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风起马蹄莲:让日月星辰告诉你“马蹄莲”的秘密

iNews 2022-05-10 11:02:00



武汉新能源研究院,已在创新奔跑中,步入第六个年头。


2016年,我们背靠华中科技大学电气学院、能源学院等多个优势学科,以成果转化为核心使命,市校共建了武汉新能源研究院。象征新能源之花的马蹄莲大楼,成为了光谷乃至湖北的创新地标。


过去六年,新能源研究院一直围绕两个大的方向性任务不懈探索:清洁能源的规模化利用和传统能源的清洁高效利用。一批重塑未来格局的源头创新,在这里发生;一批高质量的科技成果转化项目在这里崭露头角。


当前的武汉已全面吹响争创综合性国家科学中心、国家科技创新中心的号角,并启动建设光谷科技创新大走廊、东湖科技城,一批大科学装置规划,都与新能源密不可分。可以说,这是一场关于“新能源之都”的角逐,而如何用好新能源力量,共创低碳中国,更是未来城市角逐的主战场。


2022年,我们带着「INEW能见」专栏来了,在这里,每周和你分享我们的创新故事,能见=看见,能源未来。新能源创新发展之路,道阻且长,这是我们的使命,更是新的长征。



马蹄莲大楼能源报告

让日月星辰告诉你,“马蹄莲”的秘密


漫长的梅雨季,让光谷地标“马蹄莲”饮饱了雨水。顺着花盘,雨淅沥而下,进入中水回用系统。放晴的日子,太阳能光伏板铺就的巨大花盘,又迎着风和阳光熠熠生辉。


一花五叶一蓓蕾,日月星辰浇灌之。


自2014年建成投用,这朵令人叹为观止的“新能源之花”,在四季轮回间,不断释放着它蓬勃的创新生命力——128米高的办公大楼,电、光、水、热等一切能耗,都与每天洒向大地的阳光、天空落下的雨水、湖畔吹过的清风密不可分。


走进“马蹄莲”大楼的能源管理系统控制中心,巨大的屏幕上,围绕“马蹄莲”的建模图,各项能耗数据不停闪烁。一幢楼,动用的先进节能环保技术达10项。


▼ 请横屏观看 “马蹄莲”大楼能源管理系统控制中心


大楼顶部花盘3500平方米的太阳能光伏系统,每年能发电约30万度,占整个大楼年能耗的25%。这相当于大楼公共照明的用电量,每年因此减排的二氧化碳超过250吨。


作为国内最大的绿色仿生建筑,灵感源于自然的“马蹄莲”,设计处处藏有玄机。面向太阳的花盘角度,是经过精心设计的20°倾斜角,以最大程度吸收太阳能。花盘上的“花蕊”,是一个垂直轴风力发电机。发电效率相对较高,一时“风光”无两。


为其操刀的荷兰设计师沃特·罗曼斯在阐述设计理念时说,巨大的大坡面花盘,不仅仅是为了光伏发电,也希望尽可能多地储存雨水进行回收利用,比如冲厕和浇灌植物。由于武汉夏季高温可达40℃,独特的花盘设计,还能充当大楼的“太阳帽”,为大楼遮荫,减少能源消耗。


雨水在顶楼的屋顶花园集中收集处理后,可用于大楼卫生间保洁、消防、植物灌溉等用水。据测算,通过“马蹄莲”的中水回用系统,每年节水可达4800吨,占大楼用水量的31%。


在“马蹄莲”的花茎中轴内,设有热塔。冷梁系统利用冷热空气交换原理,为建筑自然送风。


漫步在“马蹄莲”脚下的广场草坪,一个个透明玻璃罩,错落点缀其间。这33个光导照明灯,是为地下停车场安装的光导照明系统。利用光学原理,自然光被导入地下空间,在白天,地下车库大部分区域都可依靠自然光照明。到了夜间,甚至还可利用明亮的月光进行照明。仅此一项,每年就可节电5万度。


在能源结构转型加速和电力体制改革不断深入的背景下,供给侧和消费侧的关系变得越来越紧密。据2019年《BP世界能源展望》报道,可再生能源及天然气,将提供超过85%的能源供给增长,未来30年,世界范围内发电能源以可再生能源为主,将占总发电能源的30%。



能源互联网工程中心,一“网”打尽分布式能源


“大家都觉得这栋楼很神秘,只知道马蹄莲是光谷的象征和地标,却不知道它究竟是用来干什么的。”武汉新能源研究院研发部经理黄晓宏,笑着走进马蹄莲大楼内部的能源控制中心,指着满墙的能源互联网工程图说,这里面所有的硬件和能源终端都是真实的,绝大多数设备都可以现场互动,数值实时在线。


这个能源(电力)互联网湖北省工程研究中心,是武汉新能源研究院与华中科技大学下一代互联网国家工程实验室,携力打造的综合能源互联平台。它从智慧园区应用、能源供给侧与消费侧三大板块,为我们描绘了智慧能源的九大应用场景:


智慧园区板块覆盖路灯与照明、智慧公寓、智慧楼宇、智慧电梯、智慧停车等多个典型场景,端到用能设备,连通数据中台,管理直至云后台,以智能硬件终端设备为触手,优化多类型能源互补管理,实现绿色低碳运行。


能源供给侧与消费侧,则是从能源供给源头出发,以能量流的形式通过配网与分布式储能,结合群楼空调节能控制展示栏,延伸至用户侧工业负荷、校园负荷应用,展示传统能源与新能源的广泛互联,及一体化能源管理与监测,实现更高效的设备、数据、系统管理与精准的安全诊断。


▼ 请横屏观看 智慧能源的九大应用场景



“马蹄莲本身,就是一个巨大的新能源应用场景,你能看到风、光、水、热在这幢大楼的各种应用,但它要做的远远不止这些。”黄晓宏表示,在这朵能源之花的内部,每天除了研究传统能源的高效利用、新能源的低成本化利用,还在探索如何通过互联网或物联网手段,把各种分布式能源一“网”打尽,实现高效管理,这就是能源互联网。


该中心现已建成覆盖“风-光-配-储-充-用”全链条的综合实验系统与示范工程,形成了新能源发电系统、储能系统、交直流配电系统、电动汽车智慧充电、节能与智能监控系统和能源互联网交易与管理等六个方面的研发创新平台。


同时,还打造了一批连接产业链上下游的仪器设备共享平台,提供产品打样及中试服务、第三方检测认证服务。一批新能源装备产品、节能与能源管理、运维检测服务走向市场。


能源互联网的价值并不简单只是节能。“所有能源用户的需求都是不一样的。”黄晓宏说。


以产业园区为例,能源管理正在发挥越来越重要的作用。许多智慧园区,公共路灯都是通过物联网控制器在后台对照明策略进行设置,包括光强、时间等,还能根据典型环境要素进行远程照明调节。但除了能源在线监控,精确的能耗报表分析,还能传递更多价值——用电量是每个企业发展好不好最真实的晴雨表,经营不好的企业可能长期用电偏低,园区可以作为“预警”或帮扶的依据,规避孵化风险。反之,那些经常加班加点、用电量持续走高的企业,很可能是值得投资机构重点关注的“潜力股”。


对于工厂和企业级的能源管理而言,它更关心本身的耗能情况,设备等级的监测维护,具体产品的能耗分析和质量溯源,甚至能耗在整个产品的成本占比多少,如何帮助它通过信息化降成本。


对于学校来说,关注的核心是安全,因为教室和学生公寓有海量的用电负荷。学生宿舍的用电如何安全监管?学校大量的仪器设备如何进行更加高效的管理?包括很多教室、公共场馆、琴房、体育馆的预约,都能通过能源互联网实现“一网通”。


2019年,国家电网与华中科技大学共同成立未来电网研究院,围绕“三型两网、世界一流”的目标,展开跨学科、交叉性的前沿研究,进而推动我国能源系统的低碳化转型和发展。武汉新能源研究院为未来电网研究院的驻点企业。


国家电网表示,将在政策上加大支持力度,在技术上加强交流合作,围绕大规模储能、新能源并网消纳、源网荷储协调互动等技术难题,开展联合攻关,同时在能源基础设施上加速互联互通。