摘要：建筑園區作為城市中數量眾多、功能重要的生產生活空間載體，在建設和運行過程中會產生大量碳排放。建筑園區在運行階段如何通過技術路徑實現零碳化運行，聚焦智能微電網技術在零碳園區新型電力系統中的關鍵作用。采用了案例分析法，以德國柏林歐瑞府零碳能源科技園和中國上海傅雷圖書館作為國內外案例研究對象。對智能微電網技術在零碳園區新型電力系統中的應用進行理論結合實踐的介紹，并對其未來發展展開展望。其呈現了智能微電網技術在零碳園區新型電力系統中的實際應用情況，以及基于此對其未來應用前景的展望。

關鍵詞：零碳園區；新型電力系統；智能微電網技術

1研究背景

1.1中國“3060碳達峰碳中和”戰略

為應對氣候變化及其負面影響，2015年12月12日，第21屆聯合國氣候變化大會在巴黎舉行，世界各國領導人共同達成了具有歷史意義的《巴黎協定》，并于2016年11月4日正式生效，是具有法律約束力的國際條約，它標志著一個向凈零排放世界轉變的開始。

1.2零碳園區建設的必要性

根據《2022中國建筑能耗與碳排放研究報告》顯示，2020年全國建筑全過程碳排放總量為50.8億tCO2，占全國碳排放的比重為50.9%。其中：

●建材生產階段碳排放28.2億tCO2，占全國碳排放總量的比重為28.2%；

●建筑施工階段碳排放1.0億tCO2，占全國碳排放總量的比重為1.0%；

●建筑運行階段碳排放21.6億tCO2，占全國碳排放總量的比重為21.7%。

由此可見，實現建筑園區在運行階段的零碳化，對我國實現“3060碳達峰碳中和”戰略有著積極的促進作用。

2智能微電網技術

2.1問題與挑戰

（1）電氣安全

我國的建筑園區已經從開發建設階段轉向運營管理階段，眾多建筑園區建成時間已達十余年甚至更久，面臨著電力系統設施設備老舊、運行維保品質不佳的局面，不僅存在能源使用效率方面的問題，更存在電氣安全方面的隱患。

（2）能碳雙控

眾多建筑園區存在尚未建立健全能碳雙控管理體系、配備有效能碳雙控管理工具的現象。由于缺乏連續、準確、透明的能碳數據作為分析、決策的依據，園區無法制定切實可行的節能減碳解決方案。

（3）用電成本

實行兩部制電價的園區，其電價由基本電價和電度電價組成。基本電價分為按固定容量收費和按實際需量收費。采用分時電價的電度電價有著不同的尖峰平谷電價。園區的用電負荷如不加以精細化、科學化的管理，不僅會造成電費成本過高，持續較高的需量也會造成電力系統的安全隱患。

2.2智能微電網系統

（1）微電網定義

微電網是指由分布式電源、用電負荷、配電設施、監控和保護裝置等組成的小型發配用電系統。微電網分為并網型微電網和獨立型微電網，可實現自我控制和自治管理。并網型微電網既可以與外部電網并網運行，也可以離網獨立運行；獨立型微電網不與外部電網連接，電力電量自我平衡。文章研究的微電網特指并網型微電網。

（2）智能微電網技術

智能微電網技術是指運用物聯網、云計算、大數據、人工智能等數字化技術，為零碳園區新型電力系統搭建一套云邊端三層架構的電力能源物聯網。

①設備層（端）

通過部署數字化傳感器、表計實現電力參數、電量參數、設施設備溫度參數、斷路器健康狀態參數的采集與上傳。

②邊緣控制層（邊）

通過部署軟硬件一體化的邊緣監控設備，實現電力系統在線監測、斷路器遠分合閘程控制、儲能充放電控制、充電樁功率輸出控制、空調溫度控制等功能。

③應用分析層（云）

a.智慧運維功能

結合電力系統在線監測功能，通過預先設置報警閾值的方式，將處于非正常運行狀態的站房、系統、設備的信息推送至運維人員的手機端和電腦端，運維人員可提前進行保養、檢修、更換等措施，進而降低設備故障和安全事故的隱患、延長資產使用壽命。

b.能碳管理與電費管理功能

為建筑園區建立統一的可視化、智能化的能耗、碳排放、用電成本數字化管理系統，系統對各園區的能源和資源運營數據進行實時采集與監測。以安全、準確、穩定的大數據管理為底層基礎，對能源與資源的運營數據進行可視化呈現和智能化分析，提升能碳管理、電費管理質量的同時降低人工成本。在企業經營層，可與企業的OA、ERP、MES系統對接，提供直接、透明、合規的數據。

c.源網荷儲一體化功能

源網荷儲一體化功能的實現，有助于建設電網友好型的零碳園區新型電力系統。可減少大規模分布式電源接入對電網造成的沖擊，并網型微電網與外部電網的交換功率和時段具有可控性，通過對電源、負荷和儲能系統的協同控制，實現與電網之間的功率交換。

3項目案例研究

3.1項目概況

歐瑞府零碳能源科技園位于德國柏林，是全球零碳園區標桿案例。園區已經超前實現了德國聯邦政府制定的2050年氣候保護目標——二氧化碳減排80%。

3.2智能微電網技術解決方案

基于智能微電網核心技術的新型電力系統是超前實現這一目標的核心解決方案：

園區內的建筑和設備的建設以高能效為首要目標，并通過智能化的能源管理系統集中控制，首先實現了園區的能效提升目標。其次，園區通過使用可再生能源，如沼氣、光伏和風能，以及沼氣熱電聯供站等設備來實現供暖、制冷和供電，進一步實現了綠色清潔能源替代的目標。園區接入了1.8兆瓦時的電池儲能系統，由大約能滿足100輛電動汽車和公交車充電的智能充電站，以及運行電轉熱和電轉冷設備共同組成零碳園區新型電力系統，通過智能微電網技術的應用，實現了新型電力系統“源網荷儲一體化”的功能，達到了100%使用可再生能源供電的目標。

4項目實踐研究

4.1項目概況

2019年落成開館的傅雷圖書館，位于中國上海市浦東新區周浦鎮。園區主體為一棟四層建筑物，總面積約5401.45㎡。圖書館全年365天運行，用電時長遠高于普通公共機構，面臨能效、碳排放強度、用電成本“三高”的挑戰。傅雷圖書館零碳改造項目的“設計、建設和運營”均對標國際權威的LEED凈零碳認證體系，是世界首座LEED凈零碳認證圖書館。

4.2智能微電網技術解決方案

在改造階段，項目團隊結合圖書館的場地與空間條件、運營管理需求和日常用能特點，為項目規劃了“提高能源使用效率、高比例綠電替代、源網荷儲一體化運行”的實施路徑，確保項目落地后的可持續減碳。

首先，項目團隊為圖書館設計了科學化、精細化的能碳管理體系并部署了數字化能碳管控平臺，通過“技術改造+管理優化+公眾參與”的方式，提高圖書館的能源使用效率。針對主要用能分項之一的照明系統，項目部署了輕量化易于安裝的智能控制系統。物業人員通過遠程集中控制的方式，不僅能集中控制所有燈具的開關，還能結合室內空間的照度和讀者的人數，通過預先設置的“節能場景”，關閉部分燈具的同時不影響圖書館的運營，大幅提升了工作效率和節能減碳的參與度。

針對主要用能分項之一的空調系統，項目團隊貼心地制作了溫馨提示，告知讀者空調溫度的設定有利于圖書館的節能減碳，并且邀請讀者共同參與其中，大大減少了讀者自行調節溫度的現象。同時，通過部署智能控制系統，在光伏發電富裕的時候，聯動溫度控制、消納綠電，并利用建筑進行“蓄熱蓄冷”。

計量系統是摸清建筑“能碳家底”的必要條件。圖書館不僅按照用能設備類型增設了分項計量系統，還針對運營時間或主體有差異的空間，例如：劇場、深夜書店、新能源汽車充電站，設置了分區計量。實現能耗數據采集的科學化、精細化。同時，結合數字化能碳管理系統，實現了對能耗數據的實時采集和連續存儲，為圖書館的可持續節能減碳建立了透明、可信的能碳臺賬。

在提高能源使用效率的基礎上，減碳的重要措施是綠電替代。項目充分利用屋頂及室外停車場空間建設光伏電站（裝機量約300kW，年發電量約30萬度，自消納率約88%，約67%的建筑年用電量實現綠電替代）大幅度降低了建筑運行碳排放。項目同時配置了50kW/100kWh的儲能系統，運用智能微電網技術，對儲能系統實行智能化充放電調度，優先用于提升光伏自消納率，盡可能減少光伏發電量上網造成對電網的沖擊。低碳交通也是項目減碳的技術體系之一，4臺120kW快充樁、10臺7kW慢充樁，大大改善了讀者和周邊社區的充電配套服務。

隨著光伏、儲能、充電樁等新能源設備的接入和數字化升級，傅雷圖書館的傳統電力系統蛻變成為用戶側新型電力系統。通過引進施耐德電氣的智能微電網技術、結合項目團隊所在企業的硬件制造能力，項目團隊為圖書館搭建了集“物聯網、大數據、云計算和人工智能技術”為一體的微電網管控平臺。云邊端三層架構、軟硬件一體化的微電網管控平臺是實現零碳園區新型電力系統安全可靠、低碳、綠色經濟的核心產品。通過預測未來24小時的光伏發電量和建筑用電量，實現空調溫度設定、充電樁功率調節、儲能充放電調度的全自動協同控制，實現用戶側新型電力系統的源網荷儲一體化運行。可持續優化建筑能效和用電成本、提高光伏消納率、降低建筑運行碳排放，同時為虛擬電廠建設打下用戶側基礎。

在運營階段，利用數字化能碳管理系統，項目團隊為圖書館提供電力系統設施設備運維和能碳資產管理服務。通過“線下巡檢、維保、搶修”+“線上監控、數據分析”相結合的方式，確保項目的可持續減碳和迭代更新。經過1年多的運營，傅雷圖書館2023年用電強度較2021年下降14.46%，2023年碳排放強度較2021年下降36.78%。

傅雷圖書館零碳改造項目在2023年獲得了聯合國工發組織頒發的全球零碳城市創新典范獎，是綠色建筑專業的一個鉑金級獲獎項目。項目也在今年入選上海市節能減排持采用高標準進行改造和運營的肯定和鼓勵。

安科瑞作為專業的智慧能源管理解決方案提供商，能為零碳園區建設提供包括碳計量電表、分布式光伏、分布式儲能、電動車有序充電以及智慧能源管理平臺等解決方案，為零碳園區的建設提供“云-邊-端”一體化解決方案，利用“云邊協同”智慧策略幫助園區充分利用好新能源，幫助園區明確降碳成本效益路線圖。

5.1碳電表

碳電表是一種新型的計量工具，它的出現是為了幫助我們更好地理解和計算企業在電力使用中的碳排放。它的工作原理是根據實際電能消耗的計量數據，動態計算并按照使用條件、區域等因素更新電碳因子，也就是平均每度電所蘊含的碳排放量。這個數值是實時更新的，能夠真實反映企業電力使用中的碳排放情況。碳電表的出現對于企業有著非常重要的意義，有了這些數據，企業就可以追蹤產品生產過程的碳排放，根據碳排放情況優化電源結構，制定更加綠色低碳的生產模式。

AEM96三相多功能碳電表，集成三相電力參數測量、分時電能計量及碳排放統計，根據不同使用工況的電碳折算因子集成碳結算功能，包含12組碳排放值及對應的碳排放因子，它能夠實時計算并給出企業生產用電帶來的碳排放量，讓碳排放像電能一樣方便記錄，配合安科瑞碳資產管理平臺，大大簡化企業的碳排放統計工作。

圖1 AEM96三相多功能碳電表

5.2分布式光伏解決方案

分布式光伏是零碳園區新能源建設的首選，隨著新型電力系統的發展以及國能發新能規〔2025〕7號文、發改價格〔2025〕136號文相繼出臺，分布式光伏建設越來越需要面臨并網、運行安全和能量管理方面的問題，并不是建了就能用，建了便可以有穩定收益的。供電部門對于分布式光伏電站保護、穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

圖2分布式光伏建設系統圖

分布式光伏建設相關二次設備：

5.3分布式儲能解決方案

儲能系統作為光伏發電蓄水池和中轉站，在消納光伏發電過程中起著很重要的作用，在零碳園區建設中必不可少。

按照GB/T 36547-2018《電化學儲能系統接入電網技術規定》要求，儲能系統的微機保護配置要求：儲能電站并網點配置AM5-IS防孤島保護，非計劃孤島時應在2s動作，將儲能電站與電網斷開。

關于儲能系統計量點的設置：如果儲能系統接入園區內部電網，計量點設置在并網點。

儲能單元應具備絕緣監測功能，當儲能單元絕緣低時應能發出報警和/或跳閘信號通知儲能變流器及計算機監控系統，如果BMS或者PCS不具備絕緣監測功能可單獨配置直流絕緣監測裝置。

通過10kV接入公用電網的儲能系統電能質量宜滿足GB/T19862要求的電能質量監測裝置，當儲能系統的電能質量指標不滿足要求時，配置電能質量在線監測裝置監測并網點電能質量。

圖3儲能系統圖

儲能系統二次設備選型

5.4有序充電解決方案

以電代油、以電代氣是零碳園區能源轉型中一個必不可少的過程，為新能源車補充能源的充換電站也是必配設施。安科瑞有序充電系統基于預測算法，可以實現對企業變壓器負荷率、光伏發電和充電負荷需求預測結合充電樁的監控、調度和管理，提高光伏發電消納，提升園區微電網的運行可靠性，降低充電成本。

圖4有序充電系統圖

有序充電系統設備選型方案

AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺碳資產管理采用權威碳排放核算因子數據庫，符合SO14064-1：2018組織層級溫室氣體排放和清除的量化和報告指南要求，為園區提供包括碳盤查清冊、碳配額管理、碳排放分析、碳流向、碳盤查報告、碳交易記錄等等功能，幫助園區建立碳排放統計、核算、報告、核查體系。

圖5碳排放核算符合性評估聲明

ACCU-100微電網協調控制器主要采集光伏逆變器、儲能系統、變壓器負荷等數據，根據設置的新能源使用邏輯來構建本地控制策略以及云端數據的交互，控制儲能設備、分布式能源、可調負荷設備的出力與電力需求，并能根據經濟效益模型在滿足調度的前提下，進行光儲置換，響應云端策略配置，充分消納利用新能源。ACCU-100微電網協調控制器具備以下功能特點：

數據采集：支持串口、以太網等多通道實時運行，滿足各類風電與光伏逆變器、儲能等設備接入；

通訊管理：支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、MQTT等通信規約，可實現云邊協同（結合安科瑞智慧能源管理云平臺進行遠程運維）、OTA升級、就地/遠程切換、本地人機交互（選配）；

邊緣計算：靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數據合并計算、邏輯控制、斷點續傳、數據加密、4G路由；

策略管理：防逆流、計劃曲線、削峰填谷、需量控制、有功/無功控制、光儲協調等，并支持策略定制;

系統安全：基于不可信模型設計的用戶權限，防止非法用戶侵入；基于數據加密與數據安全驗證技術，采用數據標定與防篡改機制，實現數據固證和可追溯；

運行安全：采集分析包括電池、溫控及消防在內的全站信號與測量數據，實現運行安全預警預測。

6 AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺-園區級微電網能源管理

在零碳或近零碳園區建設中，“光伏+儲能+充電”組合必不可少的被應用到園區電網之中。隨著新能源占比增加，園區的管理必須依靠智慧能源管理平臺來實現碳資產管理、新能源策略控制、有序充電管理、能耗分析、設備運維等等。AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺可以幫助園區有效的管理能源，其功能包括：

圖6 AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺

7零碳園區建設是實現雙碳目標的重要途徑

零碳園區并非單一的減排單元，而是集能源轉型、產業升級、技術創新、治理改革于一體的系統工程，是實現“雙碳”（碳達峰、碳中和）目標的關鍵抓手。其規劃和建設需要合理利用工具和能源管理軟件，來實現高效的能源利用。未來，隨著更多零碳園區的建成，其不僅將成為區域經濟的“綠色名片”，更將成為中國參與全球氣候治理的核心競爭力之一。

8總結與展望

8.1重視電力系統的安全可靠性

上海地區的建筑園區能源系統以電力能源系統為主。隨著大量分布式光伏和充電樁的接入，以及二次能源電氣化的趨勢，建筑電力系統日趨復雜，伴隨著氣候日趨頻繁的趨勢，在既有建筑節能減碳改造過程中，首先要關注電力系統的安全可靠。對運行時間較長的電力系統設施設備要進行檢測和診斷，對超出使用壽命、不符合能效指標、發生過故障的設施設備及時進行維保或更換。

8.2重視數字化技術的應用

既有建筑改造受限于投資回報率、建筑運營時間、建筑場地空間等多種因素。隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能技術的成熟與普及，數字化系統改造相對于建筑圍護結構改造、能源系統改造、暖通空調系統改造而言，更易于部署實施，且投入成本低、改造時間短。通過部署數字化能碳管理系統，可降低能碳管理的人工成本、提高能源系統安全性、提升能碳管理效率和質量，同時為后續更為復雜的節能改造工作提供數據支撐和決策依據。

8.3重視改造后的運營管理

隨著城市建設從大拆大建模式轉向精細化管理模式，既有建筑要實現可持續的節能減碳，運營管理工作愈發重要。運營管理工作主要分為“設施設備運維、能碳雙控管理和用能成本管理”三部分。首先，無論是針對光伏、儲能、充電樁等較為復雜的新設備，還是既有的老設備，高標準、高品質的維護保養，不僅是實現電力系統安全可靠的必要條件，也能提升設備的使用壽命。確保設備始終處于健康的運行狀態，是實現可持續能碳雙控的首要步驟。其次，通過對建筑能碳數據進行定期分析，梳理總結節能減碳潛力，并給出經濟適用的技術或管理解決方案，是實現可持續能碳雙控的關鍵措施。最后，通過能碳雙控實現公共機構用能成本降低，甚至通過碳資產管理等方式產生經濟效益、提升城市綠色低碳競爭力，是倡導綠色低碳高質量發展的意義所在！

參考文獻：

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［4］企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介

葉丹，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事與安全用電的研發與應用，手機：19821800313（微信同號），QQ：2762228183，郵箱2762228183@qq.com。

審核編輯 黃宇