校園綜合能源服務(wù)分析

陸穎杰 湯卓凡

摘? 要：校園內(nèi)師生眾多，師生的生活教學(xué)等活動(dòng)對(duì)能源提出了很高要求。當(dāng)前，很多學(xué)校的綜合能源服務(wù)存在消耗大、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、服務(wù)效率低等問(wèn)題。為了提高校園綜合能源服務(wù)質(zhì)量，有必要結(jié)合校園能源使用需求及其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的整體性系統(tǒng)性能源服務(wù)方案。本文以某高校A校區(qū)為例，結(jié)合校區(qū)自身實(shí)際，建立運(yùn)行光伏風(fēng)電光電等能源的系統(tǒng)性能源系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上建設(shè)得到充電站、熱泵熱水、儲(chǔ)能、電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、建筑群能耗管理系統(tǒng)以及相應(yīng)的智慧能源管理平臺(tái)等，不僅有效滿足了學(xué)校師生的能源需要，同時(shí)有效降低能耗，減少對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）03（a）-0091-03

Analysis of Comprehensive Energy Service on Campus

LU Yingjie? TANG Zhuofan

（State Grid Shanghai Electric Power Company，Shanghai，200030 China）

Abstract： There are many teachers and students on campus， and the life teaching activities of teachers and students put high demands on energy. Currently， the comprehensive energy services of many schools have problems such as high consumption， serious waste of resources， and low service efficiency. In order to improve the quality of comprehensive energy services on campus， it is necessary to design a scientific and reasonable overall systemic energy service plan based on the needs and characteristics of campus energy use. In this paper， taking campus A of a university as an example， combined with the actual situation of the campus， a systematic energy system running photovoltaic， wind power， photovoltaic and other energy is established， and on this basis， the charging station， heat pump hot water， energy storage， grid operation control system， and building complex are built. The energy management system and the corresponding smart energy management platform not only effectively meet the energy needs of school teachers and students， but also effectively reduce energy consumption， reduce the impact on the surrounding ecological environment， and achieve good social， economic and ecological benefits.

Key Words： Integrated energy service; Park; Microgrid; Smart energy

近年來(lái)，我國(guó)積極推進(jìn)環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)，在這個(gè)過(guò)程中，很重要的一個(gè)工作內(nèi)容就是要減少對(duì)能源的消耗、降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。為了達(dá)到這一目的，需要針對(duì)傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)積極應(yīng)用新科技新能源，提高資源利用效率，完善能源配置，滿足人們工作生活需要。

校園的綜合能源服務(wù)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，這是因?yàn)閷W(xué)校集聚了大量學(xué)生和老師，師生的生活教學(xué)都集中在學(xué)校，因此，對(duì)能源應(yīng)用提出了很高要求。新時(shí)期要做好校園的綜合能源服務(wù)，就需要結(jié)合校園實(shí)際建設(shè)相應(yīng)的能源服務(wù)體系，提高資源利用率，完善能源系統(tǒng)管理和控制，運(yùn)用新技術(shù)建設(shè)智慧低碳的校園能源服務(wù)系統(tǒng)。

1? 項(xiàng)目實(shí)施背景

近年來(lái)，我國(guó)積極推進(jìn)能源革命，其目的就在于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，引入新型能源和綠色能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用率，減少對(duì)自然環(huán)境的破壞和污染，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能和低碳的使用效果。

本次研究以某大學(xué)A校區(qū)為例，分析在該校區(qū)建立完善的綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的可行性及其運(yùn)行效果。該校區(qū)占地960畝，建筑面積達(dá)到57.5萬(wàn)m2。本項(xiàng)目與該校區(qū)主體工程同步建設(shè)，并于2018年8月投入應(yīng)用。

2? 主要解決方案

綜合能源服務(wù)項(xiàng)目與該校區(qū)的整體規(guī)劃結(jié)合，從整體上制定建設(shè)方案，服務(wù)系統(tǒng)要滿足學(xué)校師生的能源需求，同時(shí)還要通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)和建設(shè)，達(dá)到優(yōu)化資源配置、提高能源利用率、減少污染的效果。具體來(lái)講，其設(shè)計(jì)思路如下：一是堅(jiān)持科學(xué)規(guī)劃統(tǒng)籌兼顧。校園綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)，要注重提高校園的整體能源管理水平減少校園運(yùn)行過(guò)程中的能耗，同時(shí)降低系統(tǒng)整體運(yùn)行成本，達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。二是要堅(jiān)持創(chuàng)新思維做好示范。針對(duì)本校區(qū)的綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)，首先必須滿足相關(guān)的政策要求，在此基礎(chǔ)上要結(jié)合校園實(shí)際進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新，注重推動(dòng)綠色校園的建設(shè)，進(jìn)一步提高校園能源利用效率，提高校園能源管理水平。三是要堅(jiān)持立足本校突出特色。本項(xiàng)目的建設(shè)施工，要始終從學(xué)校實(shí)際出發(fā)，注重突出學(xué)校特色，建設(shè)具有自身特點(diǎn)的數(shù)字化智能化校區(qū)能源服務(wù)系統(tǒng)[1]。

2.1 構(gòu)建智慧能源管控總平臺(tái)

智慧能源控制平臺(tái)是校園綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的核心，控制平臺(tái)能夠?qū)⑾到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)各個(gè)部分的技術(shù)體系進(jìn)行連接，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)校園能源系統(tǒng)的總體控制。借助計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)管理的數(shù)字化智能化，還可以及時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體運(yùn)行情況，針對(duì)其中可能存在的故障和問(wèn)題進(jìn)行反饋，并針對(duì)故障進(jìn)行定位為及時(shí)維修打下基礎(chǔ)。此外，控制平臺(tái)也是一個(gè)開(kāi)放性集成化平臺(tái)，可以根據(jù)需要拓展相關(guān)功能，為學(xué)校各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)提供支撐[2]。

2.2 應(yīng)用新能源發(fā)電技術(shù)

結(jié)合校區(qū)實(shí)際建立新能源系統(tǒng)，合理利用自然資源如風(fēng)能光能等，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，減少煤炭電力消耗，減少對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，促進(jìn)系統(tǒng)整體的節(jié)能減排;還要通過(guò)改進(jìn)能源結(jié)構(gòu)和運(yùn)行系統(tǒng)，盡量吸收新能源，減少電能升壓降壓過(guò)程中的電能損耗，從整體上減少系統(tǒng)能源消耗，促進(jìn)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行。本綜合能源服務(wù)系統(tǒng)包含分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其裝機(jī)容量為2061kW，系統(tǒng)內(nèi)部包含單晶多晶以及多種高效組件等。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要布置在學(xué)校教學(xué)樓宿舍等頂部，通過(guò)匯流箱將其產(chǎn)生的直流電進(jìn)行收集，并轉(zhuǎn)入逆變器，得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的交流電，就近并入校園低壓配電網(wǎng)，為師生提供電力供應(yīng)[3]。

系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了利用風(fēng)能的設(shè)備，在學(xué)校偏僻的位置配置一臺(tái)永磁直驅(qū)型風(fēng)機(jī)，利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電。此外，還在校園內(nèi)部相應(yīng)位置設(shè)置智慧路燈，這些路燈的能源主要來(lái)自光能和風(fēng)能，不僅如此，還可以結(jié)合學(xué)校生活需要，將道路路燈設(shè)計(jì)成為充電樁或者實(shí)施緊急呼救和無(wú)線網(wǎng)的載體，為師生帶來(lái)更加便捷的校園生活。

2.3 建設(shè)光電一體化充電站

學(xué)校內(nèi)部有大量巡邏車(chē)通勤車(chē)以及社會(huì)車(chē)輛，為了滿足這些車(chē)輛的充電需求，同時(shí)兼顧綠色環(huán)保的要求，在學(xué)校適當(dāng)位置建設(shè)光電一體化的充電站，一方面滿足各種車(chē)輛充電需要，另一方面減少汽車(chē)的尾氣排放，減少對(duì)空氣的污染。根據(jù)學(xué)校停車(chē)場(chǎng)的實(shí)際情況，在相應(yīng)的停車(chē)位上方設(shè)計(jì)光伏車(chē)棚，吸收光能，并轉(zhuǎn)換為電能，為電動(dòng)汽車(chē)提供清潔便利的充電服務(wù)。

2.4 應(yīng)用太陽(yáng)能+空氣源熱泵技術(shù)

為了有效利用太陽(yáng)能以及空氣源熱泵，在學(xué)校內(nèi)部的公寓樓頂部還設(shè)計(jì)了純銅超導(dǎo)熱管型太陽(yáng)能集熱器以及高效空氣源熱泵，利用太陽(yáng)能和空氣源熱泵實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的加熱，為宿舍樓供應(yīng)熱水，滿足學(xué)生的生活熱水使用需求。不僅如此，在熱水系統(tǒng)內(nèi)加入智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫水壓水位的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)需要對(duì)加熱時(shí)間溫度等進(jìn)行控制。系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)智能控制，根據(jù)天氣情況優(yōu)先利用太陽(yáng)能，從而減少對(duì)能源的消耗，提高系統(tǒng)節(jié)能效果。

2.5 構(gòu)建智能微電網(wǎng)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電的智能控制，還要在光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ)上建設(shè)對(duì)應(yīng)的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)不僅能夠有效控制風(fēng)能發(fā)電和光伏發(fā)電，還可以為相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)提供支撐，比如可以為學(xué)生研究新型電網(wǎng)技術(shù)提供生動(dòng)現(xiàn)實(shí)的展示平臺(tái)，幫助學(xué)校在相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)發(fā)展方面取得新的進(jìn)步。智能微電網(wǎng)系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能，還可以根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)字化管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源接入進(jìn)行管理，采集相關(guān)的用電信息，及時(shí)反映用電故障，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合節(jié)能等。智能微電網(wǎng)系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)發(fā)電量以及用電負(fù)荷實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，提高資源配置效率;還可以根據(jù)需要采用相應(yīng)的存儲(chǔ)技術(shù)，從而提高系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性和安全性，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，采用的光儲(chǔ)一體機(jī)技術(shù)可以有效提高電網(wǎng)運(yùn)行效率[4]。

2.6 應(yīng)用建筑群能效管理系統(tǒng)平臺(tái)

為了有效準(zhǔn)確及時(shí)監(jiān)測(cè)校區(qū)內(nèi)建筑群的能耗，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的建筑群能效管理系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)建筑群的監(jiān)測(cè)并及時(shí)調(diào)整能源供應(yīng)，一方面滿足建筑能源需要，另一方面減少能源消耗，推動(dòng)綠色系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。

3? 總體實(shí)施效果

該校區(qū)綜合能源服務(wù)系統(tǒng)建成并投入使用以來(lái)，截至2019年1月，該系統(tǒng)已經(jīng)累計(jì)發(fā)電達(dá)到150萬(wàn)kWh，為全校師生提供熱水共5萬(wàn)余噸，同時(shí)有效減少了能源系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的粉塵、二氧化碳、二氧化硅、氮氧化物的排放。研究數(shù)據(jù)顯示，在綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的幫助下，該校區(qū)可再生能源電力滲透率達(dá)到55.8%，這里所說(shuō)的可再生能源電力滲透率，指的是可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量與微電網(wǎng)內(nèi)峰值負(fù)荷的比值;此外，該校區(qū)的電力自給率達(dá)到53.4%，這里的電力自給率指的是清潔能源發(fā)電量與園區(qū)總用電量的比值。供電可靠性達(dá)到99.99%。不僅如此，在綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的幫助下，全校能夠?qū)崿F(xiàn)清潔電力的全天供應(yīng)，以及全天的熱水服務(wù)，以及編輯的充電設(shè)備和全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)等。這種綜合能源服務(wù)系統(tǒng)投入應(yīng)用以后，得到學(xué)校廣大師生的喜愛(ài)和肯定。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

研究發(fā)現(xiàn)，該綜合能源服務(wù)系統(tǒng)為學(xué)校企業(yè)等都帶來(lái)了良好經(jīng)濟(jì)效益，一是針對(duì)新能源進(jìn)行就地吸收消納，從而有效減少了電量的升壓以及降壓過(guò)程中產(chǎn)生的電能損耗以及相應(yīng)的電纜線路損耗，不僅如此，通過(guò)智慧能源控制平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，可以根據(jù)需要進(jìn)行能源供應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，減少資源浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的整體管理效率。還可以根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)字化管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源接入進(jìn)行管理，采集相關(guān)的用電信息，及時(shí)反映用電故障，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合節(jié)能等。智能微電網(wǎng)系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)發(fā)電量以及用電負(fù)荷實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，提高資源配置效率;還可以根據(jù)需要采用相應(yīng)的存儲(chǔ)技術(shù)，從而提高系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性和安全性，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，采用的光儲(chǔ)一體機(jī)技術(shù)可以有效提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。項(xiàng)目在滿足校園“綠色低碳、智慧高效”建設(shè)目標(biāo)的同時(shí)，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[5]。

3.2 社會(huì)效益

綜合能源服務(wù)系統(tǒng)達(dá)到了實(shí)用的效果，該系統(tǒng)投入應(yīng)用以來(lái)，為廣大師生帶來(lái)了持續(xù)穩(wěn)定的能源供應(yīng)，而且運(yùn)行狀態(tài)良好，滿足了師生的生活教學(xué)需要，這與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目具有本質(zhì)差異。該綜合能源服務(wù)系統(tǒng)真正做到了服務(wù)校園生活的實(shí)際效果，達(dá)到了良好的實(shí)踐應(yīng)用效果。

達(dá)到了良好的“節(jié)能”效果。結(jié)合校區(qū)實(shí)際建立新能源系統(tǒng)，合理利用自然資源如風(fēng)能光能等，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，減少煤炭電力消耗，減少對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，促進(jìn)系統(tǒng)整體的節(jié)能減排;還要通過(guò)改進(jìn)能源結(jié)構(gòu)和運(yùn)行系統(tǒng)，盡量吸收新能源，減少電能升壓降壓過(guò)程中的電能損耗，從整體上減少系統(tǒng)能源消耗，促進(jìn)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

具有突出特色。示范項(xiàng)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(shí)成為了師生科研實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象、先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的展示及教育平臺(tái)，為學(xué)校培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才提供有力支撐。

4? 結(jié)語(yǔ)

本次研究以某大學(xué)A校區(qū)的綜合能源服務(wù)系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中利用新能源和新技術(shù)實(shí)現(xiàn)降低能耗提高資源利用率的效果，為廣大師生帶來(lái)安全穩(wěn)定持續(xù)的能源供應(yīng)，同時(shí)減少對(duì)資源的消耗，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)了綠色安全校園的建設(shè)，具有良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 封紅麗.上海電力大學(xué)微電網(wǎng)示范項(xiàng)目成效調(diào)研[J].電器工業(yè)，2019（11）：50-53.

[2] 徐杰彥，王鶴，裴冠榮，等.面向校園的綜合能源服務(wù)示范項(xiàng)目應(yīng)用研究[J].電力需求側(cè)管理， 2019，21（4）：72-76.

[3] 郭雅格，柴黎.電能替代進(jìn)校園 綠色節(jié)能播種未來(lái)[J].大眾用電，2019，34（4）：57.

[4] 李寧.智能微電網(wǎng)運(yùn)行控制及能量管理研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2018.

[5] 藺帥帥.高新信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的微電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控模型研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2019.

[6] 孫璞.日本新能源開(kāi)發(fā)利用研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2019.