胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

1. 工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)構(gòu)成

把一個(gè)工業(yè)園區(qū)的能源系統(tǒng)看成一個(gè)微網(wǎng)，這個(gè)能源微網(wǎng)可能由微電網(wǎng)、給/排水網(wǎng)、供冷/熱管網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)等等組成。要提高園區(qū)的能源利用效率，管理者首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)各類能源的精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)多級(jí)能源計(jì)量和評(píng)估，這就需要建立一套園區(qū)能源的數(shù)字化系統(tǒng)，系統(tǒng)可以反饋整個(gè)園區(qū)能源的運(yùn)行情況。能源數(shù)字化系統(tǒng)包括物理系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和信息系統(tǒng)三個(gè)維度。

圖1 園區(qū)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)的三維構(gòu)成

物理系統(tǒng)是能源的物質(zhì)基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、供應(yīng)等功能，以微電網(wǎng)為例，包括市電、新能源(光伏、風(fēng)力發(fā)電等)、變壓器、輸配電開關(guān)柜、儲(chǔ)能系統(tǒng)、用電負(fù)荷（空調(diào)、照明、電機(jī)等）、V2G充電樁等等。

很多物理系統(tǒng)不具備數(shù)字化通訊能力，需要配置感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)物理系統(tǒng)的數(shù)字化展現(xiàn)，主要為二次設(shè)備，其中包括保護(hù)控制裝置、監(jiān)測和計(jì)量儀表、電量變送器、電能質(zhì)量分析治理設(shè)備等，這些二次設(shè)備組成了園區(qū)能源數(shù)字化的感知系統(tǒng)。

后還需要把感知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過簡單易懂的界面展示給管理人員，并提供分析建議和控制策路以達(dá)到園區(qū)能源管理和節(jié)能降耗的目的。感知系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)通過邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)采集并初步處理后傳輸給人機(jī)界面--信息系統(tǒng)，提供能源數(shù)據(jù)服務(wù)和控制、運(yùn)維功能，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖2。

圖2 能源數(shù)字化建設(shè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2. 工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)功能

AcrelEMS工業(yè)園區(qū)能源管理系統(tǒng)幫助搭建工業(yè)園區(qū)的能源計(jì)量體系和能源管理，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)園區(qū)電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)、負(fù)荷預(yù)測、照明控制、負(fù)荷監(jiān)控、充電樁運(yùn)營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能控制管理、用水監(jiān)測、暖通管網(wǎng)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、能源計(jì)費(fèi)等功能，通過一套平臺(tái)實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源數(shù)字化集中管理，達(dá)到可靠、安全、節(jié)約、、低碳用能的目的。

圖3 園區(qū)能源管理系統(tǒng)功能一覽圖

3.1 電力監(jiān)控，提升園區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行安全

AcrelEMS對(duì)園區(qū)變電站、高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補(bǔ)償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、漏電電流、接點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，監(jiān)測園區(qū)電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理，對(duì)故障及時(shí)處理并發(fā)出告警信息，提高園區(qū)供電可靠性。

圖4 電力監(jiān)控和溫度監(jiān)測

3.2 新能源接入，提升園區(qū)能源供應(yīng)安全

AcrelEMS接入園區(qū)分布式光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括逆變器、箱變、計(jì)量儀表及電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，協(xié)助管理者進(jìn)行光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計(jì)，擴(kuò)展園區(qū)供電容量，降低用電成本，減少碳排放。

圖5 光伏發(fā)電曲線對(duì)照分析

3.3儲(chǔ)能策略控制，提升新能源消納

AcrelEMS接入儲(chǔ)能系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲(chǔ)能變流器(PCS)數(shù)據(jù)，為管理者提供運(yùn)行模式監(jiān)視和控制策略選擇，系統(tǒng)監(jiān)測電芯電流、溫度、SOC、SOH，檢測直流系統(tǒng)絕緣狀況，并根據(jù)企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價(jià)波動(dòng)以及上級(jí)平臺(tái)指令設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，促進(jìn)新能源消納，降低園區(qū)用電成本。

圖6 儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS監(jiān)測和電池監(jiān)測

3.4能耗管理，搭建計(jì)量體系

AcrelEMS采集園區(qū)電、水、熱、燃?xì)獾饶茉聪模罱ㄈ?jí)能源計(jì)量體系，進(jìn)行分類分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)，計(jì)算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對(duì)標(biāo)主要用能設(shè)備能效進(jìn)行能效診斷，計(jì)算企業(yè)碳排放，為園區(qū)實(shí)現(xiàn)能源精細(xì)化管理，制定碳達(dá)峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。

圖7 能耗分析

3.5負(fù)荷控制及計(jì)費(fèi)，精細(xì)化管理降低能耗

AcrelEMS系統(tǒng)通過對(duì)園區(qū)建筑內(nèi)部和公共照明的集中控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制等方式節(jié)約照明能源，還可以幫助管理者更好地管理轉(zhuǎn)供電的能源收費(fèi)，做到欠費(fèi)提前通知、欠費(fèi)控制以及支付對(duì)接，通過算法消納園區(qū)能耗公攤，避免不合理收費(fèi)，保障能源收支平衡。

圖8 照明智能控制和能源預(yù)付費(fèi)管理

3.6負(fù)荷預(yù)測，協(xié)調(diào)控制，保障園區(qū)供用平衡

AcrelEMS系統(tǒng)基于歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣因素、園區(qū)生產(chǎn)計(jì)劃等，預(yù)測園區(qū)功率需求、光伏發(fā)電功率、充電需求，根據(jù)變壓器負(fù)載率和負(fù)荷變化，對(duì)園區(qū)可調(diào)可控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，引導(dǎo)有序充電，調(diào)整儲(chǔ)能充放電計(jì)劃，為園區(qū)制定能源計(jì)劃、優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持。

圖9 充電樁控制和功率預(yù)測

3. 能源數(shù)字化系統(tǒng)感知設(shè)備

園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)除了軟件外，還離不開安裝于現(xiàn)場的各類感知設(shè)備，包括高低壓配電保護(hù)控制裝置、監(jiān)測和計(jì)量儀表、電量變送器、電能質(zhì)量分析治理設(shè)備、照明控制器、有線/無線溫度傳感器、水表、燃?xì)獗?、能量表等各類產(chǎn)品，安科瑞可以為園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)提供一站式服務(wù)。

4. 工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)意義

園區(qū)作為實(shí)體經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，未來隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長能耗總量和碳排放總量仍將繼續(xù)增長。要實(shí)現(xiàn)雙碳計(jì)劃，工業(yè)園區(qū)節(jié)能減排任務(wù)相當(dāng)緊迫，碳排放評(píng)價(jià)試點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)也開始實(shí)施，如果我們還在依靠傳統(tǒng)的手段來管理園區(qū)的能源體系顯然是不可取的。國家主管部門陸續(xù)出臺(tái)政策推動(dòng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打造綠色低碳產(chǎn)業(yè)園區(qū)，因此園區(qū)的能源數(shù)字化管理系統(tǒng)也是勢在必行。