低碳經濟背景下高校能源管理平臺的應用研究
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘要：聯合國大會宣布中國碳達峰及碳中和時間表，中國的承諾開啟了一個新時代，整個能源體系、經濟體系和技術創新體系都以碳中和為目標，實現綠色轉型。將信息技術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新的臺階帶來促進作用。
關鍵詞：能源管理 低碳 信息化 校園節能
1引言
我國于2012年起，由教育部發文提出教育信息化的10年建設規劃,希望通過整合各類教育信息平臺,建立涵蓋全國的各級別和類型學校的教育管理信息系統。隨著互聯網技術發展及5G信息網絡搭建，教育信息化建設在近年跳躍式發展。2021年教育部在年度工作重點中明確,要進一步推進教育信息化建設，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，校園能源管理也遇到了新的挑戰。據教育部《2019年全國教育事業發展統計公報》統計，截至2019年底，全國各類高等教育在學總規模4002萬人，普通高等學校校均規模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、科研和社會服務重任的基地，也是資源能源消費的大戶。我國教育信息化建設經多年探索,隨著互聯網發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、空調、照明等用能設備維護管理具有重要意義。中國在社會上宣布碳達峰和碳中和的時間節點后，高校作為重要的社會構成之一，節能降耗迫在眉睫。
2應用背景
由二氧化碳等溫室氣體排放引起的氣候變化成為21世紀全球人類面臨的挑戰。2018年全球溫室氣體排放量約556億噸二氧化碳當量，碳排放排名前五的國家排放全球62%的溫室氣體，依次為中國(26%) 、美國(13%) 、歐盟27國(8%) 、印度(7%)和俄羅斯(5%)叫這其中能源活動是全球溫室氣體的主要排放源,2017年能源活動排放量占全球溫室氣體排放總量的73%。通過能源管理，合理降低能源消耗同時提高單位能源利用效率，目的是為了降低碳排放。
2.1 背景
美國作為世界能源消費大國，一直重視對于能源利用技術的科學研究。2005年通過了《能源政策法案2005》,通過對能源節約予以立法并嚴格執行，為能源節約建立法律依據。 又通過《太陽能供暖降溫房屋的建筑條例》等政策法規，給節能技術使用者予以減稅優惠，鼓勵綠色新能源推廣。美國新任總統拜登上任后就簽署行政令重返《巴黎協定》，并計劃
2050年之前實現碳中和目標。德國作為歐洲發達國家，自身能源緊缺但能源需求大，因此重視能源利用并制定了完備的節能規范。2002年德國將《建筑保溫規范》和《供暖設備條例》等合并，制定出新的建筑節能法規《德國節能規范(2002)》。隨后在2004年至2007年，連續4年新《德國節能規范》修訂版。日本作為島國能源資源匱乏，因此一直重視能源利用效率,并因其高效率的能源利用獲得世界認可。其在2002年公布的《節約能源法（2002）》中設置“領跑者制度”，按當前的節能水平制定節能指導性標準，并在下一個能源法實施周期內將指導標準變為強制標準⑷。全球已有44個國家和經濟體在2020年底之前宣布碳中和目標時間，部分國家碳中和目標時間圖1所示。
圖1 典型國家或地區碳達峰及碳中和時間表
2.2 國內背景
國家領導人在2020年9月出席第七十五屆聯合國大會一般性辯論會時宣布，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年前實現碳中和,典型國家碳達峰及碳中和時間如圖2所示。 中國的承諾開啟了一個新時代，整個能源體系、經濟體系和技術創新體系都將以碳中和為目標，實現綠色轉型叫美國、德國、日本等發達國家早地實現了工業化和城市化，已經實現了碳達峰并進入下行通道，而中國仍處于碳排放增長區間內。盡管面臨諸多困難，但在國家政策支持下，在全社會達成共識下,在綠色低碳技術迅速發現下，中國有信心在承諾時間內實現碳中和目標。
2.3 技術背景
實現碳中和的八大重點領域中包括建筑領域和信息技術領域。建筑領域中包括節能改造、零碳供冷暖建筑、電氣化和多能源互補系統。2019年中國建筑節能協會能耗統計委員會測算，中國建筑業碳排放量仍在增加，預計高峰時間在2039年左右。2018年建筑運營階段碳排放量占比21.9%的碳排放量，主要來自住宅和工業供暖及制冷冋。電氣化是實現建筑零碳排放的步，目前國內制冷、照明、家用電器已經全面電氣化。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。信息領域則包括智慧建筑、智慧能源、智慧生活方式和健康等。信息通信技術的廣泛應用正在改變社會.它可以助力各行業的碳減排和碳中和。有可能在未來10年內通過信息通信技術幫助全球碳排放量減少20%o大數據、物聯網、區塊鏈等技術結合能源、建筑、交通、工業、農業等行業，均可推廣應用場景以減少碳排放。因此將信息技術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
高校信息化開始于20世紀80年代中期，早期從普及電腦操作到代校園網絡建設，中期校園網絡覆蓋率及網速升級并與數字校園門戶整合。近年來基于無線網及4G網絡的校園門戶網站內的業務與服務開始整合，并向等移動辦公設備覆蓋。2018年4月，教育部發布《教育信息化2.0行動計劃》，預計2022年基本實現數字校園建設覆蓋全體學校,隨之發展基于互聯網的教育服務模式。
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《國務院關于印發節能減排綜合性工作方案的通知》精神，發布《教育部關于開展節能減排學校行動的
通知》，啟動“節能減排學校行動”。行動從節能減排措施、節能環境教育、節能主題宣傳、節能社會實踐等各個方面開展。2013年《教育部關于勤儉節約辦教育建設節約型校園的通
知》發布，再次強調建設節約型校園的重要意義，要求抓關鍵環節實行精細化管理，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行分析，其具有以下典型特點：①教學、科研、 生產、生活功能齊全，各類能耗消耗關系復雜;②人員密集且隨教學科研活動具備固定流動性，能源使用隨之具有潮汐特性；③重人才培養和科學研究，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、荷、儲、充”多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求，在統一的需求下“實現能源互補、信息互通”等管理模式。助力學校管理智能化、數字化、綜合化，實現節能校園、綠色校園、低碳校園。
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4.2平臺組成
AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網絡結構，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時在線監控、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
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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、協同控制、優化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維， 班組重新優化整合，減少人力配置。
5.2后勤計費管理
采用的網絡抄表付費管理技術，實現電、水、氣等能源綜合計費，實現遠程抄表、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。通過能源付費管理方式，培養用能群體和部門的節能意識。
5.2.1宿舍用電管理
針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發基礎用電額度和定時通斷功能；
可進行惡性負載識別，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、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理
5.2.3充電樁管理平臺
充電樁在“源、網、荷、儲、充”信息能源結構中是必不可缺的。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必不可缺的一部分。
5.2.4智能照明管理
通過對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內任一線路，任一個路燈的定時 開關、強制開關、亮度調節，以及定時控制方案靈活設置，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、氣等各類接入能源進行統計分析，包含同比分析、環比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
按校園建筑的分類進行采集和統計的各類建筑耗電數據。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決策，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，能自動完成能耗數據的采集工作，自動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，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網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、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絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過短信、語音、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。
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/商業預付費平臺
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應用場景
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型號
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圖片
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保護功能
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預付費云平臺
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AcrelCloud-3200
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系統為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。
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智能數據采集
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Anet系列
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8個RS485串口 2kV隔離， 2個以太網接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上傳協議、支持多中心不同數據服務要求，支持斷點續傳，裝置電源:220V AC/DC。
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ANet-2E4SM
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4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊,可擴展16路。
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ABox5000
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多路RS485接口，能對多種終端設備進行數據采集
支持網口通過ModbusTcp協議采集其它系統或設備轉發的數據提供6路DC12/24V電壓輸出接口支持4級遙測越限告警，遙信變位告警功能支持斷點續傳功能，實時檢測，防止數據丟失
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計量及預付費儀表
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DDSY1352-Z
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·全電參量測量：U、1、P、Q、S、PF
·預付費功能：可設置欠費蔬閘功能，除欠用電功能
·惡性負數識別，作息時間
·RS-485通訊接口，MODBUS或DL／T645規約
·具有CPA證書
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DTSY1352-Z
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.全電參量測量：U、1、P、Q、S、PF
·不平衡度、2-31次請波測量
.數據凍結功能
·0.5S級電能計量
·預付費功能
·惡性負載識別，作息時間管理
·RS-485通訊接口，MODBUS或DL／T645規約
·具有CPA證書
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ADW300
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支持多種通訊方式：支持RS-485，NB-loT、LoRa、WIFI及4G通訊
支持多種規格外置開口式互感器，方便改造項目接線
支持多路DUDO、溫度、漏電監測
·具有電能質量分析和需量統計功能
·具有CPA證書
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DDSY1352-xDM
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一進多出，可實現宿舍照明，插座、空調，衛生間等用電分路計量和控制
·全電參量測量：U、1、P、Q、S、PF
·預付費功能：基礎用電下發
  
·惡性負載識別：阻性負載識別、相位插座識別、夜間小功率載跳閘記錄
·作息時間管理
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ADF400系列
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支持12路三相或36路單相組合計量，可單三相混用，直接接入與互感器接入混用：
全電參量測量：U、1、P、Q、S、PF
·0.5S級電能計量
·預付費功能
·惡性負載識別，作息時間管理
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LXSY系列
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·預付費功能∶∶先買水后用水，欠費
關闖
遠傳功能支持總線通訊和物聯網
通訊
雙顯功能電子顯示和機械字輪顯
示
閥門自動維護、IP68防防護ENC測試達到國家標準、克服環境
電磁干擾影響，穩定性強
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中壓產品
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AM系列綜合保護裝置
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·具有級強的數據處理，邏輯造算和信息存儲能力，可為35kY及以下電壓等級的進線，饋線、變壓器，高壓電動機，高壓電容器等對象提供過負荷、低電壓、過電壓、熱過載、非電量等保護功能，防止事故擴大，降低高價值設備損壞的風險。
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APView500
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相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G,16D0+22D1,通訊
2RS485+1RS232+1GPS,3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口，支持U盤讀取數據，支持61850協議。
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智能儀表及用電監控裝置
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APM系列
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全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月值和上月值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
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AEM系列
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三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出
通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
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ARCM系列
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ARCM系列電氣火災探測器可對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理，集成度高，體積小巧，安裝方便，防范因泄漏電流而導致的電氣火災.
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6.2.2充電樁管理平臺
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應用場景
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型號
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圖片
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保護功能
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充電樁管理平臺
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AcrelCloud-9000
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采用泛在物聯、云計算、大數據、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數據采集、統計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。
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新能源汽車充電樁
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AEV-AC007D-LCD
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輸入輸出電壓：AC 220V
1個充電接口，充電線長5米；輸出功率7km；掃碼、刷卡支付：標
配無線通訊：4G、WIFI、藍牙三選一（下單備注規格，無備注默認 4G
通訊）。
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AEV-DC060S
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直流60kw雙槍一體充電機
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AEV-DC120S
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直流120kw雙槍一體充電機
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智能電動車充電樁
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ACX10A系列
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10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、計量、告警上報。
ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電
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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防火門監控系統
6.4.4消防應急照明和疏散指示系統
7 結束語
通過高校綜合能源監管信息平臺的使用, 可以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，可進一步采取相關節能減排措施降低碳排放。對學校內的建筑物運行、設施設備維護、水電能源消耗,提供了有力支撐，實現了節能降耗及運行維護的有機結合。進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多益處。
參考文獻
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[2] 傅志華，程瑜，許文，等.在積極推進碳交易的同時擇機開征碳稅[J].財政研究，2018(4):2-19.
[3] 安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版
[4] 安科瑞企業微電網選型手冊2021.10版
