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一种产算研生态融合乡村振兴的政企业务解决方案

2024-11-26 67 上传者：管理员

摘要：在“双碳”乡村振兴战略指导下，宁夏移动、银川艾尼及北京大数据院开展“数智算赋能‘电’亮乡村”研究，提出“终端-控制-平台-应用-营销-运维”的一体化解决方案，以富宁新村为试点，构建“算力+能源”新型产业模式，打造基于能效分析、模型构建的创新产品，在为农户生活提质增效的同时，打造碳交易、微电网、虚拟电厂等基础能力。

关键词：
乡村微电网
乡村振兴
算力+能源
算力调度
虚拟电厂
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1、引言

在国家“双碳”目标和全面推进乡村振兴战略指导下，响应宁夏政府建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区和数字乡村、智慧乡村等乡村振兴样板区建设，宁夏移动、银川艾尼及北京大数据院配合地方政府主管部门合作开展赋能“零碳乡村”智慧能源数智化项目，以富宁新村为示范点，通过打造“光储直柔”一体化设施，推进乡村能源“直发直用、自发自用、余电上网”场景落地，实现全年发电量8871k Wh，节能890073k Wh，单户居民收入1168元/年，并基于基础算力调度、能源大数据应用及智能驾驶舱看板，挖掘能效分析、适应性模型构建、智能控制、振兴管理等应用场景，打造互补企业融合创新产品，探索碳交易、乡村微电网构建、虚拟电厂交易等新业态。*

2、背景与需求

2.1政策背景

党的二十大报告中提出“全面推进乡村振兴”，强调“建设宜居宜业和美乡村”。绿色低碳乡村建设成为落实“双碳”目标的新阵地，推进农业农村领域碳达峰碳中和，是加快农业生态文明建设的重要内容，也是落实乡村振兴战略的重要举措。

宁夏积极推进农业农村绿色发展以赋能乡村振兴建设。2021年，《宁夏回族自治区农业农村现代化发展“十四五”规划》明确要求把农业农村领域率先实现碳达峰作为绿色发展的核心任务，推动零碳村建设。2022年，《宁夏回族自治区碳达峰实施方案》要求在农村推动“光储直柔”技术应用，推进太阳能+空气源热泵等小型可再生能源供暖[1]。《“万企兴万村”行动倾斜支持国家乡村振兴重点帮扶县专项工作方案》《宁夏数字乡村三年行动计划》等文件，明确“数智发展”助力“乡村振兴”迅猛发展指示纲要。

2.2行业需求

我国在零碳乡村建设、传统工业企业转型升级以及乡村智慧化发展方面需求迫切，主要表现在以下方面：

农村大量采用化石能源，清洁能源使用率低，农村新能源应用市场空间大。

农村基础设施落后、不健全，公共服务设施缺乏系统化，制约农村能源转型步伐。

农村能源利用及智能分析应用不足，制约乡村智治发展。

传统工业企业转型升级迫切，全社会、全方位构建绿色产业体系成为未来趋势。

宜居、宜业和美乡村的政策要求，使零碳乡村发展模式逐渐明晰，新能源助力乡村绿色智慧化发展是成本最低成效最优的手段。

3、方案内容

3.1功能介绍

3.1.1主要功能

项目应用太阳能PVT热泵、现代通信技术、算力技术，将构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系，主要功能如下：

打造智慧能源互联网。以供电供热信息化和自动化为基础，运用物联网、空间定位、云计算、信息安全等“互联网+”技术，感知连接供电供热系统“源一网一荷一蓄”全过程中的各种要素，通过构建具有自感知、自分析、自诊断、自优化、自调节、自适应特征的智慧型系统。

实现乡村智慧供电供热。光储直柔[2]等技术应用促进乡村实现全面电气化，助力“碳中和”。

拓展智慧乡村应用场景。基于乡村振兴综合大数据应用，探索功耗最佳适用性模型、碳交易、平衡峰谷电价、虚拟电厂交易、乡村振兴综合管理等算力应用场景基础数据的采集。

3.1.2适用条件

可应用于居民社区、公共机构、农业种植、水产养殖的发电及供热，主要为学校、农户等提供供暖、制冷、热水需求。且可根据用户需求个性化定制系统方案，实现清洁能源太阳能高效综合利用，产品目前在区内多地逐步推广应用。

3.2项目方案

3.2.1项目范围

宁夏银川西夏区富宁新村，该示范点是宁夏回族自治区政府为全面贯彻乡村振兴战略方针，建设富有宁夏特色的“塞上”农民新居示范区之一，示范区主推超低能耗低碳产能农民居住示范工程，一期项目共计29栋二层住宅，总户数为58户，每户建筑面积226.73㎡，总建设面积为13150.34㎡。

3.2.2设计思路

(1)建设目标

通过多能互补清洁能源综合利用、云网融合算力驾驶舱、数字乡村、大数据分析等技术建设富宁村新村点零碳技术示范项目，解决村民的供暖、热水和用电需求，对乡村绿色发展实施数字化动态管理监控，通过管控平台，提供日常用电服务、余电上网、农产品交易等增加经济收入，实现清洁能源与可再生能源供暖、热水、发电、充电示范样板工程。

(2)总体框架

算力应用层：综合多种算法，提供基于天气、设备的历史数据分析，输出适应性功耗模型，提供基于双碳的碳采集、碳汇总。

调度管理层：通过监控管理系统实现光储直柔系统与电网的能量交互管理，优化系统运行状态；

图1 总体框架

电压控制层：通过直来电装置协调控制光伏、电网、储能和负荷，维持建筑配电系统电压稳定，保障稳定运行。总体框架如图1所示。

3.2.3建设模式

(1）基本原则：政府专项资金补贴（或农户能力自筹）；

(2）资金来源：宁夏财政厅、住建厅支持可再生能源试点示范项目资金；

(3）合作模式：

宁夏移动：提供通信网络覆盖（家庭宽带、数据专线、4G/5G）、物联网卡及设备控制、云服务、算力应用服务、营装维一体化运营等；

银川艾尼工：提供设计、设备、安装、维护、管理、等全周期综合能源服务，并协助办理电站备案、并网手续。

北京大数据院：提供数据挖掘、人工智能、机器学习等方面的算法支持，设计并搭建符合要求的智慧能源平台系统，并提供技术支持服务。

富宁村村民：提供屋顶面积使用权。

(4）盈利模式：

村民收益：光伏所发电量优先供村民使用，多余电量由电网全额收购，不足电量由电网企业提供，享受余电上网收益；

移动公司收益：享受电费收益和碳交易收益。

艾尼工业收益：享受项目设备售卖和运维的收益。

北京大数据院收益：技术服务费、平台使用费用。

3.2.4业务流程

PVT组件应用流程图如图2所示，光储直柔工作流程图如图3所示，能源供给侧结构如图4所示：

图2 PVT组件应用流程图

图3 光储直柔工作流程图

图4 能源供给侧结构

图5 PVT光伏组件优势

3.2.5资源需求

每户单独配置一套太阳能热泵和分布式光伏发电系统，配置PVT太阳能热泵58台，配置分布式光伏发电6.48k Wh58套，增设一套20k Wh储能和7k Wh充电桩建设“光储直柔”试点示范。

3.3应用场景

3.3.1综合能效系统：PVT光伏光热一体化

本项目综合利用光伏光热PVT组件与太阳能热泵[3]，太阳能利用率可达80%以上，光伏组件可提高相对发电效率达10%以上，太阳能PVT热泵能效提高10%～30%。如图5所示：

3.3.2低碳节能建筑：太阳能与电气一体化

建设光电窗式一体化热水系统，如图6所示：

图6 光伏组件与窗一体化方案

3.3.3智慧节能应用：能源算力能力输出

综合运用多种算法，实现能源综合智能应用。

(1）能源消耗预测算法。收集监测能源数据映射时间序列，开展回归分析、监督学习等算法学习，预测未来的能源需求。

(2）能源负荷平衡算法。该算法可以根据多种因素（如天气、时间、用电负荷等）制定适当的策略来确定何时及如何储存和释放能量。如图7所示：

图7 基于人工智能算法的异常用能分析方法及系统与流程

(3）能源供应链路优化算法。该算法可以将多种可再生能源与传统的非可再生能源进行结合，利用计算机科学技术和数学优化方法对其进行全局优化。如图8所示：

图8 算法思路示例

接入省乡村振兴综合管理平台，实现乡村振兴成效分析，平台主要功能包括乡村振兴综合管理、乡村振兴成效分析、生态管理数据库应用、乡村画像刻画等。如图9所示：

图9 乡村振兴管理综合服务平台

3.4解决问题

提高供热效率，丰富资源利用。通过本项目建设可解决大规模分布式光伏和太阳能热水器相互挤占屋顶资源及供热不稳定问题。

解决用电贵的问题，降低用电成本。“自发电”解决村民的供暖、热水和用电需求，降低用电成本。

增加额外收入，实现光伏助贫。光伏发电采用余电上网，村户（原则上）不投资金，不担风险，享受余电上网的收益。

太阳能光伏提高能源利用率，并用于农村温室种植、养殖、土壤改良等多农业发展应用场景推广应用。

4、一种产算研生态融合乡村振兴的政企业务解决方案

4.1解决方案特点

(1）推进PVT光热光伏一体化。外置光热光伏PVT一体组件余热回收，与传统单一方案相比，发电量提高10%以上，机组能效提高15%～30%。

(2）研创新型算力模型技术。将能源消耗预测、能源负荷平衡、能源供应链路优化等算法相结合，可以实现更加高效和可持续的能源管理方法。

(3）打造“光储直柔”新型建筑。光储直柔技术在电能质量、电网扩容压力等问题上具有明显优越性，能够避免分布式并网带来的电能质量问题，缓解电网扩容压力。

(4）绿色乡村两化融合示范新样板。项目具有区域领先的信息化服务提供商、传统工业制造商、创新课题研学团队协作开展的低碳绿色融合数智示范建设。

(5）营装维一体化业务运营开展模式。“营装维一体化业务运营模式”有效组合资源，片区人员开发成功后直接由属地渠道进行安装和后期跟踪服务，缩减用户使用时间成本。

4.2产品实用性分析

4.2.1项目商用部署

农村示范点：富宁新村示范点共计17栋二层住宅，总户数为58户。每户配置一套太阳能热泵和分布式光伏发电系统，并建设微电网储能系统等平台，以及室外附属工程。

学校示范点部署：本项目能源利用模式已推广到泾源县10所乡镇学校共计60745㎡建筑面积，采用“空气源热泵+太阳能+水源热泵”方式对现有设备更换，实现智能分析与预警等功能。

4.2.2应用示范效果

富宁新村作为“煤改太阳能”试点之一，采取光伏加空气源热泵供暖，使农户实现清洁取暖，大幅降低成本，助力宁夏改善城乡“单一热源”的局面。

4.2.3案例复制推广

富宁村“零碳乡村”建设项目探索出的商业模式可在其他村乃至宁夏及全国各村推广，进而形成“乡镇-县-地市-省”推广模式。首先，太阳能PVT（+空气源热泵+储能+充电集成）系统的技术路线，可进一步推广至其他城乡地区；其次，空气源热泵采暖应用领域可从家庭供暖逐渐扩展应用至商业供暖；最后，“光储直柔”清洁能源综合利用模式可进一步推广至其他乡村。

5、效益与价值

5.1产业效益

项目的实施落地将有效带动能源及装备制造产业有效投资。

(1）通过建筑物“基础设施化”开拓新投资领域。“光储直柔”技术的应用将传统建筑转变为新型基础设施，提升建筑的商业价值。

(2）带动装备制造产业升级。推广应用“光储直柔”可形成新的产业链，带动多领域技术研发和设备制造业转型升级。

(3）创造能源领域新业态。“光储直柔”应用扩展到区域级、城市级，可形成城市和园区综合能源服务、区域“虚拟电厂”等新业态。

5.2社会效益

项目的实施落地将在构建新型能源系统、实现节能减排等方面产生巨大的社会效益。

(1）加快发展适应双碳战略的城乡新型能源系统。以“零碳乡村”建设为抓手，建立经济可持续的清洁能源开发利用模式。

(2）推动农村节能减排。富宁新村太阳能综合能源利用保证100%，可实现全年节能890073k Wh/年，二氧化碳减排量1049.21T/年，二氧化硫减排量35.43 T/年，氧化氮减排量17.92 T/年，粉尘减排量328.12 T/年，节能和环保效果显著。

(3）推动乡村振兴战略。通过建设“零碳乡村”，发展清洁能源开发利用模式，为农村地区提供新的经济收入和绿色低碳发展的支撑，助力实现乡村振兴，如表1所示。

5.3经济效益

项目建成后可实现以下效益：

(1）经济效益。对农户，建设期间单户投资2.99万元，建成后可实现全年发电8871k Wh,居民收入预计1168元/年；对企业，收入主要包含政府补贴和卖电效益，项目回收期较短；对地方，纳入碳交易后，项目将新增额外的碳指标收入。

表1 富宁新村58户节能减排分析

表2 富宁村示范点经济和社会效益分析汇总

(2）节能效益。农户屋面铺设光伏组件后，对室内温度保存平均可到3℃～5℃，可帮助家庭减少冬夏两季的能耗支出，单户一次能源节约标煤量约4911kg。

(3）资源节约效益。年均发电514525k Wh，建筑屋面铺设光伏组件后显著减少外部环境对屋面的影响，延长屋面使用寿命。

(4）企业效益：宁夏移动利用良好的5G覆盖切片技术应用+算力网络，助力打造本省5G属性的示范性行业应用，将政企业务中“云+智算+网络+物联网卡+DICT集成+装维”产品化集成输出。银川艾尼工业科技开发股份有限公司凭借智慧平台“预测”和“预见”能力，实现无人工干预的全智能调控的降本增效[4]。北京大数据研究院将结合供电和供热系统特点，为供电和供热运行管理提供智能的分析预测、分时分区控制等服务。

富宁村示范点经济和社会效益分析汇总如表2所示。

6结束语

在当前国家全力主导全社会数字化转型的大趋势下，运营商政企业务已经成为运营商增长的重要驱动力，“数智算赋能‘电’亮乡村”这种产学研生态融合乡村振兴的政企业务解决方案适应“算力+能源”应用模型下运营商政企业务发展的趋势。方案融合了新型的算力技术应用，拓展了新型销售营销的策略，提升了能源综合利用价值，真正做到了助力国家“双碳”目标聚沙成塔，全面推进乡村振兴，提升了农村居民生活质量，适应政府和农民日益增长的经济、生活需求。

参考文献:

[1]自治区工业和信息化厅.自治区工业和信息化厅关于印发《首台(套)重大技术装备推广应用目录(2024年版)》的通知[EB/OL].(2024-04-28)[2024-04-30].

[2]中国建筑节能协会光储直柔专业委员会.建筑光储直柔技术与工程案例[M].北京:中国建筑工业出版社,2023:4.

[3]中国计划出版社.太阳能光伏光热热泵系统技术规程:T/CECS 830-2021[S].北京:中国计划出版社,2021:6-11.

[4]刘安石,黄国明,许保民.乡村振兴背景下农村生态环境的问题与对策﹣基于山东省菏泽市定陶区农村生态环境整治的思考[J].现代园艺,2022(21):106-108.

文章来源:李世纲,岳圆,刘兴裕.一种产算研生态融合乡村振兴的政企业务解决方案——数智算赋能“电”亮乡村[J].通信与信息技术,2024,(06):129-133.