關(guān)鍵詞: 三級(jí)建設(shè)架構(gòu);B/S架構(gòu);源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化;多能互補(bǔ);智能診斷
0 引言
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用,能源管理逐漸從傳統(tǒng)的單一能源計(jì)量向智能化、集成化轉(zhuǎn)變。越來越多的園區(qū)開始探索和實(shí)踐源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的能源管理模式,整合能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)和存儲(chǔ)環(huán)節(jié),優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提升能源利用效率。在各級(jí)政府的政策引導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和產(chǎn)學(xué)研合作的加持下,零碳園區(qū)能碳管理平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱DZSM平臺(tái))應(yīng)運(yùn)而生。
1 能源管理國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
當(dāng)前國(guó)內(nèi)正邁向智能化、一體化、綠色化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段,面臨著一系列挑戰(zhàn)和機(jī)遇。數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象普遍:多能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成難題阻礙了全局能源管理的實(shí)施,限制了決策的全面性和時(shí)效性。政策與市場(chǎng)機(jī)制待完善:現(xiàn)行能源政策、電價(jià)機(jī)制等尚不足以充分激勵(lì)園區(qū)開展能源管理創(chuàng)新。技術(shù)融合推動(dòng)創(chuàng)新:信息化與智能化技術(shù)的深度融合,正逐步解鎖能源管理的潛能,實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)響應(yīng)到主動(dòng)優(yōu)化的轉(zhuǎn)變,為零碳園區(qū)的建設(shè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。個(gè)性化與增值服務(wù):面對(duì)用戶多樣化需求,平臺(tái)需不斷探索創(chuàng)新服務(wù)模式,以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力和用戶黏性。
國(guó)內(nèi)正處于轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵期,通過技術(shù)創(chuàng)新與模式探索,DZSM平臺(tái)會(huì)助力園區(qū)實(shí)現(xiàn)零碳,并助推可持續(xù)發(fā)展。
2 平臺(tái)架構(gòu)及功能設(shè)計(jì)
在研究產(chǎn)品發(fā)展路徑時(shí),除了技術(shù)上的集成,還需要對(duì)能源利用模式進(jìn)行革新。所以在設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)和功能時(shí),從以下5個(gè)方面進(jìn)行了思考。
1) 層次化設(shè)計(jì)思路。采用三級(jí)建設(shè)架構(gòu)(建筑/園區(qū)、區(qū)域、城市層級(jí)),滿足不同層級(jí)的能源管理需求。例如,建筑/園區(qū)層級(jí)注重能效細(xì)節(jié)優(yōu)化,區(qū)域?qū)蛹?jí)強(qiáng)調(diào)資源的區(qū)域化協(xié)同與互補(bǔ),城市層級(jí)則著眼于整體規(guī)劃與能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建。
2) 多能互補(bǔ)與就近平衡。在設(shè)計(jì)中融入多能互補(bǔ)理念,通過融合光伏、儲(chǔ)能、冷熱源等多元能源系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的多樣化和互補(bǔ)性。通過就近平衡原則,減少能源傳輸損耗的同時(shí),快速響應(yīng)并應(yīng)對(duì)突發(fā)情況[1]。
3) 源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化。由于能源供應(yīng)的不確定性和需求的波動(dòng)性,源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化設(shè)計(jì)會(huì)至關(guān)重要。通過智能預(yù)測(cè)與調(diào)度,動(dòng)態(tài)平衡能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)與存儲(chǔ),在保障能源系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí),也為園區(qū)引入更多可再生能源應(yīng)用場(chǎng)景。
4) 服務(wù)對(duì)象的多樣性考量。鑒于用戶類型的多樣性,在平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)考慮其靈活性,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制服務(wù),確保滿足每個(gè)用戶群體的特定需求,如圖1 所示。
5) 創(chuàng)造的價(jià)值。能顯著提升能源管理效率,通過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析與決策支持,優(yōu)化能源配置,降低運(yùn)營(yíng)成本;促進(jìn)節(jié)能減排,助力實(shí)現(xiàn)零碳園區(qū)目標(biāo);增強(qiáng)能源安全與韌性,提高應(yīng)對(duì)能源市場(chǎng)波動(dòng)的能力;為探索能源服務(wù)商業(yè)模式創(chuàng)新(如能源交易、需求響應(yīng)等)提供平臺(tái)支持,最終推動(dòng)園區(qū)向智慧、綠色、低碳轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
2.1 平臺(tái)架構(gòu)
DZSM平臺(tái)采用B/S設(shè)計(jì)架構(gòu),操作人員通過大屏、工作站、移動(dòng)終端等訪問平臺(tái)各應(yīng)用模塊,完成日常工作。平臺(tái)接入營(yíng)采、光伏、儲(chǔ)能、鍋爐、蒸汽等系統(tǒng)數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述式、預(yù)測(cè)式和決策式分析。
平臺(tái)架構(gòu)由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層等5個(gè)層級(jí)組成。
基礎(chǔ)層。作為底層數(shù)據(jù)支持,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)隔離,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信。
數(shù)據(jù)層。對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ),運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)揭示數(shù)據(jù)規(guī)律與趨勢(shì),為上層服務(wù)和應(yīng)用提供支持。
服務(wù)層。以技術(shù)能力支撐園區(qū)綜合能源智慧管理,進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、多維度統(tǒng)計(jì)分析,定時(shí)更新結(jié)果至數(shù)據(jù)庫(kù)。
應(yīng)用層。以平臺(tái)能力為基礎(chǔ),將各模型與功能的實(shí)用價(jià)值按需直觀地呈現(xiàn)于用戶面前。
表現(xiàn)層。以多元化的界面形態(tài),如大屏、工作站、移動(dòng)終端等,立體呈現(xiàn)平臺(tái)各項(xiàng)應(yīng)用。
3 平臺(tái)功能
平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)園區(qū)內(nèi)的能源消耗情況,分析能源利用的效率,從而優(yōu)化能源的使用和管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)內(nèi)各類能源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析、智能調(diào)度和優(yōu)化控制等功能[2]。
3.1 能源駕駛艙
通過大屏集中展示能源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)鍵指標(biāo)、數(shù)據(jù)分析結(jié)果等信息,為管理人員提供一個(gè)全局視角,實(shí)時(shí)掌握能源系統(tǒng)的整體狀況,快速做出決策響應(yīng)。
1) 全景視圖。駕駛艙以儀表盤、進(jìn)度條、圖表(折線圖、柱狀圖、餅圖、熱力圖)等形式,動(dòng)態(tài)展示能源關(guān)鍵性指標(biāo),包括各類型能源占比、能源售用量等,呈現(xiàn)整體能源的運(yùn)行態(tài)勢(shì)。
2) 能源流向圖。采用數(shù)據(jù)流圖和GIS地圖形式,動(dòng)態(tài)展示電、水、冷、熱、汽等能源的產(chǎn)生、傳輸、消耗過程,以及儲(chǔ)能設(shè)施、新能源發(fā)電設(shè)備的接入與互動(dòng)情況,直觀揭示能源流動(dòng)路徑與供需關(guān)系。
3) 實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)時(shí)顯示各類能源供量、耗量等數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)更新用戶用能情況、能源各系統(tǒng)運(yùn)行情況等,確保管理者實(shí)時(shí)掌控能源管理。
4) 決策支持。結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù),提供能源預(yù)測(cè)、故障診斷等功能,幫助管理者提前預(yù)見能源供需變化,精準(zhǔn)定位設(shè)備故障原因,制定科學(xué)的能源調(diào)度和設(shè)備運(yùn)維策略。
3.2 多屏聯(lián)動(dòng)
實(shí)現(xiàn)能源駕駛艙與PC端、移動(dòng)端等多終端的能源數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)和同步,確保管理者無(wú)論身處何處都能實(shí)時(shí)查看和操控平臺(tái)。
1) 個(gè)性化看板。通過自定義配置功能,用戶根據(jù)職責(zé)定制個(gè)人看板,聚焦關(guān)心的數(shù)據(jù)視圖。
2) 擴(kuò)展展示。將一個(gè)屏幕的內(nèi)容擴(kuò)展到多個(gè)屏幕顯示,多用戶可在不同屏幕上同時(shí)操作并共享。
3) 數(shù)據(jù)同步。監(jiān)控中心多屏聯(lián)動(dòng),設(shè)備間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步,保持信息一致。
3.3 能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)
全面覆蓋光伏、冷熱源、儲(chǔ)能、變配電、蒸汽、鍋爐等多個(gè)能源系統(tǒng),實(shí)時(shí)采集各類能源表計(jì)數(shù)據(jù),并在線監(jiān)測(cè)能源消耗情況。通過全面、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和分析,為能源管理決策提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。
1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。實(shí)時(shí)采集各類能源的生產(chǎn)、消耗、存儲(chǔ)、傳輸?shù)葦?shù)據(jù),如光伏發(fā)電量、冷熱量輸出、熱水用量、充電電量、儲(chǔ)能充放電狀態(tài)、電能質(zhì)量參數(shù)、蒸汽流量、鍋爐運(yùn)行參數(shù)等。
2) 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。集中呈現(xiàn)能源利用效率、能源調(diào)度(電力調(diào)度、蒸汽調(diào)度)等,便于管理者快速評(píng)估能源管理成效,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常和短板。
3) 數(shù)據(jù)分析與展示。對(duì)采集到的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,生成各類圖表、報(bào)表等,如各大廠區(qū)數(shù)據(jù)分析、設(shè)備運(yùn)行曲線、系統(tǒng)診斷分析、故障統(tǒng)計(jì)分析等,能源系統(tǒng)運(yùn)行狀況直觀展示給用戶。
4) 異常報(bào)警與預(yù)警。設(shè)置閾值規(guī)則,對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、能源短缺等情況,立即觸發(fā)報(bào)警,確保問題得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。
5) GIS+3D模型展示。以直觀地理布局呈現(xiàn)設(shè)備分布,支持區(qū)域細(xì)化查看、地圖類型與設(shè)備狀態(tài)切換,以三維可視化方式動(dòng)態(tài)展示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、管路布局及關(guān)鍵參數(shù),實(shí)現(xiàn)園區(qū)系統(tǒng)設(shè)施的立體化、可視化管理。
3.4 能碳分析與評(píng)估
作為能源體系的核心環(huán)節(jié),通過對(duì)電、冷、熱、氣、汽等能源的全面監(jiān)測(cè)和深度分析,深入洞察各區(qū)域、各時(shí)段的用能特點(diǎn),為優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、提升能源利用效率提供數(shù)據(jù)支撐。
1) 全景視圖。以可視化方式呈現(xiàn)售能、新能源發(fā)電、儲(chǔ)能以及用能等關(guān)鍵數(shù)據(jù),通過多種能源形式的綜合圖表,形成能源供需全貌,實(shí)時(shí)跟蹤各業(yè)務(wù)板塊的動(dòng)態(tài)變化,同時(shí)細(xì)化到各區(qū)域、各時(shí)段的能耗數(shù)據(jù),精準(zhǔn)管理園區(qū)能源流動(dòng)脈絡(luò)。
2) 能源分析。分別進(jìn)行售電、售汽、新能源發(fā)電、儲(chǔ)能業(yè)務(wù)等分析,如尖峰負(fù)荷分析、峰谷差分析、平電量分析、新能源發(fā)電與售電互補(bǔ)性分析等,評(píng)估電力系統(tǒng)的調(diào)峰壓力及潛在的儲(chǔ)能應(yīng)用價(jià)值,分析新能源發(fā)電在削峰填谷、平滑負(fù)荷等方面的貢獻(xiàn)[3]。
3) 能耗分析。運(yùn)用數(shù)據(jù)分析,揭示各區(qū)域、各時(shí)段的能耗特征和規(guī)律,識(shí)別異常消耗、峰谷失衡、資源浪費(fèi)等問題,分析可能的影響因素(季節(jié)、晝夜、工作日/周末/假日等),結(jié)合業(yè)務(wù)特性和外部環(huán)境因素,提出針對(duì)性的節(jié)能措施、設(shè)備升級(jí)、負(fù)荷調(diào)控、需求響應(yīng)等優(yōu)化策略。
4) 能源優(yōu)化。針對(duì)各區(qū)域、各時(shí)段的電量特性,提出差異化電價(jià)策略,如進(jìn)一步拉大尖峰與谷時(shí)段的電價(jià)差距,激勵(lì)用戶調(diào)整用電行為。根據(jù)各區(qū)域的能源消耗特點(diǎn),提出針對(duì)性的節(jié)能措施、需求側(cè)管理方案或儲(chǔ)能設(shè)施部署建議。基于新能源發(fā)電與售電業(yè)務(wù)的互補(bǔ)性分析,規(guī)劃新能源發(fā)電項(xiàng)目擴(kuò)容、儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)或需求響應(yīng)項(xiàng)目的推廣路徑。
5) 碳排放量化?;谀茉聪臄?shù)據(jù),結(jié)合碳排放因子,準(zhǔn)確計(jì)算園區(qū)的碳排放量,量化不同環(huán)節(jié)、不同時(shí)間段的碳足跡,為碳排放管理提供量化基礎(chǔ)。
6) 智能診斷與優(yōu)化。通過對(duì)能源使用模式和碳排放數(shù)據(jù)的智能分析,識(shí)別異常能耗和高碳排放點(diǎn),提出節(jié)能減碳措施,如設(shè)備升級(jí)、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能效提升、可再生能源引入等。
7) 可視化報(bào)告。通過圖表、儀表盤等形式,直觀展示園區(qū)能效指標(biāo)與碳排放情況,并生成定制化報(bào)告,輔助管理者匯報(bào)并做出決策。
3.5 能源預(yù)警與告警
當(dāng)能源消耗異?;蛟O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)問題時(shí),及時(shí)發(fā)出預(yù)警或告警,協(xié)助用戶快速響應(yīng)、妥善處理,確保能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1) 報(bào)警概覽。展示系統(tǒng)內(nèi)所有已處理與未處理報(bào)警的總體情況,包括報(bào)警數(shù)量、類別、級(jí)別、處理狀態(tài)等。
2) 高頻參數(shù)報(bào)警。針對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中頻繁觸發(fā)報(bào)警的參數(shù)進(jìn)行專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)與分析,如電壓波動(dòng)、電流異常、溫度升高、壓力偏高等,及早揭示設(shè)備潛在的故障跡象或運(yùn)行異常狀況。
3) 能源系統(tǒng)報(bào)警分布。以圖表形式展示各能源系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)量的分布情況,幫助用戶識(shí)別能源系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),合理進(jìn)行資源調(diào)配和整改。
4) 報(bào)警高發(fā)型號(hào)。統(tǒng)計(jì)設(shè)備報(bào)警次數(shù)最多的型號(hào)或品牌,為設(shè)備選型、采購(gòu)、維護(hù)等決策提供數(shù)據(jù)支持,避免重復(fù)采購(gòu)易發(fā)故障的設(shè)備型號(hào)。
5) 報(bào)警高發(fā)設(shè)備。列出報(bào)警次數(shù)最多的設(shè)備,便于用戶重點(diǎn)關(guān)注并優(yōu)先處理,同時(shí)為設(shè)備維護(hù)、更換、升級(jí)提供依據(jù)。
6) 報(bào)警信息列表。詳細(xì)記錄每一次報(bào)警的時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備、參數(shù)、原因、處理情況等信息,支持用戶查詢、篩選、導(dǎo)出報(bào)警記錄。
3.6 智能診斷和節(jié)能服務(wù)
全方位評(píng)估各能源系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量,精準(zhǔn)定位異常根源,提供系統(tǒng)性能優(yōu)化建議。該模塊囊括整體健康評(píng)分、詳盡異常記錄、診斷分布概覽、各子系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)分析、具體指標(biāo)詳情解析及趨勢(shì)演變,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)能源的全面體檢與智能化管理決策。
1) 系統(tǒng)健康診斷。異常診斷記錄展示各項(xiàng)診斷指標(biāo)、受影響的對(duì)象、評(píng)價(jià)結(jié)果、觸發(fā)時(shí)間等,以便追溯與排查問題。而異常診斷分布則采用環(huán)形餅圖直觀呈現(xiàn)選定時(shí)間段內(nèi)所有異常指標(biāo)的發(fā)生頻率與占比,為系統(tǒng)維護(hù)和優(yōu)化提供方向性指導(dǎo)。
2) 設(shè)備能效診斷。對(duì)各能源系統(tǒng)設(shè)備(如變壓器、管線等)的能效進(jìn)行診斷,識(shí)別低效設(shè)備、不合理運(yùn)行模式,提出節(jié)能改造或運(yùn)行策略優(yōu)化建議。
3) 系統(tǒng)能效診斷。分析各能源系統(tǒng)(變配電、蒸汽、儲(chǔ)能等)的整體能效,包含系統(tǒng)運(yùn)行效率、輸配系統(tǒng)的損耗情況、末端用能設(shè)備的能耗特性等,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)層面的節(jié)能機(jī)會(huì)。
4) 能耗異常診斷。利用大數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能耗數(shù)據(jù),識(shí)別能耗異常波動(dòng),快速定位故障設(shè)備或不合理用能行為,及時(shí)進(jìn)行故障排除或用能調(diào)整。
3.7 多能源互補(bǔ)與協(xié)同調(diào)控
通過智能算法與自學(xué)習(xí)優(yōu)化模型,實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行,提升新能源利用率,依據(jù)預(yù)設(shè)策略自動(dòng)調(diào)整能源供給策略以達(dá)到供需平衡,并最大化能源利用效率。
1) 多能源互補(bǔ)。識(shí)別并充分利用各種能源之間的互補(bǔ)性,如風(fēng)能和光伏在各自有條件時(shí)供電,儲(chǔ)能系統(tǒng)則電力過剩時(shí)存儲(chǔ),不足時(shí)釋放。通過合理的能源調(diào)度,使各種能源在時(shí)空上形成最優(yōu)組合,充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。
2) 供需平衡。通過多種協(xié)同互補(bǔ)路徑,包括源端互補(bǔ)、源網(wǎng)互補(bǔ)和網(wǎng)荷互補(bǔ)等模式,根據(jù)需求調(diào)整各能源比例、能源消費(fèi)模式,整合園區(qū)分布式資源和可控負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)能源的平衡和穩(wěn)定供應(yīng)[4]。
3) 自學(xué)習(xí)優(yōu)化模型。采用自學(xué)習(xí)優(yōu)化模型,根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),自動(dòng)學(xué)習(xí)和調(diào)整能源調(diào)度策略,適應(yīng)能源需求、供應(yīng)等變化,不斷提高能源調(diào)度的精度和效率[5]。
3.8 移動(dòng)端應(yīng)用與遠(yuǎn)程運(yùn)維
支持手機(jī)App或Web端訪問,方便管理或運(yùn)維人員隨時(shí)隨地查看和處理相關(guān)事務(wù)。
1) 實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過手機(jī)App或Web端,管理或運(yùn)維人員可隨時(shí)隨地查看能源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),全面掌控能源系統(tǒng)。
2) 報(bào)警處理。當(dāng)檢測(cè)到能源消耗異?;蛟O(shè)備故障時(shí),會(huì)立即通過App或Web端推送報(bào)警信息,管理或運(yùn)維人員可及時(shí)查看報(bào)警詳情,確認(rèn)報(bào)警原因,采取相應(yīng)措施(如遠(yuǎn)程控制、派工單等),并記錄處理結(jié)果,確保問題得到及時(shí)解決。
3) 設(shè)備維護(hù)。支持設(shè)備維護(hù)任務(wù)的創(chuàng)建、分配、跟蹤、記錄等,管理人員可在線安排設(shè)備保養(yǎng)、檢修等工作,查看維護(hù)進(jìn)度,接收維護(hù)人員的工作匯報(bào),確保設(shè)備維護(hù)有序進(jìn)行。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹的DZSM平臺(tái),已在實(shí)際項(xiàng)目中驗(yàn)證應(yīng)用,目前正優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)高度整合、模塊化設(shè)計(jì),全面覆蓋能源管理鏈路,從生產(chǎn)到消費(fèi)各環(huán)節(jié)。平臺(tái)設(shè)計(jì)兼容經(jīng)開區(qū)增量配電網(wǎng),靈活應(yīng)對(duì)技術(shù)進(jìn)步與能源領(lǐng)域發(fā)展,持續(xù)升級(jí)擴(kuò)展。