低碳經濟背景下高校能源管理平臺的應用研究

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(chuàng)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(jié)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(jié)能

1引言
  我國于2012年起，由教育部發(fā)文提出教育信息化的10年建設規(guī)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(fā)展及5G信息網絡搭建，教育信息化建設在近年跳躍式發(fā)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(zhàn)。據教育部《2019年全國教育事業(yè)發(fā)展統計公報》統計，截至2019年底，全國各類高等教育在學總規(guī)模4002萬人，普通高等學校校均規(guī)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(fā)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(jié)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。中國在國際社會上宣布碳達峰和碳中和的時間節(jié)點后，高校作為重要的社會構成之一，節(jié)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(zhàn)。2018年全球溫室氣體排放量約556億噸二氧化碳當量，碳排放五的國家排放全球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 國際背景
  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(jié)約予以立法并嚴格執(zhí)行，為能源節(jié)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(guī)，給節(jié)能技術使用者予以減稅優(yōu)惠，鼓勵綠色新能源推廣。美國新任總統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(fā)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(jié)能規(guī)范。2002年德國將《建筑保溫規(guī)范》和《供暖設備條例》等合并，制定出新的建筑節(jié)能法規(guī)《德國節(jié)能規(guī)范(2002)》。隨后在2004年至2007年，連續(xù)4年更新《德國節(jié)能規(guī)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認可。其在2002年公布的《節(jié)約能源法（2002）》中設置“制度”，按當前的節(jié)能水平制定節(jié)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?yōu)閺娭茦藴盛取Ｈ蛞延?4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(qū)碳達峰及碳中和時間表
 

2.2 國內背景
  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(chuàng)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(fā)達國家更早地實現了工業(yè)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(qū)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(fā)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(jié)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(jié)能協會能耗統計委員會測算，中國建筑業(yè)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(yè)供暖及制冷冋。電氣化是實現建筑零碳排放的第一步，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(yè)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(qū)塊鏈等技術結合能源、建筑、交通、工業(yè)、農業(yè)等行業(yè)，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第一代校園網絡建設，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(yè)務與服務開始整合，并向手機等移動辦公設備覆蓋。2018年4月，教育部發(fā)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(fā)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(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》精神，發(fā)布《教育部關于開展節(jié)能減排學校行動的
通知》，啟動“節(jié)能減排學校行動”。行動從節(jié)能減排措施、節(jié)能環(huán)境教育、節(jié)能主題宣傳、節(jié)能社會實踐等各個方面開展。2013年《教育部關于勤儉節(jié)約辦教育建設節(jié)約型校園的通
知》發(fā)布，再次強調建設節(jié)約型校園的重要意義，要求抓關鍵環(huán)節(jié)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(jié)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(qū)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(yǎng)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(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。

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(jiān)控、能耗數據統計分析、空調智能管理、用能排名、節(jié)能評估、宿舍惡性負載監(jiān)管等功能。
4.3平臺架構

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(jiān)控與運維

  集成設備所有數據，綜合分析、協同控制、優(yōu)化運行，集中調控，集中監(jiān)控，數字化巡檢，移動運維， 班組重新優(yōu)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(yǎng)用能群體和部門的節(jié)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(fā)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(guī)電氣，并可獲取違規(guī)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*。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必*一部分。

5.2.4智能照明管理
  通過對高校路燈的全局監(jiān)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(jié)，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(jié)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(huán)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(jié)能監(jiān)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(jiān)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節(jié)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(jiān)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(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)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(jiān)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(jiān)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(jié)隱患、發(fā)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手機短信、語音電話、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(jiān)控與運維平臺
 

6.2后勤計費管理
6.2.1宿舍/商業(yè)預付費平臺
 

6.2.2充電樁管理平臺
 

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(jiān)控系統
 

6.4.2消防設備電源監(jiān)控系統
 

6.4.3防火門監(jiān)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(jiān)管信息平臺的使用, 可以更加方便快捷地尋找到既有建筑節(jié)能普遍規(guī)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(jié)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(jié)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更多益處。

參考文獻
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[4]安科瑞企業(yè)微電網選型手冊2021.10版