面向高校的綜合能源服務(wù)應(yīng)用研究

時間：2020-09-09作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：206

【摘要】針對高校普遍存在的能源消耗較大、能源管理薄弱等**問題，以上海電力大學(xué)綜合能源服務(wù)**項目為實例，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**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**、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)主要關(guān)心的問題之一?！肮?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。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**園區(qū)。

國網(wǎng)節(jié)能公司從校園的教學(xué)、科研、培訓(xùn)、住宿等方面的實際用能特點出發(fā)，以滿足用戶具體需求為**，利用企業(yè)的投資、建設(shè)和運營能力，運用系統(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)**和系列管理平臺奠定基礎(chǔ)。通過實施國內(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**與指導(dǎo)。

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(fā)了《關(guān)于新能源微電網(wǎng)**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)**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)**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**項目與校區(qū)主體工程同步建設(shè)，于2018年9月開始運行調(diào)試，并于同年12月18日順利竣工。

2 主要解決方案

**項目與校園整體規(guī)劃結(jié)合，運用系統(tǒng)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(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。二是注重較新、**，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**特色、樹立**，項目實施過程體現(xiàn)上海電力大學(xué)的學(xué)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(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)。

**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**部分，總平臺將各技術(shù)體系進(jìn)行**的串聯(lián)，對校園能源進(jìn)行統(tǒng)一管控，可實現(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**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**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)實現(xiàn)了熱水系統(tǒng)水溫、水壓、水位等數(shù)據(jù)的實時監(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，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)等提供實驗和展示平臺，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)化運行控制策略，實現(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)，實現(xiàn)建筑群能耗在線監(jiān)測和動態(tài)分析，這填補(bǔ)了國內(nèi)高校對能耗監(jiān)測管理和綜合節(jié)能方案實施的空白。

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)入試運行階段。12月，項目正式竣工，并通過驗收、投入使用。

4 運行結(jié)果分析

項目于2018年9月底進(jìn)入試運行階段，歷經(jīng)3個月的運行調(diào)試，于12月*竣工驗收，進(jìn)入運營期。項目自建成投運后，各項系統(tǒng)運行良好。本文對**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)等部分的運行結(jié)果進(jìn)行分析。

4.1 光伏發(fā)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(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**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)運行情況

項目投運以來每天熱水供應(yīng)量及每天耗電量的變化。2019年1月28日至2月17日為寒假停運階段?？梢姡撓到y(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)定運行，為師生的教學(xué)生活提供了有力的**。

4.4 智能微電網(wǎng)運行情況

**項目投運以來，項目部統(tǒng)籌運行智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，多次由并網(wǎng)切換至離網(wǎng)運行，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**項目智能微電網(wǎng)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(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**。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**應(yīng)用得到了學(xué)校師生員工的肯定。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

**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現(xiàn)對用電設(shè)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(shè)目標(biāo)的同時，也實現(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，**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“實用”。**項目不同于以往校園類智能微電網(wǎng)項目的單純實驗性質(zhì)，是立足校園真實場景的大規(guī)模實景性應(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)生活的實際效果，體現(xiàn)了項目的整體性。

二是“節(jié)能”。**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”。**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)、輔助科研實驗等學(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驗的研究對象、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”。**項目自投運以來，**、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**，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**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**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**項目實現(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)**項目中完成的校園類**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**項目。本項目同步于校園規(guī)劃階段，以服務(wù)校園生產(chǎn)和實際生活為出發(fā)點，運用系統(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。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，實現(xiàn)優(yōu)化運行。

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)**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踐經(jīng)驗為后續(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，具有重要的**和借鑒意義。


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