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上海電力大學微電網示范項目通過采用光伏、風力等發電及儲能技術，智能變壓器等智能變配電設備，結合電力需求側管理和電能質量控制等技術，構建智能微網系統，實現用電信息自動采集、供電故障快速響應、綜合節能管理、智慧辦公互動、新能源接入管理。在切斷外部電源的情況下，微電網內的重要設備可離網運行1～2小時。
上海電力大學微電網示范項目成效調研
封紅麗
自2017年國家發展改革委、國家能源局公布首批28個新能源微電網示范項目，至今已有兩年，這些示范項目到底進展如何？成效如何？帶著這個問題，我們選取了上海電力大學臨港新校區智能微電網示范項目作為此次調研的典型案例。它是全國首批微電網示范中上海首個、高校唯一的新能源微電網示范項目。該項目最大的特點在于其并非為束之高閣的試驗項目，而是在容納10000余人的校園得以實際應用，并具備經濟可行性，這對于其他開展微電網示范項目的企業具有很強的借鑒和參考價值。
一、項目概況
上海電力大學臨港新校區智能微電網綜合能源服務項目由國網節能服務有限公司投資，國網節能設計研究院EPC，工程于2018年4月開工，9月20日試運行，12月18日通過驗收。項目建設了10棟公寓樓空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統、約2兆瓦光伏發電系統（單晶、多晶、BHPV、高效組件等多種組件）、300千瓦風力發電系統、1套混合儲能系統（150kW×2h鉛炭電池、100kW×2h磷酸鐵鋰電池及100kW×10s的超級電容），49千瓦光電一體化充電站以及一體化智慧路燈；通過智慧能源管理系統，實現建筑能效管理、綜合節能管理和“源網荷儲充”協同運行。該綜合能源系統，具體如下：
1）分布式光伏發電系統：分布于全校21棟建筑屋面及一個光電一體化充電站車棚棚頂，安裝總裝機容量2061千瓦。光伏組件采用單晶、多晶、BHPV、PERC、切半、疊片等多種組件形式，供應清潔電力的同時，為學校師生免費提供了研究新能源技術的場所。
2）風力發電系統：采用一臺300千瓦水平軸永磁直驅風力發電機組，與光伏發電系統、儲能系統組成微電網系統。
3）儲能系統：系統配置有容量為100kW×2h的磷酸鐵鋰電池、150kW×2h的鉛炭電池和100kW×10s的超級電容儲能設備。三種儲能設備與學校的不間斷電源相連，一并接入微網系統。
4）太陽能+空氣源熱泵熱水系統：分布于10棟公寓樓屋面，為了提高能效，每棟樓采用空氣源熱泵及太陽能集熱器組合形式，33臺空氣源熱泵滿負荷工作運行，晴好天氣充分利用太陽能，全天可供應熱水800余噸，保證全校10000余師生的生活熱水使用需求。
5）智能微網：通過采用光伏、風力等發電及儲能技術，智能變壓器等智能變配電設備，結合電力需求側管理和電能質量控制等技術，構建智能微網系統，實現用電信息自動采集、供電故障快速響應、綜合節能管理、智慧辦公互動、新能源接入管理。在切斷外部電源的情況下，微電網內的重要設備可離網運行1～2小時。
6）智慧能源管控系統：目前，該系統主要監測風電、光伏、儲能、太陽能+空氣源熱泵熱水系統的運行情況，實現與智能微網、智能熱網、校園照明智能控制系統及校園微網系統的信息集成及數據共享，滿足學校對新能源發電、園區用電、園區供水等綜合能源資源的動態實時監控與管理，通過對數據分析與挖掘，實現各種節能控制系統綜合管控，是整個項目的智慧大腦。
二、經濟效益及運行成效
該項目總投資3502萬元，由國網節能公司提供20年運營。項目內容中風機的投資回收期最長，熱水投資回收期最短。項目中的熱水收益主要來自熱水供應收費；光伏和風電通過收取電費（自發自用+余電上網）獲得經濟效益；而儲能和管控平臺不能直接產生經濟效益。由于學校為公共事業單位，用能穩定，風險很小，盡管收益率不是很高，但收益穩定，因此具有示范推廣意義。
截至目前，該系統累計供應清潔電力172萬千瓦時（其中光伏發電約163萬千瓦時，風力發電約9萬千瓦時），為師生供應洗浴用水約10萬噸。該項目承擔了臨港校區約20%的電力供應，同時將智慧能源系統融入到師生的學習生活中，通過新能源自主供電和能效管理，學校能耗比同規模校園降低了近25%，預計年減排二氧化碳2243噸，年減排二氧化硫67噸。
三、項目特色
（一）充分利用多能互補模式，滿足用戶多層次需求
國網節能公司在2014年得知上海電力學院要在臨港校區建一個新校區，而學校也有節能需求，經洽商雙方于2014年底簽訂了戰略合作協議，規劃在臨港新校區建設一個超大規模的新能源實驗室，建成一所節約型的新校園。
作為公用事業單位，學校具有用能需求穩定、投資風險低的特點，用能需求主要為電、熱水、冷、熱、氣。其中，用冷和供暖需求在學校工程建設中已同時建設了中央空調（制冷熱式），因此該項目設計時主要滿足學校用電和用熱水的需求。截至目前，上海電力大學臨港新校區全日制在校生10000余人，占地面積960畝，總的用電負荷約為7753千瓦，用熱水負荷為2315千瓦（按空氣源熱泵電功率折算），具體見下表。
上海電力大學臨港校區微電網示范項目基本情況
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國網節能公司主要負責為學校提供用電和生活熱水，用能負荷情況如下：
一是用電負荷。上海電力大學一二期建筑面積總計25.8萬平方米，經測算，假期期間總用電負荷約為2584千瓦，配置約2兆瓦的新能源發電系統，所發電量基本可在校園配電網內消納掉。
二是用熱水負荷。上海電力大學師生約為10200人，按照每天60%的學生使用淋浴器，每人平均每天消耗熱水60升，約需要400噸，根據公寓樓屋面布局，配置了日儲480噸熱水的能力。
該項目最大的亮點在于“緊密結合用戶需求，技術先進，經濟可行”。國網節能設計研究院總經理徐杰彥介紹，上海電力大學臨港新校區智能微電網綜合能源服務項目方案是與整個校園建設一同整體策劃，高度關注客戶的需求，規劃時重點梳理了臨港校區的用能特點和當地能源資源，經過多輪技術論證和經濟性評價最終得出可行性研究報告，目的是確保項目達到示范性和實用性。項目強調“技術適度超前、工程經濟可行”。該項目主要滿足了用戶三個層面的需求：一是基本用能需求，即滿足學校師生用電、用熱水需求；二是潛在需求，即教學、科研、培訓需求，如光伏、風電、儲能等系統都可以理論結合實踐進行案例教學，開展科研發表論文等；三是增值需求，即在申請一級學科博士點、上海電力學院更名“上海電力大學”、申請上海市高水平應用大學等方面，該試點項目為其加分不少。
（二）因地制宜選取元素配置，充分挖掘盈利與非盈利項目各自價值和作用
從系統元素選取來看，主要涉及光伏、風電、儲能、太陽能熱水器+空氣源熱泵及智能管控系統。上海屬于三類光資源區，該校區光伏平均發電利用小時數約1095小時。盡管資源不是很好，但由于上海市有光伏補貼政策（上海學校用戶補貼為0.55元/千瓦時，連補5年），可以抵消一部分成本。光伏發電系統主要采用“自發自用，余電上網”模式，目前光伏補貼正在申請中。上海處于四類風資源區，但由于臨港校區臨近東海，風力資源相對較好，年平均風速可達6.59米/秒，但受限于航空限制，只建了一座高54米的風機。風機的設置使得新能源發電元素更豐富,實現了風光互補。經過比選采用了空氣源熱泵+太陽能光熱作為制熱水裝置。光儲一體機，將光伏組件發出的直流電能按控制需要向儲能蓄電池進行，直流充電減少了DC/AC、AC/DC兩次變換損失，通過DC/AC變換技術可輸出滿足標準要求的交流電能向負載供電。
整個微電網示范項目，一定有不盈利的，也有盈利的部分。如何發揮好各自的作用和價值以滿足客戶需求是關鍵。如果將客戶需求分為顯性需求和隱性需求，那么顯性需求即滿足學生用能（電、熱水等）以及學校節能約束需求，隱性需求即滿足教學、科研需求及增值需求。從項目本身來說，大部分收益來自熱水系統和新能源發電。學校用能穩定，采用單一電價，沒有峰谷電價，因此儲能系統并無收益，主要用于平抑風力發電負荷波動，以及教學、科研。其中，布置超級電容是為了平抑風力發電產生的沖擊，特別是啟停時都是大沖擊。而鋰電池和鉛炭電池儲能主要用于教學、科研，可以對比兩者的功效。
四、項目啟示
目前微電網項目，以研究為主的較多，但能實際運行的很少，上海電力大學微電網示范項目就是一個兼顧科研及實際商業化運行的典型案例。與國內其他類似項目相比，總結其有幾大特點：（1）圍繞“以客戶為中心”的理念，緊密結合用戶需求，經濟可行實用。（2）與目前開展的其他類似項目相比，該項目不是在本企業工作場所做示范，而是選取了規模相對較大的企業外部單位——學校，作為應用場景。（3）學校建設規劃設計和微電網示范項目規劃設計同時進行，與舊項目升級改造相比，融合度高、成本低、易推進。（4）該項目規模相對較大，無論從光伏裝機，還是風電裝機以及儲能電池容量上看，規模較當前已投運的類似項目規模都要大。如該項目中的光伏已經達到了兆瓦級；風機規模300千瓦，且在該項目中能夠實際運行；儲能包含三種，在形式上更豐富，規模上更大。
該項目順利推進的主要原因有四點：一是項目所在地營商環境好，保障了項目的順利實施；二是學校進行基礎設施投資建設，分擔了項目方一定的投資建設成本；三是有望借助上海較高的光伏地方補貼政策，提高光伏發電收益；四是利用該項目的教學、科研項目帶來的潛在增值效應很大。
但在項目推進過程中也存在一些困難，如在綜合運維上有一定難度，由于該綜合能源系統中涉及分布式光伏系統、分布式風電系統、熱水系統、微電網系統以及管控平臺，各自的運維都需要相應的專業人才，聘用多個領域的專業人才無疑會增加人工成本，需要培養一批綜合性運維人才。
與此同時，也存在一些不足或是可以改進的地方：（1）就當地的新能源資源稟賦而言該項目并不占優勢。上海光伏屬于三類資源區，風力屬于四類資源區。因光伏補貼退坡等政策，光伏系統的盈利性將受到一定影響。另外，該區域風資源由于受周邊防風林影響，風速平均只有6米/秒左右，導致運行效率較低，盈利性較差。建議通過采用新技術對光伏、風力發電系統進行優化，進一步提高其發電效率。（2）綜合能源管控平臺功能需結合用戶側需求進一步完善。需加強需求側響應功能，同時加強各種用能分析、負荷預測及協調運行等。目前，監測系統已接入監測點2017個，后期將增至6000個，應充分利用采集的監測數據做好大數據分析，優化用能。
五、微電網前景預測及未來規劃
就微電網項目的發展前景而言，大電網到不了的地方其應用是確定的，在負荷中心和分布式結合應用將產生很多商業模式和衍生品。對于該模式復制推廣的可行性，國網節能公司董事長任偉理接受媒體采訪時指出，該項目是國網節能公司落實國網公司“三型兩網”戰略、推進泛在電力物聯網建設的具體實踐，通過綜合能源智慧管控平臺管理整個校園的能源供應和使用，實現了能源流、信息流、數據流的深度融合，示范推廣意義很大。風光儲用+平臺系統的微電網模式還適合在工業園區、大型建筑群等類型項目復制推廣。就高校而言，本項目的現場負責人許維克表示，尤其適合在同類型的理工類學校推廣，因為可以滿足其實際案例教學、培訓需求，目前國網節能公司正計劃在其他省市多所學校推廣應用。
原文首發于《電力決策與輿情參考》2019年7月12日第26期
上海電力大學微電網示范項目成效調研
封紅麗
自2017年國家發展改革委、國家能源局公布首批28個新能源微電網示范項目，至今已有兩年，這些示范項目到底進展如何？成效如何？帶著這個問題，我們選取了上海電力大學臨港新校區智能微電網示范項目作為此次調研的典型案例。它是全國首批微電網示范中上海首個、高校唯一的新能源微電網示范項目。該項目最大的特點在于其并非為束之高閣的試驗項目，而是在容納10000余人的校園得以實際應用，并具備經濟可行性，這對于其他開展微電網示范項目的企業具有很強的借鑒和參考價值。
一、項目概況
上海電力大學臨港新校區智能微電網綜合能源服務項目由國網節能服務有限公司投資，國網節能設計研究院EPC，工程于2018年4月開工，9月20日試運行，12月18日通過驗收。項目建設了10棟公寓樓空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統、約2兆瓦光伏發電系統（單晶、多晶、BHPV、高效組件等多種組件）、300千瓦風力發電系統、1套混合儲能系統（150kW×2h鉛炭電池、100kW×2h磷酸鐵鋰電池及100kW×10s的超級電容），49千瓦光電一體化充電站以及一體化智慧路燈；通過智慧能源管理系統，實現建筑能效管理、綜合節能管理和“源網荷儲充”協同運行。該綜合能源系統，具體如下：
1）分布式光伏發電系統：分布于全校21棟建筑屋面及一個光電一體化充電站車棚棚頂，安裝總裝機容量2061千瓦。光伏組件采用單晶、多晶、BHPV、PERC、切半、疊片等多種組件形式，供應清潔電力的同時，為學校師生免費提供了研究新能源技術的場所。
2）風力發電系統：采用一臺300千瓦水平軸永磁直驅風力發電機組，與光伏發電系統、儲能系統組成微電網系統。
3）儲能系統：系統配置有容量為100kW×2h的磷酸鐵鋰電池、150kW×2h的鉛炭電池和100kW×10s的超級電容儲能設備。三種儲能設備與學校的不間斷電源相連，一并接入微網系統。
4）太陽能+空氣源熱泵熱水系統：分布于10棟公寓樓屋面，為了提高能效，每棟樓采用空氣源熱泵及太陽能集熱器組合形式，33臺空氣源熱泵滿負荷工作運行，晴好天氣充分利用太陽能，全天可供應熱水800余噸，保證全校10000余師生的生活熱水使用需求。
5）智能微網：通過采用光伏、風力等發電及儲能技術，智能變壓器等智能變配電設備，結合電力需求側管理和電能質量控制等技術，構建智能微網系統，實現用電信息自動采集、供電故障快速響應、綜合節能管理、智慧辦公互動、新能源接入管理。在切斷外部電源的情況下，微電網內的重要設備可離網運行1～2小時。
6）智慧能源管控系統：目前，該系統主要監測風電、光伏、儲能、太陽能+空氣源熱泵熱水系統的運行情況，實現與智能微網、智能熱網、校園照明智能控制系統及校園微網系統的信息集成及數據共享，滿足學校對新能源發電、園區用電、園區供水等綜合能源資源的動態實時監控與管理，通過對數據分析與挖掘，實現各種節能控制系統綜合管控，是整個項目的智慧大腦。
二、經濟效益及運行成效
該項目總投資3502萬元，由國網節能公司提供20年運營。項目內容中風機的投資回收期最長，熱水投資回收期最短。項目中的熱水收益主要來自熱水供應收費；光伏和風電通過收取電費（自發自用+余電上網）獲得經濟效益；而儲能和管控平臺不能直接產生經濟效益。由于學校為公共事業單位，用能穩定，風險很小，盡管收益率不是很高，但收益穩定，因此具有示范推廣意義。
截至目前，該系統累計供應清潔電力172萬千瓦時（其中光伏發電約163萬千瓦時，風力發電約9萬千瓦時），為師生供應洗浴用水約10萬噸。該項目承擔了臨港校區約20%的電力供應，同時將智慧能源系統融入到師生的學習生活中，通過新能源自主供電和能效管理，學校能耗比同規模校園降低了近25%，預計年減排二氧化碳2243噸，年減排二氧化硫67噸。
三、項目特色
（一）充分利用多能互補模式，滿足用戶多層次需求
國網節能公司在2014年得知上海電力學院要在臨港校區建一個新校區，而學校也有節能需求，經洽商雙方于2014年底簽訂了戰略合作協議，規劃在臨港新校區建設一個超大規模的新能源實驗室，建成一所節約型的新校園。
作為公用事業單位，學校具有用能需求穩定、投資風險低的特點，用能需求主要為電、熱水、冷、熱、氣。其中，用冷和供暖需求在學校工程建設中已同時建設了中央空調（制冷熱式），因此該項目設計時主要滿足學校用電和用熱水的需求。截至目前，上海電力大學臨港新校區全日制在校生10000余人，占地面積960畝，總的用電負荷約為7753千瓦，用熱水負荷為2315千瓦（按空氣源熱泵電功率折算），具體見下表。
上海電力大學臨港校區微電網示范項目基本情況
1.webp (6).jpg
國網節能公司主要負責為學校提供用電和生活熱水，用能負荷情況如下：
一是用電負荷。上海電力大學一二期建筑面積總計25.8萬平方米，經測算，假期期間總用電負荷約為2584千瓦，配置約2兆瓦的新能源發電系統，所發電量基本可在校園配電網內消納掉。
二是用熱水負荷。上海電力大學師生約為10200人，按照每天60%的學生使用淋浴器，每人平均每天消耗熱水60升，約需要400噸，根據公寓樓屋面布局，配置了日儲480噸熱水的能力。
該項目最大的亮點在于“緊密結合用戶需求，技術先進，經濟可行”。國網節能設計研究院總經理徐杰彥介紹，上海電力大學臨港新校區智能微電網綜合能源服務項目方案是與整個校園建設一同整體策劃，高度關注客戶的需求，規劃時重點梳理了臨港校區的用能特點和當地能源資源，經過多輪技術論證和經濟性評價最終得出可行性研究報告，目的是確保項目達到示范性和實用性。項目強調“技術適度超前、工程經濟可行”。該項目主要滿足了用戶三個層面的需求：一是基本用能需求，即滿足學校師生用電、用熱水需求；二是潛在需求，即教學、科研、培訓需求，如光伏、風電、儲能等系統都可以理論結合實踐進行案例教學，開展科研發表論文等；三是增值需求，即在申請一級學科博士點、上海電力學院更名“上海電力大學”、申請上海市高水平應用大學等方面，該試點項目為其加分不少。
（二）因地制宜選取元素配置，充分挖掘盈利與非盈利項目各自價值和作用
從系統元素選取來看，主要涉及光伏、風電、儲能、太陽能熱水器+空氣源熱泵及智能管控系統。上海屬于三類光資源區，該校區光伏平均發電利用小時數約1095小時。盡管資源不是很好，但由于上海市有光伏補貼政策（上海學校用戶補貼為0.55元/千瓦時，連補5年），可以抵消一部分成本。光伏發電系統主要采用“自發自用，余電上網”模式，目前光伏補貼正在申請中。上海處于四類風資源區，但由于臨港校區臨近東海，風力資源相對較好，年平均風速可達6.59米/秒，但受限于航空限制，只建了一座高54米的風機。風機的設置使得新能源發電元素更豐富,實現了風光互補。經過比選采用了空氣源熱泵+太陽能光熱作為制熱水裝置。光儲一體機，將光伏組件發出的直流電能按控制需要向儲能蓄電池進行，直流充電減少了DC/AC、AC/DC兩次變換損失，通過DC/AC變換技術可輸出滿足標準要求的交流電能向負載供電。
整個微電網示范項目，一定有不盈利的，也有盈利的部分。如何發揮好各自的作用和價值以滿足客戶需求是關鍵。如果將客戶需求分為顯性需求和隱性需求，那么顯性需求即滿足學生用能（電、熱水等）以及學校節能約束需求，隱性需求即滿足教學、科研需求及增值需求。從項目本身來說，大部分收益來自熱水系統和新能源發電。學校用能穩定，采用單一電價，沒有峰谷電價，因此儲能系統并無收益，主要用于平抑風力發電負荷波動，以及教學、科研。其中，布置超級電容是為了平抑風力發電產生的沖擊，特別是啟停時都是大沖擊。而鋰電池和鉛炭電池儲能主要用于教學、科研，可以對比兩者的功效。
四、項目啟示
目前微電網項目，以研究為主的較多，但能實際運行的很少，上海電力大學微電網示范項目就是一個兼顧科研及實際商業化運行的典型案例。與國內其他類似項目相比，總結其有幾大特點：（1）圍繞“以客戶為中心”的理念，緊密結合用戶需求，經濟可行實用。（2）與目前開展的其他類似項目相比，該項目不是在本企業工作場所做示范，而是選取了規模相對較大的企業外部單位——學校，作為應用場景。（3）學校建設規劃設計和微電網示范項目規劃設計同時進行，與舊項目升級改造相比，融合度高、成本低、易推進。（4）該項目規模相對較大，無論從光伏裝機，還是風電裝機以及儲能電池容量上看，規模較當前已投運的類似項目規模都要大。如該項目中的光伏已經達到了兆瓦級；風機規模300千瓦，且在該項目中能夠實際運行；儲能包含三種，在形式上更豐富，規模上更大。
該項目順利推進的主要原因有四點：一是項目所在地營商環境好，保障了項目的順利實施；二是學校進行基礎設施投資建設，分擔了項目方一定的投資建設成本；三是有望借助上海較高的光伏地方補貼政策，提高光伏發電收益；四是利用該項目的教學、科研項目帶來的潛在增值效應很大。
但在項目推進過程中也存在一些困難，如在綜合運維上有一定難度，由于該綜合能源系統中涉及分布式光伏系統、分布式風電系統、熱水系統、微電網系統以及管控平臺，各自的運維都需要相應的專業人才，聘用多個領域的專業人才無疑會增加人工成本，需要培養一批綜合性運維人才。
與此同時，也存在一些不足或是可以改進的地方：（1）就當地的新能源資源稟賦而言該項目并不占優勢。上海光伏屬于三類資源區，風力屬于四類資源區。因光伏補貼退坡等政策，光伏系統的盈利性將受到一定影響。另外，該區域風資源由于受周邊防風林影響，風速平均只有6米/秒左右，導致運行效率較低，盈利性較差。建議通過采用新技術對光伏、風力發電系統進行優化，進一步提高其發電效率。（2）綜合能源管控平臺功能需結合用戶側需求進一步完善。需加強需求側響應功能，同時加強各種用能分析、負荷預測及協調運行等。目前，監測系統已接入監測點2017個，后期將增至6000個，應充分利用采集的監測數據做好大數據分析，優化用能。
五、微電網前景預測及未來規劃
就微電網項目的發展前景而言，大電網到不了的地方其應用是確定的，在負荷中心和分布式結合應用將產生很多商業模式和衍生品。對于該模式復制推廣的可行性，國網節能公司董事長任偉理接受媒體采訪時指出，該項目是國網節能公司落實國網公司“三型兩網”戰略、推進泛在電力物聯網建設的具體實踐，通過綜合能源智慧管控平臺管理整個校園的能源供應和使用，實現了能源流、信息流、數據流的深度融合，示范推廣意義很大。風光儲用+平臺系統的微電網模式還適合在工業園區、大型建筑群等類型項目復制推廣。就高校而言，本項目的現場負責人許維克表示，尤其適合在同類型的理工類學校推廣，因為可以滿足其實際案例教學、培訓需求，目前國網節能公司正計劃在其他省市多所學校推廣應用。
原文首發于《電力決策與輿情參考》2019年7月12日第26期
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