前言
当前全球温室气体浓度较 19 世纪升高了 1.2℃，过去 170 年 CO2 浓度上升 47%，进而造成海平面上升、作物产量降低、呼吸道疾病加剧等种种危害。近十年来，中国二氧化碳排放量始终居于全球首位，2020 年，中国排放二氧化碳近 99 亿吨，占全球排放比重高达 30.66%，到 2030 年中国碳排放总量预计将进一步上升至 104-110 亿吨之间的峰值水平。
在此背景下，代表可持续发展的“碳中和”目标被提出，即追求净零排放，实现经济增长与资源消耗脱钩。世界各国均大力发展清洁能源来替代传统能源，其中的代表技术就是风电和光伏。
在双碳背景下，减碳的最核心环节就是发电端。遵循信息互联网原则，建立以新能源为主体的新型电力系统，也在数字化、智能化改造“存量”上下功夫。
基于微电网的数字化改造，上海电力大学临港校区与图扑软件开展了首期项目的合作。图扑软件利用自主研发引擎 HT for Web ，协助临港校区将校内的能源中心/动力馆呈现为可交互式的 Web 三维场景，场景内各设备可以响应交互事件。动力馆的三维场景整合了场馆内各设备和运行信息，让校区内的智能微电网系统得以直观呈现。
效果展示
上海电力大学临港校区以新能源为主体的智能微电网综合能源服务项目降低了 1/5 的校园能耗，成为国内高校中率先覆盖整个校园的能源互联网示范平台。整座校园是一间占地千余亩的“超大实验室”，所有在校学生都可随时开展“虚实结合”的多学科交叉实验项目，还能尝试现实中无法实现的各种极限类实验。这间“超大实验室”，也是全国首批、上海首个在网运行的“新能源微电网示范项目”。
校园总览
运用图扑软件自主研发引擎 HT for Web 实现上海电力大学的数字孪生，整体设计以写实风格为主，通过对校园内建筑、道路等进行三维建模，仿真还原校园内整体情况，打造出昼夜不同的校园场景。
通过 HT 可视化实现校园全景空间切换，浏览校园不同场景效果。界面通过自由视角、固定路线等方式对校园全场景进行巡检式漫游。通过漫游视角呈现校园的整体面貌、重点区域及设施设备分布。支持 360 度全方位无死角浏览校园，通过 HT 自带交互，即可实现建筑的旋转、平移、拉近拉远操作。
学校智能化能源管控系统，有着超过 2000 个电、气、水的采集计量点，实现了数据的实时采集，实时观测，还配有强大的储能系统，智能地调配用电情况。
如果遇到恶劣的天气，大电网供电出现问题，学校里的微电网系统里的储能可保障数据中心、消防安防电源正常运行。
室外集装箱区域介绍
图扑软件与上海电力大学临港校区的首期合作呈现了微电网的动力系统，但作为“风光储”一体化的校区，相信我们后续将会有更深度的效果呈现。
1 号源荷设备仓：包含电机变频电源柜、电机主控柜、直驱风电控制屏等。大功率变频柜可以最大限度减少大功率水泵\风机对电网的冲击和大幅的压降,节电效果显著。电机主控柜是专门用于给电动机供电的配电柜，其中有断路器或者塑壳开关、接触器和各种控制和保护装置，当手动或者自动发出信号后，柜子的各个元件就会有相应的动作，让电机启动或者停止。直驱风力发电系统是一种用于动力与电气工程领域的工艺试验仪器。
2 号综合能源设备箱:其中安装了微燃机、电锅炉、换热器、空气源热泵等设备。
微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发电机，其单机功率范围为 25～300 kW，基本技术特征是采用径流式叶轮机械（向心式透平和离心式压气机）以及回热循环。换热器（Heat Exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。可以把不能直接利用的低位热能（如空气、土壤、水中所含的热量）转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。
3 号实验服务中心、6 号实验工作室、7 号、8 号数据处理中心包含办公区域及相关的设施设备。
4 号综合能源设备箱：其中安装了内燃机、蓄热系统、换热器、冷机等设备。内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。风光互补电蓄热器系统可将风能和太阳能光伏发电直接转化成热能并储存在蓄热体中。可为用户提供持续、稳定的取暖，提高了风能和太阳能的利用率。风力发电高温蓄热器系统利用风力发电机发出的电能转变成热能，直接存储在风力发电固体蓄热器中。用于采暖和供热水系统释放，是一种适合家庭（各种）用户的新型采暖（蓄能）装置，在取暖季为客户提供不间断供暖。太阳能光伏发电蓄热系统是将太阳能光伏装置吸收阳光的光能变成电能，再将电能转化成热能，储存于固体蓄热器中。形成从光伏发电到固体蓄热设备采暖和供热水系统，实现了电能转化热能，以供客户采暖和热水的需求。
5 号配电中心：包含交流配电柜设备。智能变电站将分布式电源引入进来，能够增强智能电网的安全灵活性，在运行效率上也有显著的提升，此外，在配电系统中也改变了单项潮流网络的存在，使其从单向电源辐射的网络转变成为一个多源型的网络。
9 号储能设备仓：其中安装了储能电池设备。储能系统配置有容量为 100kW×2h 的磷酸铁锂电池、150kW×2h 的铅炭电池和 100kW×10s 的超级电容储能设备。三种储能设备与学校的不间断电源相连，一并接入微网系统。
通过“源-网-荷-储”优化控制运行，减少弃风弃光率，降低微网运行成本，促进节能减排，实现技术、经济、环境等综合效益最大化。
室内集装箱区域介绍
HT 支持导入 IFC 格式的 BIM 模型文件生成场景，支持渲染 3D Tiles 格式的倾斜摄影模型文件。通过 HT 实现可交互的 Web 三维能源中心大楼内部场景，可进行缩放、平移、旋转。场景内将微电网集装箱、阶梯教室、会议区、交流区、休息区等多个分区合理布置，实现了多功能化的能源中心建设。
通过室内漫游功能，以第一人称视角游览能源中心内部场景，实现“所见即现实”的效果。通过 HT 独创的自定义格式渲染引擎，实现 B/S 架构下的轻量化模型可视，用户可通过 PC、PAD 或是智能手机，只要打开浏览器可随时随地访问三维可视化系统，实现远程监查和管控整个能源系统。
智慧能源管控系统主要监测风电、光伏、储能、太阳能+空气源热泵热水系统的运行情况，实现与智能微网、智能热网、校园照明智能控制系统及校园微网系统的信息集成及数据共享，满足学校对新能源发电、园区用电、园区供水等综合能源资源的动态实时监控与管理，通过对数据分析与挖掘，实现各种节能控制系统综合管控，是整个项目的智慧大脑。
1 号、2 号监控系统及 DCS 控制区可实现对智能微网的监控、用电信息自动采集、供电故障快速响应、综合节能管理、智慧办公互动、新能源接入管理。分散型控制系统（DCS）是以微处理机为基础，以危险分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT 技术和控制技术即 4C 技术于一体的新型控制系统。可通过以太网将 DCS 系统和工厂管理网相连，实现实时数据上网，成为过程工业自动控制的主流。
3 号交流母线及 DC/AC 变流器区可实现对光储一体机的管理。将光伏组件发出的直流电能按控制需要向储能蓄电池进行，直流充电减少了 DC/AC、AC/DC 两次变换损失，通过 DC/AC 变换技术可输出满足标准要求的交流电能向负载供电。
4 号交直流对接区：交流电是指电流方向随时间作周期性变化的电流，在一个周期内的平均电流为零。不同于直流电，它的方向是会随着时间发生改变的，而直流电没有周期性变化。通常交流电（简称 AC）波形为正弦曲线。交流电可以有效传输电力。但实际上还有应用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。
5 号交流阻抗区、9 号直流阻抗区：电阻是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小，在电路中通常起分压、分流的作用，交流与直流信号都可以通过电阻。电阻的主要物理特征是变电能为热能，电流经过它就产生内能。
6 号源储荷区通过采用光伏、风力等发电及储能技术，智能变压器等智能变配电设备，结合电力需求侧管理和电能质量控制等技术，构建智能微网系统。在切断外部电源的情况下，微电网内的重要设备可离网运行 1～2 小时。
7 号、8 号网侧进线及直流母线区：公共直流母线采用单独的整流/回馈装置，为系统提供一定功率的直流电源，调速用逆变器直接挂接在直流母线上。当系统工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能；当系统工作在发电状态时，能量通过母线及回馈装置直接回馈给电网，以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备占地面积等目的。
在新型电力系统的尖端科研领域，上海电力大学的师生们也在不断寻求突破。电气工程学院符杨教授团队牵头的“我国首座大型海上风电场关键技术及示范应用”项目获国家科技进步二等奖，相关技术推广应用至全国多个海上风电场。能源与机械工程学院围绕太阳能、风能等可再生能源发电、储能及多能互补、能效提升等方面，重点在风电场微观选址、储能调控、绿色数据中心、综合能源系统集成、设备安全监控开展了研究，研发的技术应用在多个示范项目中，目前已在风电场微观选址技术方面取得了突破性进展。
功能模块介绍
通过图扑可视化大屏将室内与室外的所有微电网集装箱联动，打破信息孤岛，实现数据共享。利用 HT for Web 实现不同方式的模型渲染，展示交流微网、直流微网、能源站、配电中心、监控系统、实验工作室等，让我们对上海电力大学“新能源微电网示范项目”所运用的设施设备有全面的认识。
通过综合能源智慧管控平台管理整个校园的能源供应和使用，实现了能源流、信息流、数据流的深度融合，风光储用+平台系统的微电网模式还适合在工业园区、大型建筑群等类型项目复制推广。微网运营主体掌握园区微网内能源供需和市场价格信息，通过构建及电、热、气等多种能源的微平衡市场交易平台，组织园区微网内工业、商业、居民等各类型用户和分布式光伏、分散式风电、燃气三联供系统等分布式能源及储能资源，通过微平衡市场进行局部自主交易。
拓展延伸
在能源需求端，创新并推广节能减排技术，科技企业利用其数字化技术助力“碳中和”平台搭建和传统企业的绿色化转型。在能源供给端也应依托新能源发电技术、氢能技术与储能技术实现化石能源的替代。
随着光伏、风能新增装机容量上升，预计 2050 年将超过 70%，能源结构将会迎来大的变革。基于可再生能源的发电 （主要是风能和太阳能光伏发电），在 2020 年至 2060 年间将增加 7 倍，届时将占发电总量的约 80%。
根据《绿色技术推广目录（2020 年）》及相关规划，风能、太阳能发电技术是“零碳”技术的发展重点。在新能源发电技术中，风电和光伏技术是中国能源消费转型的重点。
东部沿海地区是中国电力负荷的中心，而西部内陆省份的风能、太阳能等能源资源最为丰富，中国电力资源分布和能源需求存在明显的错配问题。对此，特高压输电和分布式发电成为解决能源供需错配的两大方向：一方面，在大力开发西部清洁能源基地的同时推动特高压输电线路建设，优化能源资源配置；另一方面，因地制宜地发展东中部地区分布式能源，推广屋顶光伏系统及分散式风电系统。
太阳能作为一种永不枯竭的绿色清洁能源，得到了广泛的科学研究。根据半导体材料的不同，太阳能电池可被分为第一代晶体硅太阳能电池、第二代薄膜太阳能电池，以及第三代新型太阳能电池。在碳中和背景下，太阳能的应用逐渐加深，新型光伏技术迭代加速发展。
随着光伏产业的不断深入发展，各行业也借助了光伏的自身优势开展应用，如光伏农业、光伏渔业、光伏水泵、光伏园区、光伏充电桩、光伏智慧路灯等等。图扑软件的可视化赋能产业的智慧运维，智能化管理、数字化监测、绿色化发展。
区块链、人工智能、大数据和物联网等技术的应用，为建筑运行节能减排提供了一种新的技术路径。运用物联网智能传感器等新技术对各种能量流进行智能平衡调控，达到能源的循环往复利用，实现能耗的精细化管理。“能源即服务”的分布式园区智慧能源管理解决方案，可满足一体化运维与多元化服务需求。
“零碳”技术是实现能源供给结构转型的关键技术，其中既包括零碳电力技术，也包括零碳非电能源技术。一方面，以零碳电力技术-新能源发电技术为起点，实现对化石能源的大比例替代，从源头“减碳”；其次，通过零碳非电能源技术、储能技术，提升新能源电力的利用率，并贯穿运用于发电侧、输电侧和用户侧。最后，创新并逐步应用 CCUS 技术，辅助高排放部门有效减碳。
更多行业应用实例可以参考图扑软件官网案例链接：https://www.hightopo.com/demos/index.html