張欣彥 夏 磊 鐘藝超 鄧才亮

上海閔行中學(xué)

0 項目背景與概況

靜安新業(yè)坊位于上海市靜安區(qū)汶水路210號，是靜安區(qū)“一軸三帶”區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略推出后的第一個大型產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目。靜安新業(yè)坊前身為上海冶金礦山機械廠，2016年初，靜安區(qū)區(qū)政府與上海臨港集團簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，以上海冶金礦山機械廠改造項目為契機，電氣置業(yè)、臨港資管、蘇河灣控股三方共同成立了項目公司——上海新業(yè)坊尚影企業(yè)發(fā)展有限公司，為園區(qū)建設(shè)和運營主體。園區(qū)是以影視文化為導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，同時也是引領(lǐng)文化生活的泛文化商業(yè)綜合體。

本項目為新業(yè)坊廠房綜合改造項目，將廠房改造為綜合辦公園區(qū)。項目西區(qū)占地面積10萬m2，共6個片區(qū)。根據(jù)園區(qū)各企業(yè)能源管理需求建立能源管理平臺，對園區(qū)內(nèi)各建筑用電進行分項計量、對各辦公室及廠房進行用電集抄和綜合分析管理，提升能效、減少能耗經(jīng)費、實現(xiàn)節(jié)約型園區(qū)。

2 能源管理平臺結(jié)構(gòu)

上海新業(yè)坊能源管理平臺的建設(shè)，充分考慮了綜合辦公園區(qū)智慧能源管理的發(fā)展需求，符合物聯(lián)網(wǎng)3層架構(gòu)，3個層次分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層和管理層。

1）數(shù)據(jù)采集層

嵌入式數(shù)據(jù)采集終端通過Modbus RTU協(xié)議采集設(shè)備數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)保存到本地文件，部分數(shù)據(jù)發(fā)送到采集服務(wù)器。嵌入式數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的預(yù)處理和暫存功能，提高了數(shù)據(jù)采集、傳輸、安全和處理性能，并有效避免了配套設(shè)備配置高的要求，大大降低了數(shù)據(jù)定制化采集成本。

2）數(shù)據(jù)傳輸層

采集層采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過GPRS/互聯(lián)網(wǎng)傳送至能源管理中心，此外，能耗數(shù)據(jù)還上傳至數(shù)據(jù)中心和工業(yè)園區(qū)公共機構(gòu)能源管理總平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和有效使用。

3）數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理層包括數(shù)據(jù)接口服務(wù)器、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器、管理工作站、大屏幕、交換機等硬件設(shè)備。這些硬件設(shè)備通過一系列功能模塊，如數(shù)據(jù)監(jiān)測、能耗地圖、能效管理、需求響應(yīng)、能耗漏洞探測、碳排放管理等，實現(xiàn)對整個園區(qū)用能系統(tǒng)實時監(jiān)控和精細化管理。能源管理平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 能源管理平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 平臺功能

平臺功能包括實時監(jiān)測、能耗地圖、能效管理和碳排放管理

1）實時監(jiān)測

依托智能計量、數(shù)據(jù)采集和濟中自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集與存儲軟件，通過實時采集和存儲能耗數(shù)據(jù)及設(shè)備運營狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對各棟建筑能源使用的實時監(jiān)控與管理；在獲取影響能源消耗變化的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，全面掌握能源歷史動向與實時趨勢。

2）能耗地圖

能耗地圖是基于園區(qū)內(nèi)各棟建筑的地理信息數(shù)據(jù)庫，采用區(qū)域性地圖方式展示平臺內(nèi)各棟建筑的基礎(chǔ)信息、能耗強度、能效等級等。能耗地圖便于實時掌握學(xué)院整體能耗水平，通過能耗對比和對標分析定位園區(qū)高能耗、高排放區(qū)域。能耗地圖示意圖見圖2。

圖2 園區(qū)智慧能源管理平臺能耗地圖

3）能效管理

能效管理包括能耗統(tǒng)計分析、電能質(zhì)量分析、能效報警等多個模塊，結(jié)合多種可視化功能系統(tǒng)性地展示園區(qū)各企業(yè)、建筑及逐級能耗單位（樓層、設(shè)備系統(tǒng)、單體設(shè)備）的能效狀態(tài)，全面實現(xiàn)能源可視化管理。

（1）能耗統(tǒng)計分析

根據(jù)園區(qū)智慧能源管理平臺掌握的能耗數(shù)據(jù)建立能耗統(tǒng)計分析體系，逐級統(tǒng)計園區(qū)、企業(yè)、建筑及設(shè)備系統(tǒng)的分類分項能耗、峰谷平時段能耗、運營與非運營狀態(tài)能耗差異等，并采用同比、環(huán)比、對標、長期趨勢及關(guān)聯(lián)分析等方法進行數(shù)據(jù)分析，挖掘園區(qū)能源管理漏洞，且依據(jù)企業(yè)、建筑管理要求定制能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，提升區(qū)域性能源管理水平。圖3為同比分析同類型電源或負載的運營狀態(tài)，用以判斷發(fā)電性能的差異和負荷運營情況，便于管理者及時發(fā)現(xiàn)能源系統(tǒng)潛在的問題。

（2）電能質(zhì)量分析

根據(jù)智能計量設(shè)備采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計分析方法實時掌握園區(qū)各單元的電能質(zhì)量水平及變化趨勢；對照國家標準進行對標分析，發(fā)掘電能質(zhì)量異常情況，如電壓偏差、無功補償及諧波污染等。此外，有關(guān)電力專家將根據(jù)用戶需求提供電能質(zhì)量治理措施，優(yōu)化電能質(zhì)量水平，提升用能安全。

（3）能效報警

根據(jù)園區(qū)企業(yè)、建筑及設(shè)備負載動態(tài)與能耗數(shù)據(jù)，掌握各單元的能源動向規(guī)律，結(jié)合用戶需求建立針對性的能效報警機制，做到無人值守時，采用能效報警（如短信提醒、發(fā)送郵件等）方式實時監(jiān)管設(shè)備能效狀態(tài)及園區(qū)能耗水平。

4）碳排放管理

碳排放管理功能完全參照國家碳排放管理體系及計算標準開發(fā)。在統(tǒng)計園區(qū)各能耗單元長期碳排放同時能實時掌握各單元的碳排放動態(tài)。園區(qū)可在碳排放交易政策執(zhí)行前掌握各單元碳排量變化區(qū)間及可控范圍，為今后碳資產(chǎn)管理和碳排放交易提供數(shù)據(jù)支撐。

4 項目方案

4.1 建設(shè)意義

圖3 同類型電源或負載的運營狀態(tài)同比分析曲線圖

本項目在高壓配電房各供電回路安裝了智能電表，并按照明插座、空調(diào)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、特殊用電4個分項獨立設(shè)置，完成對配電房智能電表數(shù)據(jù)采集和集成。匯總的能耗數(shù)據(jù)傳至能源管理系統(tǒng)由能源管理軟件進行有效的在線管理。此外，本項目采用集中供冷供熱空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)總管上安裝冷量、熱量監(jiān)測儀表，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過BA控制系統(tǒng)通訊接口，在總能源管理平臺上對空調(diào)末端設(shè)備運行參數(shù)進行整合和管理。

系統(tǒng)依托能效診斷與節(jié)能優(yōu)化，實時發(fā)掘園區(qū)能耗漏洞、設(shè)備故障、能源質(zhì)量和節(jié)能潛力；從能效提升、能源質(zhì)量、設(shè)備異常、控制邏輯合理性、節(jié)能改造等多個方面提出實際可行的優(yōu)化建議；及時發(fā)現(xiàn)企業(yè)各方面能源異?；虿缓侠碇帲诮档湍芎睦速M的同時，提升能源安全水平；能源預(yù)測、峰谷平管理、需量管控等功能為能源計劃、電力交易提供決策支持；充分調(diào)動需求側(cè)在能源調(diào)度中的作用，幫助用戶在能源生產(chǎn)、消耗和存儲方面制定高效的能源計劃，降低能源消耗成本；報表管理、報警管理等基礎(chǔ)性管理功能使能源管理更加精細化、更具針對性、更為高效，大幅提升了能源管理任務(wù)的執(zhí)行效率。具體提升體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）提升信息化水平

通過信息化實現(xiàn)能源消耗的精細化和可視化管理，明確能源消耗的流向和分布，杜絕能源消耗的“跑冒滴漏”現(xiàn)象。

（2）提升企業(yè)生產(chǎn)和運營管理信息化水平，改變?nèi)斯こ砗徒y(tǒng)計的管理模式。

（3）定制收費賬單

定制的能耗及空調(diào)收費一鍵式收費賬單極大地提高了計費管理有效性和便捷性。

（4）用能安全可靠

各項能源數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，提高了企業(yè)能源使用安全性和可靠性；故障的及時診斷和報警，使能耗浪費等異常情況能及時發(fā)現(xiàn)并解決。

（5）提升能效

幫助客戶發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)和營運中能耗漏洞，提出針對性節(jié)能技改及優(yōu)化方案，提高能源使用效率、降低成本。

（6）數(shù)據(jù)上傳

實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)與集團能管中心或地方政府?dāng)?shù)據(jù)平臺的對接

（7）負荷預(yù)測

提供精準的電力需量預(yù)測、電量預(yù)測。為企業(yè)電力需量申請、購電業(yè)務(wù)提供精準的數(shù)據(jù)支持。

4.2 系統(tǒng)架構(gòu)

項目系統(tǒng)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)層、模型層和應(yīng)用層三部分。數(shù)據(jù)層主要為各種智能表終端數(shù)據(jù)、DCS及其他控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)及人工填報數(shù)據(jù)上傳等；模型層主要實現(xiàn)對系統(tǒng)大數(shù)據(jù)建模分析、規(guī)則庫制訂、算法設(shè)計等功能；應(yīng)用層為平臺提供數(shù)據(jù)展現(xiàn)及操作管理功能，實現(xiàn)對能源信息的整體管控。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)見圖4：

4.3 功能介紹

本項目能源管理平臺采用B/S架構(gòu)，使用者可以方便地通過互聯(lián)網(wǎng)對建筑能耗進行管理。平臺支持電腦、筆記本、智能手機等多種終端訪問。平臺將用戶分為不同的權(quán)限，用戶利用平臺分配的賬號和密碼登錄，根據(jù)權(quán)限瀏覽內(nèi)容，在權(quán)限范圍內(nèi)進行使用和管理，圖5為平臺登錄主界面。目前的功能模塊主要包括實時監(jiān)控、能耗概況、項目能耗、能耗分析、碳排管理、趨勢分析、報表查詢、報表管理、設(shè)備系統(tǒng)、報警查詢、報警管理、數(shù)據(jù)監(jiān)測、實時天氣、檔案管理等。

（1）實時監(jiān)控

實時監(jiān)控模塊采用電力拓撲圖結(jié)構(gòu)模式。圖6為配電房實時監(jiān)控功能界面。界面上展示了每個配電房回路布局和各回路的實時參數(shù)。左側(cè)列表為各單元配電房，可按需求進行查詢。監(jiān)控界面支持界面最大化、鼠標拖動等功能。

（2）能耗概況

能耗概況展示了園區(qū)總體用電情況，包括電壓等級、合同容量、總變數(shù)量、監(jiān)測點位及當(dāng)前通訊等。該模塊主要包括實時負荷模塊和能耗統(tǒng)計模塊。實時負荷展示當(dāng)天的實時負荷曲線，時間間隔固定為5 min；能耗統(tǒng)計展示電量和電費統(tǒng)計信息，電量趨勢功能可選擇日、月或年，用折線圖展示相應(yīng)用電量信息。實時負荷和能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以以excel文件格式導(dǎo)出。圖7為能耗統(tǒng)計與分析功能示意圖、圖8為能耗概況實時負荷示意圖、圖9為能耗概況能耗統(tǒng)計示意圖。

圖5 平臺登錄主界面

圖6 實時監(jiān)控模塊

圖7 能耗統(tǒng)計與分析功能示意圖

圖8 能耗概況實時負荷示意圖

圖9 能耗概況能耗統(tǒng)計示意圖

（3）電量查詢

電量查詢提供了回路用電情況臨時查詢工具，通過對選定的回路進行電量查詢和展示，可同時選擇多個回路。電量統(tǒng)計包括峰谷平總、電量明細兩項信息，見圖10

（4）電力參數(shù)

電力參數(shù)子功能可查詢和展示回路電力指標，包括有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因數(shù)。用戶可選擇要查詢的回路及詳細的指標，數(shù)據(jù)以趨勢圖的形式進行展示，見圖11。

（5）能耗分析

能耗分析包括能耗類比、能耗時比、相關(guān)性分析三個子功能。能耗類比展示所選回路同種參數(shù)在同一時間段內(nèi)的對比情況，建議使用該功能時同時選中的回路數(shù)量不超過4個。圖12展示了能耗類比界面。

圖10 電量查詢模塊

圖11 電力參數(shù)趨勢圖

圖12 能耗類比

能耗時比主要對某一回路在不同時間段內(nèi)同種參數(shù)進行對比展示。圖13展示了能耗時比界面。

（6）報警信息

報警信息模塊包括兩個功能：報警設(shè)置功能和報警日志查詢功能。報警設(shè)置功能即用戶可根據(jù)自身管理的需要，對重點數(shù)據(jù)進行報警設(shè)置。當(dāng)報警情況發(fā)生時，系統(tǒng)可通過郵件等方式發(fā)出報警信息給報警接受者；報警日志查詢功能使系統(tǒng)所產(chǎn)生的所有報警記錄均可查詢。

（7）報表查詢（能耗賬單）

報表查詢模塊可查看企業(yè)各用戶定義的報表，支持用戶根據(jù)自己的具體需求進行定制，不同部門、人員可看到不同的報表。報表可按日、月、年及區(qū)間進行查詢，并可導(dǎo)出相應(yīng)的excel表格。圖14展示了報表查詢界面。

（8）設(shè)備系統(tǒng)（空調(diào)系統(tǒng)管理）

設(shè)備系統(tǒng)模塊可根據(jù)用戶需求進行定制化展示。對重點設(shè)備（如空調(diào)系統(tǒng)）的重點數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、分析與展示以幫助用戶直觀、快速定位重點關(guān)注對象及運營狀態(tài)。如，空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)包括總冷熱量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)總電耗、各單元（終端租戶）分攤能耗、末端設(shè)備運行狀態(tài)等。設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)、控制系統(tǒng)參數(shù)、能源負荷、開關(guān)狀態(tài)等形成以設(shè)備運營信息解釋能源消耗結(jié)果、以能源消耗數(shù)據(jù)輔助設(shè)備運營的閉環(huán)管理體系。圖15為某空調(diào)系統(tǒng)管理的展示界面。

（9）其他

利用能源大數(shù)據(jù)工具，還能對設(shè)備能效評估、故障診斷、預(yù)防性運維、優(yōu)化控制等提供管理支撐，降低設(shè)備運行事故。圖16為能源管理平臺在設(shè)備運維提升的有關(guān)應(yīng)用。

圖13 能耗時比

圖14 報表查詢模塊

圖15 空調(diào)系統(tǒng)管理

圖16 能源管理平臺提升設(shè)備運維的應(yīng)用

5 結(jié)語

該項目的順利完成，為上海新業(yè)坊智慧能源管理提供了科學(xué)化、可視化的高效能源管理工具，通過園區(qū)節(jié)能管理和節(jié)能手段實現(xiàn)了一定的節(jié)能效益，同時，平臺能耗數(shù)據(jù)也與臨港信息中心和園區(qū)節(jié)能主管部門共享，在能耗公示、能耗定額管理等方面提供了必不可少的數(shù)據(jù)支撐，對推進節(jié)約型綜合辦公園區(qū)的建設(shè)有著重要的意義，也為公共建筑節(jié)能工作提供了示范作用。