用于解決企業能源管理的云能效技術

李蘭云 河南科技學院

一、引言

在全世界對于能源需求越來越緊張，國內產業結構轉型越來越緊迫的今天，企業能源管理的地位越來越突出。黨的十九大報告指出：要“推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”，有效的能源管理可以降低生產成本，節約能源，符合國內當前節能減排的目標。

云能效是基于云架構，一站整合應用、分析與服務的集團級能源管理平臺，融合了數據采集和分析、設備設施優化管理、測量與驗證等核心功能模塊。以電、水、熱、氣等多種能源介質數據，以及天氣、價格等有價值的信息為數據源，網頁端與手機端協同工作，為用戶提供能源信息的存儲和展示、智能指標預測、智能能效診斷、節能量測量與驗證、智能篩選最佳方案和專家顧問分析服務，助力 企業持續挖掘節能潛力，制定有效節能策略，達成節能降耗的目標。

二、云能效系統

云能效系統是施耐德電氣開發的一套建筑遠程云架構能源管理系統。以能源托管服務的形式，為用戶提供基于云平臺的建筑能源信息存儲、展示、計算、分析。云架構使該系統具有規模性、經濟性和專業性。使用云能效系統，可以實現：

（1）掌握建筑耗能狀況：能源消耗的數量與構成、分布與流向；

（2）了解建筑用能水平：能源利用損失情況、設備效率、能源利用率、綜合能耗；

（3）找出建筑能耗問題：管理、設備、工藝操作中的能源浪費問題；

（4）查清建筑節能潛力：節能增效的數量、品種、參數、性質；

（5）核算建筑節能效果：技術改進、設備更新、管理節能等的經濟效益、節能量；

（6）明確建筑節能方向：設備改造、行為規范、用能規范和制度的建立等。

云能效系統是一個安全的、基于云平臺的能源管理系統，它的系統架構包含數據采集、數據處理、數據呈現三個層次：

（1）數據采集：無縫集成各種來源的數據，通過有線或3G網絡接受來自數據網關通過特定數據格式上傳的文件；可以通過OPC、OLEDB、Web service等接口接受第三方系統的特定數據格式的文件。

（2）數據處理：數據存儲在云端，用人工智能的方式處理大數據，通過機器學習、數據挖掘等方式分析數據最具價值的信息。

（3）數據呈現：隨時隨地通過Web和Mobile將數據呈現給不同級別權限的用戶，并進行控制訪問。

三、云能效技術方案

本方案依托先進的物聯網、云計算等技術，摒棄傳統系統架構復雜的特性，化繁為簡，本著先進、可靠、高效、低成本的原則進行設計，確保系統架構橫向擴充靈活便利，縱向架構穩定可靠。

方案采用施耐德電氣數字化能效管理平臺（以下簡稱“云能效”或“平臺”），通過標準化接口和協議，采集已部署在本地的樓宇管理系統或能源管理系統數據，傳送至數字化能效管理服務平臺。在平臺端對數據進行分類、存儲、配置、診斷、計算等處理后，可通過網頁或移動客戶端實現與設備現場及運維人員之間的互動。整體上可通過對能效數據、關鍵設備、人員操作、環境參量等數據的采集、存儲、分析，追蹤和可視化，提供低成本、可靠、高效的能效分析、管理、優化工具。

（一）方案功能特點

云能效是基于云計算、物聯網、機器學習等先進技術開發的集團級能效管理平臺，能夠覆蓋集團、公司、分公司以及下屬用能單位的多層級復雜能源架構，云能效的數據層能夠打通與能源相關的多個子系統（包括樓宇自動化系統、高低壓配電系統、智能照明系統、冷機群控系統等）的數據交互通道，采集各個子系統的相關數據。

云能效能夠基于大數據、機器學習進行能源數據的綜合分析和智能診斷，能夠根據用戶實際情況設定用能指標并進行預測和分析，并通過節能方案的方式給出診斷分析結果的改進建議；同時能夠對被執行的節能方案進行跟蹤和分析，甄別最佳的節能方案，并且能驗證節能效果。

該平臺具有以下特點：

（1）安全性

①平臺具備完備的安全性，滿足《中華人民共和國網絡安全法》的要求、具備ISO 27001信息安全管理體系認證，CSA-STAR云安全體系認證及公安部等保三級認證。

②本地系統和云端系統之間設置堡壘機、防火墻、主機安全、WAF、日志管理、態勢感知等措施以保證云端平臺安全。

③數據和傳輸接口符合MQTT（TLS）標準協議，傳輸過程嚴格加密，采用的技術和保密級別高于同級別國家數據安全標準。

④系統中的關鍵設備在設計時遵循SDL（軟件安全開發周期），在軟件開發全生命周期滿足安全要求，可有效規避網絡攻擊和病毒入侵。

（2）穩定性

①平臺支持全年7 X 24小時不間斷運行。

②提供標準服務穩定性（SLA）協議。

③支持高容錯能力，一般小的故障不會引起各類嚴重的系統再啟動。

④支持“熱插拔”能力，一般性的平臺應用版本的更新和發布，不會造成能源管理平臺的長時間停機或中斷。

⑤平臺支持自動或者人工與自動結合的數據維護能力，能夠對接入平臺內的數據進行7×24小時的監測，對異常數據能夠進行自動干預，或者通過郵件提示提醒人工處理。

（3）易用性

①平臺支持中文和英文雙語版本。

②平臺能夠支撐海量數據存儲和多并發用戶訪問能力。

③平臺支持瀏覽器和移動APP兩種訪問方式，依據功能及數據權限的不同，訪問內容也不同。

④平臺具備良好的易用性，不需要編輯代碼，僅需進行必要的配置即可快速投用。

（4）擴展性

①平臺支持通過充分利用硬件設施資源，如CPU、內存、存儲以及虛擬化技術等，并可以隨著這些資源的增加相應提高系統的處理能力。

②平臺支持充分的橫向擴展能力，能夠便捷的增加傳感器、儀表、系統軟件以及通訊網關或者接口程序以便進行集團項目的橫向擴展。

③平臺支持在擴容過程中，繼承已完成調試的集成工作和歷史數據。

（5）開放性

平臺支持充分的開放性，能夠良好的兼容符合國際或者國內相關標準的第三方設備或者系統。

（二）數據接入

商業建筑所消耗的能源具有多樣性和復雜性。多樣性體現在建筑內部會涉及多種能源介質，例如電能、空調冷量、供暖熱量、用水量和室內外環境質量參數等。在當前的建筑設計過程中，不同的能源一般會有智能儀表或專用的管理系統進行分項監測或計費。智能儀表包括有電表、水表、蒸汽表、冷/熱量表、天然氣表等；管理系統包括電力監控系統、樓宇自控系統、冷熱源系統、電梯及供排水系統，抄表計費系統等。

對于具體項目，將根據現場實際情況進行初步系統架構設計。通常將通過OPC UA/DA，BACnet，Modbus等標準通訊規約及常見接口方式，從現有的樓宇自控系統、冷機控制系統、能耗系統采集并將數據傳輸至能源管理系統。

（三）能源數據加工

平臺從能源數據層收集相關數據后，對數據進行分類整理并存入數據庫。同時平臺通過預設的計算模型，對數據進行計算處理，并將分析計算結果推送給用戶。

云能效平臺完全部署在云服務器端。相比于傳統的能源管理系統，云能效系統的優勢在于可以根據用戶的不同需求，提供強大的數據整合能力，海量的存儲空間以及彈性計算的能力。能源信息可以用于追溯長歷史周期的數據，提供更好的交互可讀性，使管理用戶的能源管理工作順利開展并保持高效。

（四）能效服務視窗

經過平臺對能源數據進行存儲，分析和計算處理之后，用戶可以由各種方式登陸系統，在任何時間任何地點都能及時準確的掌控能耗情況。

云能效系統為用戶提供豐富而強大的用戶界面和控制面板，包括：指標報表、節能方案、節能效果、智能診斷、數據分析以及客戶配置等功能。

四、云能效系統在企業中的應用

某全球汽車配件制造商搭建了亞太區能源管理系統，將亞太區的工廠數據能源數據進行集團化管理，現已有5家亞太區工廠系統搭建完畢，未來會有3家工廠陸續接入。云能效系統為其提供能源數據管理，自上而下分解集團目標至工廠，同尺度排名讓目標管理清晰統一，智能呈現目標完成情況，實時掌握能源使用狀態；提供智能解決方案，人工智能診斷模塊精準定位數百種能效問題，快速直達的針對方案，助力問題解決，投資回報率、投資金額、節約成本等關鍵信息為決策提供依據；提供方案全生命周期管理，web端與app協同工作，方案分配到人，讓執行更高效，線上線下互動，全程追蹤智能計算節能量，動態呈現方案效果，成本降低實時可見。

某全球電子制造業供應商在亞太區7座工廠電力消耗為10.15億千瓦時/年，電力消耗的能源成本高達1.3億美元/年。采用云能效系統之后，總節電率達到了7.36%，節電量7468萬千瓦時，企業節省了巨大的成本。類似的企業還有很多。

五、小結

云能效技術融合了數據采集和分析、設備設施優化管理、測量與驗證等核心功能模塊。實現能源信息的存儲和展示、智能指標預測、能效診斷、專家顧問分析服務，助力企業持續挖掘節能潛力，制定有效節能策略。通過專業診斷算法模塊，幫助客戶用更少的時間和投入，換來更多的能源成本節約和管理效率提升。總之，云能效技術為企業實現節能減排提供了一種切實可行的新途徑。