“乐高式”能量魔方，玩转“乡村开发俱乐部” | 新能源·新风口？
上海科技近期推出
「新能源·新风口？」系列
2020年9月，我国在联合国大会上提出，力争于2030年前达到CO2排放峰值，争取在2060年前实现“碳中和”。
“双碳”目标的实现，意味着一场颠覆性的能源革命，意味着能源结构、产业结构的深刻重塑，其艰巨性是前所未有的。
浦东新区川沙镇连民村可移动、可拼装的“乐高式”能量魔方，便是乡村能源变革的一个缩影。这个被称为“浦东第一村”的村庄，在上海市科委的大力支持下，成为国网上海市电力公司打造“美丽乡村典型场景智慧能源系统集成技术研究与示范应用”项目的“出发地”，助力“双碳”目标在美丽乡村落地见效。
该项目总负责人、时任国网上海浦东供电公司党委书记的奚珣告诉上海科技，理想中的美丽乡村应当既保有自然风光和资源禀赋，又有等同于城市的基础设施和五星服务。
我们常听到的“双碳”，是指碳达峰与碳中和。
前者是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消人类直接或间接产生的CO2或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。
后者则是指碳排放进入平台期后，进入平稳下降阶段。
我国二氧化碳排放主要来自能源、制造业、建筑和工业生产、交通运输和农业部门，其中能源行业占全部排放量的40%。实现“双碳”战略目标，能源行业责无旁贷。
Part 01.
顶层设计理念创新，
探索乡村能源新变革
Clean Energy
“我们急需探索和建立一种适合美丽乡村建设的新型能源系统，”评估了目前国内大部分乡村用能情况后，奚珣及团队剥茧抽丝，厘清了乡村能源发展的瓶颈。
首先是能源消费结构不合理。大部分村落都不通管道煤气或天然气，做饭烧菜主要靠罐装液化气，“这既不安全也不环保”。
其次是部分乡村电力设施陈旧老化。一些村庄只有1~2路10kv架空进线，可靠性低容量小，“村民每户的平均用电负荷只有几个千瓦”。
最后是乡村少有发展规划。“规划的难点在落地”，电力等基础设施的专业规划无从下手。
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“随着乡村振兴和美丽乡村建设的推进，一些新型业态开始出现，如民宿、旅游等绿色产业相继落地，对电力和其他能源的需求暴涨，而现有电网和设施根本无法满足。”奚珣说。
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与此同时，受制于环境、通道等限制，城市化大规模集中供能模式无法在乡村复制。
除了规划落地难，项目中的技术难点是如何把相对成熟的技术，在乡村较为局限的土地资源上展现出来，针对性地满足用能客户的需求。
“这需要因地制宜，”奚珣介绍，项目团队根据连民村的实际条件和自然资源，确立了“全电再电气化+综合能源服务+生态环境美学”的能源发展思路。
从这种因地制宜的能源发展思路出发，项目团队进一步提出了智慧能源解决方案。与传统的乡村供能方案不同，该方案不但与美丽乡村建设要求相符，而且适应田园综合体新业态发展。
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“我们理想中的美丽乡村应当既保有自然风光和资源禀赋，又有等同于城市的基础设施和五星服务，”奚珣说。
”
Part 02.
“乐高式”能量魔方，
解决农村能源及场地限制
Clean Energy
可移动，可拼装，像乐高一样的能量魔方是此次示范性项目的一大亮点。这个集多元低品位能源利用、多形式蓄能利用、建筑负荷预测和系统优化控制为一体的民用组团式多能互补能源中心，不但满足了乡村冷热电及热水负荷，而且以模块组合拼装的方式实现了智能化多能互补。
该项目实施负责人、国网上海浦东供电公司张江科学城能源服务中心党支部书记袁晨介绍，连民村的组团式能源供应是通过6个拼装式能量魔方的方式进行的。
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“它的设计和安装非常简便灵活，特别适合放在乡村。尤其是在土地性质敏感、环境匹配度要求高的地方。各乡村区域可以根据自身的地理风貌优势，选取适合的模块组合拼装。”
”
民宿集群是能量魔方的一个典型应用场景。作为上海旅游度假示范村，连民村以“精品旅游+特色民宿”找到了属于自己的发展路径。
然而，一栋民宿可能把原来几十户村民的用电量全部“吃掉”。“一栋老百姓居住的房子只要约三四千瓦电，但是民宿设施和活动都更为丰富。”袁晨说，“比如有做蛋糕、做陶艺等主题活动……用电量可能要增长10倍到20倍。”
既要保证民宿用能需求，又要保证当地老百姓的用能的需求。“上海市科委首先在项目立项时支持了我们集成式技术的研究。”项目组最终通过可拼装的能量魔方解决了这一难题。在民宿集群的地方，“拼装单独几个集装箱，就能解决民宿集群的供能”。
“这些设施会不会破坏环境？”“有没有辐射？”这是村民最关心的问题。
袁晨介绍，“上海市科委帮助我们提升了设施在环境标准达标方面的能力。”按照降噪降污染的标准化要求，项目组在建设过程中确保了不破坏生态环境。
能量魔方具有极大的节能减排示范意义。袁晨给记者算了一笔经济账：“这样一套能量魔方系统，可以为周边3到4栋建筑提供空调冷热、热水及电力供应。”相较于常规供能系统，能量魔方极大提高了供能侧设备的能源利用效率，降低能源运行成本并减少用能费用，年碳排降低约54%，SO2和固体废弃物排放几乎为零。
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“它有效降低了农村对市电供应的压力，减少空调系统能源消耗和污染物排放，减轻各建筑空调排热造成的热岛效应。袁晨进一步解释说。
”
Part 03.
智慧乡村数字化全景平台，
智慧化管理乡村
Clean Energy
如果说“乐高式”的能量魔方为乡村振兴提供了绿色低碳的动力引擎，那么智慧乡村数字化全景平台则是乡村振兴中智慧化管理的钥匙。
以能源为基础，以数字技术为依托，项目组打造的智慧乡村数字化全景平台为乡村的治理者打造了“一屏知乡村”的综合管理可视化入口。
其中，智慧乡村数字平台可获取区域内与能源供给、消费、分析相关的运行监控信息，也可了解村域范围内的生产生活设备运行状况。
智慧乡村能源平台以不同单位的用能状况为切入点，透析区域内的产业、经济、生活动向，感知乡村运行的脉搏和心跳。
袁晨告诉上海科技，目前，智慧乡村能源平台已接入电力、热水、冷、暖四类能源数据。按照能源组团的服务理念，未来将建设多个分布式能源中心，实现新能源供给与消费的平衡，助力连民村低碳发展。
智慧乡村数字化全景平台是未来的“元乡村”大脑。“上海市科委大力支持了平台的开发研究，”袁晨介绍。“我们把安防系统、充电桩、电动车、农村合作社、水质、空气等环境监测、民宿运营、智慧家居、旅游路线等实时信息和状态，通过物联网技术镜像呈现，最终将能源的运营和乡村的生态业态全息集成到村域智慧管理云平台上。”
袁晨把这种智慧能源解决方案比喻成“乡村开发俱乐部”，“能源是不同经济体的血管，通过这个系带联系整个乡村，绿色能源与智能设备将为美丽乡村振兴提供可持续的动力源泉。”
低碳环保的用能方式，现代生活的模式，智慧乡村的治理样本……“美丽乡村典型场景智慧能源系统集成技术研究与示范应用”项目带来了乡村供能用能的革命性转变，为综合智慧能源服务延伸至基础较为薄弱的中国广大农村，提供了“上海方案”。
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“我们目光所及的是连民村的村域范围，我们将从这里延伸至浦东新区，拓展到整个上海，拓展到每一片有资源有需求的乡村沃土。”
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