上海电力大学微电网示范项目成效调研
发布日期：2019/7/29
自2017年国家发展改革委、国家能源局公布首批28个新能源微电网示范项目，至今已有两年，这些示范项目到底进展如何？成效如何？带着这个问题，我们选取了上海电力大学临港新校区智能微电网示范项目作为此次调研的典型案例。它是全国首批微电网示范中上海首个、高校唯一的新能源微电网示范项目。该项目最大的特点在于其并非为束之高阁的试验项目，而是在容纳10000余人的校园得以实际应用，并具备经济可行性，这对于其他开展微电网示范项目的企业具有很强的借鉴和参考价值。
一、项目概况
上海电力大学临港新校区智能微电网综合能源服务项目由国网节能服务有限公司投资，国网节能设计研究院EPC，工程于2018年4月开工，9月20日试运行，12月18日通过验收。项目建设了10栋公寓楼空气源热泵辅助太阳能热水系统、约2兆瓦光伏发电系统（单晶、多晶、BHPV、高效组件等多种组件）、300千瓦风力发电系统、1套混合储能系统（150kW×2h铅炭电池、100kW×2h磷酸铁锂电池及100kW×10s的超级电容），49千瓦光电一体化充电站以及一体化智慧路灯；通过智慧能源管理系统，实现建筑能效管理、综合节能管理和“源网荷储充”协同运行。该综合能源系统，具体如下：
1）分布式光伏发电系统：分布于全校21栋建筑屋面及一个光电一体化充电站车棚棚顶，安装总装机容量2061千瓦。光伏组件采用单晶、多晶、BHPV、PERC、切半、叠片等多种组件形式，供应清洁电力的同时，为学校师生免费提供了研究新能源技术的场所。
2）风力发电系统：采用一台300千瓦水平轴永磁直驱风力发电机组，与光伏发电系统、储能系统组成微电网系统。
3）储能系统：系统配置有容量为100kW×2h的磷酸铁锂电池、150kW×2h的铅炭电池和100kW×10s的超级电容储能设备。三种储能设备与学校的不间断电源相连，一并接入微网系统。
4）太阳能+空气源热泵热水系统：分布于10栋公寓楼屋面，为了提高能效，每栋楼采用空气源热泵及太阳能集热器组合形式，33台空气源热泵满负荷工作运行，晴好天气充分利用太阳能，全天可供应热水800余吨，保证全校10000余师生的生活热水使用需求。
5）智能微网：通过采用光伏、风力等发电及储能技术，智能变压器等智能变配电设备，结合电力需求侧管理和电能质量控制等技术，构建智能微网系统，实现用电信息自动采集、供电故障快速响应、综合节能管理、智慧办公互动、新能源接入管理。在切断外部电源的情况下，微电网内的重要设备可离网运行1～2小时。
6）智慧能源管控系统：目前，该系统主要监测风电、光伏、储能、太阳能+空气源热泵热水系统的运行情况，实现与智能微网、智能热网、校园照明智能控制系统及校园微网系统的信息集成及数据共享，满足学校对新能源发电、园区用电、园区供水等综合能源资源的动态实时监控与管理，通过对数据分析与挖掘，实现各种节能控制系统综合管控，是整个项目的智慧大脑。
二、经济效益及运行成效
该项目总投资3502万元，由国网节能公司提供20年运营。项目内容中风机的投资回收期最长，热水投资回收期最短。项目中的热水收益主要来自热水供应收费；光伏和风电通过收取电费（自发自用+余电上网）获得经济效益；而储能和管控平台不能直接产生经济效益。由于学校为公共事业单位，用能稳定，风险很小，尽管收益率不是很高，但收益稳定，因此具有示范推广意义。
截至目前，该系统累计供应清洁电力172万千瓦时（其中光伏发电约163万千瓦时，风力发电约9万千瓦时），为师生供应洗浴用水约10万吨。该项目承担了临港校区约20%的电力供应，同时将智慧能源系统融入到师生的学习生活中，通过新能源自主供电和能效管理，学校能耗比同规模校园降低了近25%，预计年减排二氧化碳2243吨，年减排二氧化硫67吨。
三、项目特色
（一）充分利用多能互补模式，满足用户多层次需求
国网节能公司在2014年得知上海电力学院要在临港校区建一个新校区，而学校也有节能需求，经洽商双方于2014年底签订了战略合作协议，规划在临港新校区建设一个超大规模的新能源实验室，建成一所节约型的新校园。
作为公用事业单位，学校具有用能需求稳定、投资风险低的特点，用能需求主要为电、热水、冷、热、气。其中，用冷和供暖需求在学校工程建设中已同时建设了中央空调（制冷热式），因此该项目设计时主要满足学校用电和用热水的需求。截至目前，上海电力大学临港新校区全日制在校生10000余人，占地面积960亩，总的用电负荷约为7753千瓦，用热水负荷为2315千瓦（按空气源热泵电功率折算），具体见下表。
上海电力大学临港校区微电网示范项目基本情况
国网节能公司主要负责为学校提供用电和生活热水，用能负荷情况如下：
一是用电负荷。上海电力大学一二期建筑面积总计25.8万平方米，经测算，假期期间总用电负荷约为2584千瓦，配置约2兆瓦的新能源发电系统，所发电量基本可在校园配电网内消纳掉。
二是用热水负荷。上海电力大学师生约为10200人，按照每天60%的学生使用淋浴器，每人平均每天消耗热水60升，约需要400吨，根据公寓楼屋面布局，配置了日储480吨热水的能力。
该项目最大的亮点在于“紧密结合用户需求，技术先进，经济可行”。国网节能设计研究院总经理徐杰彦介绍，上海电力大学临港新校区智能微电网综合能源服务项目方案是与整个校园建设一同整体策划，高度关注客户的需求，规划时重点梳理了临港校区的用能特点和当地能源资源，经过多轮技术论证和经济性评价最终得出可行性研究报告，目的是确保项目达到示范性和实用性。项目强调“技术适度超前、工程经济可行”。该项目主要满足了用户三个层面的需求：一是基本用能需求，即满足学校师生用电、用热水需求；二是潜在需求，即教学、科研、培训需求，如光伏、风电、储能等系统都可以理论结合实践进行案例教学，开展科研发表论文等；三是增值需求，即在申请一级学科博士点、上海电力学院更名“上海电力大学”、申请上海市高水平应用大学等方面，该试点项目为其加分不少。
（二）因地制宜选取元素配置，充分挖掘盈利与非盈利项目各自价值和作用
从系统元素选取来看，主要涉及光伏、风电、储能、太阳能热水器+空气源热泵及智能管控系统。上海属于三类光资源区，该校区光伏平均发电利用小时数约1095小时。尽管资源不是很好，但由于上海市有光伏补贴政策（上海学校用户补贴为0.55元/千瓦时，连补5年），可以抵消一部分成本。光伏发电系统主要采用“自发自用，余电上网”模式，目前光伏补贴正在申请中。上海处于四类风资源区，但由于临港校区临近东海，风力资源相对较好，年平均风速可达6.59米/秒，但受限于航空限制，只建了一座高54米的风机。风机的设置使得新能源发电元素更丰富,实现了风光互补。经过比选采用了空气源热泵+太阳能光热作为制热水装置。光储一体机，将光伏组件发出的直流电能按控制需要向储能蓄电池进行，直流充电减少了DC/AC、AC/DC两次变换损失，通过DC/AC变换技术可输出满足标准要求的交流电能向负载供电。
整个微电网示范项目，一定有不盈利的，也有盈利的部分。如何发挥好各自的作用和价值以满足客户需求是关键。如果将客户需求分为显性需求和隐性需求，那么显性需求即满足学生用能（电、热水等）以及学校节能约束需求，隐性需求即满足教学、科研需求及增值需求。从项目本身来说，大部分收益来自热水系统和新能源发电。学校用能稳定，采用单一电价，没有峰谷电价，因此储能系统并无收益，主要用于平抑风力发电负荷波动，以及教学、科研。其中，布置超级电容是为了平抑风力发电产生的冲击，特别是启停时都是大冲击。而锂电池和铅炭电池储能主要用于教学、科研，可以对比两者的功效。
四、项目启示
目前微电网项目，以研究为主的较多，但能实际运行的很少，上海电力大学微电网示范项目就是一个兼顾科研及实际商业化运行的典型案例。与国内其他类似项目相比，总结其有几大特点：（1）围绕“以客户为中心”的理念，紧密结合用户需求，经济可行实用。（2）与目前开展的其他类似项目相比，该项目不是在本企业工作场所做示范，而是选取了规模相对较大的企业外部单位——学校，作为应用场景。（3）学校建设规划设计和微电网示范项目规划设计同时进行，与旧项目升级改造相比，融合度高、成本低、易推进。（4）该项目规模相对较大，无论从光伏装机，还是风电装机以及储能电池容量上看，规模较当前已投运的类似项目规模都要大。如该项目中的光伏已经达到了兆瓦级；风机规模300千瓦，且在该项目中能够实际运行；储能包含三种，在形式上更丰富，规模上更大。
该项目顺利推进的主要原因有四点：一是项目所在地营商环境好，保障了项目的顺利实施；二是学校进行基础设施投资建设，分担了项目方一定的投资建设成本；三是有望借助上海较高的光伏地方补贴政策，提高光伏发电收益；四是利用该项目的教学、科研项目带来的潜在增值效应很大。
但在项目推进过程中也存在一些困难，如在综合运维上有一定难度，由于该综合能源系统中涉及分布式光伏系统、分布式风电系统、热水系统、微电网系统以及管控平台，各自的运维都需要相应的专业人才，聘用多个领域的专业人才无疑会增加人工成本，需要培养一批综合性运维人才。
与此同时，也存在一些不足或是可以改进的地方：（1）就当地的新能源资源禀赋而言该项目并不占优势。上海光伏属于三类资源区，风力属于四类资源区。因光伏补贴退坡等政策，光伏系统的盈利性将受到一定影响。另外，该区域风资源由于受周边防风林影响，风速平均只有6米/秒左右，导致运行效率较低，盈利性较差。建议通过采用新技术对光伏、风力发电系统进行优化，进一步提高其发电效率。（2）综合能源管控平台功能需结合用户侧需求进一步完善。需加强需求侧响应功能，同时加强各种用能分析、负荷预测及协调运行等。目前，监测系统已接入监测点2017个，后期将增至6000个，应充分利用采集的监测数据做好大数据分析，优化用能。
五、微电网前景预测及未来规划
就微电网项目的发展前景而言，大电网到不了的地方其应用是确定的，在负荷中心和分布式结合应用将产生很多商业模式和衍生品。对于该模式复制推广的可行性，国网节能公司董事长任伟理接受媒体采访时指出，该项目是国网节能公司落实国网公司“三型两网”战略、推进泛在电力物联网建设的具体实践，通过综合能源智慧管控平台管理整个校园的能源供应和使用，实现了能源流、信息流、数据流的深度融合，示范推广意义很大。风光储用+平台系统的微电网模式还适合在工业园区、大型建筑群等类型项目复制推广。就高校而言，本项目的现场负责人许维克表示，尤其适合在同类型的理工类学校推广，因为可以满足其实际案例教学、培训需求，目前国网节能公司正计划在其他省市多所学校推广应用。
来源：能源研究俱乐部 作者：封红丽
