某工業(yè)園區(qū)風(fēng)光儲充一體化典型項(xiàng)目分析

摘" 要：該文對上海某工業(yè)園區(qū)風(fēng)光儲充一體化電站項(xiàng)目進(jìn)行剖析，通過項(xiàng)目的研究背景、政策條件、項(xiàng)目概況、建設(shè)條件和系統(tǒng)主要構(gòu)成，及區(qū)域虛擬電廠的平臺架構(gòu)如何耦合單元項(xiàng)目，從技術(shù)角度梳理從項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺到區(qū)域范圍虛擬電廠架構(gòu)的各個(gè)層級及環(huán)節(jié)，形成可復(fù)制的區(qū)域虛擬電廠典型范例。虛擬電廠將聚合各企業(yè)項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺，開展需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能源的靈活調(diào)度。為企業(yè)降本增效，挖掘綠色價(jià)值的同時(shí)，助力解決各地區(qū)、各省市乃至全國范圍內(nèi)電力電量不平衡問題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光儲充一體化電站；虛擬電廠；單元項(xiàng)目；區(qū)域架構(gòu)；典型項(xiàng)目

中圖分類號：TP392" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0117-04

Abstract： This paper analyzes the wind， solar， storage and charging integrated power station project in an industrial park in Shanghai. Through the project's research background， policy conditions， project overview， construction conditions， main system composition， and how the platform architecture of the regional virtual power plant couples the unit project， it is sorted out from a technical perspective. Various levels and links from the project-level energy data management platform to the regional-wide virtual power plant architecture are formed to form a replicable typical example of a regional virtual power plant. The virtual power plant will aggregate project-level energy data management platforms of various enterprises to respond to demand and achieve flexible energy scheduling. While reducing costs and increasing efficiency for enterprises， exploring green value， it also helps solve the problem of power imbalance in various regions， provinces and cities and even the country.

Keywords： wind， solar storage and charging integrated power station; virtual power plant; unit project; regional architecture; typical project

黨的二十大報(bào)告指出：“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和……立足我國能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動?！睘槿尕瀼匦掳l(fā)展理念，做好碳達(dá)峰碳中和工作，各省市、各行業(yè)實(shí)施方案相繼出臺，路徑和分階段目標(biāo)逐步明確。

近年，我國南方地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長加快，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步向南方地區(qū)聚攏，用電量激增，而我國資源優(yōu)勢地區(qū)大多集中在北方晉、陜、蒙、新一帶，煤炭產(chǎn)量占全國86%[1]，風(fēng)、光資源優(yōu)勢明顯。同時(shí)，各省均有不同的電力電量不平衡問題，急需考慮如何調(diào)節(jié)各省內(nèi)用電靈活性，解決電力電量時(shí)空錯(cuò)配難題。各省紛紛出臺分時(shí)機(jī)制，逐步拉大峰谷電價(jià)差，吸引用戶側(cè)儲能項(xiàng)目開發(fā)，采用“削峰填谷”模式，為電網(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰、需求響應(yīng)等服務(wù)，緩解省內(nèi)電力電量不平衡現(xiàn)狀[1]。上海作為特大城市，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用電負(fù)荷高，且各行業(yè)信息化、智能化、智慧化水平始終處于國際市場的先進(jìn)行列，具有得天獨(dú)厚的地域優(yōu)勢。

該風(fēng)光儲充一體化項(xiàng)目通過新型信息采集技術(shù)，對現(xiàn)有資源進(jìn)行高效開發(fā)，并以單元項(xiàng)目為依托，設(shè)置項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺，打通通信渠道，聚合數(shù)據(jù)信息，接入?yún)^(qū)域虛擬電廠管理平臺，用全新智能體系，助力緩解所在區(qū)域電力電量平衡[2]。

1" 項(xiàng)目概況

隨著上海市2023年一般工商業(yè)峰谷電價(jià)政策的發(fā)布，企業(yè)生產(chǎn)用電成本進(jìn)一步提高，急需對園區(qū)進(jìn)行節(jié)能改造，提高可再生能源利用率，降低企業(yè)用電成本，挖掘企業(yè)綠色價(jià)值。

項(xiàng)目位于上海市某區(qū)沿海工業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)，為企業(yè)金屬加工車間及物流倉儲園區(qū)。經(jīng)研究，項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)儆谔柲苜Y源“豐富區(qū)”，沿海地區(qū)風(fēng)資源條件優(yōu)渥，且上海市峰谷電價(jià)差進(jìn)一步拉大，適宜建設(shè)分布式風(fēng)光儲充一體化電站項(xiàng)目。

利用廠區(qū)內(nèi)在建廠房、新建車棚進(jìn)行風(fēng)光儲充一體化電站項(xiàng)目建設(shè)，并接入廠區(qū)內(nèi)配電系統(tǒng)，其中光伏電站容量為848.1 kW，風(fēng)電容量1 kW，儲能容量200 kW/400 kWh，充電樁容量140 kW。

2" 建設(shè)條件分析

2.1" 園區(qū)現(xiàn)狀條件分析

該園區(qū)用地面積約48畝（1畝約等于667 m2，下同），總建筑面積約30 000 m2，園區(qū)東南側(cè)均為市政道路，周邊建筑對園區(qū)無明顯遮擋。

建筑物情況：園區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀建筑（構(gòu)）物12座，其中甲類倉庫、危廢庫、污水處理站、消防泵房和門衛(wèi)等6座輔助用房均為建筑高度10.0 m以下單層建筑，建筑面積均不大于550 m2，且分布于園區(qū)北側(cè)及主要建筑群中，受到周邊建筑遮擋影響較大，不宜用作分布式光伏的建設(shè)主體；油性車間、粉體車間、公用工程樓、綜合樓、丙類倉庫和水性車間等6座主要生產(chǎn)建筑，建筑高度12.0 m至20.0 m不等，除去建筑本身女兒墻、天窗、出屋面樓梯間、設(shè)備間及屋頂露天設(shè)備等局部遮擋外，各建筑之間不存在大面積相互遮擋現(xiàn)象。

屋頂情況：該園區(qū)建筑物屋頂面積合計(jì)約12 000 m2，其中6座主要生產(chǎn)建筑屋頂面積合計(jì)9 650 m2，除丙類倉庫為輕鋼屋面結(jié)構(gòu)外，其余建筑的屋頂結(jié)構(gòu)形式均為混凝土框架結(jié)構(gòu)，由于該園區(qū)為建筑主體設(shè)計(jì)及屋頂分布式光伏設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均已提前考慮光伏組件荷載，本項(xiàng)目不考慮結(jié)構(gòu)加固，但要求業(yè)主后期委托具有安全檢測資質(zhì)的第三方對原建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定。

停車庫：露天集中式停車庫位于園區(qū)南側(cè)，東南方向均為市政道路，有良好的光條件，擬新增光伏車棚約1 300 m2、充電樁及儲能裝置。

2.2" 分布式光伏政策條件分析

國家能源局綜合司于2021年11月發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)分布式光伏發(fā)電安全工作的通知（征求意見稿）》中提到：分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)單位在開展項(xiàng)目選址時(shí)，要綜合分析區(qū)域內(nèi)氣象地質(zhì)條件及所利用建筑物的建成年限、結(jié)構(gòu)類型、承重荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、使用功能、周邊環(huán)境、安全距離、消防救援能力等因素，有效規(guī)避自然災(zāi)害、火災(zāi)、爆炸、坍塌等安全風(fēng)險(xiǎn)。嚴(yán)禁利用火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為甲類、乙類的建筑物建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，利用此類建筑物附近的其他建筑物或場地建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的，嚴(yán)格執(zhí)行GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，保證防火間距不小于30.0 m，必要時(shí)加大防火間距。

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》3.1條火災(zāi)危險(xiǎn)分類，園區(qū)主要生產(chǎn)建筑物中，油性車間火災(zāi)的危險(xiǎn)性為甲類，粉體車間的火災(zāi)危險(xiǎn)性為乙類，公用工程樓、丙類倉庫、水性車間和綜合樓的火災(zāi)危險(xiǎn)性較小，其屋頂可用于屋頂分布式光伏建設(shè)。

2.3" 太陽能資源分析

本工程光伏電站廠址位于上海市，地處北亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候溫和濕潤、光照充足，降水豐沛，四季分明。根據(jù)中國氣象局風(fēng)能太陽能中心于2024年2月發(fā)布的《2023年中國風(fēng)能太陽能資源年景公報(bào)》，該地區(qū)多年平均年日照時(shí)數(shù)為2 014 h左右，多年平均太陽輻射量在4 561 MJ/m2左右，屬我國太陽能資源四類區(qū)域，比較適合建設(shè)太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目。項(xiàng)目所在沿海地區(qū)年平均太陽總輻射為1 267 kWh/m2。根據(jù)GB/T 37526—2019《太陽能資源評估方法》等級劃分標(biāo)準(zhǔn)區(qū)劃結(jié)果，該地區(qū)處于太陽能“資源豐富”區(qū)域。

2.4" 電價(jià)策略分析

根據(jù)該用戶與電網(wǎng)結(jié)算執(zhí)行的電價(jià)模式（一般工商業(yè)，兩部制，10 kV），結(jié)合上海市2023年一般工商業(yè)峰谷電價(jià)政策如圖1所示，分析確定儲能系統(tǒng)運(yùn)行方式。

由此可見，項(xiàng)目所在地工商業(yè)峰谷電價(jià)差讓儲能系統(tǒng)具有“每日兩充兩放”條件，在時(shí)段“00：00—05：59”和“15：00—16：59”實(shí)現(xiàn)了填谷，在時(shí)段“08：00—09：59”和“19：00—20：59”具體運(yùn)行時(shí)間見表1，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和能源高效利用[3]。

3" 系統(tǒng)主要構(gòu)成

綜合以上條件，并通過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)綜合比較，結(jié)合屋頂結(jié)構(gòu)形式與面積等因素，本項(xiàng)目新建：光伏電站容量為848.1 kW；風(fēng)電容量為1 kW；儲能容量為200 kW/400 kWh；充電樁容量為140 kW；接入企業(yè)能源數(shù)據(jù)管理平臺。

3.1" 屋頂分布式光伏

本項(xiàng)目光伏電站總?cè)萘繛?48.1 kW，其中屋頂分布式光伏564.85 kW，利用廠區(qū)綜合樓、公用工程樓、水性車間和丙類倉庫建設(shè)屋頂分布式光伏電站。屋頂組件排布避開屋頂女兒墻、風(fēng)機(jī)、氣窗的陰影遮擋，排布整齊合理，留有檢修通道，走道設(shè)計(jì)寬度均不低于0.4 m。

太陽電池支架單元的布置考慮前、后排及周圍的陰影遮擋問題，通過計(jì)算確定屋頂光伏陣列與建筑物的距離。確定原則為冬至日當(dāng)天9：00—15：00（真太陽時(shí)）的時(shí)間段內(nèi)，光伏陣列不被遮擋。

3.2" 光伏車棚

本項(xiàng)目利用在建露天小汽車停車場建設(shè)283.25 kW光伏車棚。

光伏車棚采用鋼結(jié)構(gòu)，由柱、主梁、檁條和組件構(gòu)成。根據(jù)停放的車輛類型、尺寸，結(jié)合場地條件采用不同的車棚尺寸。

3.3" 小微風(fēng)機(jī)

本項(xiàng)目安裝示范性小微風(fēng)機(jī)，裝機(jī)容量合計(jì)1 kW，安裝地點(diǎn)選擇綜合樓及公用工程樓屋頂，各安裝1臺500 W垂直軸風(fēng)電機(jī)組。其中，綜合樓屋頂小微風(fēng)機(jī)面向園區(qū)主入口，公用工程樓屋頂小微風(fēng)機(jī)面向園區(qū)所在路段沿街立面，風(fēng)機(jī)造型簡潔大方，強(qiáng)調(diào)先進(jìn)復(fù)雜技術(shù)，關(guān)注建筑美學(xué)要求[4]。

3.4" 儲能電站

本項(xiàng)目工程儲能系統(tǒng)容量為200 kW/400 kWh，選用磷酸鐵鋰儲能模塊機(jī)，運(yùn)行方式為每日“兩沖兩放”，設(shè)計(jì)年運(yùn)行天數(shù)為300 d。安裝地點(diǎn)為停車場東南角。電氣平面布置力求緊湊合理，出線方便，減少占地面積，節(jié)省投資。區(qū)域內(nèi)包含2臺儲能模塊機(jī)（100 kW/200 kWh），儲能并網(wǎng)柜布置安裝于車間低壓配電室內(nèi)。

3.5" 充電樁

本項(xiàng)目充電樁安裝容量為140 kW，安裝20臺7 kW交流充電樁，與儲能電站互聯(lián)，供區(qū)域內(nèi)電動汽車充電使用，安裝地點(diǎn)選擇在小停車場南側(cè)停車位，就近消納光伏車棚所發(fā)電量。

3.6" 接入企業(yè)能源數(shù)據(jù)管理平臺

本項(xiàng)目設(shè)置項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺，采用企業(yè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集器、邊緣控制器、智能網(wǎng)關(guān)等，采集并聚合光伏、風(fēng)機(jī)、儲能和充電樁等能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)上送至本企業(yè)能源數(shù)據(jù)管理平臺，如圖2所示。平臺將助力構(gòu)建能源管理策略，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲充系統(tǒng)能量平衡及有效利用[5]。

通過使用數(shù)據(jù)采集器、邊緣控制器等采集終端，實(shí)現(xiàn)了終端設(shè)備層能源設(shè)備的“聚合”功能；通過利用智能網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸模塊等通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了能源設(shè)備的“通信”功能。虛擬電廠的核心是“聚合”和“通信”，通過通信手段將各種分布式資源（終端能源設(shè)備）聚合成一個(gè)滿足電力系統(tǒng)要求、能可靠并網(wǎng)的整體，使其表現(xiàn)出和傳統(tǒng)電廠類似的參數(shù)特性。

企業(yè)能源數(shù)據(jù)管理平臺通過平臺管理層的服務(wù)器與區(qū)域虛擬電廠管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過搭建電力需求響應(yīng)平臺，一方面通過負(fù)荷集成，優(yōu)化聚合資源，實(shí)現(xiàn)管理各個(gè)用電設(shè)備的數(shù)據(jù)上傳和執(zhí)行反饋，以及需求傳遞和策略下達(dá)，另一方面可以與電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)電能量市場交易、參與需求響應(yīng)和輔助服務(wù)等場景應(yīng)用。

4" 區(qū)域虛擬電廠平臺架構(gòu)

本項(xiàng)目作為該企業(yè)下的單元項(xiàng)目，建設(shè)項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺，通過其所屬的企業(yè)級能源數(shù)據(jù)管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的聚合管理。同時(shí)，企業(yè)平臺與第三方服務(wù)機(jī)構(gòu)打造的區(qū)域虛擬電廠能源管理平臺形成互聯(lián)通信，與該虛擬電廠形成調(diào)度交易、聚合調(diào)控及資源接入。

該虛擬電廠向上接受電網(wǎng)調(diào)度指令、向下對簽約用戶進(jìn)行調(diào)度管理，參與電力交易及電力輔助服務(wù)等功能。在電力公司發(fā)布需求響應(yīng)事件后，虛擬電廠通知各企業(yè)用戶聯(lián)絡(luò)人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)申報(bào)當(dāng)次可響應(yīng)量，企業(yè)平臺隨即向項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺下發(fā)調(diào)度目標(biāo)、調(diào)度計(jì)劃及調(diào)度指令，迅速開展需求響應(yīng)。項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺的建設(shè)，有效協(xié)助企業(yè)平臺快速向虛擬電廠作出反饋[6-7]。

5" 項(xiàng)目新技術(shù)運(yùn)用

本項(xiàng)目涉及現(xiàn)有建筑屋頂光伏組件布置，采用無人機(jī)航拍技術(shù)，解決該工程范圍大、屋頂多、屋面資料不齊全等問題。通過無人機(jī)航拍掃描，快速收集屋頂三維信息，識別屋頂障礙物、計(jì)算陰影遮擋，篩選屋頂可鋪設(shè)范圍，實(shí)現(xiàn)屋頂光伏組件自動排布設(shè)計(jì)，提高區(qū)域范圍內(nèi)屋頂分布式光伏鋪設(shè)的科學(xué)性、精準(zhǔn)性和可實(shí)施性。

目前該技術(shù)受到項(xiàng)目地理位置限制，人工成本較高，尚未在分布式屋頂光伏項(xiàng)目中大規(guī)模推廣使用，既有建筑屋面信息采集如何降本增效依然是項(xiàng)目開發(fā)的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。

6" 結(jié)論

本項(xiàng)目是一個(gè)典型工商業(yè)園區(qū)風(fēng)光儲充一體化改造項(xiàng)目，包含了風(fēng)電、光伏、儲能、充電樁以及能源數(shù)據(jù)接入企業(yè)管理平臺等建設(shè)內(nèi)容，最后與區(qū)域虛擬電廠互聯(lián)通信，將能源進(jìn)行區(qū)域范圍內(nèi)的統(tǒng)一調(diào)度并參與需求響應(yīng)。隨著虛擬電廠模式的成熟和規(guī)模的普及，企業(yè)通過建設(shè)項(xiàng)目級能源數(shù)據(jù)管理平臺，聚合企業(yè)運(yùn)營能源數(shù)據(jù)，能夠幫助企業(yè)通過更多途徑獲得更多收益，減輕碳市場帶來的成本壓力，實(shí)現(xiàn)降本增效，成長為所在企業(yè)長期盈利點(diǎn)[8]。

本項(xiàng)目運(yùn)營后，光伏組件所發(fā)電量由項(xiàng)目所在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營消納，每年為企業(yè)節(jié)約15%用電成本，并通過虛擬電廠參與需求響應(yīng)，獲取額外補(bǔ)貼收益。本項(xiàng)目為區(qū)域虛擬電廠搭建了值得復(fù)制推廣的典型范例，加快電網(wǎng)公司、能源企業(yè)、用電企業(yè)的能源轉(zhuǎn)型升級；虛擬電廠還將通過對用電企業(yè)能源數(shù)據(jù)的聚合，加速推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)和新能源城市建設(shè)，助力解決各地區(qū)、各省市乃至全國范圍內(nèi)電力電量不平衡問題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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