低碳智慧园区建设与应用实践
时间：2023-02-14 11:00:10 来源：千叶帆 本文已影响人
陈甜甜，范钰波，王 卉，严 石，杨 哲，方 炯，刘 婧，唐 敏
(国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437；
2.上海恒能泰企业管理有限公司璞能电力科技工程分公司，上海 200437)
在双碳目标实现和新型电力系统建设的形势背景下，电力企业承担起能源主力军的重任。园区作为企业绿色发展和能源低碳化转型的重要空间载体，可以通过深入挖掘园区的碳减排潜力，能够以低碳智慧园区的示范效用来带动企业、社会的低碳高效发展。然而，截止目前低碳园区建设还未形成统一的标准，发展路径尚不明确，存在一些共性问题：一是双碳技术的发展时间不长，研究不够深入；
二是欠缺低碳管理理念，还沿用过去高产能、高污染的发展思路，没有及时向低碳、可持续发展的新思路转变；
三是员工低碳意识较弱，在思想和行为上缺乏正确引导，导致园区绿色发展动力不足。
低碳智慧园区致力于满足社会、经济、环境的协调可持续发展，以最小的经济投入产生更少的碳排放。低碳智慧园区建设面向建筑、园区、电网等降碳应用场景，依据“理论研究+技术创新+示范应用”建设思路，以数字化建设为抓手，以全要素能力建设为驱动，探索出一条科学可行且行之有效的碳中和园区实施路径，形成国网首批可测量、可测算、可测评、可推广的低碳园区示范样板。
瞄准未来双碳领域的核心技术方向，重点在低碳技术经济性等理论分析、碳排放综合管理、区块链碳足迹溯源、碳捕集与储存、多能互补、需求侧响应、储能、电动汽车有序充电等30项核心技术上开展创新研究，以低碳智慧园区为落点实施融合应用。
(1) 构建微网能量管理系统。构建由风电、光伏、储能、充电桩组成的微网，以园区技术节能减碳为导向，考虑未来高渗透率清洁能源接入、大量电动汽车接入需求，建立低碳园区综合能量管理系统，见图1。通过各类新能源资源、储能与可响应负荷的协调控制，实现大量分布式光伏电源接入后用能负荷对新能源出力的追踪，促进新能源高效利用；
创新电动汽车充电服务模式，以有序充电控制策略实现充电智能管控，扩大需求侧响应规模；
研究应用储能技术，实现削峰填谷、光滑微网出力等用能调节。系统应用大幅提升了综合能源利用效率，为园区多能源优化调度、绿色低碳和优质能源服务提供支撑。
图1 低碳智慧园区实景展示(光伏、储能、电动汽车充电桩)
(2) 建设全域分项计量系统。全面开展能耗分项计量，根据建筑能耗科学选择计量点，在园区空调、电梯、食堂、实验室、电动汽车等重要能源消耗端口全覆盖安装智能表计，依托分项计量系统对数据进行信息化集成运用，实现用能实时监测和精准计量，为园区精细化管控、准确识别节能方向提供决策依据，全面挖掘降碳潜力，打造低能耗综合园区典范，见图2。
图2 分项计量系统能源信息采集架构图
(3)打造自动感知绿色建筑。绿色智能建筑是低碳智慧园区的重要组成部分，园区依托“双改造”着力打造可持续发展的绿色节能建筑，形成人、建筑、环境互为协调的整合体。一是楼宇改造，提升楼宇结构能效。针对特定建筑开展超低能耗改造：墙体选择合适的隔热材料；
新增屋面架空隔热板，减少其传热损失以及在夏季的内表面温度波动；
安装断桥铝合金中空Low-e玻璃窗户降低窗户的传感系数，实现窗体节能。二是设备改造，提升园区能效水平，降低碳排放量。重要能耗设备通过实时分析，自适应优化进入“低功耗模式”：对空调集中安装监控系统，通过摄像头进行人数捕捉，计算空调出力，实现智慧节能控制；
在车库试点智慧照明系统，通过自动感知完成开关控制，有效管理照明设备；
在电梯上加装能量反馈系统，将机械能产生的交流电回馈至电网，实现能量回收，助力楼宇设施节能减碳。
(4)建成数字化管理服务平台。以数字化建设为抓手，结合低碳智慧园区运行需求，开发应用双碳数字化管理服务平台，把握低碳园区建设内涵，按照“精准计量，节能改造，智慧感知，可视可控”的基本原则，设计可扩展的高级分析应用平台，实现“碳”数据的收集、管理、分析及展示，充分发挥数据价值。平台基于园区历史数据，可实现园区碳排放趋势预测；
应用区块链技术溯源碳足迹，通过平台推广开展碳资产管理，为探索碳市场交易提供有力支撑，强化园区低碳运营能力。
2020年低碳智慧园区通过新能源发电、微网EMS协调控制、园区绿植碳汇、楼宇节能改造、电能替代等方式累积减碳约200 t，通过上海环交所购买剩余碳排放配额进行核销，成功实现2020年度园区碳中和，率先成为采用碳排放配额核销实现碳中和的园区。
(1)顶层规划园区发展路径。强化项目顶层设计，系统谋划布局低碳智慧园区建设路线，明确路线图和施工图，配套形成工作方案，明确各层级、各部门(中心)的职责分工，确立日常管理机制、联合研发机制和推广应用机制三种机制，推动各层级协调联动、信息畅通，加速推动双碳技术创新和双碳成果高效推广。同步培育专业技术型、综合型、标准型三类专家人才资源，大力培养储能、碳核查等碳领域的专业人才。
(2)强化标准实验室建设。依托低碳智慧园区开展双碳技术研发，超前引领双碳标准布局，指导能源电力行业双碳标准制定，促进行业良性发展；
牵头制定《微电网碳排放核查标准》《区域配电网碳排放核查标准》团体标准及光储充一体化系列标准，填补电网行业在双碳领域的标准空地，有效支撑和引领行业发展。建成上海首家企业级碳中和实验室，聚焦碳达峰与碳中和、能源互联网与新型电力系统、电力市场与碳市场等五大研究方向，为双碳领域发展提供解决方案。
(3)注重深层次行为引导。强化消费侧引导和结果评价，指引企业和个人行为方向，推动广泛形成绿色低碳生产生活方式。一是建立电力企业低碳智慧园区建设及评价指标体系。以低碳经济为研究切入点，科学建立园区评价指标体系，推动园区建设最优配置。二是建立企业、员工低碳行为模式。倡导员工选择低碳生活，降低日常生活碳排放；
推行绿色节能基建，减少电力设施建设产生的碳排放；
实施智能后勤，约束工作过程中的碳排放；
鼓励电动汽车等绿色出行方式，减少公共用车尾气碳排放。
(4)培育新型业务增长点。围绕国家及上海市双碳战略落地，依托低碳智慧园区建设成果，培育碳标准制定及培训、低碳战略咨询、碳核查、碳检测等业务，同时根据市场需求进一步拓展低碳技术研发及成果转化、标准合格认定、金融服务与碳交易等业务，积极推进碳市场商业模式的发展。基于市场前景和商业盈利模式分析，率先开展碳排放检测和核算能力建设，建立面向上海市的碳核查、碳监测等业务体系，构建新型商业模式，形成共赢发展的碳市场格局。
(1)经济效益。低碳智慧园区应用成果可市广泛推广应用，具备较好的经济效益。一是降低用电成本。经实际测算，园区内单栋楼宇每年节省电费十余万元。二是拓展新兴业务。面向上海碳排放企业开展碳咨询、碳标准培训、碳检测、碳核查等技术服务，开拓碳市场新应用，预计每年可产生效益约500万元。
(2)环境效益。低碳智慧园区以清洁和绿色的方式开展双碳技术示范应用，遵循“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，建立了一个绿色、低碳、安全可靠的低碳智慧园区服务体系。经实际测算，园区内单栋楼宇每年减少碳排放量约100 t，以10 000栋同体量楼宇为例，可为上海减少碳排放量100万t，有效提升清洁能源使用率，资源节约、环境保护等效益显著。
(3)相关方效益。积极探索在电力系统转型下的双碳技术研发应用，在行业内外都取得了较好的效益。一是建成微网多能互补、电动汽车负荷侧灵活互动、储能等双碳新兴技术应用工程样板，为电力系统上下游企业在构建以新能源为主体的新型电力系统双碳战略实施落地提供了新思路。二是积极试点碳交易市场，通过上海环交所购买剩余碳排放配额进行核销，率先成为以碳配额核销方式完成碳中和认证的园区，为全国碳交易市场贡献上海经验。三是促进行业标准制定和完善,牵头编制的《区域配电网碳排放核算规范》团体标准正式获批发布，是电力行业在碳排放领域发布的首个团体标准。
低碳智慧园区建设通过融合双碳技术系列成果落地应用，率先融入数字化手段，打造双碳服务管理平台，形成了低碳园区建设典型经验，总结了园区建设管理创新举措，成功实现了双碳关键技术的重大进展，显著提升了企业双碳实施管理水平，精准助力企业实施碳减排，产生了显著的经济效益和环境效益，具有高度的推广应用价值和借鉴意义。
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