PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)于智慧園區(qū)的應(yīng)用解決方案

黃小鳳(廈門ABB低壓電器設(shè)備有限公司，廈門 361006)

PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)于智慧園區(qū)的應(yīng)用解決方案

黃小鳳
(廈門ABB低壓電器設(shè)備有限公司，廈門 361006)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，城市信息化應(yīng)用水平不斷提升，智慧園區(qū)和智慧城市建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)通過(guò)ABB PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)與智慧園區(qū)在能源系統(tǒng)的應(yīng)用解決方案，提升園區(qū)及企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，引領(lǐng)信息技術(shù)應(yīng)用及綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

建筑節(jié)能 能耗管理 智慧園區(qū) 能效服務(wù) 能效改進(jìn)

0 引言

2010年，IBM正式提出了“智慧的城市”愿景，提出城市由關(guān)系到城市主要功能的網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境等6個(gè)核心系統(tǒng)(組織(人)、業(yè)務(wù)/政務(wù)、交通、通訊、水和能源)組成，而城市本身則是由這些系統(tǒng)所組成的宏觀系統(tǒng)。智慧城市中的這些系統(tǒng)資源數(shù)據(jù)來(lái)自于城市中的各類建筑群與園區(qū)，而智慧園區(qū)是智慧城市中的重要組成部分，其通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)，可對(duì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)各類信息資源進(jìn)行整合，通過(guò)信息技術(shù)突出智慧、互聯(lián)和協(xié)同的理念，充分降低園區(qū)和企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提高工作效率，加強(qiáng)園區(qū)的創(chuàng)新、服務(wù)和管理能力，為園區(qū)鑄就一套超強(qiáng)的軟實(shí)力，進(jìn)而有效提升園區(qū)及相關(guān)地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

ABB的PMCS 能耗綜合管理系統(tǒng)解決方案是園區(qū)能耗綜合管理在能源使用這一環(huán)節(jié)與智慧園區(qū)、智慧城市的一個(gè)典型實(shí)踐結(jié)合應(yīng)用。通過(guò)搭建一套綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)，及時(shí)對(duì)園區(qū)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整合、展示，使園區(qū)管理者對(duì)資源的使用情況一目了然；同時(shí)這些數(shù)據(jù)信息可向園區(qū)用戶公布，使其對(duì)自己的耗能情況有更清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)園區(qū)、企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有更多的責(zé)任感。

1 園區(qū)能源使用現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)對(duì)園區(qū)物業(yè)、運(yùn)維服務(wù)等部門的資料信息收集，發(fā)現(xiàn)園區(qū)能耗主要包括電能和水資源兩部分。

1.1電能消耗

1)園區(qū)住戶用電通過(guò)抄表系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，用電計(jì)費(fèi)為1元/(kW·h)。園區(qū)計(jì)價(jià)電費(fèi)按峰谷計(jì)價(jià)收費(fèi)，園區(qū)日常工作時(shí)間8:00～12:00(尖峰時(shí)段，費(fèi)率為1.126730)，12:00～18:00(平段時(shí)段，費(fèi)率為0.735500)，18:00～22:00 則按高峰時(shí)段計(jì)價(jià)。實(shí)際電費(fèi)結(jié)算按平時(shí)段結(jié)算電費(fèi)。

2)園區(qū)公攤用電無(wú)表計(jì)精確計(jì)量，通過(guò)物業(yè)計(jì)算并通過(guò)建筑面積公攤收費(fèi)，計(jì)費(fèi)為1元/ (kW·h)。其公共區(qū)域照明(如地下車庫(kù)、走廊公共照明等)均通過(guò)人工定時(shí)開(kāi)、關(guān)。地下車庫(kù)現(xiàn)采用傳統(tǒng)白熾燈具，且安裝位置較不合理；建筑公共照明(如走廊照明燈具)雖采用節(jié)能燈具，但處于常開(kāi)狀態(tài)，需人工定時(shí)開(kāi)、關(guān)，園區(qū)建筑公攤用電通過(guò)物業(yè)人員手工抄表形式統(tǒng)計(jì)。上述用電方式均產(chǎn)生了大量的能源浪費(fèi)。

1.2水資源消耗

園區(qū)生活用水均通過(guò)物業(yè)人員手工抄表方式記錄每月用水?dāng)?shù)據(jù)，根據(jù)建筑面積公攤計(jì)量租戶用水量。 如：園區(qū)一個(gè)月用水量約為920m3，且園區(qū)用水按行政事業(yè)用水計(jì)量收費(fèi)，為4.5元/m3；園區(qū)住宅居民用水采用合表統(tǒng)計(jì)，費(fèi)用為3.1元/m3。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

ABB提供的建筑節(jié)能解決方案通過(guò)能耗匯總診斷、能效數(shù)據(jù)分析、能效控制管理、建筑能效服務(wù)、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用及能源供給策略等一系列綜合措施來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。

2.1智慧園區(qū)建筑節(jié)能典型方案

智慧園區(qū)建筑節(jié)能方案總體設(shè)計(jì)為：配置一套能耗綜合管理系統(tǒng)并提供能效服務(wù)；針對(duì)關(guān)鍵耗能設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造；依據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源、能源政策等實(shí)際情況，增加分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏車棚、電動(dòng)汽車充電樁及微網(wǎng)系統(tǒng)，改善能源供給結(jié)構(gòu)。具體配置如圖1所示。

園1 區(qū)建筑節(jié)能方案配置圖

2.1.1 ABB PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)

PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)用于對(duì)園區(qū)內(nèi)各樓宇建筑區(qū)的用水、用電的遠(yuǎn)程計(jì)量和實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)建立能耗結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算和分析能耗水平，監(jiān)測(cè)各個(gè)用能環(huán)節(jié)的能耗使用情況，同時(shí)生成各種定制化能耗報(bào)表、能耗數(shù)據(jù)曲線及餅圖、柱狀圖等，為園區(qū)節(jié)能降耗提供直觀的科學(xué)依據(jù)，并通過(guò)Web發(fā)布給園區(qū)物業(yè)管理和運(yùn)營(yíng)人員，促進(jìn)園區(qū)物業(yè)管理水平的進(jìn)一步提高及運(yùn)營(yíng)成本的進(jìn)一步降低，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

能耗匯總診斷：按照能效管理需求構(gòu)建各種能耗數(shù)據(jù)抄表系統(tǒng)連接至能耗數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)；能耗數(shù)據(jù)通過(guò)區(qū)域、建筑群能源互聯(lián)網(wǎng)匯總至能耗管理平臺(tái)；針對(duì)匯總能耗數(shù)據(jù)類別、屬性、日期等要素進(jìn)行初步診斷。

能效數(shù)據(jù)分析：分析各類能源消耗情況(用水、用電)；分析各耗能對(duì)象(如電梯、中央空調(diào)等)的耗能情況。

能效控制管理：分類能源消耗預(yù)警與控制預(yù)案；關(guān)鍵耗能對(duì)象預(yù)警和控制預(yù)案，控制方案實(shí)施與評(píng)價(jià)；客戶價(jià)值能源控制目標(biāo)管理與控制預(yù)案，控制方案實(shí)施與評(píng)價(jià)，后續(xù)措施等；成本分析，收費(fèi)管理等財(cái)務(wù)應(yīng)用模塊。

2.1.2 能效服務(wù)平臺(tái)

針對(duì)園區(qū)節(jié)能降耗咨詢服務(wù)，ABB提供遠(yuǎn)程云能效綜合服務(wù)。在能源管理系統(tǒng)上線2年內(nèi)每季度為園區(qū)提供一次能效分析報(bào)告，并提供服務(wù)專業(yè)人員；每季度前往1次園區(qū)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行能耗情況溝通，提供能效改進(jìn)方案，以根據(jù)園區(qū)用戶的要求制定下一步能效改進(jìn)實(shí)施計(jì)劃。

2.1.3 照明系統(tǒng)節(jié)能改造

通過(guò)對(duì)園區(qū)照明系統(tǒng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)園區(qū)地下車庫(kù)內(nèi)采用白熾燈，建筑內(nèi)公共區(qū)域部分照明開(kāi)關(guān)白天常開(kāi)且手動(dòng)控制。所以，照明系統(tǒng)節(jié)能改造主要從照明燈具和照明系統(tǒng)運(yùn)行管理方式入手。

首先將地下車庫(kù)的白熾燈具替換為節(jié)能LED燈，另外，在進(jìn)行燈具改造的同時(shí)考慮提升照明系統(tǒng)運(yùn)行管理方式，如采用ABB智能照明控制系統(tǒng)，通過(guò)智能調(diào)光實(shí)現(xiàn)自然光源與人工光源結(jié)合；通過(guò)時(shí)鐘控制器、智能開(kāi)關(guān)及位移感應(yīng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)園區(qū)地下車庫(kù)及建筑內(nèi)戶內(nèi)公共區(qū)域按需照明。其次，制定照明控制預(yù)案，將園區(qū)公共區(qū)域照明根據(jù)實(shí)際需要分為全部開(kāi)啟，2/3燈具開(kāi)啟，1/3燈具開(kāi)啟，分區(qū)開(kāi)啟，全部關(guān)閉，夜間、上午、下午、傍晚、深夜、節(jié)假日、特殊要求等照明模式；照明預(yù)案可以自動(dòng)運(yùn)行也可手動(dòng)控制。

2.1.4 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

對(duì)園區(qū)屋面、屋頂進(jìn)行利用，建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏陣列產(chǎn)生的綠色清潔能源直流電直接接入為每個(gè)光伏方陣配備的高效率組串逆變器，逆變器將直流電轉(zhuǎn)成三相380V的穩(wěn)定交流電，與電網(wǎng)并網(wǎng)，最終向負(fù)載供電。光伏系統(tǒng)組成見(jiàn)圖2。

圖2 光伏系統(tǒng)組成

園區(qū)內(nèi)多棟建筑屋頂可利用面積近10 000m2，在建筑屋頂鋪設(shè)太陽(yáng)能板，這些太陽(yáng)能板不僅能提供綠色清潔能源，還可以實(shí)現(xiàn)大廈的自我調(diào)溫功能。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鋪設(shè)了太陽(yáng)能板屋頂，頂樓夏日平均氣溫比未鋪設(shè)時(shí)降低了7～8℃，大大降低了空調(diào)能耗。

2.1.5 儲(chǔ)能系統(tǒng)

項(xiàng)目配置一套ABB提供的EssProTM儲(chǔ)能系統(tǒng)，以峰谷電價(jià)差帶來(lái)的利益降低園區(qū)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)成本。

ABB提供的EssProTM儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)功率變流器、控制系統(tǒng)、保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)設(shè)備及電池的集成解決方案為用戶隨時(shí)隨地提供電能。儲(chǔ)能系統(tǒng)能快速應(yīng)對(duì)能源供需瞬時(shí)變化，滿足從幾百千瓦到幾十兆瓦的功率需求，并能夠并入中壓和高壓電網(wǎng)，通過(guò)一系列應(yīng)用幫助維持電網(wǎng)穩(wěn)定，確保可靠、優(yōu)質(zhì)的電能供應(yīng)。

2.1.6 光伏汽車棚

光伏汽車棚是將光伏發(fā)電與車棚相結(jié)合的系統(tǒng)，具有吸熱性好、安裝便捷、成本低廉等特點(diǎn)， 不僅具備遮風(fēng)擋雨等基本功能，還可以提供源源不斷的綠色電力?？紤]光伏發(fā)電特殊需要，在陽(yáng)光照射無(wú)遮擋地區(qū)的戶外停車場(chǎng)選擇12個(gè)車位安裝光伏停車棚，為園區(qū)增添一道美麗的低碳風(fēng)景線。

2.1.7 電動(dòng)汽車充電樁

作為新能源戰(zhàn)略、智能電網(wǎng)的重要組成部分以及“十二五”的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，電動(dòng)汽車將逐漸成為中國(guó)汽車工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。作為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的重要一環(huán)，充電站的建設(shè)是電動(dòng)汽車大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵。如今，電動(dòng)汽車充電樁已經(jīng)成為發(fā)展電動(dòng)汽車所必需的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施，具有非常重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此ABB為園區(qū)提供了4臺(tái)直流快速充電樁(見(jiàn)圖3)。

圖3 Terra 53z 電動(dòng)汽車充電樁

圖3為ABB的Terra53z 電動(dòng)汽車充電樁，這是一款符合中國(guó)直流快速充電的產(chǎn)品，最大充電輸出可以達(dá)到50kW，可以滿足路途中快速充電的需要，是加油站和繁華市區(qū)、大型園區(qū)的理想之選。

2.1.8 微網(wǎng)系統(tǒng)

ABB微網(wǎng)系統(tǒng)屬于分布式微網(wǎng)系統(tǒng)。每個(gè)用能及供能端配置一臺(tái)M+微網(wǎng)單元，各微網(wǎng)單元通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)連接，微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制根據(jù)具體客戶定制的計(jì)算模型來(lái)定。通過(guò)微電網(wǎng)可以和現(xiàn)有電力系統(tǒng)結(jié)合形成一個(gè)高效靈活的新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)用電負(fù)荷的多能源、高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效方式。ABB 提供的針對(duì)園區(qū)M+微網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 ABB M+微網(wǎng)系統(tǒng)

1)基本要素

負(fù)荷：分布式太陽(yáng)能(發(fā)電)、儲(chǔ)能、能源網(wǎng)。

供能/發(fā)電側(cè)：柴油發(fā)電機(jī)、分布式太陽(yáng)能、光伏車棚等。

控制裝置及系統(tǒng)：系統(tǒng)控制&保護(hù)裝置、系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行&監(jiān)測(cè)&維護(hù)裝置，并離網(wǎng)控制裝置。

2)控制模式

分布式能源系統(tǒng)作為獨(dú)立供電體系并網(wǎng)；光伏系統(tǒng)為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，能夠同時(shí)并網(wǎng)；儲(chǔ)能系統(tǒng)按需并網(wǎng)；分布式光伏發(fā)電與電動(dòng)汽車充電樁一體化車棚并網(wǎng)。

3 ABB PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)功能介紹

PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架設(shè)計(jì)，從管理分析角度出發(fā)，使用圖形化的界面，將枯燥的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形圖表，提高易用性，從而幫助用戶合理規(guī)劃和利用能源，降低能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)采用模塊化的功能結(jié)構(gòu)，其基本功能模塊包括：樓宇統(tǒng)計(jì)、組織能耗、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)警中心、報(bào)表管理、系統(tǒng)管理、Web發(fā)布等；高級(jí)功能模塊包括設(shè)備能效、能源績(jī)效、成本分析、設(shè)備管理、收費(fèi)管理、數(shù)據(jù)上傳等。

1)樓宇統(tǒng)計(jì)：對(duì)建筑樓宇進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)分析。包括建筑導(dǎo)航、能耗總覽、分項(xiàng)價(jià)值樹(shù)、分類分項(xiàng)、同類對(duì)比、分時(shí)計(jì)量6項(xiàng)。

2)組織能耗：對(duì)組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)分析。包括能耗總覽、組織價(jià)值樹(shù)、分類分項(xiàng)、同類對(duì)比和分項(xiàng)價(jià)值樹(shù)等。

3)統(tǒng)計(jì)分析：包括自有分析和測(cè)點(diǎn)能耗。測(cè)點(diǎn)能耗是對(duì)測(cè)點(diǎn)(儀表)統(tǒng)計(jì)分析，包括基本信息、實(shí)時(shí)讀數(shù)、能耗曲線。

4)報(bào)警中心：對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析。包括實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史報(bào)警、統(tǒng)計(jì)。

5)報(bào)表管理：提供客戶常用報(bào)表，具有打印、導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能，目前有能耗量報(bào)表、能耗金額報(bào)表、能耗費(fèi)用報(bào)表。

6)系統(tǒng)管理：在系統(tǒng)管理功能中可以對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的信息進(jìn)行配置，例如項(xiàng)目的區(qū)域劃分、組織構(gòu)架、設(shè)備類型、用能單價(jià)、考核周期、用戶權(quán)限管理、使用日志、能源采集點(diǎn)的增/刪/改/查等。

7)Web發(fā)布：系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架，系統(tǒng)的所有界面及操作做都可以通過(guò)瀏覽器來(lái)進(jìn)行。系統(tǒng)的服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合處理及存儲(chǔ)，并通過(guò)網(wǎng)站的方式將其發(fā)布到Web網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以通過(guò)任意一臺(tái)電腦在網(wǎng)絡(luò)的任何一個(gè)位置網(wǎng)站訪問(wèn)系統(tǒng)并進(jìn)行各項(xiàng)操作。

高級(jí)功能模塊中，ABB針對(duì)園區(qū)增加了能源績(jī)效、設(shè)備管理及數(shù)據(jù)上傳等功能模塊，針對(duì)園區(qū)建筑群及園區(qū)租戶的能耗統(tǒng)計(jì)分析及績(jī)效考核狀況，對(duì)園區(qū)高層建筑中中央空調(diào)設(shè)備的能效和能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；同時(shí)通過(guò)能耗數(shù)據(jù)的上傳，完成與政府相關(guān)平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接。能源績(jī)效及設(shè)備管理功能界面如圖5～6所示。

圖5 能源績(jī)效功能模塊界面圖

圖6 設(shè)備管理功能模塊界面圖

4 ABB能效服務(wù)平臺(tái)

通過(guò)ABB能效平臺(tái)為目標(biāo)用戶提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理、分析診斷等相關(guān)能效服務(wù)。

ABB能效平臺(tái)掌握建筑用戶整體用能情況，包括對(duì)水、電、煤、氣、油、冷(熱)量等多種能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析、診斷。能效服務(wù)系統(tǒng)圖如圖7所示。能效服務(wù)平臺(tái)服務(wù)類別表參見(jiàn)表1。

圖7 能效服務(wù)系統(tǒng)圖

由表1可知，能效服務(wù)按服務(wù)類型不同可分為標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)、進(jìn)階服務(wù)、延伸服務(wù)和服務(wù)熱線。標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)提供數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析和能效報(bào)告服務(wù)；進(jìn)階服務(wù)為用戶定期舉行能效會(huì)診、提供能效改進(jìn)方案、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)托管等；延伸服務(wù)包括組織專家團(tuán)隊(duì)、邀請(qǐng)用戶參加節(jié)能行業(yè)會(huì)議、定期為用戶提供能效管理培訓(xùn)，并協(xié)調(diào)碳排放交易服務(wù)；服務(wù)熱線為用戶開(kāi)展能效咨詢服務(wù)。

表1 能效服務(wù)平臺(tái)服務(wù)類別表

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)PMCS能耗綜合管理系統(tǒng)在園區(qū)能源消耗系統(tǒng)的方案應(yīng)用，園區(qū)的能源管理水平及工作效率明顯提高，原有傳統(tǒng)園區(qū)物業(yè)管理能源消耗的方式獲得較大改善，提高了能源的使用效率，節(jié)能降耗的同時(shí)，減少了園區(qū)企業(yè)經(jīng)營(yíng)負(fù)擔(dān)，幫助企業(yè)加速發(fā)展。

ApplicationSolutionofPMCSEnergyConsumptionIntegratedManagementSysteminIntelligentPark

Huang Xiaofeng

The intelligent park and intelligent city came into being with the continuous development of information technology and city informatization. Through ABB PMCS energy consumption integrated management system and energy system application solution of intelligent part, the park and enterprise’s sustainable development and information technology applications and comprehensive competitiveness all have being improved.

building energy efficiency, energy consumption management, intelligent park, energy efficiency platform, energy efficiency improvement