低碳智慧園區(qū)建設(shè)與應(yīng)用實踐

陳甜甜，范鈺波，王 卉，嚴(yán) 石，楊 哲，方 炯，劉 婧，唐 敏

(國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.上海恒能泰企業(yè)管理有限公司璞能電力科技工程分公司，上海 200437)

1 建設(shè)背景

在雙碳目標(biāo)實現(xiàn)和新型電力系統(tǒng)建設(shè)的形勢背景下，電力企業(yè)承擔(dān)起能源主力軍的重任。園區(qū)作為企業(yè)綠色發(fā)展和能源低碳化轉(zhuǎn)型的重要空間載體，可以通過深入挖掘園區(qū)的碳減排潛力，能夠以低碳智慧園區(qū)的示范效用來帶動企業(yè)、社會的低碳高效發(fā)展。然而，截止目前低碳園區(qū)建設(shè)還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展路徑尚不明確，存在一些共性問題：一是雙碳技術(shù)的發(fā)展時間不長，研究不夠深入；二是欠缺低碳管理理念，還沿用過去高產(chǎn)能、高污染的發(fā)展思路，沒有及時向低碳、可持續(xù)發(fā)展的新思路轉(zhuǎn)變；三是員工低碳意識較弱，在思想和行為上缺乏正確引導(dǎo)，導(dǎo)致園區(qū)綠色發(fā)展動力不足。

2 低碳智慧園區(qū)建設(shè)思路

低碳智慧園區(qū)致力于滿足社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，以最小的經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)生更少的碳排放。低碳智慧園區(qū)建設(shè)面向建筑、園區(qū)、電網(wǎng)等降碳應(yīng)用場景，依據(jù)“理論研究+技術(shù)創(chuàng)新+示范應(yīng)用”建設(shè)思路，以數(shù)字化建設(shè)為抓手，以全要素能力建設(shè)為驅(qū)動，探索出一條科學(xué)可行且行之有效的碳中和園區(qū)實施路徑，形成國網(wǎng)首批可測量、可測算、可測評、可推廣的低碳園區(qū)示范樣板。

3 低碳智慧園區(qū)建設(shè)的主要做法

瞄準(zhǔn)未來雙碳領(lǐng)域的核心技術(shù)方向，重點在低碳技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等理論分析、碳排放綜合管理、區(qū)塊鏈碳足跡溯源、碳捕集與儲存、多能互補、需求側(cè)響應(yīng)、儲能、電動汽車有序充電等30項核心技術(shù)上開展創(chuàng)新研究，以低碳智慧園區(qū)為落點實施融合應(yīng)用。

(1) 構(gòu)建微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。構(gòu)建由風(fēng)電、光伏、儲能、充電樁組成的微網(wǎng)，以園區(qū)技術(shù)節(jié)能減碳為導(dǎo)向，考慮未來高滲透率清潔能源接入、大量電動汽車接入需求，建立低碳園區(qū)綜合能量管理系統(tǒng)，見圖1。通過各類新能源資源、儲能與可響應(yīng)負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)大量分布式光伏電源接入后用能負(fù)荷對新能源出力的追蹤，促進(jìn)新能源高效利用；創(chuàng)新電動汽車充電服務(wù)模式，以有序充電控制策略實現(xiàn)充電智能管控，擴(kuò)大需求側(cè)響應(yīng)規(guī)模；研究應(yīng)用儲能技術(shù)，實現(xiàn)削峰填谷、光滑微網(wǎng)出力等用能調(diào)節(jié)。系統(tǒng)應(yīng)用大幅提升了綜合能源利用效率，為園區(qū)多能源優(yōu)化調(diào)度、綠色低碳和優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)提供支撐。

圖1 低碳智慧園區(qū)實景展示(光伏、儲能、電動汽車充電樁)

(2) 建設(shè)全域分項計量系統(tǒng)。全面開展能耗分項計量，根據(jù)建筑能耗科學(xué)選擇計量點，在園區(qū)空調(diào)、電梯、食堂、實驗室、電動汽車等重要能源消耗端口全覆蓋安裝智能表計，依托分項計量系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化集成運用，實現(xiàn)用能實時監(jiān)測和精準(zhǔn)計量，為園區(qū)精細(xì)化管控、準(zhǔn)確識別節(jié)能方向提供決策依據(jù)，全面挖掘降碳潛力，打造低能耗綜合園區(qū)典范，見圖2。

圖2 分項計量系統(tǒng)能源信息采集架構(gòu)圖

(3)打造自動感知綠色建筑。綠色智能建筑是低碳智慧園區(qū)的重要組成部分，園區(qū)依托“雙改造”著力打造可持續(xù)發(fā)展的綠色節(jié)能建筑，形成人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體。一是樓宇改造，提升樓宇結(jié)構(gòu)能效。針對特定建筑開展超低能耗改造：墻體選擇合適的隔熱材料；新增屋面架空隔熱板，減少其傳熱損失以及在夏季的內(nèi)表面溫度波動；安裝斷橋鋁合金中空Low-e玻璃窗戶降低窗戶的傳感系數(shù)，實現(xiàn)窗體節(jié)能。二是設(shè)備改造，提升園區(qū)能效水平，降低碳排放量。重要能耗設(shè)備通過實時分析，自適應(yīng)優(yōu)化進(jìn)入“低功耗模式”：對空調(diào)集中安裝監(jiān)控系統(tǒng)，通過攝像頭進(jìn)行人數(shù)捕捉，計算空調(diào)出力，實現(xiàn)智慧節(jié)能控制；在車庫試點智慧照明系統(tǒng)，通過自動感知完成開關(guān)控制，有效管理照明設(shè)備；在電梯上加裝能量反饋系統(tǒng)，將機(jī)械能產(chǎn)生的交流電回饋至電網(wǎng)，實現(xiàn)能量回收，助力樓宇設(shè)施節(jié)能減碳。

(4)建成數(shù)字化管理服務(wù)平臺。以數(shù)字化建設(shè)為抓手，結(jié)合低碳智慧園區(qū)運行需求，開發(fā)應(yīng)用雙碳數(shù)字化管理服務(wù)平臺，把握低碳園區(qū)建設(shè)內(nèi)涵，按照“精準(zhǔn)計量，節(jié)能改造，智慧感知，可視可控”的基本原則，設(shè)計可擴(kuò)展的高級分析應(yīng)用平臺，實現(xiàn)“碳”數(shù)據(jù)的收集、管理、分析及展示，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。平臺基于園區(qū)歷史數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)園區(qū)碳排放趨勢預(yù)測；應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)溯源碳足跡，通過平臺推廣開展碳資產(chǎn)管理，為探索碳市場交易提供有力支撐，強(qiáng)化園區(qū)低碳運營能力。

2020年低碳智慧園區(qū)通過新能源發(fā)電、微網(wǎng)EMS協(xié)調(diào)控制、園區(qū)綠植碳匯、樓宇節(jié)能改造、電能替代等方式累積減碳約200 t，通過上海環(huán)交所購買剩余碳排放配額進(jìn)行核銷，成功實現(xiàn)2020年度園區(qū)碳中和，率先成為采用碳排放配額核銷實現(xiàn)碳中和的園區(qū)。

4 管理創(chuàng)新舉措

(1)頂層規(guī)劃園區(qū)發(fā)展路徑。強(qiáng)化項目頂層設(shè)計，系統(tǒng)謀劃布局低碳智慧園區(qū)建設(shè)路線，明確路線圖和施工圖，配套形成工作方案，明確各層級、各部門(中心)的職責(zé)分工，確立日常管理機(jī)制、聯(lián)合研發(fā)機(jī)制和推廣應(yīng)用機(jī)制三種機(jī)制，推動各層級協(xié)調(diào)聯(lián)動、信息暢通，加速推動雙碳技術(shù)創(chuàng)新和雙碳成果高效推廣。同步培育專業(yè)技術(shù)型、綜合型、標(biāo)準(zhǔn)型三類專家人才資源，大力培養(yǎng)儲能、碳核查等碳領(lǐng)域的專業(yè)人才。

(2)強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)實驗室建設(shè)。依托低碳智慧園區(qū)開展雙碳技術(shù)研發(fā)，超前引領(lǐng)雙碳標(biāo)準(zhǔn)布局，指導(dǎo)能源電力行業(yè)雙碳標(biāo)準(zhǔn)制定，促進(jìn)行業(yè)良性發(fā)展；牽頭制定《微電網(wǎng)碳排放核查標(biāo)準(zhǔn)》《區(qū)域配電網(wǎng)碳排放核查標(biāo)準(zhǔn)》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)及光儲充一體化系列標(biāo)準(zhǔn)，填補電網(wǎng)行業(yè)在雙碳領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)空地，有效支撐和引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。建成上海首家企業(yè)級碳中和實驗室，聚焦碳達(dá)峰與碳中和、能源互聯(lián)網(wǎng)與新型電力系統(tǒng)、電力市場與碳市場等五大研究方向，為雙碳領(lǐng)域發(fā)展提供解決方案。

(3)注重深層次行為引導(dǎo)。強(qiáng)化消費側(cè)引導(dǎo)和結(jié)果評價，指引企業(yè)和個人行為方向，推動廣泛形成綠色低碳生產(chǎn)生活方式。一是建立電力企業(yè)低碳智慧園區(qū)建設(shè)及評價指標(biāo)體系。以低碳經(jīng)濟(jì)為研究切入點，科學(xué)建立園區(qū)評價指標(biāo)體系，推動園區(qū)建設(shè)最優(yōu)配置。二是建立企業(yè)、員工低碳行為模式。倡導(dǎo)員工選擇低碳生活，降低日常生活碳排放；推行綠色節(jié)能基建，減少電力設(shè)施建設(shè)產(chǎn)生的碳排放；實施智能后勤，約束工作過程中的碳排放；鼓勵電動汽車等綠色出行方式，減少公共用車尾氣碳排放。

(4)培育新型業(yè)務(wù)增長點。圍繞國家及上海市雙碳戰(zhàn)略落地，依托低碳智慧園區(qū)建設(shè)成果，培育碳標(biāo)準(zhǔn)制定及培訓(xùn)、低碳戰(zhàn)略咨詢、碳核查、碳檢測等業(yè)務(wù)，同時根據(jù)市場需求進(jìn)一步拓展低碳技術(shù)研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)合格認(rèn)定、金融服務(wù)與碳交易等業(yè)務(wù)，積極推進(jìn)碳市場商業(yè)模式的發(fā)展。基于市場前景和商業(yè)盈利模式分析，率先開展碳排放檢測和核算能力建設(shè)，建立面向上海市的碳核查、碳監(jiān)測等業(yè)務(wù)體系，構(gòu)建新型商業(yè)模式，形成共贏發(fā)展的碳市場格局。

5 應(yīng)用成效

(1)經(jīng)濟(jì)效益。低碳智慧園區(qū)應(yīng)用成果可市廣泛推廣應(yīng)用，具備較好的經(jīng)濟(jì)效益。一是降低用電成本。經(jīng)實際測算，園區(qū)內(nèi)單棟樓宇每年節(jié)省電費十余萬元。二是拓展新興業(yè)務(wù)。面向上海碳排放企業(yè)開展碳咨詢、碳標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)、碳檢測、碳核查等技術(shù)服務(wù)，開拓碳市場新應(yīng)用，預(yù)計每年可產(chǎn)生效益約500萬元。

(2)環(huán)境效益。低碳智慧園區(qū)以清潔和綠色的方式開展雙碳技術(shù)示范應(yīng)用，遵循“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念，建立了一個綠色、低碳、安全可靠的低碳智慧園區(qū)服務(wù)體系。經(jīng)實際測算，園區(qū)內(nèi)單棟樓宇每年減少碳排放量約100 t，以10 000棟同體量樓宇為例，可為上海減少碳排放量100萬t，有效提升清潔能源使用率，資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等效益顯著。

(3)相關(guān)方效益。積極探索在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型下的雙碳技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，在行業(yè)內(nèi)外都取得了較好的效益。一是建成微網(wǎng)多能互補、電動汽車負(fù)荷側(cè)靈活互動、儲能等雙碳新興技術(shù)應(yīng)用工程樣板，為電力系統(tǒng)上下游企業(yè)在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)雙碳戰(zhàn)略實施落地提供了新思路。二是積極試點碳交易市場，通過上海環(huán)交所購買剩余碳排放配額進(jìn)行核銷，率先成為以碳配額核銷方式完成碳中和認(rèn)證的園區(qū)，為全國碳交易市場貢獻(xiàn)上海經(jīng)驗。三是促進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和完善,牽頭編制的《區(qū)域配電網(wǎng)碳排放核算規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式獲批發(fā)布，是電力行業(yè)在碳排放領(lǐng)域發(fā)布的首個團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

低碳智慧園區(qū)建設(shè)通過融合雙碳技術(shù)系列成果落地應(yīng)用，率先融入數(shù)字化手段，打造雙碳服務(wù)管理平臺，形成了低碳園區(qū)建設(shè)典型經(jīng)驗，總結(jié)了園區(qū)建設(shè)管理創(chuàng)新舉措，成功實現(xiàn)了雙碳關(guān)鍵技術(shù)的重大進(jìn)展，顯著提升了企業(yè)雙碳實施管理水平，精準(zhǔn)助力企業(yè)實施碳減排，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，具有高度的推廣應(yīng)用價值和借鑒意義。