校園綜合能源服務分析

陸穎杰 湯卓凡

摘? 要：校園內師生眾多，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量，有必要結合校園能源使用需求及其特點，設計科學合理的整體性系統性能源服務方案。本文以某高校A校區為例，結合校區自身實際，建立運行光伏風電光電等能源的系統性能源系統，在此基礎上建設得到充電站、熱泵熱水、儲能、電網運行控制系統、建筑群能耗管理系統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，減少對周圍生態環境的影響，實現良好的社會效益、經濟效益和生態效益。

關鍵詞：綜合能源服務? 園區? 微電網? 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，我國積極推進環境友好型社會建設，在這個過程中，很重要的一個工作內容就是要減少對能源的消耗、降低對生態環境的污染和破壞。為了達到這一目的，需要針對傳統能源結構進行調整，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，就需要結合校園實際建設相應的能源服務體系，提高資源利用率，完善能源系統管理和控制，運用新技術建設智慧低碳的校園能源服務系統。

1? 項目實施背景

近年來，我國積極推進能源革命，其目的就在于轉變傳統的能源結構，引入新型能源和綠色能源，優化能源結構，提高能源利用率，減少對自然環境的破壞和污染，實現綠色節能和低碳的使用效果。

本次研究以某大學A校區為例，分析在該校區建立完善的綜合能源服務系統的可行性及其運行效果。該校區占地960畝，建筑面積達到57.5萬m2。本項目與該校區主體工程同步建設，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的整體規劃結合，從整體上制定建設方案，服務系統要滿足學校師生的能源需求，同時還要通過科學設計和建設，達到優化資源配置、提高能源利用率、減少污染的效果。具體來講，其設計思路如下：一是堅持科學規劃統籌兼顧。校園綜合能源服務系統的設計建設，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，同時降低系統整體運行成本，達到更好的經濟效益和生態效益。二是要堅持創新思維做好示范。針對本校區的綜合能源服務系統的設計建設，首先必須滿足相關的政策要求，在此基礎上要結合校園實際進行科學創新，注重推動綠色校園的建設，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。本項目的建設施工，要始終從學校實際出發，注重突出學校特色，建設具有自身特點的數字化智能化校區能源服務系統[1]。

2.1 構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的核心，控制平臺能夠將系統運行過程中各個環節各個部分的技術體系進行連接，在此基礎上實現對校園能源系統的總體控制。借助計算機互聯網等先進技術和設備，可以實現對系統管理的數字化智能化，還可以及時監測系統整體運行情況，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。此外，控制平臺也是一個開放性集成化平臺，可以根據需要拓展相關功能，為學校各項功能的實現提供支撐[2]。

2.2 應用新能源發電技術

結合校區實際建立新能源系統，合理利用自然資源如風能光能等，減少對傳統能源的依賴，減少煤炭電力消耗，減少對周圍環境的污染，促進系統整體的節能減排;還要通過改進能源結構和運行系統，盡量吸收新能源，減少電能升壓降壓過程中的電能損耗，從整體上減少系統能源消耗，促進系統的健康穩定運行。本綜合能源服務系統包含分布式光伏發電系統，其裝機容量為2061kW，系統內部包含單晶多晶以及多種高效組件等。光伏發電系統主要布置在學校教學樓宿舍等頂部，通過匯流箱將其產生的直流電進行收集，并轉入逆變器，得到相應標準的交流電，就近并入校園低壓配電網，為師生提供電力供應[3]。

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

2.3 建設光電一體化充電站

學校內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，同時兼顧綠色環保的要求，在學校適當位置建設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。根據學校停車場的實際情況，在相應的停車位上方設計光伏車棚，吸收光能，并轉換為電能，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

為了有效利用太陽能以及空氣源熱泵，在學校內部的公寓樓頂部還設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，在熱水系統內加入智慧熱網系統，還可以實現對水溫水壓水位的監測，并根據需要對加熱時間溫度等進行控制。系統還可以實現智能控制，根據天氣情況優先利用太陽能，從而減少對能源的消耗，提高系統節能效果。

2.5 構建智能微電網系統

為了實現對風力發電光伏發電的智能控制，還要在光伏風力發電系統基礎上建設對應的智能微電網系統。這個系統不僅能夠有效控制風能發電和光伏發電，還可以為相關的教學活動提供支撐，比如可以為學生研究新型電網技術提供生動現實的展示平臺，幫助學校在相關專業教學發展方面取得新的進步。智能微電網系統不僅能實現混合儲能，還可以根據系統需要實現智能化數字化管理，可以實現對新能源接入進行管理，采集相關的用電信息，及時反映用電故障，實現系統的綜合節能等。智能微電網系統可以根據電網發電量以及用電負荷實現資源的優化配置，提高資源配置效率;還可以根據需要采用相應的存儲技術，從而提高系統自身的穩定性和安全性，在系統運行過程中，采用的光儲一體機技術可以有效提高電網運行效率[4]。

2.6 應用建筑群能效管理系統平臺

為了有效準確及時監測校區內建筑群的能耗，設計對應的建筑群能效管理系統平臺，通過對建筑群的監測并及時調整能源供應，一方面滿足建筑能源需要，另一方面減少能源消耗，推動綠色系統的建設和發展。

3? 總體實施效果

該校區綜合能源服務系統建成并投入使用以來，截至2019年1月，該系統已經累計發電達到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。研究數據顯示，在綜合能源服務系統的幫助下，該校區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電裝機容量與微電網內峰值負荷的比值;此外，該校區的電力自給率達到53.4%，這里的電力自給率指的是清潔能源發電量與園區總用電量的比值。供電可靠性達到99.99%。不僅如此，在綜合能源服務系統的幫助下，全校能夠實現清潔電力的全天供應，以及全天的熱水服務，以及編輯的充電設備和全覆蓋的網絡等。這種綜合能源服務系統投入應用以后，得到學校廣大師生的喜愛和肯定。

3.1 經濟效益

研究發現，該綜合能源服務系統為學校企業等都帶來了良好經濟效益，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進行管理，可以根據需要進行能源供應，并實現資源的優化配置，減少資源浪費，提高系統的整體管理效率。還可以根據系統需要實現智能化數字化管理，可以實現對新能源接入進行管理，采集相關的用電信息，及時反映用電故障，實現系統的綜合節能等。智能微電網系統可以根據電網發電量以及用電負荷實現資源的優化配置，提高資源配置效率;還可以根據需要采用相應的存儲技術，從而提高系統自身的穩定性和安全性，在系統運行過程中，采用的光儲一體機技術可以有效提高電網運行效率。項目在滿足校園“綠色低碳、智慧高效”建設目標的同時，也實現了經濟上可行、總體符合企業的投資經濟指標要求[5]。

3.2 社會效益

綜合能源服務系統達到了實用的效果，該系統投入應用以來，為廣大師生帶來了持續穩定的能源供應，而且運行狀態良好，滿足了師生的生活教學需要，這與傳統的實驗性項目具有本質差異。該綜合能源服務系統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“節能”效果。結合校區實際建立新能源系統，合理利用自然資源如風能光能等，減少對傳統能源的依賴，減少煤炭電力消耗，減少對周圍環境的污染，促進系統整體的節能減排;還要通過改進能源結構和運行系統，盡量吸收新能源，減少電能升壓降壓過程中的電能損耗，從整體上減少系統能源消耗，促進系統的健康穩定運行[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、輔助科研實驗等學科建設與能源系統建設相結合，在擔負校區能源供應同時成為了師生科研實驗的研究對象、先進節能技術的展示及教育平臺，為學校培養產業人才提供有力支撐。

4? 結語

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

參考文獻

[1] 封紅麗.上海電力大學微電網示范項目成效調研[J].電器工業，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].電力需求側管理， 2019，21（4）：72-76.

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

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

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

[6] 孫璞.日本新能源開發利用研究[D].長春：吉林大學，2019.