智慧能源新城落地天津

毛振华　黄江林

2020年5月6日，天津市位于惠风溪智慧能源小镇的首个零能耗智慧建筑“0+小屋”落成

当科幻作家还在笔端畅想未来之时，颇具未来感的生活已经来到人们身边。

我国首个智慧能源新城近期在天津建成：这座包含了主打“生态宜居”的中新天津生态城惠风溪智慧能源小镇以及主打“产城集约”的北辰大张庄智慧能源小镇两部分的新城，瞄准解决清洁能源供给及综合能源利用难题，在助力城市低碳减排同时，也使人们对未来便利、智能的生活更多了些期待。

本刊记者走进智慧能源新城，实地感受到区域内使用的能源中，清洁能源占比达到九成，极大减少了碳排放;供电可靠性超过“5个9”，意味着用户全年停电时间不会超过5分钟，该指标比肩东京、新加坡等国际化大都市;电能占终端能源的比重高达45%，为智能家居的实现创造了条件……

小镇里的智慧生活

乘车进入天津滨海新区，沿黄海北路一路向北驶上彩虹桥，矗立于蓟运河口的高大风机迎风而动，映入眼帘。随之而来的是绵延数公里的光伏板在中央大道一侧整齐排列，零能耗智慧建筑鳞次栉比。在片片绿植掩映中，全域可控的虚拟电厂、能源大数据中心点缀其间。这就是中新天津生态城内的惠风溪智慧能源小镇给人的第一印象。

在国网综合能源服务中心门前，工作人员走近智慧路灯就会被“发现”，杆体上立即传出问候语和介绍：“智慧路灯可为市民提供高速无线网络接入、信息交互查询等多元化便捷服务……”

“智能路灯能对温湿度、PM2.5、风力风向等环境数据实时监测，还有安防、交通、市政等多种功能的应用拓展。比如下雨积水过深、空气质量不佳，它都能主动‘发现并在后台提醒，时刻感知城市冷暖。”

“智能路灯能对温湿度、PM2.5、风力风向等环境数据实时监测，还有安防、交通、市政等多种功能的应用拓展。比如下雨积水过深、空气质量不佳，它都能主动‘发现并在后台提醒，时刻感知城市冷暖。”国网天津电力路灯处现场负责人王泽向本刊记者介绍说，该设备运用了物联网技术，集成了电动汽车充电桩、WIFI、交通信息查询等功能，可解决当前城市的智能感知设备在接入上面临的空间资源紧缺、电源供给多元、网络环境复杂的问题。

区域内绿草掩映下的白色“零能耗小屋”格外显眼。小屋前的光伏地砖白天发电晚上发光，“家庭能源路由器”智能完成洗衣烧水等预定家务……看似穿越时空的幻境，如今在小屋里都成为现实，它正是智慧能源小镇成果的集大成者。

北方的春天，乍暖还寒，记者走进“零能耗小屋”便感受到一阵暖意袭来。“全屋恒温、恒湿，所有能源供给全部依靠太阳能，包括采暖。”参与小屋建设的国网天津滨海公司营销部项目负责人贺瑞对本刊记者说，这座极具代表性的零能耗智慧建筑，本身的可再生能源年产能大于或等于建筑全年的全部用能，能够基本不依赖外部能源输入，达到了“零能耗”。

“开启居家模式。”只需一句指令，小屋便自动打开了照明及窗帘。“小屋中的能量路由器是‘智慧大脑，指挥着屋内高效运转。”贺瑞说，通过手机也能便捷实现对家居的控制。

从室外可以看到，这座面积130多平方米的小屋，屋顶布满太阳能光伏板，4块光伏地砖替代了小石子铺在小屋门口，门边垃圾桶也用光伏板制成。这些太阳能光伏板承担了小屋所有的能源供给。

“我们充分考虑了屋顶结构、光照角度和周边环境，优化系统设计，安装了60片共计20千瓦的光伏板。在光照条件较好的情况下，这套光伏系统每天可发60度电，全年能够发电两万度以上，余电还可实现上网卖钱。”贺瑞说。

他算了一笔账，小屋节省了燃气和热力管网等配套设施投资约1.8万元，建筑用能每年能够节省电费、燃气费、取暖费约5000元。在满足建筑本体能源消耗的情况下，还可向电网输送电量1万千瓦时/年，每年产生收益约4000元。虽然建设成本较同面积普通建筑要高，但通过节约能耗以及发电产生的效益，这部分成本完全可以收回来。

类似“零能耗小屋”这样的智慧建筑成果，已经在惠风溪智慧能源小镇推广开。

在小屋不远处的甘露溪公园，落成不久的绿色能源广场上，地面和座椅上的光伏板不仅能为照明提供能源，座椅还能充当蓝牙音响。小镇居民王凤玉说：“这些智慧环保的基础设施越来越多出现在日常生活中，让我们体会到了生活的获得感和幸福感。”

“ 采用‘ 智慧用能系统后，焊接精准度能提高5%， 残次品率大幅下降。如今企业每天平均减少废品约40 个，每年就能节约损失100 多万元，‘智慧用能出了效益。”

“智慧用能”出效益

伴隨着大张庄智慧能源小镇建设，一个令一汽富维本特勒汽车零部件（天津）有限公司伤透脑筋的难题也迎来了化解契机。

一汽富维本特勒汽车零部件（天津）有限公司位于天津市北辰区大张庄镇，是奔驰、宝马等国内外知名整车企业的重要合作伙伴。工厂内拥有数量众多的智能机器人用来生产汽车零部件。生产效率提升的同时，却总避免不了下线一些残次品，给工厂带来不小损失。该公司设备部部长王伟对本刊记者说：“一天下来，残次品带来的损失4000多元，每月就得10多万。”

为解决这一难题，该公司在国内外找专家、组织科研人员攻关，最终将原因锁定在了这些智能机器人身上。原来，79台汽车配件自动焊接作业智能机器人只要同时操作，就会瞬间形成很强的冲击电流，造成电压同步下降。电压一降，机器人马上“撂挑子”，焊接精准度就难以保证。

据介绍，国网天津电力根据某些生产设备对电能质量敏感度高的特性，采用多种设备开展智能控制，保障了一汽富维本特勒汽车零部件公司的分级供电质量。一旦工厂内生产线用电出现电压不稳定的情况，智慧能源控制系统就会立刻监测到，并向末端治理设备发起保护指令，不间断电源等治理设备随即启动保护功能，保障生产线安全稳定运行。

“我们配置了5套不间断电源和5套动态电压恢复器，对焊接机器人母线配置1套静止同步补偿器。并在工厂电源进线、主要供电母线和重要敏感负荷前端，安装3套电压暂降监测终端，一并接入高品质分级供电管理软件。”国网天津城东公司营销部杨国朝向本刊记者揭示了其中的奥秘。

“采用‘智慧用能系统后，焊接精准度能提高5%，残次品率大幅下降。如今企业每天平均减少废品约40个，每年就能节约损失100多万元，‘智慧用能出了效益。”王伟说。

在大张庄智慧能源小镇，对电能质量要求较高的企业还有不少。爱旭太阳能科技有限公司、铸金科技有限公司等企业都对这个项目产生了浓厚的兴趣，准备开展智慧能源工厂改造。

事实上，大张庄智慧能源小镇的魅力还远不止于此。辖区内的直流智能楼宇，是目前国内配用电场景最齐全的直流楼宇，同样展现着智慧用能的新风尚。

直流楼宇的楼顶铺设了132块光伏板，每天可发电120度。楼内构建了直流微网，柔性多状态开关站预留了直流接口，楼内22种直流用电设备可以接入直流电使用，这样就没有了交直流转换的能源损耗。整套设备每年节约楼宇用能成本达100多万元。

展望未来，直流微网的这一探索将使光伏、储能、电动汽车与电网可靠互联，满足产城融合区高品质用电需求。今后可接入风光气地热等多种能源形式，能源来源将更丰富、清洁。

大数据助力减排

应对气候变化的关键在于控碳，而必由之路是实现碳达峰、碳中和。智慧能源新城的建设，为城市加快节能减排提供了一条可行的“捷径”。

“这两个智慧能源小镇均是以能源与城市融合发展为目标，充分体现了能源互联网清洁低碳、安全可靠、泛在互联、高效互动、智能开放的特征。”国网天津电力副总经理陈竟成接受《瞭望东方周刊》采访时说，智慧能源小镇全面建成后，区域内供电可靠性超过99.999%，重要负荷供电“零闪动”，区域内清洁能源利用比例达到90%，可再生能源全额就地消纳，电能占终端能源比重超过45%，多种能源协同转化实现最优利用，这些都与城市低碳减排的目标不谋而合。

中国工程院院士余贻鑫认为，智慧能源小镇在能源转型及电网、产业、服务等多个领域实现创新突破，为智慧能源和能源互联网建设做出探索，对天津构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有重要实践意义。

2020年12月3日，国网天津电力运维人员在天津中新生态城“惠风溪”智慧能源小镇监控大厅内监测设备运行情况（孙凡越/摄）

作为国内具有首创性的探索，两个智慧能源小镇还建成了覆盖发输变配用和源网荷储各环节的智慧物联体系，综合利用5G通信、大数据等技术，实现了能源网络运行状态的“全感知”，電网运行模式由传统“人工巡视”“故障抢修”转变为“智能巡视”“主动防御”。建设过程中积累的能源转型、电网升级等10项技术创新成果和10项模式创新成果具备了复制推广的条件。

值得注意的还有，电力大数据应用也提上了日程，将通过“最强大脑”缜密分析用能情况，辅助政府决策。

据介绍，国网天津电力创新“环保+电力大数据”模式，开发出“应急减排企业监测数据”，能为生态环境部门有效精准地治理大气污染提供助力。

“根据电力部门提供的用能数据，我们发现滨海新区有100多个被监测企业存在夜间生产行为模式。通过查看分时用电曲线可知，有一家企业以夜间生产为主，呈现典型的避峰型生产模式，这与减排企业夜间停产的要求不符。”天津市生态环境监测中心高级工程师孙猛介绍说，电力大数据实时性强、准确度高，具有与生产强相关的特点。天津市能源大数据中心实时监控环保措施落实情况，第一时间将相关信息发送到生态环境部门。与此同时，工业企业用电情况分析报告，也将为减排量核算和精准治污提供技术支撑。

“这为重污染天气期间开展监管执法提供了快速有效的监管手段。”他说。

基于前期探索，2020年11月，国网天津市电力公司与天津市生态环境局专门签署《天津市电力大数据助力打好污染防治攻坚战战略合作协议》。双方将聚焦数据应用、技术合作等方面，开展电力大数据与污染关键因素关联分析，有效提升精准治污和精准执法水平。

创新没有终点。未来，将有更多各美其美的智慧能源小镇在中国崛起。它们目标一致、串点成网，将共同编织成低碳、高效、智慧生活的美好蓝图。