上海電力大學(xué)微電網(wǎng)示范項(xiàng)目成效調(diào)研

自2017年國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局公布首批28個(gè)新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目，至今已有兩年，這些示范項(xiàng)目到底進(jìn)展如何？成效如何？帶著這個(gè)問題，我們選取了上海電力大學(xué)臨港新校區(qū)智能微電網(wǎng)示范項(xiàng)目作為此次調(diào)研的典型案例。它是全國(guó)首批微電網(wǎng)示范中上海首個(gè)、高校唯一的新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目最大的特點(diǎn)在于其并非為束之高閣的試驗(yàn)項(xiàng)目，而是在容納10000余人的校園得以實(shí)際應(yīng)用，并具備經(jīng)濟(jì)可行性，這對(duì)于其他開展微電網(wǎng)示范項(xiàng)目的企業(yè)具有很強(qiáng)的借鑒和參考價(jià)值。

一、項(xiàng)目概況

上海電力大學(xué)臨港新校區(qū)智能微電網(wǎng)綜合能源服務(wù)項(xiàng)目由國(guó)網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司投資，國(guó)網(wǎng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究院EPC，工程于2018年4月開工，9月20日試運(yùn)行，12月18日通過驗(yàn)收。項(xiàng)目建設(shè)了10棟公寓樓空氣源熱泵輔助太陽(yáng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、1套混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（150kW×2h鉛炭電池、100kW×2h磷酸鐵鋰電池及100kW×10s的超級(jí)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(shí)現(xiàn)建筑能效管理、綜合節(jié)能管理和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)充”協(xié)同運(yùn)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(gè)光電一體化充電站車棚棚頂，安裝總裝機(jī)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(yīng)清潔電力的同時(shí)，為學(xué)校師生免費(fèi)提供了研究新能源技術(shù)的場(chǎng)所。

2）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：采用一臺(tái)300千瓦水平軸永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，與光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)組成微電網(wǎng)系統(tǒng)。

3）儲(chǔ)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(jí)電容儲(chǔ)能設(shè)備。三種儲(chǔ)能設(shè)備與學(xué)校的不間斷電源相連，一并接入微網(wǎng)系統(tǒng)。

4）太陽(yáng)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(yáng)能集熱器組合形式，33臺(tái)空氣源熱泵滿負(fù)荷工作運(yùn)行，晴好天氣充分利用太陽(yáng)能，全天可供應(yīng)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(fēng)力等發(fā)電及儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)用電信息自動(dòng)采集、供電故障快速響應(yīng)、綜合節(jié)能管理、智慧辦公互動(dòng)、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(yùn)行1～2小時(shí)。

6）智慧能源管控系統(tǒng)：目前，該系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、太陽(yáng)能+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，實(shí)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(xué)校對(duì)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(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，通過對(duì)數(shù)據(jù)分析與挖掘，實(shí)現(xiàn)各種節(jié)能控制系統(tǒng)綜合管控，是整個(gè)項(xiàng)目的智慧大腦。

二、經(jīng)濟(jì)效益及運(yùn)行成效

該項(xiàng)目總投資3502萬(wàn)元，由國(guó)網(wǎng)節(jié)能公司提供20年運(yùn)營(yíng)。項(xiàng)目?jī)?nèi)容中風(fēng)機(jī)的投資回收期最長(zhǎng)，熱水投資回收期最短。項(xiàng)目中的熱水收益主要來(lái)自熱水供應(yīng)收費(fèi)；光伏和風(fēng)電通過收取電費(fèi)（自發(fā)自用+余電上網(wǎng)）獲得經(jīng)濟(jì)效益；而儲(chǔ)能和管控平臺(tái)不能直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。由于學(xué)校為公共事業(yè)單位，用能穩(wěn)定，風(fēng)險(xiǎn)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(jì)供應(yīng)清潔電力172萬(wàn)千瓦時(shí)（其中光伏發(fā)電約163萬(wàn)千瓦時(shí)，風(fēng)力發(fā)電約9萬(wàn)千瓦時(shí)），為師生供應(yīng)洗浴用水約10萬(wàn)噸。該項(xiàng)目承擔(dān)了臨港校區(qū)約20%的電力供應(yīng)，同時(shí)將智慧能源系統(tǒng)融入到師生的學(xué)習(xí)生活中，通過新能源自主供電和能效管理，學(xué)校能耗比同規(guī)模校園降低了近25%，預(yù)計(jì)年減排二氧化碳2243噸，年減排二氧化硫67噸。

三、項(xiàng)目特色

（一）充分利用多能互補(bǔ)模式，滿足用戶多層次需求

國(guó)網(wǎng)節(jié)能公司在2014年得知上海電力學(xué)院要在臨港校區(qū)建一個(gè)新校區(qū)，而學(xué)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(gè)超大規(guī)模的新能源實(shí)驗(yàn)室，建成一所節(jié)約型的新校園。

作為公用事業(yè)單位，學(xué)校具有用能需求穩(wěn)定、投資風(fēng)險(xiǎn)低的特點(diǎn)，用能需求主要為電、熱水、冷、熱、氣。其中，用冷和供暖需求在學(xué)校工程建設(shè)中已同時(shí)建設(shè)了中央空調(diào)（制冷熱式），因此該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)主要滿足學(xué)校用電和用熱水的需求。截至目前，上海電力大學(xué)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(fù)荷約為7753千瓦，用熱水負(fù)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(xué)臨港校區(qū)微電網(wǎng)示范項(xiàng)目基本情況

國(guó)網(wǎng)節(jié)能公司主要負(fù)責(zé)為學(xué)校提供用電和生活熱水，用能負(fù)荷情況如下：

一是用電負(fù)荷。上海電力大學(xué)一二期建筑面積總計(jì)25.8萬(wàn)平方米，經(jīng)測(cè)算，假期期間總用電負(fù)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(fù)荷。上海電力大學(xué)師生約為10200人，按照每天60%的學(xué)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(chǔ)480噸熱水的能力。

該項(xiàng)目最大的亮點(diǎn)在于“緊密結(jié)合用戶需求，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)可行”。國(guó)網(wǎng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究院總經(jīng)理徐杰彥介紹，上海電力大學(xué)臨港新校區(qū)智能微電網(wǎng)綜合能源服務(wù)項(xiàng)目方案是與整個(gè)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(shí)重點(diǎn)梳理了臨港校區(qū)的用能特點(diǎn)和當(dāng)?shù)啬茉促Y源，經(jīng)過多輪技術(shù)論證和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)最終得出可行性研究報(bào)告，目的是確保項(xiàng)目達(dá)到示范性和實(shí)用性。項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)“技術(shù)適度超前、工程經(jīng)濟(jì)可行”。該項(xiàng)目主要滿足了用戶三個(gè)層面的需求：一是基本用能需求，即滿足學(xué)校師生用電、用熱水需求；二是潛在需求，即教學(xué)、科研、培訓(xùn)需求，如光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等系統(tǒng)都可以理論結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行案例教學(xué)，開展科研發(fā)表論文等；三是增值需求，即在申請(qǐng)一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)、上海電力學(xué)院更名“上海電力大學(xué)”、申請(qǐng)上海市高水平應(yīng)用大學(xué)等方面，該試點(diǎn)項(xiàng)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(xiàng)目各自價(jià)值和作用

從系統(tǒng)元素選取來(lái)看，主要涉及光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、太陽(yáng)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(shí)數(shù)約1095小時(shí)。盡管資源不是很好，但由于上海市有光伏補(bǔ)貼政策（上海學(xué)校用戶補(bǔ)貼為0.55元/千瓦時(shí)，連補(bǔ)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(bǔ)貼正在申請(qǐng)中。上海處于四類風(fēng)資源區(qū)，但由于臨港校區(qū)臨近東海，風(fēng)力資源相對(duì)較好，年平均風(fēng)速可達(dá)6.59米/秒，但受限于航空限制，只建了一座高54米的風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)的設(shè)置使得新能源發(fā)電元素更豐富,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光互補(bǔ)。經(jīng)過比選采用了空氣源熱泵+太陽(yáng)能光熱作為制熱水裝置。光儲(chǔ)一體機(jī)，將光伏組件發(fā)出的直流電能按控制需要向儲(chǔ)能蓄電池進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)要求的交流電能向負(fù)載供電。

整個(gè)微電網(wǎng)示范項(xiàng)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(jià)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(xué)生用能（電、熱水等）以及學(xué)校節(jié)能約束需求，隱性需求即滿足教學(xué)、科研需求及增值需求。從項(xiàng)目本身來(lái)說，大部分收益來(lái)自熱水系統(tǒng)和新能源發(fā)電。學(xué)校用能穩(wěn)定，采用單一電價(jià)，沒有峰谷電價(jià)，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)并無(wú)收益，主要用于平抑風(fēng)力發(fā)電負(fù)荷波動(dòng)，以及教學(xué)、科研。其中，布置超級(jí)電容是為了平抑風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的沖擊，特別是啟停時(shí)都是大沖擊。而鋰電池和鉛炭電池儲(chǔ)能主要用于教學(xué)、科研，可以對(duì)比兩者的功效。

四、項(xiàng)目啟示

目前微電網(wǎng)項(xiàng)目，以研究為主的較多，但能實(shí)際運(yùn)行的很少，上海電力大學(xué)微電網(wǎng)示范項(xiàng)目就是一個(gè)兼顧科研及實(shí)際商業(yè)化運(yùn)行的典型案例。與國(guó)內(nèi)其他類似項(xiàng)目相比，總結(jié)其有幾大特點(diǎn)：（1）圍繞“以客戶為中心”的理念，緊密結(jié)合用戶需求，經(jīng)濟(jì)可行實(shí)用。（2）與目前開展的其他類似項(xiàng)目相比，該項(xiàng)目不是在本企業(yè)工作場(chǎng)所做示范，而是選取了規(guī)模相對(duì)較大的企業(yè)外部單位——學(xué)校，作為應(yīng)用場(chǎng)景。（3）學(xué)校建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)和微電網(wǎng)示范項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，與舊項(xiàng)目升級(jí)改造相比，融合度高、成本低、易推進(jìn)。（4）該項(xiàng)目規(guī)模相對(duì)較大，無(wú)論從光伏裝機(jī)，還是風(fēng)電裝機(jī)以及儲(chǔ)能電池容量上看，規(guī)模較當(dāng)前已投運(yùn)的類似項(xiàng)目規(guī)模都要大。如該項(xiàng)目中的光伏已經(jīng)達(dá)到了兆瓦級(jí)；風(fēng)機(jī)規(guī)模300千瓦，且在該項(xiàng)目中能夠?qū)嶋H運(yùn)行；儲(chǔ)能包含三種，在形式上更豐富，規(guī)模上更大。

該項(xiàng)目順利推進(jìn)的主要原因有四點(diǎn)：一是項(xiàng)目所在地營(yíng)商環(huán)境好，保障了項(xiàng)目的順利實(shí)施；二是學(xué)校進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施投資建設(shè)，分擔(dān)了項(xiàng)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(bǔ)貼政策，提高光伏發(fā)電收益；四是利用該項(xiàng)目的教學(xué)、科研項(xiàng)目帶來(lái)的潛在增值效應(yīng)很大。

但在項(xiàng)目推進(jìn)過程中也存在一些困難，如在綜合運(yùn)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(fēng)電系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)以及管控平臺(tái)，各自的運(yùn)維都需要相應(yīng)的專業(yè)人才，聘用多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)人才無(wú)疑會(huì)增加人工成本，需要培養(yǎng)一批綜合性運(yùn)維人才。

與此同時(shí)，也存在一些不足或是可以改進(jìn)的地方：（1）就當(dāng)?shù)氐男履茉促Y源稟賦而言該項(xiàng)目并不占優(yōu)勢(shì)。上海光伏屬于三類資源區(qū)，風(fēng)力屬于四類資源區(qū)。因光伏補(bǔ)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(fēng)資源由于受周邊防風(fēng)林影響，風(fēng)速平均只有6米/秒左右，導(dǎo)致運(yùn)行效率較低，盈利性較差。建議通過采用新技術(shù)對(duì)光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高其發(fā)電效率。（2）綜合能源管控平臺(tái)功能需結(jié)合用戶側(cè)需求進(jìn)一步完善。需加強(qiáng)需求側(cè)響應(yīng)功能，同時(shí)加強(qiáng)各種用能分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)及協(xié)調(diào)運(yùn)行等。目前，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已接入監(jiān)測(cè)點(diǎn)2017個(gè)，后期將增至6000個(gè)，應(yīng)充分利用采集的監(jiān)測(cè)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(yù)測(cè)及未來(lái)規(guī)劃

就微電網(wǎng)項(xiàng)目的發(fā)展前景而言，大電網(wǎng)到不了的地方其應(yīng)用是確定的，在負(fù)荷中心和分布式結(jié)合應(yīng)用將產(chǎn)生很多商業(yè)模式和衍生品。對(duì)于該模式復(fù)制推廣的可行性，國(guó)網(wǎng)節(jié)能公司董事長(zhǎng)任偉理接受媒體采訪時(shí)指出，該項(xiàng)目是國(guó)網(wǎng)節(jié)能公司落實(shí)國(guó)網(wǎng)公司“三型兩網(wǎng)”戰(zhàn)略、推進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的具體實(shí)踐，通過綜合能源智慧管控平臺(tái)管理整個(gè)校園的能源供應(yīng)和使用，實(shí)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(fēng)光儲(chǔ)用+平臺(tái)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(xiàng)目復(fù)制推廣。就高校而言，本項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人許維克表示，尤其適合在同類型的理工類學(xué)校推廣，因?yàn)榭梢詽M足其實(shí)際案例教學(xué)、培訓(xùn)需求，目前國(guó)網(wǎng)節(jié)能公司正計(jì)劃在其他省市多所學(xué)校推廣應(yīng)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