在前不久剛結(jié)束的全市科技大會(huì)暨科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，上海電器科學(xué)研究所集團(tuán)有限公司吳小東教高團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的上海重大專項(xiàng)項(xiàng)目《面向城市低碳建筑集群的數(shù)智化微能源網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》榮獲了2023年度上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)的殊榮。

今天我們帶領(lǐng)大家走進(jìn)綠色低碳建筑，為大家科普何為低碳建筑微能源網(wǎng)，為什么要建設(shè)低碳建筑微能源網(wǎng)，以及我國(guó)科技人員是如何攻克建筑微能源網(wǎng)建設(shè)中數(shù)智化關(guān)鍵難題以及他們?nèi)〉玫膭?chuàng)新研究成果。

1 數(shù)智化微能源網(wǎng)是建設(shè)低碳建筑的內(nèi)核

據(jù)國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，如今建筑物耗能約占全球能源消耗的30%和能源電力的50%以上，因此建筑行業(yè)是全球資源消耗和能源排放的最重要領(lǐng)域。綠色低碳建筑配置了多種分布式可再生能源，實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)各種能源的互相融合、靈活使用，可以大大減少建筑物總能源需求，有效地節(jié)約成本并降低排放，目前已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域節(jié)能降耗的主要手段。

低碳建筑的新型微能源網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。

由上圖我們可以看到，低碳建筑已經(jīng)不再是過(guò)去傳統(tǒng)意義上的純用電負(fù)載，而是由原來(lái)妥妥的用能大戶轉(zhuǎn)變?yōu)榧婢甙l(fā)電、儲(chǔ)能、調(diào)節(jié)、用電等功能的新型建筑。建筑實(shí)現(xiàn)智能化的微能源網(wǎng)架構(gòu)和多功能應(yīng)用后，一是能通過(guò)可再生能源（主要為屋頂光伏）的利用，顯著減少對(duì)化石能源的依賴，減少建筑物的能耗和碳排放；二是能夠整合建筑物內(nèi)的各種分布式能源，并根據(jù)新能源時(shí)間特征和區(qū)域特性實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，顯著提高建筑的能源利用效率，減少能源損耗；三是可以通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備和智能調(diào)度系統(tǒng)，做好“源-荷-網(wǎng)”的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使建筑用電由目前的剛性負(fù)載轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝载?fù)載，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，微能源網(wǎng)還可以作為應(yīng)急電源，增強(qiáng)配電系統(tǒng)的韌性。

這其中，建筑微能源網(wǎng)需要精確的數(shù)智化控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)儲(chǔ)配用之間的優(yōu)化計(jì)算和控制，以達(dá)到各能源功率和使用效率的最大化，使建筑能效提升。同時(shí)，利用數(shù)智化技術(shù)，可以幫助建筑實(shí)現(xiàn)后期的智慧運(yùn)維。未來(lái)，低碳建筑微能源網(wǎng)不但在單棟建筑中應(yīng)用，還將擴(kuò)展到區(qū)域級(jí)、城市級(jí)，形成園區(qū)和城市的綜合能源服務(wù)、區(qū)域“虛擬電廠”等新業(yè)態(tài)，帶動(dòng)更大規(guī)模的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。屆時(shí)，對(duì)建筑配電系統(tǒng)的數(shù)智化需求將更大。

2 綠色建筑數(shù)智化微能源網(wǎng)的技術(shù)瓶頸

建筑微能源網(wǎng)作為微型綜合能源系統(tǒng)，具有綠色環(huán)保、降低能耗、減少碳排放等顯著特點(diǎn)，同時(shí)能提供電、冷、熱綜合能源服務(wù)，建成后對(duì)供能側(cè)、用能側(cè)、能源傳輸側(cè)等各個(gè)方面都有較大益處，因此成為建筑領(lǐng)域未來(lái)綠色低碳的發(fā)展方向。

由于我國(guó)低碳建筑微能源網(wǎng)起步較晚，與國(guó)外相比還有一定差距，在關(guān)鍵技術(shù)上還存在諸多技術(shù)瓶頸，主要包括這幾個(gè)方面：一是多能源接入后如何協(xié)調(diào)融合問(wèn)題是微能源網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵瓶頸，其中提高各能源單元的效率和利用率是關(guān)鍵；二是微能源網(wǎng)需要研發(fā)高效的數(shù)智化控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電、儲(chǔ)存和配網(wǎng)之間的優(yōu)化計(jì)算和控制，以達(dá)到功率和效率的最大化；三是需要建立規(guī)范、完善的數(shù)智化微能源網(wǎng)體系技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，促進(jìn)建筑微能源網(wǎng)的推廣和應(yīng)用；四是需要加大物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)微能源網(wǎng)各環(huán)節(jié)的全面感知和智能應(yīng)用；五是微能源網(wǎng)配套控制設(shè)備的數(shù)字化智能化水平和可靠性有待提升等。

3 潛心研究，攻克難關(guān)

前述的技術(shù)瓶頸在一定程度上制約了我國(guó)綠色低碳建筑的發(fā)展。盡快加大對(duì)建筑微能源網(wǎng)配電系統(tǒng)技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)，掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，提高我國(guó)建筑配電系統(tǒng)的控制和保護(hù)裝備的智能化水平，優(yōu)化系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力和系統(tǒng)調(diào)控水平，縮短與先進(jìn)國(guó)家的距離，是保障我國(guó)雙碳目標(biāo)的重大戰(zhàn)略需求，也成為擺在我國(guó)科研人員面前迫在眉睫的重要課題。

面對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的迫切需求，針對(duì)綠色建筑微能源網(wǎng)的技術(shù)難題，上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司吳小東教高領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海城市建筑研究院、上海交通大學(xué)等一批合作伙伴，共同承擔(dān)了上海市重大專項(xiàng)項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)多年潛心研究，攻堅(jiān)克難，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列的創(chuàng)新性技術(shù)研發(fā)和實(shí)踐應(yīng)用，成功解決了許多面向低碳建筑多源化協(xié)同優(yōu)化控制關(guān)鍵技術(shù)難題，成功探索出低碳建筑多源化配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)解決方案。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)取得的創(chuàng)新性成果主要有：

（1） 團(tuán)隊(duì)根據(jù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合后的能源網(wǎng)狀態(tài)感知、信息集成及智能網(wǎng)絡(luò)裝備現(xiàn)狀和存在的技術(shù)瓶頸，經(jīng)過(guò)多年潛心研究，攻克基于復(fù)雜環(huán)境特征與用戶行為模式的云-邊信息處理技術(shù)，創(chuàng)新提出面向多協(xié)議多介質(zhì)的能源大數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換解決方案，并開(kāi)發(fā)出智能化網(wǎng)絡(luò)控制成套裝備。

（2） 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研究出計(jì)及環(huán)境友好性的多能互補(bǔ)協(xié)同優(yōu)化技術(shù)及綜合能源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)多能流混合時(shí)間尺度的滾動(dòng)優(yōu)化與精細(xì)調(diào)度控制策略，構(gòu)建多場(chǎng)景服務(wù)驅(qū)動(dòng)型的微能源網(wǎng)分層信息管理架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑微能源網(wǎng)的有效管控，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了系列化SEARITM用戶端綜合能源管理平臺(tái)軟件。

（3） 面對(duì)當(dāng)前我國(guó)缺乏規(guī)范、完善的數(shù)智化微能源網(wǎng)體系技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的現(xiàn)狀，項(xiàng)目搭建了面向智慧城市微能源網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與創(chuàng)新孵化平臺(tái)，建立了用戶端能源管理系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系，并且牽頭IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作組，建成國(guó)家與區(qū)域兩級(jí)創(chuàng)新孵化平臺(tái)，形成持續(xù)創(chuàng)新能力，為我國(guó)建筑微能源網(wǎng)的推廣和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（4） 項(xiàng)目對(duì)我國(guó)城市數(shù)智化治理的微能源網(wǎng)信息基礎(chǔ)建設(shè)與重大工程進(jìn)行了有力支撐，被廣泛應(yīng)用在上海主要公共基礎(chǔ)設(shè)施的城市微能源網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施中，包括上海中心大廈、后世博園區(qū)、浦東機(jī)場(chǎng)等在內(nèi)的一系列國(guó)家重大工程，為這些建筑提供了高效、綠色的能源供應(yīng)保障。

除此之外，項(xiàng)目研制過(guò)程中還取得和發(fā)表了一批專利成果和研究論文，成功研制了眾多專用建筑微能源網(wǎng)控制設(shè)備產(chǎn)品，促進(jìn)了我國(guó)城市低碳建筑微能源網(wǎng)的推廣和應(yīng)用建設(shè)進(jìn)程。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前，城市建筑采用綠色微能源網(wǎng)配電模式已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)建筑配電系統(tǒng)下一步的發(fā)展方向，成為未來(lái)城市發(fā)展零碳能源和智慧城市的重要支柱。可以預(yù)期，隨著“雙碳目標(biāo)”和能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施，由多種可再生能源組成的綠色低碳、高效數(shù)智化建筑將會(huì)獲得更大的發(fā)展空間，助力我國(guó)“雙碳目標(biāo)”的早日實(shí)現(xiàn)。

寫(xiě)到這里，相信大家已經(jīng)對(duì)城市低碳建筑微能源網(wǎng)和我國(guó)科研人員為此所做的攻關(guān)創(chuàng)新工作有了一定的了解，我們期待與大家在下一篇科普文章再見(jiàn)。

（科學(xué)性審查人員：鄒其文" 高級(jí)工程師）