智慧能源新城落地天津
2021-04-13 08:44:53毛振華黃江林
瞭望東方周刊 2021年7期
毛振華 黃江林
2020年5月6日，天津市位于惠風溪智慧能源小鎮(zhèn)的首個零能耗智慧建筑“0+小屋”落成
當科幻作家還在筆端暢想未來之時，頗具未來感的生活已經(jīng)來到人們身邊。
我國首個智慧能源新城近期在天津建成：這座包含了主打“生態(tài)宜居”的中新天津生態(tài)城惠風溪智慧能源小鎮(zhèn)以及主打“產(chǎn)城集約”的北辰大張莊智慧能源小鎮(zhèn)兩部分的新城，瞄準解決清潔能源供給及綜合能源利用難題，在助力城市低碳減排同時，也使人們對未來便利、智能的生活更多了些期待。
本刊記者走進智慧能源新城，實地感受到區(qū)域內(nèi)使用的能源中，清潔能源占比達到九成，極大減少了碳排放;供電可靠性超過“5個9”，意味著用戶全年停電時間不會超過5分鐘，該指標比肩東京、新加坡等國際化大都市;電能占終端能源的比重高達45%，為智能家居的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件……
小鎮(zhèn)里的智慧生活
乘車進入天津濱海新區(qū)，沿黃海北路一路向北駛上彩虹橋，矗立于薊運河口的高大風機迎風而動，映入眼簾。隨之而來的是綿延數(shù)公里的光伏板在中央大道一側(cè)整齊排列，零能耗智慧建筑鱗次櫛比。在片片綠植掩映中，全域可控的虛擬電廠、能源大數(shù)據(jù)中心點綴其間。這就是中新天津生態(tài)城內(nèi)的惠風溪智慧能源小鎮(zhèn)給人的第一印象。
在國網(wǎng)綜合能源服務(wù)中心門前，工作人員走近智慧路燈就會被“發(fā)現(xiàn)”，桿體上立即傳出問候語和介紹：“智慧路燈可為市民提供高速無線網(wǎng)絡(luò)接入、信息交互查詢等多元化便捷服務(wù)……”
“智能路燈能對溫濕度、PM2.5、風力風向等環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，還有安防、交通、市政等多種功能的應(yīng)用拓展。比如下雨積水過深、空氣質(zhì)量不佳，它都能主動‘發(fā)現(xiàn)并在后臺提醒，時刻感知城市冷暖?！?/blockquote>
“智能路燈能對溫濕度、PM2.5、風力風向等環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，還有安防、交通、市政等多種功能的應(yīng)用拓展。比如下雨積水過深、空氣質(zhì)量不佳，它都能主動‘發(fā)現(xiàn)并在后臺提醒，時刻感知城市冷暖。”國網(wǎng)天津電力路燈處現(xiàn)場負責人王澤向本刊記者介紹說，該設(shè)備運用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集成了電動汽車充電樁、WIFI、交通信息查詢等功能，可解決當前城市的智能感知設(shè)備在接入上面臨的空間資源緊缺、電源供給多元、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復雜的問題。
區(qū)域內(nèi)綠草掩映下的白色“零能耗小屋”格外顯眼。小屋前的光伏地磚白天發(fā)電晚上發(fā)光，“家庭能源路由器”智能完成洗衣燒水等預(yù)定家務(wù)……看似穿越時空的幻境，如今在小屋里都成為現(xiàn)實，它正是智慧能源小鎮(zhèn)成果的集大成者。
北方的春天，乍暖還寒，記者走進“零能耗小屋”便感受到一陣暖意襲來?！叭莺銣亍⒑銤?，所有能源供給全部依靠太陽能，包括采暖?！眳⑴c小屋建設(shè)的國網(wǎng)天津濱海公司營銷部項目負責人賀瑞對本刊記者說，這座極具代表性的零能耗智慧建筑，本身的可再生能源年產(chǎn)能大于或等于建筑全年的全部用能，能夠基本不依賴外部能源輸入，達到了“零能耗”。
“開啟居家模式?！敝恍枰痪渲噶?，小屋便自動打開了照明及窗簾?！靶∥葜械哪芰柯酚善魇恰腔鄞竽X，指揮著屋內(nèi)高效運轉(zhuǎn)?！辟R瑞說，通過手機也能便捷實現(xiàn)對家居的控制。
從室外可以看到，這座面積130多平方米的小屋，屋頂布滿太陽能光伏板，4塊光伏地磚替代了小石子鋪在小屋門口，門邊垃圾桶也用光伏板制成。這些太陽能光伏板承擔了小屋所有的能源供給。
“我們充分考慮了屋頂結(jié)構(gòu)、光照角度和周邊環(huán)境，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，安裝了60片共計20千瓦的光伏板。在光照條件較好的情況下，這套光伏系統(tǒng)每天可發(fā)60度電，全年能夠發(fā)電兩萬度以上，余電還可實現(xiàn)上網(wǎng)賣錢?！辟R瑞說。
他算了一筆賬，小屋節(jié)省了燃氣和熱力管網(wǎng)等配套設(shè)施投資約1.8萬元，建筑用能每年能夠節(jié)省電費、燃氣費、取暖費約5000元。在滿足建筑本體能源消耗的情況下，還可向電網(wǎng)輸送電量1萬千瓦時/年，每年產(chǎn)生收益約4000元。雖然建設(shè)成本較同面積普通建筑要高，但通過節(jié)約能耗以及發(fā)電產(chǎn)生的效益，這部分成本完全可以收回來。
類似“零能耗小屋”這樣的智慧建筑成果，已經(jīng)在惠風溪智慧能源小鎮(zhèn)推廣開。
在小屋不遠處的甘露溪公園，落成不久的綠色能源廣場上，地面和座椅上的光伏板不僅能為照明提供能源，座椅還能充當藍牙音響。小鎮(zhèn)居民王鳳玉說：“這些智慧環(huán)保的基礎(chǔ)設(shè)施越來越多出現(xiàn)在日常生活中，讓我們體會到了生活的獲得感和幸福感?！?blockquote>
“ 采用‘ 智慧用能系統(tǒng)后，焊接精準度能提高5%， 殘次品率大幅下降。如今企業(yè)每天平均減少廢品約40 個，每年就能節(jié)約損失100 多萬元，‘智慧用能出了效益?！?/blockquote>
“智慧用能”出效益
伴隨著大張莊智慧能源小鎮(zhèn)建設(shè)，一個令一汽富維本特勒汽車零部件（天津）有限公司傷透腦筋的難題也迎來了化解契機。
一汽富維本特勒汽車零部件（天津）有限公司位于天津市北辰區(qū)大張莊鎮(zhèn)，是奔馳、寶馬等國內(nèi)外知名整車企業(yè)的重要合作伙伴。工廠內(nèi)擁有數(shù)量眾多的智能機器人用來生產(chǎn)汽車零部件。生產(chǎn)效率提升的同時，卻總避免不了下線一些殘次品，給工廠帶來不小損失。該公司設(shè)備部部長王偉對本刊記者說：“一天下來，殘次品帶來的損失4000多元，每月就得10多萬?！?/p>
為解決這一難題，該公司在國內(nèi)外找專家、組織科研人員攻關(guān)，最終將原因鎖定在了這些智能機器人身上。原來，79臺汽車配件自動焊接作業(yè)智能機器人只要同時操作，就會瞬間形成很強的沖擊電流，造成電壓同步下降。電壓一降，機器人馬上“撂挑子”，焊接精準度就難以保證。
據(jù)介紹，國網(wǎng)天津電力根據(jù)某些生產(chǎn)設(shè)備對電能質(zhì)量敏感度高的特性，采用多種設(shè)備開展智能控制，保障了一汽富維本特勒汽車零部件公司的分級供電質(zhì)量。一旦工廠內(nèi)生產(chǎn)線用電出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的情況，智慧能源控制系統(tǒng)就會立刻監(jiān)測到，并向末端治理設(shè)備發(fā)起保護指令，不間斷電源等治理設(shè)備隨即啟動保護功能，保障生產(chǎn)線安全穩(wěn)定運行。
“我們配置了5套不間斷電源和5套動態(tài)電壓恢復器，對焊接機器人母線配置1套靜止同步補償器。并在工廠電源進線、主要供電母線和重要敏感負荷前端，安裝3套電壓暫降監(jiān)測終端，一并接入高品質(zhì)分級供電管理軟件?！眹W(wǎng)天津城東公司營銷部楊國朝向本刊記者揭示了其中的奧秘。
“采用‘智慧用能系統(tǒng)后，焊接精準度能提高5%，殘次品率大幅下降。如今企業(yè)每天平均減少廢品約40個，每年就能節(jié)約損失100多萬元，‘智慧用能出了效益?！蓖鮽フf。
在大張莊智慧能源小鎮(zhèn)，對電能質(zhì)量要求較高的企業(yè)還有不少。愛旭太陽能科技有限公司、鑄金科技有限公司等企業(yè)都對這個項目產(chǎn)生了濃厚的興趣，準備開展智慧能源工廠改造。
事實上，大張莊智慧能源小鎮(zhèn)的魅力還遠不止于此。轄區(qū)內(nèi)的直流智能樓宇，是目前國內(nèi)配用電場景最齊全的直流樓宇，同樣展現(xiàn)著智慧用能的新風尚。
直流樓宇的樓頂鋪設(shè)了132塊光伏板，每天可發(fā)電120度。樓內(nèi)構(gòu)建了直流微網(wǎng)，柔性多狀態(tài)開關(guān)站預(yù)留了直流接口，樓內(nèi)22種直流用電設(shè)備可以接入直流電使用，這樣就沒有了交直流轉(zhuǎn)換的能源損耗。整套設(shè)備每年節(jié)約樓宇用能成本達100多萬元。
展望未來，直流微網(wǎng)的這一探索將使光伏、儲能、電動汽車與電網(wǎng)可靠互聯(lián)，滿足產(chǎn)城融合區(qū)高品質(zhì)用電需求。今后可接入風光氣地熱等多種能源形式，能源來源將更豐富、清潔。
大數(shù)據(jù)助力減排
應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵在于控碳，而必由之路是實現(xiàn)碳達峰、碳中和。智慧能源新城的建設(shè)，為城市加快節(jié)能減排提供了一條可行的“捷徑”。
“這兩個智慧能源小鎮(zhèn)均是以能源與城市融合發(fā)展為目標，充分體現(xiàn)了能源互聯(lián)網(wǎng)清潔低碳、安全可靠、泛在互聯(lián)、高效互動、智能開放的特征。”國網(wǎng)天津電力副總經(jīng)理陳竟成接受《瞭望東方周刊》采訪時說，智慧能源小鎮(zhèn)全面建成后，區(qū)域內(nèi)供電可靠性超過99.999%，重要負荷供電“零閃動”，區(qū)域內(nèi)清潔能源利用比例達到90%，可再生能源全額就地消納，電能占終端能源比重超過45%，多種能源協(xié)同轉(zhuǎn)化實現(xiàn)最優(yōu)利用，這些都與城市低碳減排的目標不謀而合。
中國工程院院士余貽鑫認為，智慧能源小鎮(zhèn)在能源轉(zhuǎn)型及電網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)、服務(wù)等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新突破，為智慧能源和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)做出探索，對天津構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要實踐意義。
2020年12月3日，國網(wǎng)天津電力運維人員在天津中新生態(tài)城“惠風溪”智慧能源小鎮(zhèn)監(jiān)控大廳內(nèi)監(jiān)測設(shè)備運行情況（孫凡越/攝）
作為國內(nèi)具有首創(chuàng)性的探索，兩個智慧能源小鎮(zhèn)還建成了覆蓋發(fā)輸變配用和源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的智慧物聯(lián)體系，綜合利用5G通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)了能源網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的“全感知”，電網(wǎng)運行模式由傳統(tǒng)“人工巡視”“故障搶修”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸悄苎惨暋薄爸鲃臃烙?。建設(shè)過程中積累的能源轉(zhuǎn)型、電網(wǎng)升級等10項技術(shù)創(chuàng)新成果和10項模式創(chuàng)新成果具備了復制推廣的條件。
值得注意的還有，電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用也提上了日程，將通過“最強大腦”縝密分析用能情況，輔助政府決策。
據(jù)介紹，國網(wǎng)天津電力創(chuàng)新“環(huán)保+電力大數(shù)據(jù)”模式，開發(fā)出“應(yīng)急減排企業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)”，能為生態(tài)環(huán)境部門有效精準地治理大氣污染提供助力。
“根據(jù)電力部門提供的用能數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)濱海新區(qū)有100多個被監(jiān)測企業(yè)存在夜間生產(chǎn)行為模式。通過查看分時用電曲線可知，有一家企業(yè)以夜間生產(chǎn)為主，呈現(xiàn)典型的避峰型生產(chǎn)模式，這與減排企業(yè)夜間停產(chǎn)的要求不符?！碧旖蚴猩鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測中心高級工程師孫猛介紹說，電力大數(shù)據(jù)實時性強、準確度高，具有與生產(chǎn)強相關(guān)的特點。天津市能源大數(shù)據(jù)中心實時監(jiān)控環(huán)保措施落實情況，第一時間將相關(guān)信息發(fā)送到生態(tài)環(huán)境部門。與此同時，工業(yè)企業(yè)用電情況分析報告，也將為減排量核算和精準治污提供技術(shù)支撐。
“這為重污染天氣期間開展監(jiān)管執(zhí)法提供了快速有效的監(jiān)管手段?！彼f。
基于前期探索，2020年11月，國網(wǎng)天津市電力公司與天津市生態(tài)環(huán)境局專門簽署《天津市電力大數(shù)據(jù)助力打好污染防治攻堅戰(zhàn)戰(zhàn)略合作協(xié)議》。雙方將聚焦數(shù)據(jù)應(yīng)用、技術(shù)合作等方面，開展電力大數(shù)據(jù)與污染關(guān)鍵因素關(guān)聯(lián)分析，有效提升精準治污和精準執(zhí)法水平。
創(chuàng)新沒有終點。未來，將有更多各美其美的智慧能源小鎮(zhèn)在中國崛起。它們目標一致、串點成網(wǎng)，將共同編織成低碳、高效、智慧生活的美好藍圖。
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