用于解決企業(yè)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(yè)結構轉型越來越緊迫的今天，企業(yè)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(jié)約能源，符合國內當前節(jié)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(yōu)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(jié)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(yè)持續(xù)挖掘節(jié)能潛力，制定有效節(jié)能策略，達成節(jié)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(fā)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(guī)模性、經濟性和專業(yè)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(jié)能潛力：節(jié)能增效的數量、品種、參數、性質；

（5）核算建筑節(jié)能效果：技術改進、設備更新、管理節(jié)能等的經濟效益、節(jié)能量；

（6）明確建筑節(jié)能方向：設備改造、行為規(guī)范、用能規(guī)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(wěn)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(huán)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(yōu)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(fā)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(jié)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(zhí)行的節(jié)能方案進行跟蹤和分析，甄別最佳的節(jié)能方案，并且能驗證節(jié)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(tài)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(fā)周期），在軟件開發(fā)全生命周期滿足安全要求，可有效規(guī)避網絡攻擊和病毒入侵。

（2）穩(wěn)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(wěn)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(fā)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(jiān)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(fā)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(yè)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(huán)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(jiān)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(jiān)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(guī)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(yōu)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(jié)能方案、節(jié)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(yè)中的應用

某全球汽車配件制造商搭建了亞太區(qū)能源管理系統，將亞太區(qū)的工廠數據能源數據進行集團化管理，現已有5家亞太區(qū)工廠系統搭建完畢，未來會有3家工廠陸續(xù)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(tài)；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(jié)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(zhí)行更高效，線上線下互動，全程追蹤智能計算節(jié)能量，動態(tài)呈現方案效果，成本降低實時可見。

某全球電子制造業(yè)供應商在亞太區(qū)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(jié)電率達到了7.36%，節(jié)電量7468萬千瓦時，企業(yè)節(jié)省了巨大的成本。類似的企業(yè)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(yōu)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(yè)持續(xù)挖掘節(jié)能潛力，制定有效節(jié)能策略。通過專業(yè)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(jié)約和管理效率提升?？傊颇苄Ъ夹g為企業(yè)實現節(jié)能減排提供了一種切實可行的新途徑。