高校用電存在的問題及智慧監(jiān)管平臺(tái)的構(gòu)建*

宋勁松

河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué) 工業(yè)技術(shù)中心 河北承德 067000

1 構(gòu)建背景

近年來(lái),隨著高校的不斷擴(kuò)招,各大高校的在校生人數(shù)屢創(chuàng)新高,用電安全事故頻頻發(fā)生。同時(shí),各種智能、智慧型產(chǎn)品、高尖端的科研儀器、大型設(shè)備的大量使用,也給學(xué)校的整個(gè)供電系統(tǒng)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn),給學(xué)校的財(cái)務(wù)統(tǒng)造成極大的負(fù)擔(dān)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國(guó)高校因無(wú)效使用的電能每人每天至少為0.07 kW·h,每年就有近3×109kW·h的電能被白白浪費(fèi)掉。為實(shí)現(xiàn)高校校園安全用電,同時(shí)也為貫徹落實(shí)《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》,早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo),實(shí)現(xiàn)高校校園范圍內(nèi)照明設(shè)備、教學(xué)設(shè)備、辦公設(shè)備和環(huán)境設(shè)備的安全用電,有效用電及節(jié)能用電勢(shì)在必行。筆者分析了高校校園用電現(xiàn)狀及原因,提出建立高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)等具體有效手段。

2 高校校園用電現(xiàn)狀

(1) 公寓用電存在重大安全隱患。隨著社會(huì)的發(fā)展,學(xué)生公寓已由傳統(tǒng)的生活功能向?qū)W習(xí)、交流溝通、生活等集多種功能于一體的場(chǎng)所轉(zhuǎn)變,空調(diào)、電腦、電視等現(xiàn)代化科技產(chǎn)品逐漸進(jìn)入學(xué)生公寓,學(xué)生公寓的供電方式也由間歇性供電轉(zhuǎn)變?yōu)槿旃╇?。電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間通電,私自使用“熱得快”、電火鍋、電烤鍋、電熱風(fēng)等大功率違規(guī)用電器,私自亂拉亂接電線,超負(fù)荷用電等違規(guī)行為,給學(xué)生公寓帶來(lái)了極大的安全隱患,一旦發(fā)生火災(zāi)后果不堪想象。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),1998～2010年間,全國(guó)高校發(fā)生的70起學(xué)生公寓火災(zāi)中,因違規(guī)用電引起的火災(zāi)有42起,占比達(dá)到60%。

(2) 教室及圖書館用電浪費(fèi)嚴(yán)重。目前,我國(guó)高校的教室及圖書館普遍采用開放式管理,學(xué)生沒有固定的教室及座位,學(xué)生在不上課的情況下可以到圖書館及沒有上課的教室進(jìn)行自主學(xué)習(xí),雖然方便了學(xué)生,但是用電使用不當(dāng)也造成了電力能源的極度浪費(fèi)。如某教室有一百余個(gè)座位,晚上只有三五名同學(xué)在該教室上自習(xí),卻打開全部的照明燈、空調(diào)或風(fēng)扇,圖書館的某個(gè)閱覽室在只有幾名同學(xué)的情況下,卻要打開整個(gè)閱覽室的照明燈、空調(diào)或風(fēng)扇。另外,目前高校存在樓道燈24 h長(zhǎng)明,白天光照充足時(shí)段教室、圖書館照明燈常開,教學(xué)樓及圖書館熱水器夜間不斷電等浪費(fèi)電力能源的現(xiàn)象普遍性存在。

(3) 實(shí)驗(yàn)室用電安全隱患頻發(fā)。高校實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生及老師進(jìn)行科學(xué)研究的主要場(chǎng)所,實(shí)驗(yàn)室的照明、實(shí)驗(yàn)儀器、大型設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開電力,可以說(shuō)是電力在推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。學(xué)生或新入職的教師在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前通常由師兄師姐或老教師傳授實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備的操作方法,很少進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全用電方面的專題培訓(xùn)或系統(tǒng)性的學(xué)習(xí),這就造成實(shí)驗(yàn)室儀器、設(shè)備隨意擺放,用電器隨意亂接,私自更改線路,造成實(shí)驗(yàn)室供電的某條線路嚴(yán)重超載,長(zhǎng)而久之電力系統(tǒng)不堪重負(fù),線路過熱造成火災(zāi),近年來(lái)高校實(shí)驗(yàn)室事故頻頻發(fā)生,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),理工類院校實(shí)驗(yàn)室由用電引起的火災(zāi)事故約占35.2%。

3 原因分析

(1) 節(jié)能節(jié)電意識(shí)淡薄。高校教職員工和學(xué)生是電力能源的直接使用者,他們的節(jié)電意識(shí)直接決定著整個(gè)學(xué)校的節(jié)電意識(shí)水平,同時(shí)對(duì)整個(gè)社會(huì)的風(fēng)氣也起到示范和引導(dǎo)的作用。但部分師生節(jié)電意識(shí)淡薄是不爭(zhēng)的事實(shí),辦公室、教室空無(wú)一人但卻燈火通明的現(xiàn)象比比皆是?！半姛綦S便用,費(fèi)用學(xué)校付”的思想普遍存在,甚至有些師生會(huì)以影響科學(xué)研究和學(xué)習(xí)為借口,對(duì)節(jié)電有著十分強(qiáng)烈的抵觸情緒?？偠灾?節(jié)電節(jié)能意識(shí)淡薄是節(jié)能節(jié)電管理真正難以落到實(shí)處的根本原因。

(2) 運(yùn)維及管理隊(duì)伍水平參差不齊。高校電力系統(tǒng)的維護(hù)隊(duì)伍通常由外聘工組成,知識(shí)水平普遍不高,沒有進(jìn)行過相關(guān)學(xué)習(xí)及培訓(xùn),日常只是負(fù)責(zé)維修、更換損壞的零部件。而管理隊(duì)伍的專業(yè)水平也普遍不高,“外行管內(nèi)行”的現(xiàn)象普遍性存在,只求保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行即可。并且存在多部門多頭管理,缺乏配合,對(duì)一些管理難題更是互相推諉,更談不上用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光更新節(jié)能型設(shè)備及更深層次的節(jié)能方案的設(shè)計(jì)及實(shí)施。

4 改進(jìn)措施

(1) 增強(qiáng)師生節(jié)電意識(shí)。通過開設(shè)節(jié)能節(jié)電的相關(guān)課程,舉辦以節(jié)能節(jié)電為主題的系列講座,并充分利用校園廣播、校園網(wǎng)、微信公眾號(hào)、訂閱號(hào)等公共媒體平臺(tái),開展長(zhǎng)期、系統(tǒng)的節(jié)電節(jié)能宣傳活動(dòng),成立主體社團(tuán),定期開展以節(jié)能節(jié)電為主題的趣味知識(shí)競(jìng)賽、有獎(jiǎng)競(jìng)猜、辯論賽等活動(dòng)。引導(dǎo)廣大師生從我做起,從點(diǎn)滴做起,營(yíng)造節(jié)能節(jié)電的氛圍,增強(qiáng)廣大師生的節(jié)能節(jié)電意識(shí),充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,用自己的實(shí)際行動(dòng)去節(jié)能節(jié)電。

(2) 更新節(jié)能型照明設(shè)備。發(fā)光二極管照明燈比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%,比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上,可達(dá)6萬(wàn)～10萬(wàn)h,同一瓦數(shù)的發(fā)光二極管照明燈的亮度是普通節(jié)能照明燈的2.5～3倍,是普通白熾照明燈的8～10倍。發(fā)光二極管照明燈的價(jià)格相較于普通照明燈略貴,但綜合使用壽命、亮度及節(jié)能,相較于普通照明燈節(jié)能節(jié)電,且節(jié)約用電成本。因此,可將教室、辦公室及公共區(qū)域現(xiàn)有的照明燈更新為節(jié)能型發(fā)光二極管照明燈,不但節(jié)能環(huán)保而且為學(xué)校節(jié)省可觀的資金用于其它方面的建設(shè)。

(3) 完善電費(fèi)計(jì)量制度。電費(fèi)計(jì)量制度的實(shí)施是促進(jìn)節(jié)約用電的有效手段,有利于提高全校師生的節(jié)能節(jié)電意識(shí)。針對(duì)學(xué)生公寓的每個(gè)宿舍,每個(gè)學(xué)期給與能夠保障學(xué)生日常學(xué)習(xí)及生活的基本用電需求的免費(fèi)用電量,各二級(jí)學(xué)院根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及科研任務(wù)的需求,每學(xué)年給與一定的免費(fèi)用電量,超過之后收取一定的費(fèi)用,并采用居民生活用電的階梯電價(jià)模式,超出用電越多電價(jià)越貴,以此來(lái)約束教師和學(xué)生用電習(xí)慣,督促管理部門根據(jù)自身情況制定節(jié)能節(jié)電相關(guān)政策。

5 構(gòu)建智慧監(jiān)管平臺(tái)

以保障校園電氣安全使用為目標(biāo),以智慧能源管理系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)為手段,以全方位監(jiān)測(cè)校園末端用電設(shè)備能耗數(shù)據(jù)為依托,保障末端用電線路的電氣安全,摸清校區(qū)末端用電設(shè)備能源使用現(xiàn)狀,不斷提高校園能耗運(yùn)行管理水平,整體提高校園能源規(guī)劃建設(shè)水平,建設(shè)和管理精細(xì)化能耗的評(píng)價(jià)體系和考核指標(biāo),全面提升節(jié)能型校區(qū)的建設(shè),減少安全隱患的發(fā)生。

(1) 智慧監(jiān)管平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)。建立高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái),如圖1所示。平臺(tái)架構(gòu)包含三層:傳感器感知和數(shù)據(jù)采集層、云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)分析層、應(yīng)用服務(wù)層,主要涵蓋設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及用電狀況數(shù)據(jù)采集、分布式閉環(huán)控制、云平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析,以及相關(guān)的接口、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)等。

圖1 高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)

(2) 運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)各回路實(shí)時(shí)自主控制。智慧用電監(jiān)管平臺(tái)設(shè)置每個(gè)宿舍由一個(gè)空氣開關(guān)控制,配電箱接線如圖2所示。每個(gè)辦公室由一個(gè)空氣開關(guān)控制,配電箱接線如圖3所示。每個(gè)公共區(qū)域照明燈由一個(gè)空氣開關(guān)控制,配電箱接線如圖4所示。可分別對(duì)各回路電流、功率進(jìn)行設(shè)定,當(dāng)回路電流或功率超過限定值時(shí),該回路自動(dòng)跳閘保護(hù)。自由設(shè)定宿舍空調(diào)、照明及插座等每個(gè)回路的開啟和關(guān)閉時(shí)間,通過手機(jī)遠(yuǎn)程管理,同時(shí)可以按鍵自動(dòng)控制,也可以通過手動(dòng)推桿控制通斷電。一旦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情,立即預(yù)警,并發(fā)送預(yù)警信息至手機(jī)應(yīng)用程序及微機(jī)端。通過告警功能、預(yù)警機(jī)制,及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)設(shè)備、周圍環(huán)境的異常情況,以便及時(shí)進(jìn)行檢查與維護(hù),防止意外事故發(fā)生。

圖2 宿舍配電箱接線

圖3 辦公室配電箱接線

圖4 公共區(qū)域配電箱接線

(3) 細(xì)劃分級(jí)管理權(quán)限。高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)根據(jù)不同用戶劃分三級(jí)管理權(quán)限。一級(jí)管理為學(xué)校管理部門,具有系統(tǒng)所有權(quán)限及權(quán)限分配權(quán)利,具體包括用電安全遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、管理與維護(hù)跟蹤,通過系統(tǒng)提供的預(yù)警、報(bào)警信息實(shí)時(shí)查閱,用電隱患參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、隱患分析與監(jiān)管。二級(jí)管理為宿舍管理人員、輔導(dǎo)員、學(xué)院管理部門,實(shí)現(xiàn)故障警示,在線查詢電氣線路實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警日志和統(tǒng)計(jì)信息,精準(zhǔn)定位電氣設(shè)備故障,進(jìn)行隱患體檢、隱患排查整改、日常巡檢。通過及時(shí)告警功能、預(yù)警機(jī)制,及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)設(shè)備、周圍環(huán)境的異常情況,及時(shí)安排進(jìn)行檢查與維護(hù),防止意外事故發(fā)生,從源頭上預(yù)防電氣火災(zāi)。根據(jù)管理宿舍范圍,具備范圍內(nèi)所有目標(biāo)宿舍用電回路參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)讀取、報(bào)表下載打印、時(shí)間設(shè)定等各項(xiàng)權(quán)利。三級(jí)管理為學(xué)生,具有本宿舍的各回路用電狀況及數(shù)據(jù)的查看權(quán)利,但沒有控制權(quán)?？梢愿鶕?jù)管理需要決定是否開放遠(yuǎn)程開關(guān)的權(quán)限。

(4) 宿舍、辦公室節(jié)能管理。通過智慧用電監(jiān)管平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生公寓內(nèi)各宿舍、教學(xué)樓各教室及公共區(qū)域照明的能耗分項(xiàng)分時(shí)分布、定時(shí)定量、功率設(shè)定及能耗分配靈活調(diào)配用電,綜合用電數(shù)據(jù)自動(dòng)匯總,進(jìn)行智能分析、定時(shí)控制、遠(yuǎn)程控制等,有效降低無(wú)人時(shí)段的設(shè)備使用功耗。對(duì)學(xué)生公寓、教室及公共區(qū)域照明進(jìn)行時(shí)間管控,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗管理。精準(zhǔn)提供各公寓、教室及公共區(qū)域照明線路電壓、電流、電量等數(shù)據(jù),用電數(shù)據(jù)波動(dòng)及電量一目了然,推動(dòng)環(huán)保低碳、節(jié)能綠色的生活。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源已經(jīng)成為全球性的首要戰(zhàn)略資源,高校作為肩負(fù)教育、科研和社會(huì)服務(wù)重任的基地,同時(shí)也作為用電大戶,應(yīng)充分發(fā)揮師生的主觀能動(dòng)性并采用有效的措施和先進(jìn)的管理模式來(lái)節(jié)約電力能源,對(duì)整個(gè)社會(huì)節(jié)能節(jié)電的風(fēng)氣也可以起到示范和引領(lǐng)的作用。