“双碳”目标下能源化工企业能源互联网实施路径探究

李志刚，张刘军，刘 暄

（石化盈科信息技术有限责任公司，北京 100020）

能源化工行业作为国家支柱产业，同时也是高能耗高排放的行业，“双碳”目标对我国能源化工行业转型提出了更高要求。一方面，要求能源化工行业转变了长期以来高投入、高消耗、低效率的粗放式发展方式，切实推进质量变革、效率变革；另一方面，要求能源化工行业以绿色和低碳为导向，从不同能源品种、产业链上中下游、产供储运销各环节，全方位推进减污降碳，壮大清洁能源、节能环保等绿色产业，助力碳达峰和碳中和目标实现。数字化已成为推进碳减排的重要途径，通过数字化转型助推能源行业绿色低碳发展，是“双碳”目标下能源行业转型升级面临的新任务和迫切要求，融合了能源系统和信息通信系统的能源互联网成为了众多解决方案中的绝佳的选择，不但提供了解决优化存量能源消费、提高能源效率的路径，而且提供了引入新能源应用、改善能源消费结构的路径。

1 能源互联网架构解析

能源互联网以电能为核心，集成热、冷、燃气等能源，综合利用互联网等技术，深度融合能源系统与信息通信系统，协调多能源的生产、传输、分配、存储、转换、消费及交易，具备高效、清洁、低碳、安全、开放的特征[1]。能源互联网采用分层分级的架构搭建，包括区域能源互联网、城市能源互联网、园区（或企业）能源互联网，以及微能源网，本文主要讨论企业能源互联网和微能源网的建设。

能源互联网目标是满足终端用户的电、热、冷、气等多种能源需求，通过多能互补和用能优化等方式，提高可再生能源的利用率，降低用户的综合用能成本，提高能源综合利用效率，从而达到节能降碳的效果。传统能源系统基本采用“源随荷动”的调度策略，随着能源系统与信息通信系统的发展和融合，以及光伏、风电等新能源的快速发展，传统的调度运行方式已经不能满足新的能源系统结构。能源互联网以“源-网-荷-储”互动为核心，建立开发柔性的、多能互补的能源系统。以电能为例，传统的电力系统通过调度常规发电机组，跟踪电力负荷曲线，维持系统功率的瞬时平衡，而光伏和风电有明显的反调峰和不稳定不连续的特性，随着光伏、风电等新型电能的接入，迫切需要调动储能侧和需求侧资源，走向“源-网-荷-储”协同互动优化运行模式。能源互联网的典型架构见图1。

2 能源化工行业企业级能源互联网实施路径探究

能源化工生产涉及上游油田勘探开发、中游石油炼制和化工生产、下游产品销售等多个环节，生产链条长，企业类型多，能源消耗大，用能方式复杂。能源化工企业能源互联网逻辑结构见图2。

根据能源化工生产上中下游企业的资源禀赋和生产特点不同，从油气田企业、炼化生产企业和石油化工产品销售企业3 个角度探讨不同类型企业的能源互联网实施路径。

2.1 油气田企业能源互联网实施路径

油气田企业地域面积大，有大片闲置土地可以开发光伏和风电，但能源生产和消耗点多面广，且生产和消耗点之间距离一般较远，消耗的主要能源介质是电，且基本从国家电网购买，即使有风电和光伏发电，除少部分用能需求就地消纳外，大部分还需要通过国家电网进行消纳。

对有大型光伏电厂的油气田企业，可以以虚拟电厂的方式接入骨干电网进行消纳，但因光伏发电的不连续和不稳定，电的品质需要通过增压和稳压才能上网。根据绿电交易机制，为了提高上网电的品质和获取最大收益，进行错峰交易是常用手段，需要在发电侧增加储能装置，通过电力交易竞价平台联动实现错峰交易。对于小规模部署在抽油机、集输站、增压站和办公楼区域的光伏站，结合储能设备，可以采用微电网的方式运行，发出的电量首先满足本地设备用电需求，实现就地消纳，采用孤岛运行方式；当满足本地后仍有富余或者发电量不能满足本地设备用电需求时，微电网又可以通过能源互联网自动切换到配电网络取电，实现并网运行。同时，可以开展集输站、增压站、净化厂等用能集中区域的能源优化，提升能源使用效率。开展地热开发和利用，为生产和生活提供热能，减少企业加热炉和供暖炉燃油或燃气的使用，优化热网和燃料气管网的运行。油气田企业能源互联网典型用例见图3。

图3 油气田企业能源互联网典型用例

2.2 炼化生产企业能源互联网实施路径

炼化生产企业地域面积相对较小，装置和设备比较集中，生产和消耗点之间距离较近，缺少过多闲置土地用于开发光伏和风电，因此，光伏规模相对油气田企业一般较小。消耗的主要能源介质包括电和蒸汽（热），且消耗量大，因装置和设备集中且规模大，厂区内部配电网络和热力管网布局复杂，一般都配备热电联产的自备电厂，但为满足大规模用电需求，大部分炼化企业还是需要从国家电网购买电力补充。

炼化企业重点要考虑自备电厂发电和外购电力之间的协同，在保证企业安全生产的基础上，通过电力交易平台智能竞价终端在运行成本最优化的前提下，多获取绿电，减少CO2排放。炼化企业热力消耗占比较高，且热源（热力锅炉、加热炉、反应塔釜等）和热井（用气单元）通过蒸汽管网连接，形成了复杂的热力网络，通过能源互联网实现热电厂产汽、管网输汽和装置用汽之间的协同，能够有效提升蒸汽管网运行的安全性，提高蒸汽的利用效率，同时通过热电联产的运行模式，将企业内部热网和电网连接，实现能源互联网多能互补的目标。如果再将企业内部的瓦斯管网、氢气管网和天然气管网通过锅炉燃烧连接到热电网络，将丰富能源互联网实现多能互补的应用场景，能源将从单介质优化发展成为多介质综合能源优化，能源综合利用效率将进一步得到提高。

目前，炼化企业为了满足“双碳”目标，正在尝试将部分蒸汽驱动设备改成电驱动，或者实现电热转换，目的是能够更多使用绿电，减少CO2排放。考虑到炼化企业生产运行的安全性，对有光伏电厂的炼化企业建议采用微电网的方式进行就地消纳，减少对厂区内配电网络的冲击，消纳的方式主要以辅助装置用电、办公用电和照明用电为主。炼化生产企业能源互联网典型用例见图4。

图4 炼化生产企业能源互联网典型用例

2.3 石油化工产品销售企业能源互联网实施路径

油品销售企业的加油站分布零散，点多量大，主要消耗电力，几乎全部从国家电网取电。加油站本身能源消耗小，能源结构简单，主要是加油机用电和办公用电。正因为如此，加油站也是最容易通过利用屋顶和油库空地建设光伏实现碳中和的单元。对于加油站部署的光伏电站，结合储能设备，可以采用微电网方式运行，发出的电量首先满足本地设备用电需求，实现就地消纳，采用孤岛运行方式；当满足本地有富余或者发电量不能满足本地设备用电需求时，微电网又可以通过能源互联网自动切换到配电网络取电，实现并网运行。加油站能源微网典型用例见图5。

图5 加油站能源微网典型用例

3 未来能源互联网发展趋势

工信部等六部委印发的《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》中明确指出，数字化转型是“五项主要目标”之一，主要是加快5G、大数据、人工智能等新一代信息技术与石化化工行业融合，加快企业数字化转型。数字化是赋能传统能源行业转型升级的重要路径。当前能源行业中，除了传统的煤炭、油气等化石能源外，新能源领域技术快速迭代，多能互补、互联互通已成为能源行业创新发展的必然趋势。传统能源企业通过数字化、智能化建设，将信息系统和信息技术引入生产经营流程，大幅提升企业生产效率和经营效益，降低资源消耗、成本开支和碳排放，促进能源化工企业绿色低碳发展。

能源互联网通过引入5G、AI、大数据等数字化技术，将能源电子技术与数字技术创新性融合，在能源流基础上加入数字流，用信息技术手段管理能源，实现全链路的互联化、数字化和智能化协同，让能源生产效率、运维效率、能源效率最大化，能源互联网的应用将从4 个方面提升传统能源化工企业的绿色低碳发展潜力。

1）优化能源分配、提高能源利用效率

能源互联网可以通过建立智能电网和分布式能源系统，实现能源的优化分配。智能电网可以实时感知能源的供需变化，并通过调度控制技术实现能源的均衡分配，提高能源利用效率。分布式能源系统可以将各种小型能源设备集成在一起，实现能源的本地化和个性化供应，减少能源传输损耗。

能源互联网通过数字技术和智能控制技术实现能源的高效利用。通过智能传感器和IoT技术，连接各种设备设施，实现能源的远程监控和管理，减少能源浪费。同时，通过大数据技术和AI 技术，分析和挖掘能源数据，提供精准的能源管理策略，提高能源利用效率。

2）推动可再生能源发展

能源互联网可以通过储能设备、光伏发电等技术，推动可再生能源发展。通过智能控制技术和数字技术将可再生能源的供应和需求进行匹配，实现可再生能源的高效利用。同时，通过储能设备和技术，解决可再生能源的间断性问题，提高可再生能源供应的可靠性和稳定性。

3）实现低碳发展

能源互联网通过减少碳排放和能源浪费实现低碳发展。通过推广可再生能源和节能技术，减少化石能源的使用和碳排放。同时，建立智能环保监测系统，实时监测和预警环境污染情况，及时采取措施减少能源浪费和环境污染。

4）促进能源创新

能源互联网可以为能源创新提供广阔的发展空间。能源化工企业通过建立开放式的能源平台，吸引更多的创新技术和应用加入到能源互联网中，推动能源技术的进步和发展。同时，能源企业能快速融入到创新的能源商业模式中，作为市场主体参与能源互联网的建设和发展，推动能源产业的升级和转型。

4 结语

随着全球能源结构的转变和互联网技术的快速发展，能源互联网的概念和应用逐渐受到广泛关注。能源互联网是新一代能源系统的核心，是互联网技术与能源系统高度耦合的能源供给新形态，能源流与信息流双向互动，实现多类型能源体系之间的协调优化、多能互补。

能源互联网具有广阔的应用前景和重要的战略意义，可以优化能源分配、提高能源利用效率、推动可再生能源发展、促进能源公平、降低能源消耗、实现低碳发展、促进能源创新。能源化工企业作为传统能源行业的支柱，应当积极拥抱和参与全社会的能源互联网建设，更好为国家“双碳”目标做出贡献，从中获得新的增长点，并抓住新一代能源系统变更的机会，焕发新的生机。