校园综合能源服务分析

陆颖杰 汤卓凡

摘  要：校园内师生众多，师生的生活教学等活动对能源提出了很高要求。当前，很多学校的综合能源服务存在消耗大、资源浪费严重、服务效率低等问题。为了提高校园综合能源服务质量，有必要结合校园能源使用需求及其特点，设计科学合理的整体性系统性能源服务方案。本文以某高校A校区为例，结合校区自身实际，建立运行光伏风电光电等能源的系统性能源系统，在此基础上建设得到充电站、热泵热水、储能、电网运行控制系统、建筑群能耗管理系统以及相应的智慧能源管理平台等，不仅有效满足了学校师生的能源需要，同时有效降低能耗，减少对周围生态环境的影响，实现良好的社会效益、经济效益和生态效益。

关键词：综合能源服务  园区  微电网  智慧能源

中图分类号：TM73          文献标识码：A                   文章编号：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，我国积极推进环境友好型社会建设，在这个过程中，很重要的一个工作内容就是要减少对能源的消耗、降低对生态环境的污染和破坏。为了达到这一目的，需要针对传统能源结构进行调整，同时积极应用新科技新能源，提高资源利用效率，完善能源配置，满足人们工作生活需要。

校园的综合能源服务是一个系统性工程，这是因为学校集聚了大量学生和老师，师生的生活教学都集中在学校，因此，对能源应用提出了很高要求。新时期要做好校园的综合能源服务，就需要结合校园实际建设相应的能源服务体系，提高资源利用率，完善能源系统管理和控制，运用新技术建设智慧低碳的校园能源服务系统。

1  项目实施背景

近年来，我国积极推进能源革命，其目的就在于转变传统的能源结构，引入新型能源和绿色能源，优化能源结构，提高能源利用率，减少对自然环境的破坏和污染，实现绿色节能和低碳的使用效果。

本次研究以某大学A校区为例，分析在该校区建立完善的综合能源服务系统的可行性及其运行效果。该校区占地960亩，建筑面积达到57.5万m2。本项目与该校区主体工程同步建设，并于2018年8月投入应用。

2  主要解决方案

综合能源服务项目与该校区的整体规划结合，从整体上制定建设方案，服务系统要满足学校师生的能源需求，同时还要通过科学设计和建设，达到优化资源配置、提高能源利用率、减少污染的效果。具体来讲，其设计思路如下：一是坚持科学规划统筹兼顾。校园综合能源服务系统的设计建设，要注重提高校园的整体能源管理水平减少校园运行过程中的能耗，同时降低系统整体运行成本，达到更好的经济效益和生态效益。二是要坚持创新思维做好示范。针对本校区的综合能源服务系统的设计建设，首先必须满足相关的政策要求，在此基础上要结合校园实际进行科学创新，注重推动绿色校园的建设，进一步提高校园能源利用效率，提高校园能源管理水平。三是要坚持立足本校突出特色。本项目的建设施工，要始终从学校实际出发，注重突出学校特色，建设具有自身特点的数字化智能化校区能源服务系统[1]。

2.1 构建智慧能源管控总平台

智慧能源控制平台是校园综合能源服务系统的核心，控制平台能够将系统运行过程中各个环节各个部分的技术体系进行连接，在此基础上实现对校园能源系统的总体控制。借助计算机互联网等先进技术和设备，可以实现对系统管理的数字化智能化，还可以及时监测系统整体运行情况，针对其中可能存在的故障和问题进行反馈，并针对故障进行定位为及时维修打下基础。此外，控制平台也是一个开放性集成化平台，可以根据需要拓展相关功能，为学校各项功能的实现提供支撑[2]。

2.2 应用新能源发电技术

结合校区实际建立新能源系统，合理利用自然资源如风能光能等，减少对传统能源的依赖，减少煤炭电力消耗，减少对周围环境的污染，促进系统整体的节能减排;还要通过改进能源结构和运行系统，尽量吸收新能源，减少电能升压降压过程中的电能损耗，从整体上减少系统能源消耗，促进系统的健康稳定运行。本综合能源服务系统包含分布式光伏发电系统，其装机容量为2061kW，系统内部包含单晶多晶以及多种高效组件等。光伏发电系统主要布置在学校教学楼宿舍等顶部，通过汇流箱将其产生的直流电进行收集，并转入逆变器，得到相应标准的交流电，就近并入校园低压配电网，为师生提供电力供应[3]。

系统还设计了利用风能的设备，在学校偏僻的位置配置一台永磁直驱型风机，利用风力进行发电。此外，还在校园内部相应位置设置智慧路灯，这些路灯的能源主要来自光能和风能，不仅如此，还可以结合学校生活需要，将道路路灯设计成为充电桩或者实施紧急呼救和无线网的载体，为师生带来更加便捷的校园生活。

2.3 建设光电一体化充电站

学校内部有大量巡逻车通勤车以及社会车辆，为了满足这些车辆的充电需求，同时兼顾绿色环保的要求，在学校适当位置建设光电一体化的充电站，一方面满足各种车辆充电需要，另一方面减少汽车的尾气排放，减少对空气的污染。根据学校停车场的实际情况，在相应的停车位上方设计光伏车棚，吸收光能，并转换为电能，为电动汽车提供清洁便利的充电服务。

2.4 应用太阳能+空气源热泵技术

为了有效利用太阳能以及空气源热泵，在学校内部的公寓楼顶部还设计了纯铜超导热管型太阳能集热器以及高效空气源热泵，利用太阳能和空气源热泵实现对水体的加热，为宿舍楼供应热水，满足学生的生活热水使用需求。不仅如此，在热水系统内加入智慧热网系统，还可以实现对水温水压水位的监测，并根据需要对加热时间温度等进行控制。系统还可以实现智能控制，根据天气情况优先利用太阳能，从而减少对能源的消耗，提高系统节能效果。

2.5 构建智能微电网系统

为了实现对风力发电光伏发电的智能控制，还要在光伏风力发电系统基础上建设对应的智能微电网系统。这个系统不仅能够有效控制风能发电和光伏发电，还可以为相关的教学活动提供支撑，比如可以为学生研究新型电网技术提供生动现实的展示平台，帮助学校在相关专业教学发展方面取得新的进步。智能微电网系统不仅能实现混合储能，还可以根据系统需要实现智能化数字化管理，可以实现对新能源接入进行管理，采集相关的用电信息，及时反映用电故障，实现系统的综合节能等。智能微电网系统可以根据电网发电量以及用电负荷实现资源的优化配置，提高资源配置效率;还可以根据需要采用相应的存储技术，从而提高系统自身的稳定性和安全性，在系统运行过程中，采用的光储一体机技术可以有效提高电网运行效率[4]。

2.6 应用建筑群能效管理系统平台

为了有效准确及时监测校区内建筑群的能耗，设计对应的建筑群能效管理系统平台，通过对建筑群的监测并及时调整能源供应，一方面满足建筑能源需要，另一方面减少能源消耗，推动绿色系统的建设和发展。

3  总体实施效果

该校区综合能源服務系统建成并投入使用以来，截至2019年1月，该系统已经累计发电达到150万kWh，为全校师生提供热水共5万余吨，同时有效减少了能源系统运行过程中的粉尘、二氧化碳、二氧化硅、氮氧化物的排放。研究数据显示，在综合能源服务系统的帮助下，该校区可再生能源电力渗透率达到55.8%，这里所说的可再生能源电力渗透率，指的是可再生能源发电装机容量与微电网内峰值负荷的比值;此外，该校区的电力自给率达到53.4%，这里的电力自给率指的是清洁能源发电量与园区总用电量的比值。供电可靠性达到99.99%。不仅如此，在综合能源服务系统的帮助下，全校能够实现清洁电力的全天供应，以及全天的热水服务，以及编辑的充电设备和全覆盖的网络等。这种综合能源服务系统投入应用以后，得到学校广大师生的喜爱和肯定。

3.1 经济效益

研究发现，该综合能源服务系统为学校企业等都带来了良好经济效益，一是针对新能源进行就地吸收消纳，从而有效减少了电量的升压以及降压过程中产生的电能损耗以及相应的电缆线路损耗，不仅如此，通过智慧能源控制平台对系统进行管理，可以根据需要进行能源供应，并实现资源的优化配置，减少资源浪费，提高系统的整体管理效率。还可以根据系统需要实现智能化数字化管理，可以实现对新能源接入进行管理，采集相关的用电信息，及时反映用电故障，实现系统的综合节能等。智能微电网系统可以根据电网发电量以及用电负荷实现资源的优化配置，提高资源配置效率;还可以根据需要采用相应的存储技术，从而提高系统自身的稳定性和安全性，在系统运行过程中，采用的光储一体机技术可以有效提高电网运行效率。项目在满足校园“绿色低碳、智慧高效”建设目标的同时，也实现了经济上可行、总体符合企业的投资经济指标要求[5]。

3.2 社会效益

综合能源服务系统达到了实用的效果，该系统投入应用以来，为广大师生带来了持续稳定的能源供应，而且运行状态良好，满足了师生的生活教学需要，这与传统的实验性项目具有本质差异。该综合能源服务系统真正做到了服务校园生活的实际效果，达到了良好的实践应用效果。

达到了良好的“节能”效果。结合校区实际建立新能源系统，合理利用自然资源如风能光能等，减少对传统能源的依赖，减少煤炭电力消耗，减少对周围环境的污染，促进系统整体的节能减排;还要通过改进能源结构和运行系统，尽量吸收新能源，减少电能升压降压过程中的电能损耗，从整体上减少系统能源消耗，促进系统的健康稳定运行[6]。

具有突出特色。示范项目充分考虑了上海电力大学办学特色，将学生培养、辅助科研实验等学科建设与能源系统建设相结合，在担负校区能源供应同时成为了师生科研实验的研究对象、先进节能技术的展示及教育平台，为学校培养产业人才提供有力支撑。

4  结语

本次研究以某大学A校区的综合能源服务系统为研究对象，分析了该系统在运行过程中利用新能源和新技术实现降低能耗提高资源利用率的效果，为广大师生带来安全稳定持续的能源供应，同时减少对资源的消耗，减少对生态环境的破坏，实现了绿色安全校园的建设，具有良好经济效益和社会效益，值得推广应用。

参考文献

[1] 封红丽.上海电力大学微电网示范项目成效调研[J].电器工业，2019（11）：50-53.

[2] 徐杰彦，王鹤，裴冠荣，等.面向校园的综合能源服务示范项目应用研究[J].电力需求侧管理， 2019，21（4）：72-76.

[3] 郭雅格，柴黎.电能替代进校园 绿色节能播种未来[J].大众用电，2019，34（4）：57.

[4] 李宁.智能微电网运行控制及能量管理研究[D].长春：长春工业大学，2018.

[5] 蔺帅帅.高新信息技术驱动下的微电网风险管控模型研究[D].华北电力大学（北京），2019.

[6] 孙璞.日本新能源开发利用研究[D].长春：吉林大学，2019.