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關鍵詞:計算機信息處理技術;高校能源管理系統;應用分析
中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2016)11-0086-03
1 能源數據采集傳輸
1.1 校園能源采集的內容
水、電、汽、油作為校園的基礎能源,對其供給的各個環節計量、監測都利于對能源分配過程中的量化管理、精細化管理;對能耗設備運行參數的監管,利于對能耗設備進行管控,利于設備優化運行、能源轉換效率的分析。以下給出能源管理過程中比較常見的一些設備數據采集內容:
① 校園建筑信息采集
能夠顯示監測點的詳細基礎信息和附加信息,建筑名稱、建設年代、建筑層數、建筑功能、建筑總面積、空調面積、能源經濟指標等,能夠顯示建筑物的整體用能情況和各樓層、各房間的具體的分類用能情況。
② 配電網絡相關參數數據采集
從開閉所(變電所)、低壓配電室、建筑總配電房、樓層配電間、房間、室內各環節的電壓、電流、有功、無功、頻率等相關參數。
③ 供水管網
從市政管網進水、加壓泵房、區域進水、建筑進水、室內用戶用水等各個環節。采集市政進水、區域進水、建筑進水、室內用戶用水等各個環節的流量;供水主管網的壓力,供水泵房的電壓、電流、有功、無功等相關參數。
④ 供汽管網
采集市政進戶管、減壓站、室內用戶等環節的流量、壓力等相關參數。
⑤ 油
由于學校用油主要為汽車用油,因此只采集用油量。
⑥ 校園能耗設備
空調系統:
采集室外溫度、室內溫度、運行時間、運行溫度、電壓、電流、有功、無功、頻率等相關參數。
校園路燈、景觀照明:
采集光照度、日出日落時間、運行時間、電壓、電流、有功、無功、頻率等相關參數。
室內照明:
采集光照度、日出日落時間、運行時間、電壓、電流、有功、無功、頻率等相關參數。
1.2 校園能源采集的方式
采集方式包含:人工采集方式和自動采集方式。
人工采集方式:
通過人工采集方式采集的數據包括建筑基本情況數據采集指標和其它不能通過自動方式采集的能耗數據,如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣、汽油、煤油、柴油等能耗量。
自動采集:
通過自動采集方式采集的數據包括建筑分項能耗數據和分類能耗數據。由自動計量裝置實時采集,通過自動傳輸方式實時傳輸至數據中轉站或數據中心。
2 數據梳理
校園能源管理系統采集能源供給各個環節的大量數據,通過校園網絡上傳至能源管理中心,并存儲在數據庫服務器中。系統利用計算機信息處理技術,對各類能源數據,根據數學模型進行梳理、歸類,從而生成校園分類能耗、用電分項能耗;建筑分類能耗、用電分項能耗。
3 能耗數據展示
能耗計量:
系統軟件可有效對高校電、水、熱水、暖通空調、蒸汽等各類能源的智能表計進行實時在線的數據采集、監測和計量,通過計算機信息處理手段為能源精細化管理提供準確、連續的數據,保證數據源頭的可靠性。
1) 電能實時監測
平臺可根據實際配電系統組態模擬配電系統圖,在配電系統圖上點擊相應回路可進行各種監測、查詢操作??蓪ψ冸娝蛪夯芈愤M行實時在線計量和監測,得出全院總功率曲線。
2)用水實時監測
按照管網結構設計水網模擬圖,顯示實時用水數據。在明確管網布局、水表
上下級關系的情況下,可實現動態的水平衡誤差計算,通過水平衡的分析實現對自來水管網狀況的實時監測,以便及時發現管網跑、冒、滴、漏等異常狀況,及時進行故障排查與報警處理,減少無謂消耗。
3)天然氣實時計量監測
對天然氣管網進行模擬,并進行實時計量、監測(可手工錄入)。
能耗分析:
能耗分析主要包括:系統設置、日常管理、24 小時實時監控、日統計、月統計、年統計、時間段統計、匯總定額報表等。可提供報表、圖形文件導出、導入等功能,并提供打印機存盤等功能。
對各類能耗數據進行運算和處理,完成總耗、單耗、定額、同比、環比等能耗數據的統計分析。對重點用能系統、重點用能部位的節能量、節能率計算。
能耗統計:
在完善計量系統的基礎上,實現分類分項分戶計量,為能耗評價、能源管理和過程優化奠定基礎。實現對各職能部門的節能績效考核,對過程數據依據基準定額實施節能數據對比分析、數據審核等功能。
以監測數據為依據,利用統計學方法用靈活、直觀、準確地報表、曲線、圖表等形式對用能系統進行分析,找出問題、分析問題、給出具體的解決措施。
通過系統達到規范用能行為、優化能源系統運行,完善運行管理制度,最終達到切實降低運行能耗的目的。
通過實時在線的能耗計量、監測數據,實現對于全院總能耗分類分項的統計;
各建筑能耗的分類分項分戶統計;可形成不同類型的年報、月報、日報等報表。
能耗審計:
根據能源管理體系和各責任單位的具體能源消耗情況進行定量分析,并與能源管理相應制度及節能控制指標對整個學校及相關部門的能源利用效率、消耗水平、能源經濟與環境效果進行審計、檢測、診斷和評價。
能耗公示:
系統可根據建筑總能耗或單位面積能耗等各類能耗指標對能效對標和統計分析結果進行排序和公示進行建筑或部門的用能排序和公示。通過公示促進節能管理。
4 能耗異常數據的分析
能源管理系統需要采集、存儲大量的監管對象能耗數據,并將這些數據按建筑、部門、管路等用能對象進行歸類,展示給系統用戶。面對如此大量的數據,我們很難有效地發現用能系統中存在的不合理用能,或異常用能情況,也幾乎無法找到系統在設備、設計,或操作層面上出現的各種問題。而通過計算機信息處理技術,建立能耗數據模型,為我們用能分析診斷提供了較高的工具。
現代建筑節能系統通過兩種工具來幫助系統用戶應對這些海量數據:報警和警告機制,以及數據展現軟件。如今,大部分的建筑節能系統中,異常用能報警功能的正常工作完全依賴于用戶通過人機界面選擇用能報警和警告對應的限額或閥值。這對用戶而言是一個非常困難的任務:如果閥值設置的過緊,那么系統中會出現大量的誤報;如果閥值設置的過松,那么系統將無法全部發現異常用能情況以及其背后的系統、設備損壞的情況。數據展示軟件可以幫助用戶分析并診斷問題,但是這種無針對性的操作往往需要花費大量的時間。
5 數據挖掘
校園能源管理系統以能源信息化智能化為核心目標,圍繞能源的信息采集智能化、信息處理智能化、信息顯示與推送智能化、用能調控智能化全面展開。
信息采集智能化是校園能源管理系統的關鍵技術,系統中的信息采集智能化設備需具有自組網、自診斷、自修復、不間斷運行高穩定性和高可靠性特點,能夠進行校園中的能源信息自動采集,減少信息采集中的人力投入,提高采集的準確信和可靠性。
信息處理智能化可系統中心服務器或者依靠云計算的強大處理能力,對信息進行分析、處理,為決策提供有力的數據保障。
6 系統建設內容
校園智慧能源管理系統建設根據需求應該從能源在線分類、分項與分戶計量及能效分析,能源質量監測與改善,能源自動化監控與自動化節能調節和安全用能管理四個方面進行設計和實施,在一個統一的網絡架構和系統中心下面,通過系統化的解決方案實現多個子系統的高度集成和統一管控。
6.1校園能源管理系統平臺建設
1) 監控中心
設立能源管理系統中心,實現校園能源管理平臺中心與智慧校園數據中心的鏈接和數據共享。并針對集中供熱、中央空調、學生公寓預付費管理等重要環節安裝工作站,實現靈活、有效管理和控制。能源管理系統基礎支撐平臺作為校園智慧能源管理體系的重要組成和支撐框架,要解決節能監管建設體系中的實時數據鏈路、安全基礎、互通渠道、資源共享、信息獲取、共性與個性化服務、優化技術支撐等問題,并建立一個健壯的、實時性強的統一訪問門戶和公共基礎服務平臺。一方面,能源管理系統需要具備在現場設備組態、應用系統門戶集成、集中報表服務、短信郵件消息服務等直接的功能模塊,另一方面,能源管理系統在能源監測與管理上需要具備節能監管應用子系統的開發環境、編程語言引擎、API開發包、設備驅動開發包,即具有二次業務的構建能力。
2) 傳輸網絡
在校園網絡建設時,需要考慮一對光芯作為能源管理系統的獨立主干傳輸網絡以保證系統的安全、穩定,并考慮校園網延伸到每棟建筑及變電所、泵房、換熱站。
6.2變電所、水泵房自動化監控
對變電所進行自動化控制和溫度濕度等參數的環境監控管理。通過對電力參數的監測、智能無功補償和諧波治理,提高用電質量和節能優化;通過對開關柜的實時控制和狀態監測,實現開關柜的自動投切;水泵自動運行控制;通過環境監控加強用電安全管理。
6.3用電分項計量
1) 變電所高壓進線總計量及配電室低壓出現回路計量
2) 所有建筑配電回路按照照明、空調、動力和特殊用電區分,在建筑配電間配置三相多功能電力監控終端實現建筑用電的分項計量。
3) 通過供配電網的各級計量,實現10kV線路、變電所至各建筑低壓配電回路的線損分析和變壓器的變損分析。
6.4用電分戶計量
所有樓層、房間安裝一體化能源管理終端或者單相多功能電能表,實現用電的分戶計量和用電綜合管理。
利用學校建設的RFID終端和RFID卡,自動監測各功能房間的人員及數量,實現房間的照明、空調、暖氣片等用能設備的無人狀態下的節能控制和管理。
6.5供熱計量
對市政供熱公司總供熱管道或者學校的鍋爐房進行供熱量的總計量;對每棟建筑進行供熱計量。
6.6用水計量
對市政供水總管網入口進行智能水表安裝以計量學??傆盟?;在校園內部水管網的關鍵點安裝智能水表,對每棟建筑安裝智能水表,以實現供水管網的水平衡實時監測。
6.7 燃氣計量
安裝智能燃氣表進行燃氣計量并實現遠程傳輸。
6.8熱管網平衡監測及優化系統調節
對鍋爐房、換熱站以及建筑供熱管道安裝溫度、壓力傳感器、電動調節閥,進行供熱管網的實時監測和動態調節;對一、二次供熱管網進行循環泵、補水泵的變頻自動調節運行。
6.9空調溫度控制
1) 中央空調系統
對中央空調系統的冷熱站、冷卻塔、空調機、新風機、風機盤管或變風量終端進行分布式監控和集中管理。系統采用變流量控制技術、壓差及溫度PID控制調節技術、系統聯動控制技術、變頻調節控制技術、電耗、熱/冷媒耗實時計量技術等,對中央空調進行系統化節能控制和管理,提高系統整體節能率。
2) VRV空調
對所有VRV空調主機配置通訊接口板,實現與節能監管平臺的數據對接。監控中心可遠程實時監控所有空調主機及室內機的運行狀態,監測運行參數;也可進行分時、分溫控制每臺室內機,最大程度節省能耗。
3) 分體空調
通過能源管理系統及網絡化智能插座,對分體空調進行系統遠程監控,采用分時、分溫自動化節能控制控制策略和用能計量,以及減少在空調非工作時間的待機能耗,實現空調能耗的最大程度節省。
6.10集中供熱系統化節能控制
對集中供熱系統中的鍋爐房、換熱站、樓宇及室內暖氣片等供熱環節進行分布式監控和集中管理。采用鍋爐煙氣余熱回收技術、比例燃燒控制技術、一次/二次管網平衡調節技術、換熱站二次供回水混水控制技術、水泵變頻調節技術、室內暖氣片供熱自動控制技術,以及分布式電耗及熱耗在線計量技術等,在滿足建筑供熱舒適度的情況下,實現最大程度的供熱節能。
6.11教室照明節能控制
對所有教室安裝照明控制終端,通過按照光照度、課程表、室內人數等條件進行智能化控制,實現節能。
6.12路燈節能控制
對各路燈回路安裝三相多功能電力監控終端,實現精確的定時控制。
6.13 電開水爐節能控制
在夜間和非工作時間對使用頻率較低的電梯、電開水爐進行系統化的節能控制。
6.14全校二級核算單位、學生公寓、商戶用電網絡預付費管理
對全校二級核算單位、商戶、每個學生宿舍安裝網絡預付費電表,實現學生用電的惡性負載控制和電費的及時回收。
6.15 學校電網、水網、氣網、熱網的基于GIS系統的動態實時監測
在GIS系統的基礎上實時監測學校電網、水網、氣網、熱網各環節的實時狀況,對故障進行實時報警和定位,綜合分析點、水、氣、熱平衡及損失,以及實現所有用能機電設備的報警管理。 (下轉第105頁)
(上接第88頁)
6.16 可再生能源應用
利用校區的空地、建筑樓頂空間等環境,利用太陽能光伏發電、太陽能采暖制冷、地源熱泵等技術實現可再生能源的充分利用,并納入到能源管理系統中以實現系統集中控制和管理。
7 結論
在校園能源管理系統的規劃和建設上,計算機信息處理技術為實現校園能源管理系統能源數據實時計量、能源質量監測、能源自動化控制提供了技術支撐。為實現一體化的能源管控,進行能源統計、分析、診斷、預測、調度,通過這些有效的技術和管理手段,可實現校園綜合節能率的大幅度提升并為“智慧校園”建設提供強有力的技術支撐。
參考文獻:
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從發展趨勢來看,新興技術與業務模式創新發展正從互聯網和高科技行業逐步向傳統產業延伸。具體在能源領域,隨著“大、云、物、移”等新興技術的深化應用,以及新一輪電力體制改革、“互聯網+”智慧能源等一系列政策的積極推進,當前電力行業正處于一場變革的風口。
如何借助其他產業破冰的先進經驗,在變革中順勢而為,在產業價值鏈重構過程中保持自己的核心優勢,對電企來說尤為重要。
電企思維轉型的背景
在整體經濟增長放緩的大背景下,如何適應新的改革發展形勢,通過轉型升級、挖掘新的增長動能是電力企業思維轉型的出發點。具體來看,主要受到以下幾方面因素的影響:
(1)未來客戶需求日益多元化,需要靈活適應未來市場中新元素變化。隨著能源互聯網的蓬勃發展,能量流、信息流由單向流動轉變為多向流動,同時個性化、定制化用能需求不斷提高。以電力市場為例,隨著售電側放開下“賣方市場”向“買方市場”的轉變,未來客戶需求日益多元化,將在對安全、可靠與穩定的電力需求基礎上,不斷衍生對產品的多樣化選擇和附加服務需求。
工業園區等大用戶直購的市場化客戶不斷涌現、分布式能源客戶的廣泛接入,以及電動汽車和各類儲能客戶對用電需求綜合化與個性化、定制化的要求不斷提高,需要能源電力企業加快思維轉型,優化資源配置,大力拓展能源增值服務。
(2)數據驅動的智能運營已成為發展潮流,需要深度利用新興技術提供轉型支撐?!按笤莆镆啤钡刃屡d技術發展在設備信息統一管理、量化支撐決策優化、快速可彈性部署以及移動終端應用方面打下良好的基礎。需要借鑒互聯網行業的典型經驗,利用物聯網、大數據等技術深度挖掘能源電力企業海量數據資源,將數據驅動智能運營融入能源企業轉型思路。
一方面,有利于提升物理設備狀態實時管控與運營安全保障能力,開展對自然災害、設備缺陷、安全隱患的風險預判,助力“源網荷”的協調優化和互動運行控制;另一方面,有利于提升企業運營效率,對于能源電力企業加強精益管理,促進核心資源互動與共享智能化、運營管理關鍵流程的高效優化將發揮重要作用。
(3)平臺模式的發展促進了企業價值鏈的延伸,需要構建并不斷完善企業生態系統。傳統的能源行業是一個相對封閉、系統龐雜、行業內部分工相對明確的產業,而在“互聯網+”下的平臺思維則是以開放、共享、共贏貫通的思維主線。未來能源互聯網生態體系的特征之一是開放共享,并在此基礎上建立新型能源市場交易體系、商業運營平臺以及涵蓋多能協同的綜合能源網絡等,這對能源電力行業傳統的運營模式提出了挑戰。
電企思維轉型的建議
結合能源電力企業面臨改革發展的新形勢,筆者認為,面向未來的能源電力企業需要推進以下幾種思維變革。
首先是以用戶為中心的服務思維。互聯網時代的發展促進了端到端的直接服務,一切都要圍繞用戶構建企業戰略,并高度重視提升消費過程中的用戶體驗。無論是滴滴打車O2O閉環還是有效解決“最后一公里”問題而炙手可熱的摩拜單車,正是通過減少中間環節的損耗和浪費,減少信息不對稱帶來的交易成本,提高了用戶體驗。
對于能源電力企業來說,恰恰比較欠缺用戶服務思維,而優質服務和用戶體驗已成為互聯網時代能源服務的實質。今后用戶與企業存在廣泛的互動,用戶不再是單純被動的能源接受者,而是站在與能源供應商平等的位置上,為改善供能質量與效率進行對話。
例如,Opower公司通過引入鄰里能耗比較等社區元素,滿足用戶個性化的用能需求。建立每個家庭的能耗檔案,借鑒行為科學相關理論,將電力賬單引入類似 “微信運動”的社交元素,為用戶提供更直觀、沖擊感更強的節能動力。
第二,以數據驅動智能運營的決策思維?!盎ヂ摼W+”的核心精髓是數字化,以大數據應用為驅動,利用積累的海量數據幫助企業更好地了解用戶,同時識別新的市場機會,創造新的收入來源。例如,阿里巴巴基于海量大數據,采集、提煉客戶消費行為進行數據挖掘,結合不同類型客戶特征進行客戶標簽識別,進而完成客戶畫像,在掌握客戶個性化需求的基礎上提供精準營銷。
國際先進企業在利用大數據提升運營效率方面也取得顯著成效。例如,GE利用工業物聯網從安裝在客戶端的設備獲得海量的運營數據,建立Predix平臺,進一步通過大數據分析,為用戶提供資產性能管理(APM),幫助用戶提前預測設備出現的故障,提升設備的運營效率。
對于電力企業而言,已普遍具備以大數據驅動決策優化的基礎條件??梢猿浞纸梃bGE的案例,將數據視作供應鏈,保障數據在整個企業跨部門之間有效貫通,基于大數據提升精益管理水平。例如電網企業,可以從營銷末端出發,以客戶投訴信息為源頭,進一步積累設備資產管理全壽命周期流程中(采購、建設、運維、檢修、退役)的實物流、價值流和信息流數據,結合智能監控、故障診斷、狀態運維,并不斷積累大數據進行機器自主學習,進一步向上溯源,指導前期設備選型,實現從資產的開發到資產的維護和使用等全過程的數字化,形成資產管理的閉環;同時,可以進一步向上追溯設備廠商信息、出廠日期、批次等,對頻繁出現故障的廠商列入黑名單,強化供應商管理。
第三,立足價值共享的生態系統思維?;谄脚_發展模式打造企業生態系統,將產業鏈上各利益相關方整合在一起,協同推進生態系統整體性發展的平臺戰略已成為當前主要趨勢。
與傳統商業模式的不同之處在于,平臺模式下企業價值的創造不再是單獨依賴自身發展為主的單一價值鏈,而是強調價值分享,打造涵蓋平臺所有成員在內的價值網絡;企業的角色也不再是生產者或供應商,而是生態系統的統籌協調者,需要促進參與方之間的有效協同;甚至企業競爭力的來源,也不再是企業本身的核心競爭力,而是來自整個生態系統活力的激發。
具體來看,其核心在于通過價值分享,吸納不同類型參與者。例如,寶鋼下屬的歐冶云商平臺不只是為寶鋼服務,而是全產業鏈的開放式平臺,涵蓋了鋼材廠商、貿易商、加工商與物流商等。平臺除了提供撮合交易服務,還提供物流、加工與金融等服務。
在車聯網發展領域,國內的“電樁”公司以充電樁運營作為價值鏈的核心,將用戶、充電站經營業主、電動汽車制造商有效地融合在一起。為充電站經營業主提供能源計量與管理,為用戶提供不同車型的試駕體驗,增強用戶粘性等。搭建具有吸引力的價值平臺,吸引大量的互補者積極參與價值鏈的構建,從而豐富了生態系統的多樣性。
在能源領域,遠景能源推出的阿波羅光伏云平臺,針對用戶持有的電站資產,借助光伏云實現以大數據為基礎的光伏電站資產運營管理;同時,推出“阿波羅評級”,針對不同類型的光伏電站在任何時間節點所面臨的風險進行量化識別和評估,有利于投資商和開發商全面管控光伏投資風險,從而打造了涵蓋開發商、投資商、運營商、設計院和設備供應商在內的生態系統。