为什么园区能源系统总在“省钱”和“减排”间纠结？传统模式下，能源站想多赚钱就得满负荷运转，却可能推高碳排放；用户想少花钱就得错峰用电，又怕影响体验。近日，中国科学院理化技术研究所与清华大学团队提出“电-热需求响应双层优化策略”，让能源站和用户从“博弈”变“协作”——能源站收益提升5.09%，用户用电成本下降2.46%，碳排放还减少2.54%。这项发表在《Frontiers of Energy》的研究，为“双碳”目标下的园区能源管理提供了新方案。

传统模式的“三重烦恼”：省钱、减排、稳定不可兼得

“就像用老式空调，要么费电制冷快，要么省电不凉快。”论文通讯作者沈军教授解释，传统园区能源系统有三大痛点：

• 供需“不同步”：用户白天用电高峰时，能源站得开足马力发电，导致成本飙升；晚上负荷低谷，设备闲置又浪费。
• 减排“成本高”：依赖天然气发电供热，碳排放超标要交罚款，想减排就得买昂贵的绿电，利润被压缩。
• 用户“没话语权”：电价固定，用户只能被动接受，夏天想开空调却赶上电价高峰，只能“忍痛关灯”。

更麻烦的是，天然气依赖还受国际局势影响。2022年欧洲能源危机期间，我国部分园区燃气成本上涨30%，暴露出能源安全隐患。

双层优化：能源站和用户“双向奔赴”的价格密码

新系统的核心是“上层定价+下层响应”的协作模式，像一场“能源版双十一”：

• 上层（能源站）：每天发布“分时电价”和“热力价格”，比如高峰时段电价提高，鼓励用户错峰用电；同时调度光伏、风电、储能设备，甚至用沼气替代天然气发电，降低成本和排放。
• 下层（用户）：收到价格信号后，灵活调整用电——洗衣机、充电桩等“可搬家”的负荷改在深夜低价时运行；空调温度调高1℃，减少“可削减”负荷。热负荷调整空间小，但也能通过保温措施减少浪费。

“这就像能源站和用户在‘讨价还价’，最终找到双方都满意的平衡点。”论文第一作者徐韶山博士说。比如某园区实施后，用户峰时电负荷下降12%，谷时负荷提升8%，峰谷差缩小，能源站设备利用率提高，碳排放自然跟着降。

阶梯碳交易+沼气：给能源站装“减排加速器”

光靠价格杠杆还不够，系统还引入“阶梯碳交易”机制：把碳排放额度分成三档，没超标的部分可以拿到碳市场卖钱，超标越多罚款越重。模拟显示，这项机制让能源站碳交易成本降低5.23%，相当于“减排也能赚钱”。

另一大亮点是“变废为宝”的沼气系统。园区食堂、绿化带的有机垃圾被送进厌氧消化反应器（ADR），在40℃恒温环境下发酵产生沼气，替代30%的天然气需求。“就像给能源站装了‘沼气池充电宝’，不仅减少进口气依赖，垃圾处理费也省了。”徐韶山补充，ADR单日产甲烷量稳定，足够支撑燃气锅炉半天的用量。

实验验证：5%收益提升背后的“数据密码”

在某工业园区的模拟测试中，新系统交出亮眼成绩单：

• 经济账：能源站每日收益增加5.09%，用户电费支出平均下降2.46%，实现“双赢”。
• 环保账：阶梯碳交易让碳排放减少2.54%，沼气替代进一步降低碳足迹。
• 稳定账：极端天气下，光伏风电出力波动时，储能系统和沼气发电能快速补位，供电可靠性提升15%。

不过研究也指出局限：目前仅针对单个园区设计，未考虑多能源站竞争；跨区域能源互济机制还待完善。未来计划引入AI预测用户需求，让价格信号更精准。

从“单打独斗”到“协同共赢”：园区能源的未来

“传统能源系统像‘各自为战’的诸侯，新策略则是‘全国一盘棋’的思路。”沈军教授表示，这项技术可复制到商业综合体、产业园区，尤其适合天然气依赖度高、垃圾产量大的地区。下一步，团队将探索多园区互联，让过剩的清洁能源“跨省串门”，真正实现“低碳又经济”。

来源: FIE能源前沿期刊