智慧能源系统在绿色校园中的实践和应用

王 飞 高 军 吴 冬 王晓毅

1上海电力大学

2上海网能电力工程有限公司

0 前言

党的“十九大”报告提出要推进绿色发展。碧海蓝天、绿水青山、美丽中国的建设离不开绿色智能、清洁低碳、安全高效的能源体系。低能耗、低物耗生活方式是社会发展的进步标志，也是高校发展、高校新校区建设的目标。

上海电力大学临港新校区于2015年开始建设，占地960亩。新校区建设得到各级政府高度重视，其中智慧能源系统是经国家发改委、能源局批准的全国首批28个项目之一，也是上海市首个新能源微电网示范项目。该项目以高标准、高起点、实用化、可复制为目标，着力打造“智能、低碳、环保、节能”新一代绿色校园。

图1 智慧能源管理控制平台

该校智慧能源管理平台伴随新校区的启用于2018年9月投入运行。历经8个多月运行，已充分展示了智慧能源系统智能化。智能微电网、智能热网、智慧能源管控平台功能齐全、运行平稳、节能环保、清洁低碳、安全高效，充分体现了新校区项目建设规范，见图1。

1 智慧能源系统的内容

上海电力大学临港新校区建设重点为智慧能源系统的建立。该系统综合运用最新、最成熟的国际、国家信息化技术和标准，充分应用移动互联、人工智能等现代信息、通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，使系统具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活等特征。在结构上，系统包含感知层、网络层、平台层和应用层，通过大数据、云计算、区块链等信息、智能技术，汇集各方资源，为规划建设、生产、企业生态环境的构建等提供充足有效的信息和数据支撑。

智慧能源系统主要由风光储一体化智能微网、太阳能+空气源热泵智能热网、智慧能源管控平台三大模块组成。各个系统协调配合，实现源、网、荷、储协同运行及综合管理。

本系统与用户侧、需求侧的各种异构能源系统、上级电网或政府平台无缝集成，实现信息实时共享；利用5G技术实现移动终端对能源系统的管控；通过万物互联、人机交互大力提升数据自动采集、自动获取、灵活应用能力；通过全息感知、泛在互、全网融通、开放共享打造能源互联网生态圈，见图2。

图2 综合能源智慧管控系统

1)风光储一体化智能微网

临港校区风光储一体化智能微网，设计的光伏装机总容量为2．061MW，风机装机总容量为300kW。为保证在大电网失电情况下，微电网能继续为各楼宇内照明等供电，微网配置了容量为500KWh的磷酸铁锂、铅碳储能及超级电容作为备用系统。除备用功能外，储能系统还具有平滑光伏风机发电出力、吸纳光伏富余电能、参与电网削峰填谷等功能。此外，系统还配套建设了智能变电站和微电网能量管理系统，通过它们控制智能微网系统并离网切换和发电调度。微电网能量管理系统采集数据，在满足系统安全、稳定运行和供电质量等要求下，根据优化目标函数，采用不同时段用能尺度运行方式和能量管理策略，对微电网中各发电单元优化调度、合理分配出力，实现微电网系统的优化运行。在微电网离网运行模式下，储能系统作为主电源，为孤岛系统提供参考频率和电压。系统根据光伏、风机出力和负荷情况又对储能进行综合调控，实现微电网电源出力和负荷的实时平衡，必要时可采取切负荷/切机手段，维持风光储系统频率和电压稳定。

通过采用光伏发电、风力发电、储能技术、智能变配电设备和智能用电设备等，结合电力需求侧管理和电能质量控制技术，构建智能微网系统，实现产能、用能信息自动采集、供电故障快速响应、综合节能管理、智慧办公互动、电动汽车充电服务、新能源接入管理。

2)太阳能+空气源热泵智能热网

新校区采用太阳能集热、空气源热泵、多联机组、蓄冷蓄热等供能系统，结合水泵变频、主机群控和回风热回收等节能技术，根据建筑物功能和用能特点、建设进度和供能区域的划分，实现智能热网、空调、热水系统的优化控制。

临港新校区每栋学生公寓及食堂楼顶安装了太阳能集热器和空气源热泵集中供应生活热水，通过系统平台实现热水系统的监测、控制和节能优化。热水系统每天可提供800余吨热水，解决了上万名师生生活热水使用需求。

3)智慧能源管控平台

智慧能源管控平台通过实时能耗数据实现微电网、变电站远程集中管理和各类能源精细化管理。智慧能源管控平台与智能微网、太阳能热水+空气源热泵热水器、校园照明智能控制及校园直流微网系统等信息集成及数据共享，满足学校对新能源发电、校区用电等综合能源的实时监控与管理。通过对资源利用情况进行统计、分析、比较等,平台形成能源使用效率和节能量综合评估和审计功能，为决策者提供实时数据，并根据管理者要求，实现节能控制综合管控，全面打造创新节能模式，成为“智慧校园”节能减排的信息化基础架构。

2 智慧能源系统的功能

智慧能源系统基于物联网、云计算和大数据监测平台，对全校上万个点进行实时监测。通过对能源分类分产分项数据化采集以及故障点监测，实现对资源一体化布控,见图3。

图3 智慧能源系统监控

智能微电网调度子系统和智能热网子系统通过能源系统的监控达到能源管理优化调度。

建筑群能耗监测管理子系统完成建筑能耗对标、分项能耗分析、水平衡分析和限额告警等功能：

（1）通过校区建筑多维度能耗对标，实现建筑节能考核，并提供相关用能建议。

（2）通过各项能耗数据，及同比、环比或者任意时段能耗对比分析出用能特征及用能规律。

（3）通过水平衡分析发现异常，锁定漏水范围，提高检测和维修效率。

（4）通过能耗限额设置，实现能耗超标或异常等报警，并分析异常原因。

3 智慧能源系统的成果

上海电力大学临港校区自2018年9月运行以来，节能降耗效果非常显著。智慧能源管理系统对提升整个校区能耗管理起了重大的作用。经测算，上海电力大学智慧校园与其他传统校园相比能耗降低约30%，见表1。

表1 上海电力大学风光热减排数据(年)

智慧能源系统具备数据处理、实时监控、报表管理等功能。设计采用一体化结构，界面风格、数据格式保持一致，有效保证了节能减排信息化系统框架；互联网、校内网等多种方式，满足不同群体用户的使用；智能电网标准化接口，有利于界面扩展和继续提升。

根据学校用能环节特点，智慧能源系统采用分系统综合一体化解决方案，集中监管主要能耗，如电、水、热等。针对各类能源，系统从源头、终端和过程进行全方位监管，并根据能源类型建立监管分系统，实现不同管理模式，确保节能减排持续发展。

智慧能源系统使整个园区的能源使用做到“无死角、全方位”的监控。系统与微电网建立智能化调度，充分利用智能电网等能源技术和大数据、云计算等信息技术，将能源系统打造成具有前瞻性、技术性和展示性的新系统，实现能源利用的稳定、清洁和高效，使之成为园区能源互联网典型的应用案例。

4 结语

智慧能源系统真正实现绿色能源源、网、荷、储的协同运行和综合管理，满足节能减排和智能运管要求。同时，该项目也是商业运作成功示范。学校引进了国网节能、上海网能等最具技术前瞻性、最专业化公司进行投资、规划、建设等，项目实施中吸纳了学校相关专业教师、学生团队参与，并在校企合作，产、学、研结合，科技创新共同推广复制等方面做出了有意义的探索。