徐 明張建敏譚志雄

1.上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司

2.海南民生管道燃?xì)庥邢薰?/p>

0 概述

燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)，具有能效高、經(jīng)濟(jì)效益好，清潔環(huán)保，保障能源供應(yīng)安全性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在我國(guó)迅速發(fā)展。由于涉及冷、熱、電不同形式能源生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行管理，對(duì)于大多數(shù)用戶，不具備運(yùn)維管理能力，因此需要專業(yè)的技術(shù)平臺(tái)提供服務(wù)指導(dǎo)。對(duì)于政府而言，對(duì)分散的項(xiàng)目如何進(jìn)行有效監(jiān)管，開(kāi)展節(jié)能效果評(píng)價(jià)、運(yùn)行情況后評(píng)估和補(bǔ)貼發(fā)放，缺乏有效的第三方的數(shù)據(jù)支撐。因此，建立開(kāi)放的燃?xì)夥植际侥茉粗悄鼙O(jiān)測(cè)及運(yùn)維管理平臺(tái)是必要的。

2015年，上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司“燃?xì)夥植际侥茉粗悄鼙O(jiān)測(cè)及運(yùn)維管理平臺(tái)”獲得上海市發(fā)改委服務(wù)業(yè)發(fā)展引導(dǎo)資金計(jì)劃立項(xiàng)支持。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，該平臺(tái)逐步擴(kuò)大到包括生物質(zhì)或濕垃圾沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)、垃圾填埋氣利用等其他燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)。本文介紹了該平臺(tái)的設(shè)計(jì)，結(jié)合投運(yùn)效果評(píng)估，提出了燃?xì)夥植际侥茉磾?shù)字化運(yùn)維管理的建議。

1 平臺(tái)構(gòu)成

燃?xì)夥植际侥茉粗悄鼙O(jiān)測(cè)及運(yùn)維管理平臺(tái)，由智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)兩部分組成，具體內(nèi)容如下：

1）智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)

智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，采集項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并傳輸至平臺(tái)，在能效監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，以分析統(tǒng)計(jì)為手段，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，提供最佳的運(yùn)行控制方案。主要包括：

a.數(shù)據(jù)采集層

以底層傳感器、變送器、執(zhí)行器等電氣設(shè)備為基礎(chǔ)，通過(guò)通信或模擬量傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、能耗監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程抄表等各項(xiàng)基礎(chǔ)功能。其采集的精度和頻率符合國(guó)家及地方的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)滿足多種通信要求，具備豐富的接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，包括總線接口，以太網(wǎng)接口等。

b.管理監(jiān)控層

建立現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器平臺(tái)，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理計(jì)算，給出實(shí)時(shí)的能效和能耗分析結(jié)果，并對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，供用戶決策參考。在收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)平臺(tái)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)參數(shù)，了解設(shè)備的啟停時(shí)間和使用規(guī)律，根據(jù)已有的優(yōu)化計(jì)算方法，挖掘節(jié)能潛力和重點(diǎn)。

c.運(yùn)行指導(dǎo)層

在管理監(jiān)控層的基礎(chǔ)上，按照優(yōu)化計(jì)算后的結(jié)果，確定優(yōu)化運(yùn)行模式，自動(dòng)給出優(yōu)化運(yùn)行方案建議，最優(yōu)化項(xiàng)目能效與經(jīng)濟(jì)效益。

d.遠(yuǎn)程通信層

將項(xiàng)目數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)。其遠(yuǎn)傳方式包括有線和無(wú)線兩種方式，充分利用現(xiàn)在先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

e.模塊化設(shè)計(jì)

平臺(tái)具有良好的可擴(kuò)展性，采用模塊化設(shè)計(jì)，適應(yīng)項(xiàng)目規(guī)模的變化進(jìn)行設(shè)備的增減。

2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)

平臺(tái)具備大容量分布式供能項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，通過(guò)對(duì)各個(gè)項(xiàng)目歷史數(shù)據(jù)分析，再對(duì)比項(xiàng)目運(yùn)行情況，給出某個(gè)項(xiàng)目最佳運(yùn)行模式的功能。該平臺(tái)有助于用戶通過(guò)對(duì)已有的建設(shè)項(xiàng)目的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比選，得到最佳的設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行方案，有助于未來(lái)新規(guī)劃項(xiàng)目的方案決策。

a.基于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，儲(chǔ)存海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢和記錄。

b.通過(guò)MATLAB和LABVIEW，建立仿真計(jì)算平臺(tái)，利用項(xiàng)目已有運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化計(jì)算和模擬仿真運(yùn)行工況，給出最佳運(yùn)行模式的結(jié)果。

c.基于MATLAB的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，給出各項(xiàng)目的運(yùn)行工況，并進(jìn)行類比，包括用熱，用冷，用電，運(yùn)行小時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)，提供項(xiàng)目能效分析。

d.積累項(xiàng)目的數(shù)據(jù)參數(shù)，作為項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)或運(yùn)行方案的決策參考，為未來(lái)項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)行方案提供咨詢建議，提高項(xiàng)目規(guī)劃成功率。

燃?xì)夥植际侥茉粗悄鼙O(jiān)測(cè)及運(yùn)維管理平臺(tái)基本構(gòu)架見(jiàn)圖1。

圖1 燃?xì)夥植际侥茉粗悄鼙O(jiān)測(cè)及運(yùn)維管理平臺(tái)基本構(gòu)架

2 平臺(tái)主要功能

平臺(tái)共分為四大功能模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，運(yùn)營(yíng)管理，移動(dòng)終端和數(shù)據(jù)分析，其中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，運(yùn)營(yíng)管理和移動(dòng)終端屬于基本功能，數(shù)據(jù)分析屬于高級(jí)功能。

1）基本功能

a.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

包括區(qū)位地圖、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、三維動(dòng)態(tài)展示、在線記錄與計(jì)量、報(bào)警與故障記錄五大功能。

區(qū)位地圖，以地圖的方式顯示轄區(qū)內(nèi)的所有被監(jiān)控站點(diǎn)的基本信息和隸屬管理信息，并通過(guò)點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入各個(gè)站點(diǎn)，顯示各個(gè)站點(diǎn)的詳細(xì)信息。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能對(duì)站點(diǎn)當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)在平臺(tái)顯示。主要對(duì)站點(diǎn)設(shè)備、系統(tǒng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，運(yùn)維人員可以通過(guò)平臺(tái)數(shù)據(jù)展示全面、直觀地了解分布式能源站運(yùn)行情況，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握各種信息。

每個(gè)系統(tǒng)都根據(jù)系統(tǒng)要求，以MIMIC圖的方式顯示。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能界面見(jiàn)圖2。

圖2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能界面

在線記錄與計(jì)量功能將監(jiān)測(cè)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄與計(jì)量，并以曲線和柱狀圖等多種形式進(jìn)行呈現(xiàn)。

平臺(tái)讀取設(shè)備報(bào)警及故障代碼，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)報(bào)警或故障時(shí)，平臺(tái)向用戶推送報(bào)警與故障的實(shí)時(shí)信息，并能對(duì)信息進(jìn)行記錄。

系統(tǒng)中包含的報(bào)警測(cè)點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警或故障時(shí)，能對(duì)信息進(jìn)行顯示。

b.運(yùn)維管理

運(yùn)維管理功能模塊包括運(yùn)行策略、權(quán)限管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、計(jì)量表具管理、備品備件管理、運(yùn)行管理報(bào)表、值班及HSE管理、售能系統(tǒng)、智能微網(wǎng)九大功能。

運(yùn)行策略功能植入分布式能源站設(shè)計(jì)的運(yùn)行策略，為運(yùn)行管理人員提供支持。

權(quán)限管理功能可設(shè)置不同角色，并根據(jù)角色的不同關(guān)注點(diǎn)，授予不同的權(quán)限，并根據(jù)不同角色分配查看功能。此外，還可設(shè)置訪客權(quán)限，根據(jù)訪客的不同關(guān)注點(diǎn)，來(lái)匹配不同頁(yè)面的查看權(quán)限。

設(shè)備資產(chǎn)管理功能記錄設(shè)備主要信息，包括設(shè)備分類、設(shè)備名稱、設(shè)備資產(chǎn)價(jià)值、主要參數(shù)、狀態(tài)、數(shù)量、型號(hào)規(guī)格、購(gòu)買時(shí)間、廠家及售后電話等。此外，該功能還可根據(jù)運(yùn)行時(shí)間、維護(hù)保養(yǎng)周期自動(dòng)提醒用戶是否需進(jìn)行保養(yǎng)，并對(duì)維修維護(hù)等信息進(jìn)行記錄。該功能還能出具自用電功率表。同時(shí)可以對(duì)設(shè)備列表進(jìn)行查詢、新增、更新、刪除的操作。

“設(shè)備清單”的頁(yè)面中顯示已有設(shè)備的詳細(xì)列表，可以通過(guò)搜索關(guān)鍵字來(lái)查詢?cè)O(shè)備，可以對(duì)已有設(shè)備信息更新，可以刪除已有設(shè)備。

按照《上海市天然氣分布式供能系統(tǒng)后評(píng)估實(shí)施細(xì)則（暫行）》中的相關(guān)規(guī)定，計(jì)量表具管理功能對(duì)計(jì)量表具的以下指標(biāo)進(jìn)行記錄并管理：設(shè)備名稱、規(guī)格、安裝時(shí)間、精度、安裝位置、檢測(cè)單位、檢測(cè)有效日期、測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)含義描述等。此外，還對(duì)價(jià)格、數(shù)量、出庫(kù)時(shí)間和入庫(kù)時(shí)間進(jìn)行記錄并管理，并且對(duì)計(jì)量器具的檢測(cè)計(jì)劃進(jìn)行提醒。

備品備件管理功能記錄備品備件主要信息，包括設(shè)備名稱、編號(hào)、數(shù)量、總數(shù)量、入庫(kù)時(shí)間、服務(wù)編號(hào)、更換小時(shí)數(shù)、申請(qǐng)記錄。同時(shí)可以對(duì)備品備件列表進(jìn)行查詢、新增、更新、刪除的操作。“備品備件清單”的頁(yè)面中顯示已有備品備件的詳細(xì)列表，可以通過(guò)搜索關(guān)鍵字來(lái)查詢備品備件，可以對(duì)已有備品備件信息更新，可以刪除已有備品備件。

運(yùn)行管理報(bào)表，根據(jù)用戶的要求自定義運(yùn)行報(bào)表的周期及內(nèi)容，比如運(yùn)行時(shí)間，年利用小時(shí)數(shù)，發(fā)電量，市政供電量，供熱量，供冷量，耗氣量，自用電量等。實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯總與統(tǒng)計(jì)。

值班及HSE管理功能可根據(jù)分布式能源站的定員情況，對(duì)生產(chǎn)人員和管理人員進(jìn)行日常運(yùn)營(yíng)管理（日志管理、交接班管理、排班表管理），并融入HSE管理體系，對(duì)生產(chǎn)人員和管理人員的職業(yè)健康安全與環(huán)境加以管理。該功能模塊集成了在線一鍵開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、緊急停車功能。

2）高級(jí)功能

a.能效分析與報(bào)表

對(duì)分布式能源站的能耗、設(shè)備效率、系統(tǒng)效率、輸送效率、發(fā)電小時(shí)數(shù)等重要數(shù)據(jù)對(duì)比、分析、展示、輸出。此功能按照《上海市天然氣分布式供能系統(tǒng)后評(píng)估實(shí)施細(xì)則（暫行）》中的計(jì)算方法，來(lái)衡量分布式能源系統(tǒng)利用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及發(fā)電后余熱有效利用情況，并對(duì)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能效情況進(jìn)行對(duì)比分析，找出影響系統(tǒng)能效的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)而提出改進(jìn)建議。該功能還能出具分布式供能系統(tǒng)完整年度數(shù)據(jù)記錄表和全年各月份負(fù)荷數(shù)據(jù)記錄表。

b.節(jié)能減排分析與報(bào)表

實(shí)現(xiàn)分布式能源站節(jié)能情況分析，還可作為補(bǔ)貼依據(jù)。此功能按照《上海市天然氣分布式供能系統(tǒng)后評(píng)估實(shí)施細(xì)則（暫行）》中的計(jì)算方法，以常規(guī)分供系統(tǒng)為基準(zhǔn)，分析相比與常規(guī)分供系統(tǒng)取得同等供電、供熱和供冷的情況下，減少的碳排放和污染物排放量。

c.故障分析與診斷

故障分析與診斷功能能夠隨著故障數(shù)據(jù)的積累和研究的深入逐步豐富，通過(guò)對(duì)異常數(shù)據(jù)的分析，預(yù)判可能發(fā)生的故障點(diǎn)，提示維修或更換相關(guān)設(shè)備，避免重大損失，提高系統(tǒng)利用率。

3 平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

基于MATLAB，SQL和數(shù)據(jù)分析模型，實(shí)現(xiàn)典型工藝的運(yùn)行情況分析，推薦最佳運(yùn)行方案。

開(kāi)發(fā)通用、智能化的通信網(wǎng)管，將由各種串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口以及各種通信協(xié)議構(gòu)成的通信設(shè)備，納入統(tǒng)一的智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并與通信運(yùn)營(yíng)商兼容，實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)用戶端和智能監(jiān)控中心的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為相關(guān)數(shù)據(jù)的深度挖掘和優(yōu)化分析奠定基礎(chǔ)。

通過(guò)多樣化數(shù)據(jù)冗余技術(shù)、加密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，確保現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確、安全和可靠，以保證后續(xù)數(shù)據(jù)挖掘、分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)套件采用自主開(kāi)發(fā)的套件，針對(duì)并發(fā)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，兼容OPC、DDE、Modbus、TCP等通信協(xié)議，與常用組態(tài)軟件、通信軟件具備良好的兼容性，可高速實(shí)現(xiàn)上千萬(wàn)數(shù)據(jù)的并發(fā)存取。系統(tǒng)存儲(chǔ)無(wú)點(diǎn)數(shù)限制，可滿足分布式能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和分析服務(wù)。

4 運(yùn)行效果

該平臺(tái)克服了能源站現(xiàn)場(chǎng)條件差、技術(shù)復(fù)雜難度大等困難，針對(duì)試用期間反映的信號(hào)不穩(wěn)定、界面不統(tǒng)一、功能不完善等問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改版。截至2020年底，陸續(xù)有上海中心大廈燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)、成都長(zhǎng)島度假酒店燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)、深圳下坪垃圾填埋氣發(fā)電系統(tǒng)等多個(gè)項(xiàng)目接入平臺(tái)。

平臺(tái)投運(yùn)以來(lái)，迅速積累了大量的運(yùn)維數(shù)據(jù)，依托于云平臺(tái)和相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)行管理人員能夠通過(guò)平臺(tái)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)分析運(yùn)行狀態(tài)，評(píng)估燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組設(shè)備狀態(tài)，指導(dǎo)客戶實(shí)施更加精準(zhǔn)的預(yù)防性維護(hù)維修，在平臺(tái)的大數(shù)據(jù)支撐下，深圳下坪垃圾填埋氣發(fā)電項(xiàng)目創(chuàng)造年運(yùn)行8 500 h的最高紀(jì)錄，接入平臺(tái)的項(xiàng)目全部實(shí)現(xiàn)了100%系統(tǒng)可利用率。通過(guò)云平臺(tái)，用戶現(xiàn)場(chǎng)不需要配備運(yùn)行值守人員，通過(guò)在線巡檢可以判斷評(píng)估記錄設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守。

通過(guò)平臺(tái)的實(shí)施，建立了數(shù)字化運(yùn)維管理數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和分析等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，初步建立了燃?xì)夥植际侥茉磾?shù)字化運(yùn)維管理能力。對(duì)于我國(guó)燃?xì)夥植际侥茉葱袠I(yè)數(shù)字化運(yùn)維管理及運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，提供了重要的參考和數(shù)據(jù)。

5 數(shù)字化運(yùn)維管理建議

燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)不同于普通的建筑物能源供應(yīng)系統(tǒng)，是因?yàn)槠渚哂泄?jié)能型、減排性、效益性而投入建設(shè)的，其運(yùn)行效果，特別是發(fā)電效率、一次能源綜合利用率、年運(yùn)行小時(shí)數(shù)等關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)的優(yōu)劣，決定了項(xiàng)目能否達(dá)成計(jì)劃效益目標(biāo)。

我國(guó)在發(fā)電廠、公共建筑能耗等基本建立了運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)分類及表示方法等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)了行業(yè)管理規(guī)范化[1]。燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)維護(hù)頻繁、工作量大，投入產(chǎn)出比高，通過(guò)智能監(jiān)測(cè)和運(yùn)維管理平臺(tái)能夠有效地管理設(shè)備狀態(tài)，提高系統(tǒng)可利用率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，提高系統(tǒng)的投運(yùn)效益。國(guó)內(nèi)有必要建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組作為分布式能源系統(tǒng)核心設(shè)備，大多本體自帶故障報(bào)警和數(shù)據(jù)傳輸模塊，但是由于各廠家數(shù)據(jù)采集范圍和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)很難統(tǒng)一，并且其設(shè)備狀態(tài)判斷、故障診斷等嚴(yán)重依賴于制造工廠的設(shè)計(jì)和技術(shù)，用戶一般出于商業(yè)秘密的考慮不愿接入制造廠家的數(shù)據(jù)平臺(tái)，造成燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的狀態(tài)判斷、故障診斷等需要用戶積累豐富的經(jīng)驗(yàn)后才能建立分析邏輯[2]。一般而言，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和故障邏輯具有一定的相似性，建議行業(yè)制造廠家盡快出臺(tái)相關(guān)的導(dǎo)則或標(biāo)準(zhǔn)，盡快提高國(guó)內(nèi)數(shù)字化運(yùn)維水平。

在我國(guó)碳達(dá)峰和碳中和的戰(zhàn)略布局下，燃?xì)夥植际侥茉?，特別是沼氣分布式能源系統(tǒng)碳減排效果好，用戶對(duì)核算交易具有極高的熱情，燃?xì)夥植际侥茉粗悄鼙O(jiān)測(cè)和運(yùn)維管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排的快速和精準(zhǔn)核算，可以大幅提高核算效率，如何通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建管理平臺(tái)和碳核算、交易的數(shù)字化系統(tǒng)，是值得深入研究的課題。