智慧能源系統在綠色校園中的實踐和應用

王 飛 高 軍 吳 冬 王曉毅

1上海電力大學

2上海網能電力工程有限公司

0 前言

黨的“十九大”報告提出要推進綠色發展。碧海藍天、綠水青山、美麗中國的建設離不開綠色智能、清潔低碳、安全高效的能源體系。低能耗、低物耗生活方式是社會發展的進步標志，也是高校發展、高校新校區建設的目標。

上海電力大學臨港新校區于2015年開始建設，占地960畝。新校區建設得到各級政府高度重視，其中智慧能源系統是經國家發改委、能源局批準的全國首批28個項目之一，也是上海市首個新能源微電網示范項目。該項目以高標準、高起點、實用化、可復制為目標，著力打造“智能、低碳、環保、節能”新一代綠色校園。

圖1 智慧能源管理控制平臺

該校智慧能源管理平臺伴隨新校區的啟用于2018年9月投入運行。歷經8個多月運行，已充分展示了智慧能源系統智能化。智能微電網、智能熱網、智慧能源管控平臺功能齊全、運行平穩、節能環保、清潔低碳、安全高效，充分體現了新校區項目建設規范，見圖1。

1 智慧能源系統的內容

上海電力大學臨港新校區建設重點為智慧能源系統的建立。該系統綜合運用最新、最成熟的國際、國家信息化技術和標準，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息、通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，使系統具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活等特征。在結構上，系統包含感知層、網絡層、平臺層和應用層，通過大數據、云計算、區塊鏈等信息、智能技術，匯集各方資源，為規劃建設、生產、企業生態環境的構建等提供充足有效的信息和數據支撐。

智慧能源系統主要由風光儲一體化智能微網、太陽能+空氣源熱泵智能熱網、智慧能源管控平臺三大模塊組成。各個系統協調配合，實現源、網、荷、儲協同運行及綜合管理。

本系統與用戶側、需求側的各種異構能源系統、上級電網或政府平臺無縫集成，實現信息實時共享；利用5G技術實現移動終端對能源系統的管控；通過萬物互聯、人機交互大力提升數據自動采集、自動獲取、靈活應用能力；通過全息感知、泛在互、全網融通、開放共享打造能源互聯網生態圈，見圖2。

圖2 綜合能源智慧管控系統

1)風光儲一體化智能微網

臨港校區風光儲一體化智能微網，設計的光伏裝機總容量為2．061MW，風機裝機總容量為300kW。為保證在大電網失電情況下，微電網能繼續為各樓宇內照明等供電，微網配置了容量為500KWh的磷酸鐵鋰、鉛碳儲能及超級電容作為備用系統。除備用功能外，儲能系統還具有平滑光伏風機發電出力、吸納光伏富余電能、參與電網削峰填谷等功能。此外，系統還配套建設了智能變電站和微電網能量管理系統，通過它們控制智能微網系統并離網切換和發電調度。微電網能量管理系統采集數據，在滿足系統安全、穩定運行和供電質量等要求下，根據優化目標函數，采用不同時段用能尺度運行方式和能量管理策略，對微電網中各發電單元優化調度、合理分配出力，實現微電網系統的優化運行。在微電網離網運行模式下，儲能系統作為主電源，為孤島系統提供參考頻率和電壓。系統根據光伏、風機出力和負荷情況又對儲能進行綜合調控，實現微電網電源出力和負荷的實時平衡，必要時可采取切負荷/切機手段，維持風光儲系統頻率和電壓穩定。

通過采用光伏發電、風力發電、儲能技術、智能變配電設備和智能用電設備等，結合電力需求側管理和電能質量控制技術，構建智能微網系統，實現產能、用能信息自動采集、供電故障快速響應、綜合節能管理、智慧辦公互動、電動汽車充電服務、新能源接入管理。

2)太陽能+空氣源熱泵智能熱網

新校區采用太陽能集熱、空氣源熱泵、多聯機組、蓄冷蓄熱等供能系統，結合水泵變頻、主機群控和回風熱回收等節能技術，根據建筑物功能和用能特點、建設進度和供能區域的劃分，實現智能熱網、空調、熱水系統的優化控制。

臨港新校區每棟學生公寓及食堂樓頂安裝了太陽能集熱器和空氣源熱泵集中供應生活熱水，通過系統平臺實現熱水系統的監測、控制和節能優化。熱水系統每天可提供800余噸熱水，解決了上萬名師生生活熱水使用需求。

3)智慧能源管控平臺

智慧能源管控平臺通過實時能耗數據實現微電網、變電站遠程集中管理和各類能源精細化管理。智慧能源管控平臺與智能微網、太陽能熱水+空氣源熱泵熱水器、校園照明智能控制及校園直流微網系統等信息集成及數據共享，滿足學校對新能源發電、校區用電等綜合能源的實時監控與管理。通過對資源利用情況進行統計、分析、比較等,平臺形成能源使用效率和節能量綜合評估和審計功能，為決策者提供實時數據，并根據管理者要求，實現節能控制綜合管控，全面打造創新節能模式，成為“智慧校園”節能減排的信息化基礎架構。

2 智慧能源系統的功能

智慧能源系統基于物聯網、云計算和大數據監測平臺，對全校上萬個點進行實時監測。通過對能源分類分產分項數據化采集以及故障點監測，實現對資源一體化布控,見圖3。

圖3 智慧能源系統監控

智能微電網調度子系統和智能熱網子系統通過能源系統的監控達到能源管理優化調度。

建筑群能耗監測管理子系統完成建筑能耗對標、分項能耗分析、水平衡分析和限額告警等功能：

（1）通過校區建筑多維度能耗對標，實現建筑節能考核，并提供相關用能建議。

（2）通過各項能耗數據，及同比、環比或者任意時段能耗對比分析出用能特征及用能規律。

（3）通過水平衡分析發現異常，鎖定漏水范圍，提高檢測和維修效率。

（4）通過能耗限額設置，實現能耗超標或異常等報警，并分析異常原因。

3 智慧能源系統的成果

上海電力大學臨港校區自2018年9月運行以來，節能降耗效果非常顯著。智慧能源管理系統對提升整個校區能耗管理起了重大的作用。經測算，上海電力大學智慧校園與其他傳統校園相比能耗降低約30%，見表1。

表1 上海電力大學風光熱減排數據(年)

智慧能源系統具備數據處理、實時監控、報表管理等功能。設計采用一體化結構，界面風格、數據格式保持一致，有效保證了節能減排信息化系統框架；互聯網、校內網等多種方式，滿足不同群體用戶的使用；智能電網標準化接口，有利于界面擴展和繼續提升。

根據學校用能環節特點，智慧能源系統采用分系統綜合一體化解決方案，集中監管主要能耗，如電、水、熱等。針對各類能源，系統從源頭、終端和過程進行全方位監管，并根據能源類型建立監管分系統，實現不同管理模式，確保節能減排持續發展。

智慧能源系統使整個園區的能源使用做到“無死角、全方位”的監控。系統與微電網建立智能化調度，充分利用智能電網等能源技術和大數據、云計算等信息技術，將能源系統打造成具有前瞻性、技術性和展示性的新系統，實現能源利用的穩定、清潔和高效，使之成為園區能源互聯網典型的應用案例。

4 結語

智慧能源系統真正實現綠色能源源、網、荷、儲的協同運行和綜合管理，滿足節能減排和智能運管要求。同時，該項目也是商業運作成功示范。學校引進了國網節能、上海網能等最具技術前瞻性、最專業化公司進行投資、規劃、建設等，項目實施中吸納了學校相關專業教師、學生團隊參與，并在校企合作，產、學、研結合，科技創新共同推廣復制等方面做出了有意義的探索。