上海新業坊能源管理系統應用

張欣彥 夏 磊 鐘藝超 鄧才亮

上海閔行中學

0 項目背景與概況

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

本項目為新業坊廠房綜合改造項目，將廠房改造為綜合辦公園區。項目西區占地面積10萬m2，共6個片區。根據園區各企業能源管理需求建立能源管理平臺，對園區內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、減少能耗經費、實現節約型園區。

2 能源管理平臺結構

上海新業坊能源管理平臺的建設，充分考慮了綜合辦公園區智慧能源管理的發展需求，符合物聯網3層架構，3個層次分別為數據采集層、數據傳輸層和管理層。

1）數據采集層

嵌入式數據采集終端通過Modbus RTU協議采集設備數據并將數據保存到本地文件，部分數據發送到采集服務器。嵌入式數據采集終端系統對數據的預處理和暫存功能，提高了數據采集、傳輸、安全和處理性能，并有效避免了配套設備配置高的要求，大大降低了數據定制化采集成本。

2）數據傳輸層

采集層采集的現場數據通過GPRS/互聯網傳送至能源管理中心，此外，能耗數據還上傳至數據中心和工業園區公共機構能源管理總平臺，實現數據共享和有效使用。

3）數據管理層

數據管理層包括數據接口服務器、實時數據庫服務器、關系數據庫服務器、應用服務器、WEB服務器、管理工作站、大屏幕、交換機等硬件設備。這些硬件設備通過一系列功能模塊，如數據監測、能耗地圖、能效管理、需求響應、能耗漏洞探測、碳排放管理等，實現對整個園區用能系統實時監控和精細化管理。能源管理平臺系統結構圖見圖1。

圖1 能源管理平臺系統結構圖

3 平臺功能

平臺功能包括實時監測、能耗地圖、能效管理和碳排放管理

1）實時監測

依托智能計量、數據采集和濟中自主研發的數據采集與存儲軟件，通過實時采集和存儲能耗數據及設備運營狀態數據，實現對各棟建筑能源使用的實時監控與管理；在獲取影響能源消耗變化的關鍵數據的基礎上，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內各棟建筑的地理信息數據庫，采用區域性地圖方式展示平臺內各棟建筑的基礎信息、能耗強度、能效等級等。能耗地圖便于實時掌握學院整體能耗水平，通過能耗對比和對標分析定位園區高能耗、高排放區域。能耗地圖示意圖見圖2。

圖2 園區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計分析、電能質量分析、能效報警等多個模塊，結合多種可視化功能系統性地展示園區各企業、建筑及逐級能耗單位（樓層、設備系統、單體設備）的能效狀態，全面實現能源可視化管理。

（1）能耗統計分析

根據園區智慧能源管理平臺掌握的能耗數據建立能耗統計分析體系，逐級統計園區、企業、建筑及設備系統的分類分項能耗、峰谷平時段能耗、運營與非運營狀態能耗差異等，并采用同比、環比、對標、長期趨勢及關聯分析等方法進行數據分析，挖掘園區能源管理漏洞，且依據企業、建筑管理要求定制能耗數據統計報表，提升區域性能源管理水平。圖3為同比分析同類型電源或負載的運營狀態，用以判斷發電性能的差異和負荷運營情況，便于管理者及時發現能源系統潛在的問題。

（2）電能質量分析

根據智能計量設備采集的電能質量數據，采用統計分析方法實時掌握園區各單元的電能質量水平及變化趨勢；對照國家標準進行對標分析，發掘電能質量異常情況，如電壓偏差、無功補償及諧波污染等。此外，有關電力專家將根據用戶需求提供電能質量治理措施，優化電能質量水平，提升用能安全。

（3）能效報警

根據園區企業、建筑及設備負載動態與能耗數據，掌握各單元的能源動向規律，結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、發送郵件等）方式實時監管設備能效狀態及園區能耗水平。

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。在統計園區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。園區可在碳排放交易政策執行前掌握各單元碳排量變化區間及可控范圍，為今后碳資產管理和碳排放交易提供數據支撐。

4 項目方案

4.1 建設意義

圖3 同類型電源或負載的運營狀態同比分析曲線圖

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、空調系統、動力系統、特殊用電4個分項獨立設置，完成對配電房智能電表數據采集和集成。匯總的能耗數據傳至能源管理系統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系統。空調系統總管上安裝冷量、熱量監測儀表，監測數據通過BA控制系統通訊接口，在總能源管理平臺上對空調末端設備運行參數進行整合和管理。

系統依托能效診斷與節能優化，實時發掘園區能耗漏洞、設備故障、能源質量和節能潛力；從能效提升、能源質量、設備異常、控制邏輯合理性、節能改造等多個方面提出實際可行的優化建議；及時發現企業各方面能源異常或不合理之處，在降低能耗浪費的同時，提升能源安全水平；能源預測、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；充分調動需求側在能源調度中的作用，幫助用戶在能源生產、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的執行效率。具體提升體現在以下幾個方面。

（1）提升信息化水平

通過信息化實現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”現象。

（2）提升企業生產和運營管理信息化水平，改變人工抄表和統計的管理模式。

（3）定制收費賬單

定制的能耗及空調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

各項能源數據的實時監測，提高了企業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現并解決。

（5）提升能效

幫助客戶發現生產和營運中能耗漏洞，提出針對性節能技改及優化方案，提高能源使用效率、降低成本。

（6）數據上傳

實現能耗數據與集團能管中心或地方政府數據平臺的對接

（7）負荷預測

提供精準的電力需量預測、電量預測。為企業電力需量申請、購電業務提供精準的數據支持。

4.2 系統架構

項目系統架構包括數據層、模型層和應用層三部分。數據層主要為各種智能表終端數據、DCS及其他控制系統數據、生產及人工填報數據上傳等；模型層主要實現對系統大數據建模分析、規則庫制訂、算法設計等功能；應用層為平臺提供數據展現及操作管理功能，實現對能源信息的整體管控。網絡拓撲結構見圖4：

4.3 功能介紹

本項目能源管理平臺采用B/S架構，使用者可以方便地通過互聯網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限，用戶利用平臺分配的賬號和密碼登錄，根據權限瀏覽內容，在權限范圍內進行使用和管理，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、設備系統、報警查詢、報警管理、數據監測、實時天氣、檔案管理等。

（1）實時監控

實時監控模塊采用電力拓撲圖結構模式。圖6為配電房實時監控功能界面。界面上展示了每個配電房回路布局和各回路的實時參數。左側列表為各單元配電房，可按需求進行查詢。監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總體用電情況，包括電壓等級、合同容量、總變數量、監測點位及當前通訊等。該模塊主要包括實時負荷模塊和能耗統計模塊。實時負荷展示當天的實時負荷曲線，時間間隔固定為5 min；能耗統計展示電量和電費統計信息，電量趨勢功能可選擇日、月或年，用折線圖展示相應用電量信息。實時負荷和能耗統計數據可以以excel文件格式導出。圖7為能耗統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為能耗概況能耗統計示意圖。

圖5 平臺登錄主界面

圖6 實時監控模塊

圖7 能耗統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。電量統計包括峰谷平總、電量明細兩項信息，見圖10

（4）電力參數

電力參數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。用戶可選擇要查詢的回路及詳細的指標，數據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、相關性分析三個子功能。能耗類比展示所選回路同種參數在同一時間段內的對比情況，建議使用該功能時同時選中的回路數量不超過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同種參數進行對比展示。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：報警設置功能和報警日志查詢功能。報警設置功能即用戶可根據自身管理的需要，對重點數據進行報警設置。當報警情況發生時，系統可通過郵件等方式發出報警信息給報警接受者；報警日志查詢功能使系統所產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各用戶定義的報表，支持用戶根據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、年及區間進行查詢，并可導出相應的excel表格。圖14展示了報表查詢界面。

（8）設備系統（空調系統管理）

設備系統模塊可根據用戶需求進行定制化展示。對重點設備（如空調系統）的重點數據進行監測、分析與展示以幫助用戶直觀、快速定位重點關注對象及運營狀態。如，空調系統監測數據包括總冷熱量數據、系統總電耗、各單元（終端租戶）分攤能耗、末端設備運行狀態等。設備運行狀態參數、控制系統參數、能源負荷、開關狀態等形成以設備運營信息解釋能源消耗結果、以能源消耗數據輔助設備運營的閉環管理體系。圖15為某空調系統管理的展示界面。

（9）其他

利用能源大數據工具，還能對設備能效評估、故障診斷、預防性運維、優化控制等提供管理支撐，降低設備運行事故。圖16為能源管理平臺在設備運維提升的有關應用。

圖13 能耗時比

圖14 報表查詢模塊

圖15 空調系統管理

圖16 能源管理平臺提升設備運維的應用

5 結語

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