低碳經(jīng)濟背景下高校能源管理平臺的應用研究

摘要：聯(lián)合國大會(huì )宣布中國碳達峰及碳中和時(shí)間表，中國的承諾開(kāi)啟了一個(gè)新時(shí)代，整個(gè)能源體系、經(jīng)濟體系和技術(shù)創(chuàng )新體系都以碳中和為目標，實(shí)現綠色轉型。將信息技術(shù)與建筑物運行能源管理相結合,是降低建筑物生命周期內碳排放量的有利探索方向之一。本文對能源信息化平臺展開(kāi)探析，尋找典型校園節能減排的方法，為我國綠色轉型登上一個(gè)新的臺階帶來(lái)促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞：能源管理 低碳 信息化 校園節能

1引言
  我國于2012年起，由教育部發(fā)文提出教育信息化的10年建設規劃,希望通過(guò)整合各類(lèi)教育信息平臺,建立涵蓋全國的各級別和類(lèi)型學(xué)校的教育管理信息系統。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及5G信息網(wǎng)絡(luò )搭建，教育信息化建設在近年跳躍式發(fā)展。2021年教育部在年度工作重點(diǎn)中明確,要進(jìn)一步推進(jìn)教育信息化建設，形成教育系統數據目錄，其中數據可溯源,可有序共享。在信息管理系統推陳出新的同時(shí)，校園能源管理也遇到了新的挑戰。據教育部《2019年全國教育事業(yè)發(fā)展統計公報》統計，截至2019年底，全國各類(lèi)高等教育在學(xué)總規模4002萬(wàn)人，普通高等學(xué)校校均規模11 260人。近幾年高校年總能耗已約為全國生活消費總能耗的10%。高校是肩負教育、科研和社會(huì )服務(wù)重任的基地，也是資源能源消費的大戶(hù)。我國教育信息化建設經(jīng)多年探索,隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和信息化平臺的普及，高校對信息化平臺的需求隨之提高。據統計建筑運行階段碳排放量占全國碳排放比重約21.9%,這使得建設節約型校園過(guò)程中,能源管理成為校園信息化管理中的重要組成之一。加強校園供熱、通風(fēng)、空調、照明等用能設備維護管理具有重要意義。中國在國際社會(huì )上宣布碳達峰和碳中和的時(shí)間節點(diǎn)后，高校作為重要的社會(huì )構成之一，節能降耗迫在眉睫。

2應用背景
  

圖1 典型國家或地區碳達峰及碳中和時(shí)間表
 

2.2 國內背景
在2020年9月出席第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論會(huì )時(shí)宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取有力的政策措施降低二氧化碳排放，力爭于2030年前碳達峰.2060年前實(shí)現碳中和,典型國家碳達峰及碳中和時(shí)間如圖2所示。 中國的承諾開(kāi)啟了一個(gè)新時(shí)代，整個(gè)能源體系、經(jīng)濟體系和技術(shù)創(chuàng )新體系都將以碳中和為目標，實(shí)現綠色轉型叫美國、德國、日本等發(fā)達國家更早地實(shí)現了工業(yè)化和城市化，已經(jīng)實(shí)現了碳達峰并進(jìn)入下行通道，而中國仍處于碳排放增長(cháng)區間內。盡管面臨諸多困難，但在國家政策支持下，在全社會(huì )達成共識下,在綠色低碳技術(shù)迅速發(fā)現下，中國有信心在承諾時(shí)間內實(shí)現碳中和目標。
2.3 技術(shù)背景
  實(shí)現碳中和的八大重點(diǎn)領(lǐng)域中包括建筑領(lǐng)域和信息技術(shù)領(lǐng)域。建筑領(lǐng)域中包括節能改造、零碳供冷暖建筑、電氣化和多能源互補系統。2019年中國建筑節能協(xié)會(huì )能耗統計委員會(huì )測算，中國建筑業(yè)碳排放量仍在增加，預計高峰時(shí)間在2039年左右。2018年建筑運營(yíng)階段碳排放量占比21.9%的碳排放量，主要來(lái)自住宅和工業(yè)供暖及制冷冋。電氣化是實(shí)現建筑零碳排放的第一步，目前國內制冷、照明、家用電器已經(jīng)全面電氣化。為了使建筑物的排放接近于零，供暖設備也要脫碳，例如使用熱泵技術(shù)。信息領(lǐng)域則包括智慧建筑、智慧能源、智慧生活方式和健康等。信息通信技術(shù)的廣泛應用正在改變社會(huì ).它可以助力各行業(yè)的碳減排和碳中和。有可能在未來(lái)10年內通過(guò)信息通信技術(shù)幫助全球碳排放量減少20%o大數據、物聯(lián)網(wǎng)、區塊鏈等技術(shù)結合能源、建筑、交通、工業(yè)、農業(yè)等行業(yè)，均可推廣應用場(chǎng)景以減少碳排放。因此將信息技術(shù)與建筑物運行能源管理相結合，是降低建筑物生命周期內碳排放量的有利探索方向之一。

3 應用分析
  高校信息化開(kāi)始于20世紀80年代中期，早期從普及電腦操作到第一代校園網(wǎng)絡(luò )建設，中期校園網(wǎng)絡(luò )覆蓋率及網(wǎng)速升級并與數字校園門(mén)戶(hù)整合。近年來(lái)基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)及4G網(wǎng)絡(luò )的校園門(mén)戶(hù)網(wǎng)站內的業(yè)務(wù)與服務(wù)開(kāi)始整合，并向手機等移動(dòng)辦公設備覆蓋。2018年4月，教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計劃》，預計2022年基本實(shí)現數字校園建設覆蓋全體學(xué)校,隨之發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務(wù)模式。
  校園能源管理是校園信息化管理中的重要組成。2007年教育部為貫徹落實(shí)《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節能減排綜合性工作方案的通知》精神，發(fā)布《教育部關(guān)于開(kāi)展節能減排學(xué)校行動(dòng)的
通知》，啟動(dòng)“節能減排學(xué)校行動(dòng)"。行動(dòng)從節能減排措施、節能環(huán)境教育、節能主題宣傳、節能社會(huì )實(shí)踐等各個(gè)方面開(kāi)展。2013年《教育部關(guān)于勤儉節約辦教育建設節約型校園的通
知》發(fā)布，再次強調建設節約型校園的重要意義，要求抓關(guān)鍵環(huán)節實(shí)行精細化管理，加強校園供暖、空調、照明等主要用能設備維護管理，強化節能措施冋。近年來(lái)國內大部分高等院校都建立能源管理信息化平臺，以校園園區作為高校能源消耗及管理邊界進(jìn)行分析，其具有以下典型特點(diǎn)：①教學(xué)、科研、 生產(chǎn)、生活功能齊全，各類(lèi)能耗消耗關(guān)系復雜;②人員密集且隨教學(xué)科研活動(dòng)具備固定流動(dòng)性，能源使用隨之具有潮汐特性；③重人才培養和科學(xué)研究，但對校園能源使用及成本核算意識較為淡薄。
4 安科瑞電氣針對高校能源管理推出能效管理解決方案--AcrelEMS -EDU校園綜合能效管理平臺
4.1平臺概述
  AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個(gè)角度解析高校當下及未來(lái)的用能問(wèn)題及用能需求，在統一的需求下“實(shí)現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數字化、綜合化，實(shí)現節能校園、綠色校園、低碳校園。

4.2平臺組成
  AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開(kāi)放的分層分布式網(wǎng)絡(luò )結構，主要由設備層、傳輸層、數據層、應用層組成。    AcrelEMS-EDU高校綜合能效平臺提供校園用能實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控、能耗數據統計分析、空調智能管理、用能排名、節能評估、宿舍惡性負載監管等功能。
4.3平臺架構

圖1 安科瑞能效管理方案架構拓撲

5 高校綜合能效解決方案
5.1校園電力監控與運維

  集成設備所有數據，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動(dòng)運維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

5.2后勤計費管理
  采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )抄表付費管理技術(shù)，實(shí)現電、水、氣等能源綜合計費，實(shí)現遠程抄表、費率設置、 賬單統計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過(guò)能源付費管理方式，培養用能群體和部門(mén)的節能意識。
5.2.1宿舍用電管理
  針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎用電額度和定時(shí)通斷功能；
  可進(jìn)行惡性負載識別，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄。

5.2.2商鋪水電收費
  針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個(gè)體的水電用能進(jìn)行預付費管理

5.2.3充電樁管理平臺
  充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充"信息能源結構中是必*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

5.2.4智能照明管理
  通過(guò)對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現校園內任一線(xiàn)路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開(kāi)關(guān)、強制開(kāi)關(guān)、亮度調節，以及定時(shí)控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節能。

5.3能源管理系統
     針對校園水、電、氣等各類(lèi)接入能源進(jìn)行統計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
    按校園建筑的分類(lèi)進(jìn)行采集和統計的各類(lèi)建筑耗電數據。如辦公類(lèi)建筑耗電、教學(xué)類(lèi)建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數據分門(mén)別類(lèi)的分析，提供領(lǐng)導決策，提高管理效能。
    構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動(dòng)完成能耗數據的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節能目的。

5.4智慧消防系統
  智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息技術(shù)，將分散的火災自動(dòng)報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡(luò )，并對這些設備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統一的系統大平臺內運行，用戶(hù)、安保人員、監管單位都能夠通過(guò)平臺直觀(guān)地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內，相關(guān)報警和事件信息通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

6 平臺部署硬件選型
6.1電力監控與運維平臺
 

6.2后勤計費管理
6.2.1宿舍/商業(yè)預付費平臺
 

6.2.2充電樁管理平臺
 

6.2.3智能照明管理
 

6.3能源管理系統
 

6.4智慧消防系統
6.4.1電氣火災監控系統
 

6.4.2消防設備電源監控系統
 

6.4.3防火門(mén)監控系統
 

6.4.4消防應急照明和疏散指示系統
 

7 結束語(yǔ)
  通過(guò)高校綜合能源監管信息平臺的使用, 可以更加方便快捷地尋找到既有建筑節能普遍規律及改造方向。對于投入使用一年的建筑，通過(guò)計算分析建筑固有的碳排放量和標準運行工況下的碳排放量，可進(jìn)一步采取相關(guān)節能減排措施降低碳排放。對學(xué)校內的建筑物運行、設施設備維護、水電能源消耗,提供了有力支撐，實(shí)現了節能降耗及運行維護的有機結合。進(jìn)一步挖掘信息平臺的運用方法，對提高校園能源管理能力，提升校園能源使用效率帶來(lái)更多益處。

參考文獻
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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)選型手冊2021.10版