低碳經(jīng)濟背景下高校能源管理平臺的應(yīng)用研究

摘要：聯(lián)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(jīng)濟體系和技術(shù)**體系都以碳中和為目標(biāo)，實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型。將信息技術(shù)與建筑物運行能源管理相結(jié)合,是降低建筑物生命周期內(nèi)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(zhuǎn)型登上一個新的臺階帶來促進作用。
關(guān)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(shè)規(guī)劃,希望通過整合各類教育信息平臺,建立涵蓋國內(nèi)的各級別和類型學(xué)校的教育管理信息系統(tǒng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及5G信息網(wǎng)絡(luò)搭建，教育信息化建設(shè)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(shè)，形成教育系統(tǒng)數(shù)據(jù)目錄，其中數(shù)據(jù)可溯源,可有序共享。在信息管理系統(tǒng)推陳出新的同時，校園能源管理也遇到了新的挑戰(zhàn)。據(jù)教育部《2019年國內(nèi)教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》統(tǒng)計，截至2019年底，國內(nèi)各類高等教育在學(xué)總規(guī)模4002萬人，普通高等學(xué)校校均規(guī)模11 260人。近幾年高校年總能耗已約為國內(nèi)生活消費總能耗的10%。高校是肩負教育、科研和社會服務(wù)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(shè)經(jīng)多年探索,隨著互聯(lián)網(wǎng)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(jù)統(tǒng)計建筑運行階段碳排放量占國內(nèi)碳排放比重約21.9%,這使得建設(shè)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(fēng)、空調(diào)、照明等用能設(shè)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(gòu)成之一，節(jié)能降耗迫在眉睫。

2應(yīng)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(dāng)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 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(shù)的科學(xué)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(jù)。 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(shù)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(tǒng)拜登上任后就簽署行政令重返《巴黎協(xié)定》，并計劃
2050年之前實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。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(shè)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世界認可。其在2002年公布的《節(jié)約能源法（2002）》中設(shè)置“領(lǐng)跑者制度”，按當(dāng)前先進的節(jié)能水平制定節(jié)能指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，并在下一個能源法實施周期內(nèi)將指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)變?yōu)閺娭茦?biāo)準(zhǔn)⑷。全球已有44個國家和經(jīng)濟體在2020年底之前宣布碳中和目標(biāo)時間，部分國家碳中和目標(biāo)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(nèi)背景
  *****在2020年9月出席第七十五屆聯(lián)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(xiàn)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(jīng)濟體系和技術(shù)**體系都將以碳中和為目標(biāo)，實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型叫美國、德國、日本等發(fā)達國家更早地實現(xiàn)了工業(yè)化和城市化，已經(jīng)實現(xiàn)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(nèi)。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(shù)迅速發(fā)現(xiàn)下，中國有信心在承諾時間內(nèi)實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。
2.3 技術(shù)背景
  實現(xiàn)碳中和的八大重點領(lǐng)域中包括建筑領(lǐng)域和信息技術(shù)領(lǐng)域。建筑領(lǐng)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(tǒng)。2019年中國建筑節(jié)能協(xié)會能耗統(tǒng)計委員會測算，中國建筑業(yè)碳排放量仍在增加，預(yù)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(xiàn)建筑零碳排放的**步，目前國內(nèi)制冷、照明、家用電器已經(jīng)**電氣化。為了使建筑物的排放接近于零，供暖設(shè)備也要脫碳，例如使用熱泵技術(shù)。信息領(lǐng)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(shù)的廣泛應(yīng)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(nèi)通過信息通信技術(shù)幫助全球碳排放量減少20%o大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)結(jié)合能源、建筑、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，均可推廣應(yīng)用場景以減少碳排放。因此將信息技術(shù)與建筑物運行能源管理相結(jié)合，是降低建筑物生命周期內(nèi)碳排放量的有利探索方向之一。

3 應(yīng)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(wǎng)絡(luò)建設(shè)，中期校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋率及網(wǎng)速升級并與數(shù)字校園門戶整合。近年來基于無線網(wǎng)及4G網(wǎng)絡(luò)的校園門戶網(wǎng)站內(nèi)的業(yè)務(wù)與服務(wù)開始整合，并向手機等移動辦公設(shè)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(yù)計2022年基本實現(xiàn)數(shù)字校園建設(shè)覆蓋全體學(xué)校,隨之發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務(wù)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(wù)院關(guān)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(guān)于開展節(jié)能減排學(xué)校行動的
通知》，啟動“節(jié)能減排學(xué)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(guān)于勤儉節(jié)約辦教育建設(shè)節(jié)約型校園的通
知》發(fā)布，再次強調(diào)建設(shè)節(jié)約型校園的重要意義，要求抓關(guān)鍵環(huán)節(jié)實行精細化管理，加強校園供暖、空調(diào)、照明等主要用能設(shè)備維護管理，強化節(jié)能措施冋。近年來國內(nèi)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(xué)、科研、 生產(chǎn)、生活功能齊全，各類能耗消耗關(guān)系復(fù)雜;②人員密集且隨教學(xué)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(xué)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(tǒng)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(wǎng)、荷、儲、充”多個角度解析高校當(dāng)下及未來的用能問題及用能需求，在統(tǒng)一的需求下“實現(xiàn)能源互補、信息互通”等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數(shù)字化、綜合化，實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)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(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、空調(diào)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(gòu)

圖1 安科瑞能效管理方案架構(gòu)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(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)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
  采用先進的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)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(xué)生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)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(yù)付費管理

5.2.3充電樁管理平臺
  充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)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(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時 開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(shè)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(tǒng)
     針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)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(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。
    構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達到節(jié)能目的。

5.4智慧消防系統(tǒng)
  智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)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(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)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(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)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(nèi)，相關(guān)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(guān)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(yù)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(tǒng)
 

6.4智慧消防系統(tǒng)
6.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
 

6.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
 

6.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)
 

6.4.4消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)
 

7 結(jié)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(biāo)準(zhǔn)運行工況下的碳排放量，可進一步采取相關(guān)節(jié)能減排措施降低碳排放。對學(xué)校內(nèi)的建筑物運行、設(shè)施設(shè)備維護、水電能源消耗,提供了有力支撐，實現(xiàn)了節(jié)能降耗及運行維護的有機結(jié)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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