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，以上海電力大學綜合能源服務示范項目為實例，提出了面向校園的綜合能源服務解決方案，建設并運行了光伏、風電、光電一體化充電站、太陽能空氣源熱泵熱水、混合儲能、微電網運行控制系統、建筑群能耗管理系統、智慧能源管控總平臺，以滿足校園用戶定制化的具體需求，展現了技術應 用成效、經濟效益及社會效益，為上海電力大學持續打造智慧、低碳的綠色節約型校園奠定基礎，并為其他高校及園區開展綜合能源系統建設提供示范與指導。

　　關鍵詞：綜合能源服務；園區；微電網；智慧能源

　　0  引言

　　目前，世界范圍內能源的重要性日益突顯，如何減少傳統能源的消耗、提高新能源的利用率已成為各國政府、企業、科研機構主要關心的問題之一。“節能降耗”、“新能源”、“綠色低碳”、“智慧控制” 等理念也已逐步深入到國民經濟和社會生活中。

　　高校園區承擔著科研、教學職能，具有居住人口密集、能源消耗大、管控難度高等特點。為積極應對上述問題，推動新能源利用，國網節能服務有限公司（以下簡稱“國網節能公司”）與上海電力大學共同實施智能微電網綜合能源服務項目，構建全國范圍內綠色智慧高校示范園區。

　　國網節能公司從校園的教學、科研、培訓、住宿等方面的實際用能特點出發，以滿足用戶具體需求為核心，利用企業的投資、建設和運營能力，運用系統性整體思維，鼎力打造智慧、低碳的綠色節約型校園，為上海電力大學推進新能源應用、擴展新技術示范和系列管理平臺奠定基礎。通過實施國內高校綜合能源服務項目，為后續其他高校及園區綜合能源系統的建設提供示范與指導。

　　1  項目實施背景

　　在能源消費革命的大背景下，國家能源局新能源司于2017年5月5日下發了《關于新能源微電網示范項目名單的通知》（發改能源〔2017〕870 號），全國28個新能源微電網示范項目獲批。國網節能公司承擔了其中上海電力大學臨港新校區新能源智能微電網示范項目。為了滿足教育部建設節約型校園的要求和上海電力大學建設“綠色、節能、低碳”智慧型校園的需要，項目總承包單位——國網(北京)設計研究院有限公司(以下簡稱“國網節能設計研究院”)全力推進工程設計、施工、運營等關鍵環節。

　　臨港新校區為上海電力大學的主校區，占地面積0.64 km(2 960 畝)，建筑面積約57.5 萬m2，其中校區主體一二期工程于2018年9月投入使用。該示范項目與校區主體工程同步建設，于2018年9月開始運行調試，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劃結合，運用系統性整體思維制定解決方案，來滿足校園用戶實際需求。具體思路包含三點：一是注重科學發展、統籌兼顧，在提升全校能源管理水平、降低能源消耗、減少能源費用的同時，兼顧學校、部門、學院、師生等各方利益，保證項目的技術性、經濟合理性、工程可行性。二是注重更新、示范，在滿足住房和城鄉建設部、教育部、財政部功能要求的前提下，與綠色校園、可持續校園建設相結合，提升節約型校園管理水平，創造性打造綠色低碳智慧校園。三是注重突出特色、樹立*，項目實施過程體現上海電力大學的學科特色，遵循實事求是、以人為本的原則，在保證用能安全的前提下實施，形成一套數字化、網絡化、智能化的綠色能源供應和管理系統。

　　示范項目在明確校方需求的基礎上，結合校區設計總體規劃、學科特色和綠色智能能源建設理念，制定了集信息平臺、節能減排、新能源、電能替代、智能微電網、綠色建筑等技術為一體的校園電、熱等用能系統解決方案，包括分布式光伏發電、分布式風力發電、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，以及微電網運行控制系統、建筑群能耗管理系統、智慧能源管控總平臺。項目方案具有較強的可操作性，既有利于學校教學科研事業的發展，又為后勤、物業等相關部門的運維管理工作提供便利。

　　2.1 構建智慧能源管控總平臺

　　作為本項目技術架構的核心部分，總平臺將各技術體系進行有機的串聯，對校園能源進行統一管控，可實現全景數據展示、用能策略計劃制訂、能效統計與分析、能源系統故障診斷及定位、能源系統設備信息維護及子系統集成開發等功能。同時，總平臺是一個開放的、集成化的系統平臺，以此為核心基礎，有助于推動后續教培、科研、后勤、物業等系列管理平臺的擴展集成。

　　2.2 應用新能源發電技術

　　合理應用風、光資源發電，可以降低常規能源消耗，促進節能減排；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，從而降低學校能源費用。

　　新能源發電系統其中，分布式光伏發電系統裝機容量為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、教學樓等建筑較為空曠的屋頂，加裝光伏發電系統，所產生的直流電流通過匯流箱匯集后進入逆變器，變成400V/50Hz的交流電，經并網裝置就近并入校園10kV低壓配電網。

　　以避開主要建筑物及人員密集區為原則，在校區西北角邊緣綠化帶中配置一臺永磁直驅型風機，裝機容量為300kW。風輪直徑為38m，額定轉速為34rpm，額定風速為12.5m/s，切入、切出風速分別為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。

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

　　2.3 建設光電一體化充電站

　　考慮新校區巡邏車輛、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合的理念，在適當位置建設光電一體化充電站，美化校區環境、減少尾氣污染排放。結合停車場的建設要求，在 18個機動車停車位上方設計光伏車棚，在車棚下安裝6臺32A落地式充電樁，配置逆變器、匯流箱等設備，為電動汽車提供便利的充電服務。

　　2.4 應用太陽能+空氣源熱泵技術

　　在新校區公寓樓的屋頂設置了10 套純銅超導熱管型太陽能集熱器和空氣源熱泵。

　　該系統每天集中供應800t熱水，解決了1萬余名師生的生活熱水使用需求。智能熱網系統實現了熱水系統水溫、水壓、水位等數據的實時監測，可自動控制加熱時間、加熱溫度，根據天氣情況，利用太陽能加熱，大限度的實現節能減排。同時為促進節約用水，熱水系統采用計量收費，學生可使用校園一卡通直接刷卡取水。

　　2.5 構建智能微電網系統

　　在分布式光伏、風力發電系統基礎上構建一套智能微電網系統，實現了風光儲智能集中管控，同時為學校師生研究新型電網技術等提供實驗和展示平臺，推動新校區的學科建設發展。

　　智能微電網系統應用混合儲能、光儲一體機等設備，結合電力需求側管理、電能質量控制等技術， 制定多目標優化運行控制策略，實現新能源接入管理、用電信息自動采集、供電故障快速響應、綜合節能管理等功能。其特點在于：一是根據微電網發電量及負荷用電需求，采用多目標優化控制策略實現控制；二是采用不同類型存儲技術組合提高儲能系統的穩定性和安全性；三是采用光儲一體機技術提升微電網系統效率。

　　2.6 應用建筑群能效管理系統平臺

　　通過分類和分項能耗計量裝置，采集建筑群能耗數據，實現建筑群能耗在線監測和動態分析，這*國內高校對能耗監測管理和綜合節能方案實施的空白。

　　3   工程建設過程

　　2017年7月，國網節能公司與上海電力大學簽訂投資合作協議，標志著全國新能源微電網大學正式落戶上海臨港。同月，國網節能設計研究院承擔工程總承包任務。項目采用規劃、設計、投資、建設、運營全過程的綜合能源服務模式。11月，現場項目部成立，制定項目實施方案，理順組織協調流程，并負責項目施工進度、質量、安全、資料等相關管理工作。

　　2018年4月，工程承擔單位進駐現場，項目建設工作拉開序幕。項目部根據工程設計和現場條件，組織設計、施工單位緊密配合，統籌安裝各類機械、電氣、通訊設備及管控系統，與上海電力大學臨港校區同步建設。9月，上海電力大學臨港新校區啟用，隨著各子系統的建設工作陸續完成，項目進入試運行階段。12月，項目正式竣工，并通過驗收、投入使用。

　　4   運行結果分析

　　項目于2018年9月底進入試運行階段，歷經3個月的運行調試，于12月順利通過竣工驗收，進入運營期。項目自建成投運后，各項系統運行良好。本文對示范項目的光伏發電、風力發電、熱水供應、智能微電網等部分的運行結果進行分析。

　　4.1 光伏發電情況

　　選取項目投運后的某月為典型時段，對校園典型建筑的分布式光伏發電量進行統計。該典型月各建筑屋頂的光伏發電系統發電量與其峰值安裝功率相關，項目發揮了各系統的發電能力。按照當地當月峰值日照小時數，可分別計算各屋頂光伏發電系統的綜合效率。

　　典型月各建筑屋頂光伏系統綜合效率基本處于0.8 以上，達到了預期目標要求。個別系統的系統綜合效率略低于0.8，是由于該月為冬季后期數據，太陽高度角較小，樓層較低的建筑屋頂局部受遮擋，導致輻照強度降低，進而影響了光伏發電量和系統綜合效率。

　　4.2 風力發電情況

　　受附近防風林遮擋、微風天氣較多、風機高度受限等因素的影響，在現有風力資源條件下，項目截至2019年5月底風機發電量為84529kWh，折算平均年利用小時數為2413h，無棄風現象發生。

　　4.3 熱水系統運行情況

　　項目投運以來每天熱水供應量及每天耗電量的變化。2019年1月28日至2月17日為寒假停運階段。可見，該系統為師生提供了穩定的熱水量，并充分利用太陽能集熱，降低了空氣源熱泵熱水機組的耗電量，起到了明顯的節能效果。熱水供應系統安全穩定運行，為師生的教學生活提供了有力的保障。

　　4.4  智能微電網運行情況

　　示范項目投運以來，項目部統籌運行智能微電網系統，多次由并網切換至離網運行，在一定時間內成功維持功率平衡，保證系統內重要負荷的供電質量，成功證明了示范項目智能微電網運行的可行性和可靠性。

　　5  總體實施效果

　　截至2019年5月，新能源系統已累計發電約150萬kWh，熱水系統已為全校近萬名師生累計供應熱水5萬余t，實現了粉塵、SO2、NOX、CO2的減排。項目推動上海電力大學臨港校區可再生能源電力滲透率（可再生能源發電裝機容量/微電網內峰值負荷）達到55.9%，電量自給率（清潔能源發電量/園區總用電量）達到53.4%，供電可靠性達到99.99%。清潔電力的供應，24h的熱水服務，混合儲能、多目標優化控制等新技術的示范應用得到了學校師生員工的肯定。

　　5.1 經濟效益

　　示范項目由國網節能公司投資3500萬。項目為學校和企業帶來包括節能在內的綜合經濟效益：一方面通過新能源就地消納，減少電量經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現對用電設備運行時間及場景的管理。

　　項目在滿足校園“綠色低碳、智慧”建設目標的同時，也實現了經濟上可行、總體符合企業的投資經濟指標要求。此外，示范項目與上海電力大學臨港新校區同步建設，避免了后期改造帶來的諸多問題，從經濟上為學校和企業節約了相關的潛在投入。

　　5.2  社會效益

　　一是“實用”。示范項目不同于以往校園類智能微電網項目的單純實驗性質，是立足校園真實場景的大規模實景性應用項目。項目規劃融入校園整體規劃中，做到了服務校園生產生活的實際效果，體現了項目的整體性。

　　二是“節能”。示范項目采用光熱/光伏/風電多能互補、節能等能源供應技術，通過優化節約的能源使用方式，以及專業的運營模式，提高了校園的能源利用率，響應國家節能減排的方針政策，在國內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辦學特色，將學生培養、輔助科研實驗等學科建設與能源系統建設相結合，在擔負校區能源供應同時成為了師生科研實驗的研究對象、節能技術的展示及教育平臺，為學校培養產業人才提供有力支撐。

　　四是“可推廣”。示范項目自投運以來，政府、企業、高校等團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，并表達了以此項目為藍本進行推廣復制的意愿。特別是上海市政府表示下一步將在上海市高校范圍內進行推廣，充分發揮示范項目的作用。

　　6  安科瑞能源管理云平臺功能

　　6.1 平臺結構

6.2 平臺功能

6.3 設備選型

　　7  結語

　　本示范項目實現了預期目標，是國家能源局新能源司2017年5月批準的28個新能源微電網示范項目中完成的校園類示范項目，也是國家電網有限公司開展校園/園區綜合能源服務業務的典型示范項目。本項目同步于校園規劃階段，以服務校園生產和實際生活為出發點，運用系統性整體思維，因地制宜謀劃。作為國內高校綜合能源服務項目,向客戶提供了綜合能源服務定制化解決方案及系統設計、建設、運維、擴展升級等服務。項目使用多種效率提升手段、多信息管理平臺、多目標控制策略，具有能源利用率高、供能系統整體安全性和自愈能力強等特點。其中，智慧能源管控總平臺是國網節能公司提出在校園中運用的集成化的系統平臺，對高校的能源管理及節能優化有著積極的探索意義。下一步，項目將進一步分析各子系統的反饋數據，推動協同聯動，實現優化運行。

　　本項目鼎力打造智慧、低碳的綠色節約型校園，為上海電力大學推進新能源應用、新技術示范和系列管理平臺擴展奠定關鍵基礎。其系統性整體思維和工程實踐經驗為后續其他高校及園區開展綜合能源系統的規劃建設提供了可復制、可推廣的寶貴經驗，具有重要的示范和借鑒意義。