基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源管理應(yīng)用探討

戚佳楠

摘 要：隨著民航業(yè)的快速發(fā)展及“智慧機(jī)場”的提出，民用機(jī)場作為大型企業(yè)的同時也是用能大戶，所面臨的資源環(huán)境問題日益凸顯。節(jié)能降耗作為企業(yè)發(fā)展的立身之本，為了企業(yè)自身可持續(xù)發(fā)展，將不斷倒逼其優(yōu)化升級。文中結(jié)合民航行業(yè)運(yùn)行特點(diǎn)和“智慧機(jī)場”發(fā)展要求，以杭州蕭山國際機(jī)場為例，探討將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括傳感網(wǎng)技術(shù)、智能監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整應(yīng)用于機(jī)場能源管理后所帶來的實(shí)際提升，表明應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對企業(yè)節(jié)能降耗工作有重要價值和實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);能源管理;智能化;節(jié)能;國際機(jī)場;民航業(yè)

0 引 言

我國機(jī)場在經(jīng)歷了“電子機(jī)場”“數(shù)字機(jī)場”“智能機(jī)場”階段的同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)民航專業(yè)人員根據(jù)已提出的“智慧地球”和“智慧城市”概念提出了“智慧機(jī)場”的發(fā)展理念。杭州蕭山機(jī)場作為全國十大機(jī)場之一，近年來發(fā)展迅速，業(yè)務(wù)量劇增的同時能源消耗也大幅上漲。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新興技術(shù)，不僅高度契合“智慧機(jī)場”發(fā)展理念，更是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，高度集成新一代信息技術(shù)包括信息感知、傳輸、處理各個環(huán)節(jié)，并運(yùn)用近距離無線通信、傳感網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)挖掘、云計算等，實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位等功能為一體[1]。這使得運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行能源管理達(dá)到企業(yè)節(jié)能降耗具有更實(shí)際意義。

1 國內(nèi)外機(jī)場智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在經(jīng)過了多年的研究發(fā)展之后，如今已經(jīng)具備較為成熟的技術(shù)支持，目前大多機(jī)場在擴(kuò)改建中，都或多或少將應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)考慮其中。上海浦東機(jī)場周界安防系統(tǒng)[2]、丹麥比隆機(jī)場的客流監(jiān)測系統(tǒng)、首都機(jī)場的智能管網(wǎng)系統(tǒng)等，均已有良好的實(shí)際應(yīng)用。而北京大興國際機(jī)場作為全球超大型智慧機(jī)場標(biāo)桿，在智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上的應(yīng)用更是如數(shù)家珍[3]。杭州蕭山機(jī)場部署新一年工作任務(wù)中，王敏董事長強(qiáng)調(diào)：要將“智慧機(jī)場”建設(shè)成果效用最大化，大力推行“機(jī)器換人”，不斷改善服務(wù)的“硬件”基礎(chǔ)。

2 智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理上的應(yīng)用探討

能源管理，節(jié)能降耗，應(yīng)盡可能高效的利用能源、減少能源浪費(fèi)，浪費(fèi)的越少，利用率越高越節(jié)能。杭州蕭山機(jī)場綜合能耗統(tǒng)計表見表1所列。

通過表1不難看出，近5年來機(jī)場每年人均折標(biāo)消耗量逐年下降，說明機(jī)場每年能源利用率都有提高，節(jié)能工作成效明顯。但再細(xì)化分析，可以發(fā)現(xiàn)每年人均折標(biāo)煤的下降率卻在減小，說明年與年之間的節(jié)能持續(xù)力在下降，表明杭州蕭山機(jī)場的能源管理節(jié)能工作應(yīng)在現(xiàn)有層次再擴(kuò)散思維方向轉(zhuǎn)型升級。

節(jié)能降耗，設(shè)備是基礎(chǔ)、技術(shù)是能力、人員是關(guān)鍵。當(dāng)今新技術(shù)新浪潮已從智能互聯(lián)向智能物聯(lián)邁進(jìn)，之前互聯(lián)網(wǎng)時代人與人之間的信息交流也正向人與物、物與物之前的傳輸和交流。從信息上網(wǎng)到現(xiàn)在物體上網(wǎng)，不僅僅只是一種技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中更多的是一種思維，能源管理新思維。杭州蕭山機(jī)場實(shí)際應(yīng)用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具體表現(xiàn)在：

2.1 能源管理系統(tǒng)升級

杭州蕭山機(jī)場現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)能源管理系統(tǒng)，作為杭州蕭山機(jī)場最早投運(yùn)使用（2016年）的能源管理智能系統(tǒng)。主要由現(xiàn)場設(shè)備感知層（由前端智能電表水表，溫度計、流量計等，結(jié)合RS 485總線技術(shù)和ZigBee短距離無線傳輸技術(shù)，通過采集集成后上傳）、網(wǎng)絡(luò)層（包括底本地數(shù)據(jù)無線GPRS傳輸、以太網(wǎng)傳輸;）、處理層（數(shù)據(jù)中心、能耗數(shù)據(jù)監(jiān)終端及服務(wù)器）3部分組成。

系統(tǒng)通過基礎(chǔ)感知層實(shí)時獲取能耗數(shù)據(jù)上傳。通過傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時能源數(shù)據(jù)及節(jié)能控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的信息交互，對用能單位與能源管理部門進(jìn)行有機(jī)多維聯(lián)系[4]。系統(tǒng)自2016年投運(yùn)至今，相比原始管理模式，從原生信息的發(fā)出到收集整理、傳輸和處理上均有提升，而最大的收獲就是解決了能源管理中能源信息失真及孤島問題。2016年的每萬人折標(biāo)煤也較2015年下降到80%左右。但實(shí)際運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)諸如，信息獲取存在延遲，數(shù)據(jù)分類分級模糊，能耗以及后期維護(hù)升級成本不低，系統(tǒng)功能設(shè)定跟不上機(jī)場實(shí)際發(fā)展需要等問題。

針對使用者出現(xiàn)的問題，杭州蕭山機(jī)場2019年落實(shí)系統(tǒng)升級改造，在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，主要體現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)軟硬件應(yīng)用升級，如圖1～圖4所示。

（1）增加傳感網(wǎng)。不僅靠智能水電表，還有監(jiān)控探頭、GPS地理地位、紅外溫度儀等“耳口鼻”感知“器官”進(jìn)行收集，確保準(zhǔn)確有效獲取信息。

（2）增加能耗分級管理。分類、分區(qū)域?qū)κ占男畔?shù)據(jù)進(jìn)行分析管理，區(qū)別航站區(qū)、飛行區(qū)等不同能耗組成的能耗分級，精細(xì)化、歸類集中統(tǒng)計分析，進(jìn)一步提升管理效率。

（3）增加能耗預(yù)警報警。按照以往歷史數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)定各能源消耗預(yù)警值，超出一定頻次預(yù)警值時，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)電話短信報警，杜絕能耗浪費(fèi)，強(qiáng)化機(jī)場能源監(jiān)管。

（4）增加嵌入式技術(shù)應(yīng)用。作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要構(gòu)成，嵌入式技術(shù)在能源管理中的實(shí)際應(yīng)用廣泛。通過前端感知收集，應(yīng)用將杭州蕭山機(jī)場天然氣、柴油、供水等能耗歸一系統(tǒng)分析，整合全場能耗信息，加強(qiáng)綜合能耗分析管理。

（5）增加系統(tǒng)使用安全設(shè)計。基于Web Services技術(shù)和IIS授權(quán)控制，采用集成用戶驗證和授權(quán)服務(wù)器。對不同用戶設(shè)置不同權(quán)限，保障信息交互及時又確保系統(tǒng)信息安全。

2.2 管線管網(wǎng)優(yōu)化改造

傳統(tǒng)管網(wǎng)系統(tǒng)由于管線種類繁多，且每個類別的管線都由其主管單位自己負(fù)責(zé)，在施工方面上缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和布局，在管理方面，由于各單位各自為政，在管理管網(wǎng)時存在信息孤島，很難顧全整個管網(wǎng)布局。在數(shù)據(jù)方面，我國管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)字化程度較低，數(shù)據(jù)不足，且信息往往都是落后于現(xiàn)狀，不能實(shí)時的更新數(shù)據(jù)。在維護(hù)方面，大多依靠人工來完成檢測和修復(fù)，并且由于各部門缺乏相應(yīng)的溝通機(jī)制，數(shù)據(jù)之間不及時共享，一旦管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題將會給協(xié)同作業(yè)帶來很大的阻礙[5]。

就以能源管理而言，杭州蕭山國際的大多數(shù)地下管線自2000年通航以來至今已使用近20年。供水管線跑冒漏滴情況逐年加劇，機(jī)場的快速發(fā)展也不斷倒逼供能管線優(yōu)化升級。老化的管線管網(wǎng)安全隱患不小，很多管線的閥門、接口等銹蝕腐壞情況嚴(yán)重，很多管線在應(yīng)急搶修時往往存在閥門關(guān)不死，關(guān)閉打開后又漏水不止的情況，有些甚至因年久失修缺乏保養(yǎng)，已經(jīng)失去設(shè)施正常功能，還有的甚至無法找到具體位置，應(yīng)急突發(fā)情況發(fā)生時，安全隱患不小。再者，長時間使用的鑄鐵材質(zhì)管線，內(nèi)壁已經(jīng)生成厚厚的銹蝕垢壁。這是微生物細(xì)菌等滋生繁衍的溫床，這不僅對供水給水正常性有所隱患，對水質(zhì)安全危害更大。

針對上述問題，杭州蕭山機(jī)場以三期建設(shè)為契機(jī)，對場區(qū)內(nèi)的地下“大動脈”進(jìn)行優(yōu)化改造。其中最主要的動作之一就是增加了智能管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，通過改造智能水表、管線流量計、水質(zhì)監(jiān)測儀、壓力計等感知網(wǎng)絡(luò)，獲取周圍環(huán)境參數(shù)變化下的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，不斷實(shí)時監(jiān)測檢測管線管網(wǎng)，實(shí)時掌握管線管網(wǎng)的運(yùn)行動態(tài)[6]。從發(fā)生“爆管”“拉閘”等常見管線問題時，相比之前的傳統(tǒng)處理方式，與如今的“以點(diǎn)帶面”處理方式，實(shí)現(xiàn)信息共享、進(jìn)度同步、高效協(xié)作、最終存檔更新，減少了處理過程中的能源浪費(fèi)，提升實(shí)際能源管理效率，改造完成當(dāng)年較去年管線整體供水漏損率下降8.5%左右。系統(tǒng)同時也將日常維保維護(hù)工作納入系統(tǒng)，監(jiān)測維保巡查人員的日常維保工作，通過智能視頻抓取、定點(diǎn)定時打卡、門禁系統(tǒng)等重要感知技術(shù)，確保日常維保維護(hù)工作有效進(jìn)行。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

眾所周知，空調(diào)系統(tǒng)承擔(dān)著建筑內(nèi)外冷熱能量的交換任務(wù)，且每年占據(jù)著航站樓能耗的半壁江山，各個內(nèi)部系統(tǒng)各個設(shè)備環(huán)節(jié)相互聯(lián)系。就節(jié)能角度分析，要了解空調(diào)系統(tǒng)在何種情況下運(yùn)行是處于節(jié)能狀態(tài)，就必須清楚設(shè)備的運(yùn)行性質(zhì)，明確在滿足航站樓內(nèi)溫度、濕度等各項數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以最優(yōu)最節(jié)能狀態(tài)運(yùn)行整套系統(tǒng)[7]。

目前常用的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法，主要是通過變頻和樓宇自控實(shí)現(xiàn)[8]。前者主要對空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)組設(shè)備進(jìn)行調(diào)控控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能，后者主要針對空調(diào)末端的監(jiān)視和控制來達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能。杭州蕭山機(jī)場T3航站樓中央空調(diào)節(jié)能改造，就主要是針對中央空調(diào)智能控制展開，改造主要是引入中央空調(diào)能源管理控制系統(tǒng)，采用暖通DDC專用控制器，應(yīng)用系統(tǒng)嵌入式集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)前端流量、溫度、濕度、壓力、冷熱量等傳感器進(jìn)行信息傳輸，實(shí)時監(jiān)測并控制航站樓內(nèi)的空調(diào)機(jī)組運(yùn)行停止。經(jīng)第三方機(jī)構(gòu)測算，改造后年平均實(shí)際節(jié)能量和節(jié)能率較改造前分別達(dá)到16.2%和13.7%，節(jié)能效果顯著。

但蕭山機(jī)場目前發(fā)展來看，民航機(jī)場各類特有制約因素以及旅客吞吐量增加，航站樓內(nèi)外環(huán)境因素、人為因素等愈發(fā)復(fù)雜[9]，空調(diào)系統(tǒng)本身龐大復(fù)雜，孤立設(shè)立的節(jié)能方案，節(jié)能持續(xù)力、未來可持續(xù)發(fā)展的能力不高。

節(jié)能，技術(shù)是能力。運(yùn)用了智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，達(dá)到萬物智聯(lián)，使空調(diào)系統(tǒng)中各個單一個體的內(nèi)在聯(lián)系，外在表現(xiàn)能被信息化、數(shù)字化、智能化。一臺風(fēng)機(jī)、一臺水泵的運(yùn)行停止，來源于空調(diào)負(fù)載、室內(nèi)外溫差、候機(jī)樓內(nèi)不同區(qū)域人員多少等眾多動態(tài)信息整合[10]，再結(jié)合發(fā)展實(shí)際，提出一套真正符合杭州蕭山機(jī)場高效低能運(yùn)行空調(diào)的評估體系，才將提升杭州蕭山機(jī)場暖通綜合節(jié)能能力。同樣的方法也可應(yīng)用于照明節(jié)能。2020年下半年，杭州蕭山機(jī)場將積極引進(jìn)“外腦”。借鑒大為成功的“政企共贏”模式，引入阿里巴巴等名企，包括浙江大學(xué)等一流高校進(jìn)行合作，研討出了一套適合杭州蕭山國際機(jī)場發(fā)展現(xiàn)狀的中央空調(diào)能源管理體系，助力機(jī)場節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展，屆時能源管理將更加立體化，“智慧機(jī)場”建設(shè)也愈發(fā)有板有眼。

3 結(jié) 語

杭州蕭山機(jī)場作為國家重要的干線機(jī)場，2019年全年旅客吞吐量超4 000萬人次，已入列全球最繁忙機(jī)場行列。節(jié)能降耗是一個企業(yè)的生存之本。能源管理，不僅要管，更要理，理清思路，理清方向。智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新思路新方向，必將成為未來“智慧機(jī)場”的建設(shè)不可或缺的一環(huán)。運(yùn)用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以解決信息孤島問題，解放人力，提升實(shí)際管理效率，延展未來節(jié)能廣域度，打破能源管理常存瓶頸，對實(shí)際能源管理節(jié)能工作，不僅有量和也有質(zhì)上的提升。有技術(shù)力量，有科學(xué)管理、將實(shí)現(xiàn)可持續(xù)優(yōu)質(zhì)節(jié)能。

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