自2017年國家發(fā)展改革委、國家能源局公布首批28個新能源微電網(wǎng)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(qū)智能微電網(wǎng)示范項目作為此次調(diào)研的典型案例。它是全國首批微電網(wǎng)示范中上海首個、高校唯一的新能源微電網(wǎng)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(jīng)濟可行性，這對于其他開展微電網(wǎng)示范項目的企業(yè)具有很強的借鑒和參考價值。

 

（來源：微信公眾號“能源研究俱樂部” ID:nyqbyj 作者：能源情報研究中心 封紅麗）

 

一、項目概況

 

上海電力大學臨港新校區(qū)智能微電網(wǎng)綜合能源服務項目由國網(wǎng)節(jié)能服務有限公司投資，國網(wǎng)節(jié)能設(shè)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(shè)了10棟公寓樓空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)、約2兆瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)（單晶、多晶、BHPV、高效組件等多種組件）、300千瓦風力發(fā)電系統(tǒng)、1套混合儲能系統(tǒng)（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(tǒng)，實現(xiàn)建筑能效管理、綜合節(jié)能管理和“源網(wǎng)荷儲充”協(xié)同運行。該綜合能源系統(tǒng)，具體如下：

 

1）分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)：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(shù)的場所。

 

2）風力發(fā)電系統(tǒng)：采用一臺300千瓦水平軸永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組，與光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)組成微電網(wǎng)系統(tǒng)。

 

3）儲能系統(tǒng)：系統(tǒng)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(shè)備。三種儲能設(shè)備與學校的不間斷電源相連，一并接入微網(wǎng)系統(tǒng)。

 

4）太陽能+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)：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(wǎng)：通過采用光伏、風力等發(fā)電及儲能技術(shù)，智能變壓器等智能變配電設(shè)備，結(jié)合電力需求側(cè)管理和電能質(zhì)量控制等技術(shù)，構(gòu)建智能微網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息自動采集、供電故障快速響應、綜合節(jié)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(wǎng)內(nèi)的重要設(shè)備可離網(wǎng)運行1～2小時。

 

6）智慧能源管控系統(tǒng)：目前，該系統(tǒng)主要監(jiān)測風電、光伏、儲能、太陽能+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的運行情況，實現(xiàn)與智能微網(wǎng)、智能熱網(wǎng)、校園照明智能控制系統(tǒng)及校園微網(wǎng)系統(tǒng)的信息集成及數(shù)據(jù)共享，滿足學校對新能源發(fā)電、園區(qū)用電、園區(qū)供水等綜合能源資源的動態(tài)實時監(jiān)控與管理，通過對數(shù)據(jù)分析與挖掘，實現(xiàn)各種節(jié)能控制系統(tǒng)綜合管控，是整個項目的智慧大腦。

 

二、經(jīng)濟效益及運行成效

 

該項目總投資3502萬元，由國網(wǎng)節(jié)能公司提供20年運營。項目內(nèi)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(fā)自用+余電上網(wǎng)）獲得經(jīng)濟效益；而儲能和管控平臺不能直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益。由于學校為公共事業(yè)單位，用能穩(wěn)定，風險很小，盡管收益率不是很高，但收益穩(wěn)定，因此具有示范推廣意義。

 

截至目前，該系統(tǒng)累計供應清潔電力172萬千瓦時（其中光伏發(fā)電約163萬千瓦時，風力發(fā)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(qū)約20%的電力供應，同時將智慧能源系統(tǒng)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(guī)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(wǎng)節(jié)能公司在2014年得知上海電力學院要在臨港校區(qū)建一個新校區(qū)，而學校也有節(jié)能需求，經(jīng)洽商雙方于2014年底簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，規(guī)劃在臨港新校區(qū)建設(shè)一個超大規(guī)模的新能源實驗室，建成一所節(jié)約型的新校園。

 

作為公用事業(yè)單位，學校具有用能需求穩(wěn)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(shè)中已同時建設(shè)了中央空調(diào)（制冷熱式），因此該項目設(shè)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(qū)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。

 

 

 

國網(wǎng)節(jié)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(jīng)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(fā)電系統(tǒng)，所發(fā)電量基本可在校園配電網(wǎng)內(nèi)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(jù)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(jié)合用戶需求，技術(shù)先進，經(jīng)濟可行”。國網(wǎng)節(jié)能設(shè)計研究院總經(jīng)理徐杰彥介紹，上海電力大學臨港新校區(qū)智能微電網(wǎng)綜合能源服務項目方案是與整個校園建設(shè)一同整體策劃，高度關(guān)注客戶的需求，規(guī)劃時重點梳理了臨港校區(qū)的用能特點和當?shù)啬茉促Y源，經(jīng)過多輪技術(shù)論證和經(jīng)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(diào)“技術(shù)適度超前、工程經(jīng)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(tǒng)都可以理論結(jié)合實踐進行案例教學，開展科研發(fā)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(tǒng)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(tǒng)。上海屬于三類光資源區(qū)，該校區(qū)光伏平均發(fā)電利用小時數(shù)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(fā)電系統(tǒng)主要采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式，目前光伏補貼正在申請中。上海處于四類風資源區(qū)，但由于臨港校區(qū)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(shè)置使得新能源發(fā)電元素更豐富,實現(xiàn)了風光互補。經(jīng)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(fā)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(shù)可輸出滿足標準要求的交流電能向負載供電。

 

整個微電網(wǎng)示范項目，一定有不盈利的，也有盈利的部分。如何發(fā)揮好各自的作用和價值以滿足客戶需求是關(guān)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(jié)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(tǒng)和新能源發(fā)電。學校用能穩(wěn)定，采用單一電價，沒有峰谷電價，因此儲能系統(tǒng)并無收益，主要用于平抑風力發(fā)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(fā)電產(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)示范項目就是一個兼顧科研及實際商業(yè)化運行的典型案例。與國內(nèi)其他類似項目相比，總結(jié)其有幾大特點：（1）圍繞“以客戶為中心”的理念，緊密結(jié)合用戶需求，經(jīng)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(yè)工作場所做示范，而是選取了規(guī)模相對較大的企業(yè)外部單位——學校，作為應用場景。（3）學校建設(shè)規(guī)劃設(shè)計和微電網(wǎng)示范項目規(guī)劃設(shè)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(guī)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(guī)模較當前已投運的類似項目規(guī)模都要大。如該項目中的光伏已經(jīng)達到了兆瓦級；風機規(guī)模300千瓦，且在該項目中能夠?qū)嶋H運行；儲能包含三種，在形式上更豐富，規(guī)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(huán)境好，保障了項目的順利實施；二是學校進行基礎(chǔ)設(shè)施投資建設(shè)，分擔了項目方一定的投資建設(shè)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(fā)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(tǒng)中涉及分布式光伏系統(tǒng)、分布式風電系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)以及管控平臺，各自的運維都需要相應的專業(yè)人才，聘用多個領(lǐng)域的專業(yè)人才無疑會增加人工成本，需要培養(yǎng)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?shù)氐男履茉促Y源稟賦而言該項目并不占優(yōu)勢。上海光伏屬于三類資源區(qū)，風力屬于四類資源區(qū)。因光伏補貼退坡等政策，光伏系統(tǒng)的盈利性將受到一定影響。另外，該區(qū)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(shù)對光伏、風力發(fā)電系統(tǒng)進行優(yōu)化，進一步提高其發(fā)電效率。（2）綜合能源管控平臺功能需結(jié)合用戶側(cè)需求進一步完善。需加強需求側(cè)響應功能，同時加強各種用能分析、負荷預測及協(xié)調(diào)運行等。目前，監(jiān)測系統(tǒng)已接入監(jiān)測點2017個，后期將增至6000個，應充分利用采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)做好大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化用能。

 

五、微電網(wǎng)前景預測及未來規(guī)劃

 

就微電網(wǎng)項目的發(fā)展前景而言，大電網(wǎng)到不了的地方其應用是確定的，在負荷中心和分布式結(jié)合應用將產(chǎn)生很多商業(yè)模式和衍生品。對于該模式復制推廣的可行性，國網(wǎng)節(jié)能公司董事長任偉理接受媒體采訪時指出，該項目是國網(wǎng)節(jié)能公司落實國網(wǎng)公司“三型兩網(wǎng)”戰(zhàn)略、推進泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)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(xiàn)了能源流、信息流、數(shù)據(jù)流的深度融合，示范推廣意義很大。風光儲用+平臺系統(tǒng)的微電網(wǎng)模式還適合在工業(yè)園區(qū)、大型建筑群等類型項目復制推廣。就高校而言，本項目的現(xiàn)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(wǎng)節(jié)能公司正計劃在其他省市多所學校推廣應用。

 

原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2019年7月12日第26期

 

原標題:上海電力大學微電網(wǎng)示范項目成效調(diào)研