàng)目需要對用戶用電負(fù)荷、制冷負(fù)荷、熱負(fù)荷三種用能需求實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測，在多樣化的用能特征和用戶節(jié)能要求下，一些項(xiàng)目存在預(yù)測工作復(fù)雜、人工介入多、預(yù)測準(zhǔn)確率不高等問題，影響能源控制優(yōu)化。
為應(yīng)對以上問題，目前，越來越多的數(shù)字化平臺開始涌現(xiàn)，幫助實(shí)現(xiàn)用能負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測，在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段節(jié)省大量的時(shí)間和人力成本。
當(dāng)前，在綜合能源規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件的研究和應(yīng)用方面，國內(nèi)外均取得了一定的成果。例如，起源于美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的HOMER綜合能源仿真建模軟件主要功能包括系統(tǒng)仿真、優(yōu)化以及敏感性分析，以凈現(xiàn)值成本最低為尋優(yōu)目標(biāo)，能夠?yàn)閰^(qū)域內(nèi)新能源并網(wǎng)、供熱、用氫需求規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，同時(shí)可以研究利率大小、碳排放收益等經(jīng)濟(jì)性因素與配置結(jié)果的關(guān)聯(lián)程度，以對后續(xù)的設(shè)計(jì)和配比作出預(yù)測和準(zhǔn)備。在項(xiàng)目可行性研究甚至更早期階段即對項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性作出有效分析，助力實(shí)現(xiàn)成本最低的設(shè)計(jì)方案。
此外，在項(xiàng)目運(yùn)行階段，一些綜合能源數(shù)字化管理平臺可以通過采集和分析項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)，不斷精準(zhǔn)化負(fù)荷預(yù)測，優(yōu)化項(xiàng)目運(yùn)行以提高系統(tǒng)節(jié)能效率，降低運(yùn)行成本，同時(shí)為未來同類型項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)參考。
江蘇紅豆工業(yè)園是園區(qū)綜合能源服務(wù)的典型項(xiàng)目，該項(xiàng)目通過搭建園區(qū)綜合能源管控系統(tǒng)，利用“智能大腦”逐步實(shí)現(xiàn)對用能負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測。
該項(xiàng)目“智能大腦”將園區(qū)內(nèi)熱電廠、光伏、儲能、電網(wǎng)、用戶等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入，建立能源數(shù)據(jù)中臺，突破能源系統(tǒng)信息孤島壁壘，根據(jù)末端感知層上傳的數(shù)據(jù)和天氣、負(fù)荷等相關(guān)預(yù)測數(shù)據(jù)，基于數(shù)學(xué)模型優(yōu)化“能源路徑”，建立從運(yùn)行成本、綠色環(huán)保、能源效率等多維度出發(fā)的多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，給出運(yùn)行方式優(yōu)化和決策建議，實(shí)現(xiàn)各能源系統(tǒng)互聯(lián)互通、互補(bǔ)互濟(jì)，從而降低用能成本。
在數(shù)字化平臺應(yīng)用初期，由于數(shù)據(jù)量有限，一些項(xiàng)目可能還存在負(fù)荷預(yù)測不準(zhǔn)和模型校驗(yàn)不充分等問題，未來隨著運(yùn)營過程中不斷積累數(shù)據(jù)，數(shù)字化綜合能源管理平臺將進(jìn)一步賦能綜合能源項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行。
