陸穎杰 湯卓凡

摘? 要：校園內(nèi)師生眾多，師生的生活教學等活動對能源提出了很高要求。當前，很多學校的綜合能源服務存在消耗大、資源浪費嚴重、服務效率低等問題。為了提高校園綜合能源服務質(zhì)量，有必要結(jié)合校園能源使用需求及其特點，設(shè)計科學合理的整體性系統(tǒng)性能源服務方案。本文以某高校A校區(qū)為例，結(jié)合校區(qū)自身實際，建立運行光伏風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、儲能、電網(wǎng)運行控制系統(tǒng)、建筑群能耗管理系統(tǒng)以及相應的智慧能源管理平臺等，不僅有效滿足了學校師生的能源需要，同時有效降低能耗，減少對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，實現(xiàn)良好的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

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

中圖分類號：TM73 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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，我國積極推進環(huán)境友好型社會建設(shè)，在這個過程中，很重要的一個工作內(nèi)容就是要減少對能源的消耗、降低對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。為了達到這一目的，需要針對傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，同時積極應用新科技新能源，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是一個系統(tǒng)性工程，這是因為學校集聚了大量學生和老師，師生的生活教學都集中在學校，因此，對能源應用提出了很高要求。新時期要做好校園的綜合能源服務，就需要結(jié)合校園實際建設(shè)相應的能源服務體系，提高資源利用率，完善能源系統(tǒng)管理和控制，運用新技術(shù)建設(shè)智慧低碳的校園能源服務系統(tǒng)。

1? 項目實施背景

近年來，我國積極推進能源革命，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，減少對自然環(huán)境的破壞和污染，實現(xiàn)綠色節(jié)能和低碳的使用效果。

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

2? 主要解決方案

綜合能源服務項目與該校區(qū)的整體規(guī)劃結(jié)合，從整體上制定建設(shè)方案，服務系統(tǒng)要滿足學校師生的能源需求，同時還要通過科學設(shè)計和建設(shè)，達到優(yōu)化資源配置、提高能源利用率、減少污染的效果。具體來講，其設(shè)計思路如下：一是堅持科學規(guī)劃統(tǒng)籌兼顧。校園綜合能源服務系統(tǒng)的設(shè)計建設(shè)，要注重提高校園的整體能源管理水平減少校園運行過程中的能耗，同時降低系統(tǒng)整體運行成本，達到更好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。二是要堅持創(chuàng)新思維做好示范。針對本校區(qū)的綜合能源服務系統(tǒng)的設(shè)計建設(shè)，首先必須滿足相關(guān)的政策要求，在此基礎(chǔ)上要結(jié)合校園實際進行科學創(chuàng)新，注重推動綠色校園的建設(shè)，進一步提高校園能源利用效率，提高校園能源管理水平。三是要堅持立足本校突出特色。本項目的建設(shè)施工，要始終從學校實際出發(fā)，注重突出學校特色，建設(shè)具有自身特點的數(shù)字化智能化校區(qū)能源服務系統(tǒng)[1]。

2.1 構(gòu)建智慧能源管控總平臺

智慧能源控制平臺是校園綜合能源服務系統(tǒng)的核心，控制平臺能夠?qū)⑾到y(tǒng)運行過程中各個環(huán)節(jié)各個部分的技術(shù)體系進行連接，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對校園能源系統(tǒng)的總體控制。借助計算機互聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)和設(shè)備，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)管理的數(shù)字化智能化，還可以及時監(jiān)測系統(tǒng)整體運行情況，針對其中可能存在的故障和問題進行反饋，并針對故障進行定位為及時維修打下基礎(chǔ)。此外，控制平臺也是一個開放性集成化平臺，可以根據(jù)需要拓展相關(guān)功能，為學校各項功能的實現(xiàn)提供支撐[2]。

2.2 應用新能源發(fā)電技術(shù)

結(jié)合校區(qū)實際建立新能源系統(tǒng)，合理利用自然資源如風能光能等，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，減少煤炭電力消耗，減少對周圍環(huán)境的污染，促進系統(tǒng)整體的節(jié)能減排;還要通過改進能源結(jié)構(gòu)和運行系統(tǒng)，盡量吸收新能源，減少電能升壓降壓過程中的電能損耗，從整體上減少系統(tǒng)能源消耗，促進系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運行。本綜合能源服務系統(tǒng)包含分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其裝機容量為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)主要布置在學校教學樓宿舍等頂部，通過匯流箱將其產(chǎn)生的直流電進行收集，并轉(zhuǎn)入逆變器，得到相應標準的交流電，就近并入校園低壓配電網(wǎng)，為師生提供電力供應[3]。

系統(tǒng)還設(shè)計了利用風能的設(shè)備，在學校偏僻的位置配置一臺永磁直驅(qū)型風機，利用風力進行發(fā)電。此外，還在校園內(nèi)部相應位置設(shè)置智慧路燈，這些路燈的能源主要來自光能和風能，不僅如此，還可以結(jié)合學校生活需要，將道路路燈設(shè)計成為充電樁或者實施緊急呼救和無線網(wǎng)的載體，為師生帶來更加便捷的校園生活。

2.3 建設(shè)光電一體化充電站

學校內(nèi)部有大量巡邏車通勤車以及社會車輛，為了滿足這些車輛的充電需求，同時兼顧綠色環(huán)保的要求，在學校適當位置建設(shè)光電一體化的充電站，一方面滿足各種車輛充電需要，另一方面減少汽車的尾氣排放，減少對空氣的污染。根據(jù)學校停車場的實際情況，在相應的停車位上方設(shè)計光伏車棚，吸收光能，并轉(zhuǎn)換為電能，為電動汽車提供清潔便利的充電服務。

2.4 應用太陽能+空氣源熱泵技術(shù)

為了有效利用太陽能以及空氣源熱泵，在學校內(nèi)部的公寓樓頂部還設(shè)計了純銅超導熱管型太陽能集熱器以及高效空氣源熱泵，利用太陽能和空氣源熱泵實現(xiàn)對水體的加熱，為宿舍樓供應熱水，滿足學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)，還可以實現(xiàn)對水溫水壓水位的監(jiān)測，并根據(jù)需要對加熱時間溫度等進行控制。系統(tǒng)還可以實現(xiàn)智能控制，根據(jù)天氣情況優(yōu)先利用太陽能，從而減少對能源的消耗，提高系統(tǒng)節(jié)能效果。

2.5 構(gòu)建智能微電網(wǎng)系統(tǒng)

為了實現(xiàn)對風力發(fā)電光伏發(fā)電的智能控制，還要在光伏風力發(fā)電系統(tǒng)基礎(chǔ)上建設(shè)對應的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)不僅能夠有效控制風能發(fā)電和光伏發(fā)電，還可以為相關(guān)的教學活動提供支撐，比如可以為學生研究新型電網(wǎng)技術(shù)提供生動現(xiàn)實的展示平臺，幫助學校在相關(guān)專業(yè)教學發(fā)展方面取得新的進步。智能微電網(wǎng)系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)混合儲能，還可以根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)智能化數(shù)字化管理，可以實現(xiàn)對新能源接入進行管理，采集相關(guān)的用電信息，及時反映用電故障，實現(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)電量以及用電負荷實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，提高資源配置效率;還可以根據(jù)需要采用相應的存儲技術(shù)，從而提高系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性和安全性，在系統(tǒng)運行過程中，采用的光儲一體機技術(shù)可以有效提高電網(wǎng)運行效率[4]。

2.6 應用建筑群能效管理系統(tǒng)平臺

為了有效準確及時監(jiān)測校區(qū)內(nèi)建筑群的能耗，設(shè)計對應的建筑群能效管理系統(tǒng)平臺，通過對建筑群的監(jiān)測并及時調(diào)整能源供應，一方面滿足建筑能源需要，另一方面減少能源消耗，推動綠色系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。

3? 總體實施效果

該校區(qū)綜合能源服務系統(tǒng)建成并投入使用以來，截至2019年1月，該系統(tǒng)已經(jīng)累計發(fā)電達到150萬kWh，為全校師生提供熱水共5萬余噸，同時有效減少了能源系統(tǒng)運行過程中的粉塵、二氧化碳、二氧化硅、氮氧化物的排放。研究數(shù)據(jù)顯示，在綜合能源服務系統(tǒng)的幫助下，該校區(qū)可再生能源電力滲透率達到55.8%，這里所說的可再生能源電力滲透率，指的是可再生能源發(fā)電裝機容量與微電網(wǎng)內(nèi)峰值負荷的比值;此外，該校區(qū)的電力自給率達到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。供電可靠性達到99.99%。不僅如此，在綜合能源服務系統(tǒng)的幫助下，全校能夠?qū)崿F(xiàn)清潔電力的全天供應，以及全天的熱水服務，以及編輯的充電設(shè)備和全覆蓋的網(wǎng)絡等。這種綜合能源服務系統(tǒng)投入應用以后，得到學校廣大師生的喜愛和肯定。

3.1 經(jīng)濟效益

研究發(fā)現(xiàn)，該綜合能源服務系統(tǒng)為學校企業(yè)等都帶來了良好經(jīng)濟效益，一是針對新能源進行就地吸收消納，從而有效減少了電量的升壓以及降壓過程中產(chǎn)生的電能損耗以及相應的電纜線路損耗，不僅如此，通過智慧能源控制平臺對系統(tǒng)進行管理，可以根據(jù)需要進行能源供應，并實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，減少資源浪費，提高系統(tǒng)的整體管理效率。還可以根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)智能化數(shù)字化管理，可以實現(xiàn)對新能源接入進行管理，采集相關(guān)的用電信息，及時反映用電故障，實現(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)電量以及用電負荷實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，提高資源配置效率;還可以根據(jù)需要采用相應的存儲技術(shù)，從而提高系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性和安全性，在系統(tǒng)運行過程中，采用的光儲一體機技術(shù)可以有效提高電網(wǎng)運行效率。項目在滿足校園“綠色低碳、智慧高效”建設(shè)目標的同時，也實現(xiàn)了經(jīng)濟上可行、總體符合企業(yè)的投資經(jīng)濟指標要求[5]。

3.2 社會效益

綜合能源服務系統(tǒng)達到了實用的效果，該系統(tǒng)投入應用以來，為廣大師生帶來了持續(xù)穩(wěn)定的能源供應，而且運行狀態(tài)良好，滿足了師生的生活教學需要，這與傳統(tǒng)的實驗性項目具有本質(zhì)差異。該綜合能源服務系統(tǒng)真正做到了服務校園生活的實際效果，達到了良好的實踐應用效果。

達到了良好的“節(jié)能”效果。結(jié)合校區(qū)實際建立新能源系統(tǒng)，合理利用自然資源如風能光能等，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，減少煤炭電力消耗，減少對周圍環(huán)境的污染，促進系統(tǒng)整體的節(jié)能減排;還要通過改進能源結(jié)構(gòu)和運行系統(tǒng)，盡量吸收新能源，減少電能升壓降壓過程中的電能損耗，從整體上減少系統(tǒng)能源消耗，促進系統(tǒng)的健康穩(wěn)定運行[6]。

具有突出特色。示范項目充分考慮了上海電力大學辦學特色，將學生培養(yǎng)、輔助科研實驗等學科建設(shè)與能源系統(tǒng)建設(shè)相結(jié)合，在擔負校區(qū)能源供應同時成為了師生科研實驗的研究對象、先進節(jié)能技術(shù)的展示及教育平臺，為學校培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才提供有力支撐。

4? 結(jié)語

本次研究以某大學A校區(qū)的綜合能源服務系統(tǒng)為研究對象，分析了該系統(tǒng)在運行過程中利用新能源和新技術(shù)實現(xiàn)降低能耗提高資源利用率的效果，為廣大師生帶來安全穩(wěn)定持續(xù)的能源供應，同時減少對資源的消耗，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，實現(xiàn)了綠色安全校園的建設(shè)，具有良好經(jīng)濟效益和社會效益，值得推廣應用。

參考文獻

[1] 封紅麗.上海電力大學微電網(wǎng)示范項目成效調(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示范項目應用研究[J].電力需求側(cè)管理， 2019，21（4）：72-76.

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

[4] 李寧.智能微電網(wǎng)運行控制及能量管理研究[D].長春：長春工業(yè)大學，2018.

[5] 藺帥帥.高新信息技術(shù)驅(qū)動下的微電網(wǎng)風險管控模型研究[D].華北電力大學（北京），2019.

[6] 孫璞.日本新能源開發(fā)利用研究[D].長春：吉林大學，2019.