安科瑞 鮑靜君

　　【摘要】針對高校普遍存在的能源消耗較大、能源管理薄弱等突出問題,，以上海電力大學(xué)綜合能源服務(wù)示范項目為實(shí)例,，提出了面向校園的綜合能源服務(wù)解決方案，建設(shè)并運(yùn)行了光伏,、風(fēng)電,、光電一體化充電站、太陽能空氣源熱泵熱水,、混合儲能,、微電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、建筑群能耗管理系統(tǒng),、智慧能源管控總平臺,，以滿足校園用戶定制化的具體需求，展現(xiàn)了技術(shù)應(yīng) 用成效,、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益,，為上海電力大學(xué)持續(xù)打造智慧、低碳的綠色節(jié)約型校園奠定基礎(chǔ),，并為其他高校及園區(qū)開展綜合能源系統(tǒng)建設(shè)提供示范與指導(dǎo),。

　　關(guān)鍵詞：綜合能源服務(wù)；園區(qū),；微電網(wǎng),；智慧能源

　　0  引言

　　目前，世界范圍內(nèi)能源的重要性日益突顯,，如何減少傳統(tǒng)能源的消耗,、提高新能源的利用率已成為各國政府、企業(yè),、科研機(jī)構(gòu)主要關(guān)心的問題之一,。“節(jié)能降耗”、“新能源”,、“綠色低碳”,、“智慧控制” 等理念也已逐步深入到國民經(jīng)濟(jì)和社會生活中,。

　　高校園區(qū)承擔(dān)著科研、教學(xué)職能,，具有居住人口密集,、能源消耗大、管控難度高等特點(diǎn),。為積極應(yīng)對上述問題,，推動新能源利用，國網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司（以下簡稱“國網(wǎng)節(jié)能公司”）與上海電力大學(xué)共同實(shí)施智能微電網(wǎng)綜合能源服務(wù)項目,，構(gòu)建全國范圍內(nèi)綠色智慧高校示范園區(qū),。

　　國網(wǎng)節(jié)能公司從校園的教學(xué)、科研,、培訓(xùn),、住宿等方面的實(shí)際用能特點(diǎn)出發(fā)，以滿足用戶具體需求為核心,，利用企業(yè)的投資,、建設(shè)和運(yùn)營能力，運(yùn)用系統(tǒng)性整體思維,，鼎力打造智慧,、低碳的綠色節(jié)約型校園，為上海電力大學(xué)推進(jìn)新能源應(yīng)用,、擴(kuò)展新技術(shù)示范和系列管理平臺奠定基礎(chǔ),。通過實(shí)施國內(nèi)高校綜合能源服務(wù)項目，為后續(xù)其他高校及園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的建設(shè)提供示范與指導(dǎo),。

　　1  項目實(shí)施背景

　　在能源消費(fèi)革命的大背景下,，國家能源局新能源司于2017年5月5日下發(fā)了《關(guān)于新能源微電網(wǎng)示范項目名單的通知》（發(fā)改能源〔2017〕870 號），全國28個新能源微電網(wǎng)示范項目獲批,。國網(wǎng)節(jié)能公司承擔(dān)了其中上海電力大學(xué)臨港新校區(qū)新能源智能微電網(wǎng)示范項目。為了滿足教育部建設(shè)節(jié)約型校園的要求和上海電力大學(xué)建設(shè)“綠色,、節(jié)能,、低碳”智慧型校園的需要，項目總承包單位——國網(wǎng)(北京)設(shè)計研究院有限公司(以下簡稱“國網(wǎng)節(jié)能設(shè)計研究院”)全力推進(jìn)工程設(shè)計,、施工,、運(yùn)營等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　臨港新校區(qū)為上海電力大學(xué)的主校區(qū),，占地面積0.64 km(2 960 畝),，建筑面積約57.5 萬m2，其中校區(qū)主體一二期工程于2018年9月投入使用,。該示范項目與校區(qū)主體工程同步建設(shè),，于2018年9月開始運(yùn)行調(diào)試,，并于同年12月18日順利竣工。

　　2   主要解決方案

　　示范項目與校園整體規(guī)劃結(jié)合,，運(yùn)用系統(tǒng)性整體思維制定解決方案,，來滿足校園用戶實(shí)際需求。具體思路包含三點(diǎn)：一是注重科學(xué)發(fā)展,、統(tǒng)籌兼顧,，在提升全校能源管理水平、降低能源消耗,、減少能源費(fèi)用的同時,，兼顧學(xué)校、部門,、學(xué)院,、師生等各方利益，保證項目的技術(shù)性,、經(jīng)濟(jì)合理性,、工程可行性。二是注重更新,、示范,，在滿足住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、教育部,、財政部功能要求的前提下,，與綠色校園、可持續(xù)校園建設(shè)相結(jié)合,，提升節(jié)約型校園管理水平,，創(chuàng)造性打造綠色低碳智慧校園。三是注重突出特色,、樹立*,，項目實(shí)施過程體現(xiàn)上海電力大學(xué)的學(xué)科特色，遵循實(shí)事求是,、以人為本的原則,，在保證用能安全的前提下實(shí)施，形成一套數(shù)字化,、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化的綠色能源供應(yīng)和管理系統(tǒng)。

　　示范項目在明確校方需求的基礎(chǔ)上,，結(jié)合校區(qū)設(shè)計總體規(guī)劃,、學(xué)科特色和綠色智能能源建設(shè)理念，制定了集信息平臺,、節(jié)能減排,、新能源,、電能替代、智能微電網(wǎng),、綠色建筑等技術(shù)為一體的校園電,、熱等用能系統(tǒng)解決方案，包括分布式光伏發(fā)電,、分布式風(fēng)力發(fā)電,、智慧路燈、光電一體化充電站,、太陽能+空氣源熱泵熱水,、混合儲能等系統(tǒng)，以及微電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng),、建筑群能耗管理系統(tǒng),、智慧能源管控總平臺。項目方案具有較強(qiáng)的可操作性,，既有利于學(xué)校教學(xué)科研事業(yè)的發(fā)展,，又為后勤、物業(yè)等相關(guān)部門的運(yùn)維管理工作提供便利,。

　　2.1 構(gòu)建智慧能源管控總平臺

　　作為本項目技術(shù)架構(gòu)的核心部分,，總平臺將各技術(shù)體系進(jìn)行有機(jī)的串聯(lián)，對校園能源進(jìn)行統(tǒng)一管控,，可實(shí)現(xiàn)全景數(shù)據(jù)展示,、用能策略計劃制訂、能效統(tǒng)計與分析,、能源系統(tǒng)故障診斷及定位,、能源系統(tǒng)設(shè)備信息維護(hù)及子系統(tǒng)集成開發(fā)等功能。同時,，總平臺是一個開放的,、集成化的系統(tǒng)平臺，以此為核心基礎(chǔ),，有助于推動后續(xù)教培,、科研、后勤,、物業(yè)等系列管理平臺的擴(kuò)展集成。

　　2.2 應(yīng)用新能源發(fā)電技術(shù)

　　合理應(yīng)用風(fēng),、光資源發(fā)電,，可以降低常規(guī)能源消耗，促進(jìn)節(jié)能減排,；同時通過新能源就地消納,，可減少電能升壓降壓損耗,、電纜線路損耗，從而降低學(xué)校能源費(fèi)用,。

　　新能源發(fā)電系統(tǒng)其中,，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量為2061kW，包含單晶,、多晶,、新型組件等多種組件形式。利用大部分院系樓,、教學(xué)樓等建筑較為空曠的屋頂,，加裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，所產(chǎn)生的直流電流通過匯流箱匯集后進(jìn)入逆變器,，變成400V/50Hz的交流電,，經(jīng)并網(wǎng)裝置就近并入校園10kV低壓配電網(wǎng)。

　　以避開主要建筑物及人員密集區(qū)為原則,，在校區(qū)西北角邊緣綠化帶中配置一臺永磁直驅(qū)型風(fēng)機(jī),，裝機(jī)容量為300kW。風(fēng)輪直徑為38m,，額定轉(zhuǎn)速為34rpm,，額定風(fēng)速為12.5m/s，切入,、切出風(fēng)速分別為3m/s和25m/s,，輪轂高度為 51.49m，葉片長度為18.25m,，掃掠面積為907m2,。

　　在校園合適路段設(shè)置智慧路燈，利用風(fēng),、光等新能源供電,，并將道路路燈作為充電樁、緊急呼救和WIFI熱點(diǎn)載體,，探索城市立體感知新技術(shù),。

　　2.3 建設(shè)光電一體化充電站

　　考慮新校區(qū)巡邏車輛、教師通勤車輛及社會車輛的充電需求,，基于綠色交通與綠色能源相結(jié)合的理念,，在適當(dāng)位置建設(shè)光電一體化充電站，美化校區(qū)環(huán)境,、減少尾氣污染排放,。結(jié)合停車場的建設(shè)要求，在 18個機(jī)動車停車位上方設(shè)計光伏車棚，在車棚下安裝6臺32A落地式充電樁,，配置逆變器,、匯流箱等設(shè)備，為電動汽車提供便利的充電服務(wù),。

　　2.4 應(yīng)用太陽能+空氣源熱泵技術(shù)

　　在新校區(qū)公寓樓的屋頂設(shè)置了10 套純銅超導(dǎo)熱管型太陽能集熱器和空氣源熱泵,。

　　該系統(tǒng)每天集中供應(yīng)800t熱水，解決了1萬余名師生的生活熱水使用需求,。智能熱網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了熱水系統(tǒng)水溫,、水壓、水位等數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測,，可自動控制加熱時間,、加熱溫度，根據(jù)天氣情況,，利用太陽能加熱,，大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。同時為促進(jìn)節(jié)約用水,，熱水系統(tǒng)采用計量收費(fèi),，學(xué)生可使用校園一卡通直接刷卡取水。

　　2.5 構(gòu)建智能微電網(wǎng)系統(tǒng)

　　在分布式光伏,、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建一套智能微電網(wǎng)系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光儲智能集中管控，同時為學(xué)校師生研究新型電網(wǎng)技術(shù)等提供實(shí)驗(yàn)和展示平臺,，推動新校區(qū)的學(xué)科建設(shè)發(fā)展,。

　　智能微電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用混合儲能、光儲一體機(jī)等設(shè)備,，結(jié)合電力需求側(cè)管理,、電能質(zhì)量控制等技術(shù)， 制定多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行控制策略,，實(shí)現(xiàn)新能源接入管理,、用電信息自動采集、供電故障快速響應(yīng),、綜合節(jié)能管理等功能,。其特點(diǎn)在于：一是根據(jù)微電網(wǎng)發(fā)電量及負(fù)荷用電需求，采用多目標(biāo)優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)控制,；二是采用不同類型存儲技術(shù)組合提高儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性,；三是采用光儲一體機(jī)技術(shù)提升微電網(wǎng)系統(tǒng)效率。

　　2.6 應(yīng)用建筑群能效管理系統(tǒng)平臺

　　通過分類和分項能耗計量裝置,，采集建筑群能耗數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)建筑群能耗在線監(jiān)測和動態(tài)分析,，這*國內(nèi)高校對能耗監(jiān)測管理和綜合節(jié)能方案實(shí)施的空白。

　　3   工程建設(shè)過程

　　2017年7月,，國網(wǎng)節(jié)能公司與上海電力大學(xué)簽訂投資合作協(xié)議，標(biāo)志著全國新能源微電網(wǎng)大學(xué)正式落戶上海臨港,。同月,，國網(wǎng)節(jié)能設(shè)計研究院承擔(dān)工程總承包任務(wù)。項目采用規(guī)劃,、設(shè)計,、投資、建設(shè),、運(yùn)營全過程的綜合能源服務(wù)模式,。11月，現(xiàn)場項目部成立,，制定項目實(shí)施方案,，理順組織協(xié)調(diào)流程，并負(fù)責(zé)項目施工進(jìn)度,、質(zhì)量,、安全、資料等相關(guān)管理工作,。

　　2018年4月,，工程承擔(dān)單位進(jìn)駐現(xiàn)場，項目建設(shè)工作拉開序幕,。項目部根據(jù)工程設(shè)計和現(xiàn)場條件,，組織設(shè)計、施工單位緊密配合,，統(tǒng)籌安裝各類機(jī)械,、電氣、通訊設(shè)備及管控系統(tǒng),，與上海電力大學(xué)臨港校區(qū)同步建設(shè),。9月，上海電力大學(xué)臨港新校區(qū)啟用,，隨著各子系統(tǒng)的建設(shè)工作陸續(xù)完成,，項目進(jìn)入試運(yùn)行階段。12月,，項目正式竣工,，并通過驗(yàn)收、投入使用,。

　　4   運(yùn)行結(jié)果分析

　　項目于2018年9月底進(jìn)入試運(yùn)行階段,，歷經(jīng)3個月的運(yùn)行調(diào)試，于12月順利通過竣工驗(yàn)收，進(jìn)入運(yùn)營期,。項目自建成投運(yùn)后,，各項系統(tǒng)運(yùn)行良好。本文對示范項目的光伏發(fā)電,、風(fēng)力發(fā)電,、熱水供應(yīng)、智能微電網(wǎng)等部分的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析,。

　　4.1 光伏發(fā)電情況

　　選取項目投運(yùn)后的某月為典型時段,，對校園典型建筑的分布式光伏發(fā)電量進(jìn)行統(tǒng)計。該典型月各建筑屋頂?shù)墓夥l(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量與其峰值安裝功率相關(guān),，項目發(fā)揮了各系統(tǒng)的發(fā)電能力,。按照當(dāng)?shù)禺?dāng)月峰值日照小時數(shù)，可分別計算各屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合效率,。

　　典型月各建筑屋頂光伏系統(tǒng)綜合效率基本處于0.8 以上,，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)要求。個別系統(tǒng)的系統(tǒng)綜合效率略低于0.8,，是由于該月為冬季后期數(shù)據(jù),，太陽高度角較小，樓層較低的建筑屋頂局部受遮擋,，導(dǎo)致輻照強(qiáng)度降低,，進(jìn)而影響了光伏發(fā)電量和系統(tǒng)綜合效率。

　　4.2 風(fēng)力發(fā)電情況

　　受附近防風(fēng)林遮擋,、微風(fēng)天氣較多,、風(fēng)機(jī)高度受限等因素的影響，在現(xiàn)有風(fēng)力資源條件下,，項目截至2019年5月底風(fēng)機(jī)發(fā)電量為84529kWh,，折算平均年利用小時數(shù)為2413h，無棄風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生,。

　　4.3 熱水系統(tǒng)運(yùn)行情況

　　項目投運(yùn)以來每天熱水供應(yīng)量及每天耗電量的變化,。2019年1月28日至2月17日為寒假停運(yùn)階段?？梢?，該系統(tǒng)為師生提供了穩(wěn)定的熱水量，并充分利用太陽能集熱,，降低了空氣源熱泵熱水機(jī)組的耗電量,，起到了明顯的節(jié)能效果。熱水供應(yīng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,，為師生的教學(xué)生活提供了有力的保障,。

　　4.4  智能微電網(wǎng)運(yùn)行情況

　　示范項目投運(yùn)以來,，項目部統(tǒng)籌運(yùn)行智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，多次由并網(wǎng)切換至離網(wǎng)運(yùn)行,，在一定時間內(nèi)成功維持功率平衡,，保證系統(tǒng)內(nèi)重要負(fù)荷的供電質(zhì)量，成功證明了示范項目智能微電網(wǎng)運(yùn)行的可行性和可靠性,。

　　5  總體實(shí)施效果

　　截至2019年5月,，新能源系統(tǒng)已累計發(fā)電約150萬kWh，熱水系統(tǒng)已為全校近萬名師生累計供應(yīng)熱水5萬余t,，實(shí)現(xiàn)了粉塵、SO2,、NOX,、CO2的減排。項目推動上海電力大學(xué)臨港校區(qū)可再生能源電力滲透率（可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量/微電網(wǎng)內(nèi)峰值負(fù)荷）達(dá)到55.9%,，電量自給率（清潔能源發(fā)電量/園區(qū)總用電量）達(dá)到53.4%,，供電可靠性達(dá)到99.99%。清潔電力的供應(yīng),，24h的熱水服務(wù),，混合儲能、多目標(biāo)優(yōu)化控制等新技術(shù)的示范應(yīng)用得到了學(xué)校師生員工的肯定,。

　　5.1 經(jīng)濟(jì)效益

　　示范項目由國網(wǎng)節(jié)能公司投資3500萬,。項目為學(xué)校和企業(yè)帶來包括節(jié)能在內(nèi)的綜合經(jīng)濟(jì)效益：一方面通過新能源就地消納，減少電量經(jīng)升壓再降壓的電能損耗,、電纜線路損耗,；另一方面通過智慧能源管控平臺實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備運(yùn)行時間及場景的管理。

　　項目在滿足校園“綠色低碳,、智慧”建設(shè)目標(biāo)的同時,，也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)上可行、總體符合企業(yè)的投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求,。此外,，示范項目與上海電力大學(xué)臨港新校區(qū)同步建設(shè)，避免了后期改造帶來的諸多問題,，從經(jīng)濟(jì)上為學(xué)校和企業(yè)節(jié)約了相關(guān)的潛在投入,。

　　5.2  社會效益

　　一是“實(shí)用”。示范項目不同于以往校園類智能微電網(wǎng)項目的單純實(shí)驗(yàn)性質(zhì),，是立足校園真實(shí)場景的大規(guī)模實(shí)景性應(yīng)用項目,。項目規(guī)劃融入校園整體規(guī)劃中，做到了服務(wù)校園生產(chǎn)生活的實(shí)際效果,，體現(xiàn)了項目的整體性,。

　　二是“節(jié)能”,。示范項目采用光熱/光伏/風(fēng)電多能互補(bǔ)、節(jié)能等能源供應(yīng)技術(shù),，通過優(yōu)化節(jié)約的能源使用方式,，以及專業(yè)的運(yùn)營模式，提高了校園的能源利用率,，響應(yīng)國家節(jié)能減排的方針政策,，在國內(nèi)打造綠色低碳智慧校園。

　　三是“有特色”,。示范項目充分考慮了上海電力大學(xué)辦學(xué)特色,，將學(xué)生培養(yǎng)、輔助科研實(shí)驗(yàn)等學(xué)科建設(shè)與能源系統(tǒng)建設(shè)相結(jié)合,，在擔(dān)負(fù)校區(qū)能源供應(yīng)同時成為了師生科研實(shí)驗(yàn)的研究對象,、節(jié)能技術(shù)的展示及教育平臺，為學(xué)校培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才提供有力支撐,。

　　四是“可推廣”,。示范項目自投運(yùn)以來，政府,、企業(yè),、高校等團(tuán)體紛紛前來參觀交流，并接待中國電力報,、電視臺等重要媒體采訪,。參觀方不斷給予好評，并表達(dá)了以此項目為藍(lán)本進(jìn)行推廣復(fù)制的意愿,。特別是上海市政府表示下一步將在上海市高校范圍內(nèi)進(jìn)行推廣,，充分發(fā)揮示范項目的作用。

　　6  安科瑞能源管理云平臺功能

　　6.1 平臺結(jié)構(gòu)

6.2 平臺功能

6.3 設(shè)備選型

　　7  結(jié)語

　　本示范項目實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo),，是國家能源局新能源司2017年5月批準(zhǔn)的28個新能源微電網(wǎng)示范項目中完成的校園類示范項目,，也是國家電網(wǎng)有限公司開展校園/園區(qū)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的典型示范項目。本項目同步于校園規(guī)劃階段,，以服務(wù)校園生產(chǎn)和實(shí)際生活為出發(fā)點(diǎn),，運(yùn)用系統(tǒng)性整體思維，因地制宜謀劃,。作為國內(nèi)高校綜合能源服務(wù)項目,向客戶提供了綜合能源服務(wù)定制化解決方案及系統(tǒng)設(shè)計,、建設(shè)、運(yùn)維,、擴(kuò)展升級等服務(wù),。項目使用多種效率提升手段、多信息管理平臺,、多目標(biāo)控制策略,，具有能源利用率高,、供能系統(tǒng)整體安全性和自愈能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其中,，智慧能源管控總平臺是國網(wǎng)節(jié)能公司提出在校園中運(yùn)用的集成化的系統(tǒng)平臺,，對高校的能源管理及節(jié)能優(yōu)化有著積極的探索意義。下一步,，項目將進(jìn)一步分析各子系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù),，推動協(xié)同聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行,。

　　本項目鼎力打造智慧,、低碳的綠色節(jié)約型校園，為上海電力大學(xué)推進(jìn)新能源應(yīng)用,、新技術(shù)示范和系列管理平臺擴(kuò)展奠定關(guān)鍵基礎(chǔ),。其系統(tǒng)性整體思維和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)其他高校及園區(qū)開展綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)提供了可復(fù)制、可推廣的寶貴經(jīng)驗(yàn),，具有重要的示范和借鑒意義。