低碳經濟背景下高校能源管理平台的應用研究

摘要：聯合國大會(hui) 宣布中國碳達峰及碳中和時間表，中國的承諾開啟了一個(ge) 新時代，整個(ge) 能源體(ti) 係、經濟體(ti) 係和技術創新體(ti) 係都以碳中和為(wei) 目標，實現綠色轉型。將信息技術與(yu) 建築物運行能源管理相結合,是降低建築物生命周期內(nei) 碳排放量的有利探索方向之一。本文對能源信息化平台展開探析，尋找典型校園節能減排的方法，為(wei) 我國綠色轉型登上一個(ge) 新的台階帶來促進作用。
關(guan) 鍵詞：能源管理 低碳 信息化 校園節能

1引言
  我國於(yu) 2012年起，由教育部發文提出教育信息化的10年建設規劃,希望通過整合各類教育信息平台,建立涵蓋全國的各級別和類型學校的教育管理信息係統。隨著互聯網技術發展及5G信息網絡搭建，教育信息化建設在近年跳躍式發展。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，形成教育係統數據目錄，其中數據可溯源,可有序共享。在信息管理係統推陳出新的同時，校園能源管理也遇到了新的挑戰。據教育部《2019年全國教育事業(ye) 發展統計公報》統計，截至2019年底，全國各類高等教育在學總規模4002萬(wan) 人，普通高等學校校均規模11 260人。近幾年高校年總能耗已約為(wei) 全國生活消費總能耗的10%。高校是肩負教育、科研和社會(hui) 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,隨著互聯網發展和信息化平台的普及，高校對信息化平台的需求隨之提高。據統計建築運行階段碳排放量占全國碳排放比重約21.9%,這使得建設節約型校園過程中,能源管理成為(wei) 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(yi) 。中國在國際社會(hui) 上宣布碳達峰和碳中和的時間節點後，高校作為(wei) 重要的社會(hui) 構成之一，節能降耗迫在眉睫。

2應用背景
  由二氧化碳等溫室氣體(ti) 排放引起的氣候變化成為(wei) 21世紀全球人類麵臨(lin) 的挑戰。2018年全球溫室氣體(ti) 排放量約556億(yi) 噸二氧化碳當量，碳排放五的國家排放全球62%的溫室氣體(ti) ，依次為(wei) 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(ti) 的主要排放源,2017年能源活動排放量占全球溫室氣體(ti) 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(wei) 了降低碳排放。
2.1 國際背景
  美國作為(wei) 世界能源消費大國，一直重視對於(yu) 能源利用技術的科學研究。2005年通過了《能源政策法案2005》,通過對能源節約予以立法並嚴(yan) 格執行，為(wei) 能源節約建立法律依據。 又通過《太陽能供暖降溫房屋的建築條例》等政策法規，給節能技術使用者予以減稅優(you) 惠，鼓勵綠色新能源推廣。美國新任總統上任後就簽署行政令重返《巴黎協定》，並計劃
2050年之前實現碳中和目標。德國作為(wei) 歐洲發達國家，自身能源緊缺但能源需求大，因此重視能源利用並製定了完備的節能規範。2002年德國將《建築保溫規範》和《供暖設備條例》等合並，製定出新的建築節能法規《德國節能規範(2002)》。隨後在2004年至2007年，連續4年更新《德國節能規範》修訂版。日本作為(wei) 島國能源資源匱乏，因此一直重視能源利用效率,並因其高效率的能源利用獲得認可。其在2002年公布的《節約能源法（2002）》中設置“製度”，按當前先進的節能水平製定節能指導性標準，並在下一個(ge) 能源法實施周期內(nei) 將指導標準變為(wei) 強製標準⑷。已有44個(ge) 國家和經濟體(ti) 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 典型國家或地區碳達峰及碳中和時間表
 

2.2 國內(nei) 背景
  在2020年9月出席第七十五屆聯合國大會(hui) 一般性辯論會(hui) 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(zheng) 於(yu) 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(ge) 新時代，整個(ge) 能源體(ti) 係、經濟體(ti) 係和技術創新體(ti) 係都將以碳中和為(wei) 目標，實現綠色轉型叫美國、德國、日本等發達國家更早地實現了工業(ye) 化和城市化，已經實現了碳達峰並進入下行通道，而中國仍處於(yu) 碳排放增長區間內(nei) 。盡管麵臨(lin) 諸多困難，但在國家政策支持下，在全社會(hui) 達成共識下,在綠色低碳技術迅速發現下，中國有信心在承諾時間內(nei) 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築領域和信息技術領域。建築領域中包括節能改造、零碳供冷暖建築、電氣化和多能源互補係統。2019年中國建築節能協會(hui) 能耗統計委員會(hui) 測算，中國建築業(ye) 碳排放量仍在增加，預計高峰時間在2039年左右。2018年建築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(ye) 供暖及製冷冋。電氣化是實現建築零碳排放的第一步，目前國內(nei) 製冷、照明、家用電器已經全麵電氣化。為(wei) 了使建築物的排放接近於(yu) 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築、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(hui) .它可以助力各行業(ye) 的碳減排和碳中和。有可能在未來10年內(nei) 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、區塊鏈等技術結合能源、建築、交通、工業(ye) 、農(nong) 業(ye) 等行業(ye) ，均可推廣應用場景以減少碳排放。因此將信息技術與(yu) 建築物運行能源管理相結合，是降低建築物生命周期內(nei) 碳排放量的有利探索方向之一。

3 應用分析
  高校信息化開始於(yu) 20世紀80年代中期，早期從(cong) 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並與(yu) 數字校園門戶整合。近年來基於(yu) 無線網及4G網絡的校園門戶網站內(nei) 的業(ye) 務與(yu) 服務開始整合，並向手機等移動辦公設備覆蓋。2018年4月，教育部發布《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(ti) 學校,隨之發展基於(yu) 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(wei) 貫徹落實《國務院關(guan) 於(yu) 印發節能減排綜合性工作方案的通知》精神，發布《教育部關(guan) 於(yu) 開展節能減排學校行動的
通知》，啟動“節能減排學校行動”。行動從(cong) 節能減排措施、節能環境教育、節能主題宣傳(chuan) 、節能社會(hui) 實踐等各個(ge) 方麵開展。2013年《教育部關(guan) 於(yu) 勤儉(jian) 節約辦教育建設節約型校園的通
知》發布，再次強調建設節約型校園的重要意義(yi) ，要求抓關(guan) 鍵環節實行精細化管理，加強校園供暖、空調、照明等主要用能設備維護管理，強化節能措施冋。近年來國內(nei) 大部分高等院校都建立能源管理信息化平台，以校園園區作為(wei) 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(chan) 、生活功能齊全，各類能耗消耗關(guan) 係複雜;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(yang) 和科學研究，但對校園能源使用及成本核算意識較為(wei) 淡薄。
4 安科瑞電氣針對高校能源管理推出能效管理解決(jue) 方案--AcrelEMS -EDU校園綜合能效管理平台
4.1平台概述
  AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決(jue) 方案針對校園能源統計、後勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平台。從(cong) “源、網、荷、儲(chu) 、充”多個(ge) 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，實現節能校園、綠色校園、低碳校園。

4.2平台組成
  AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平台采用開放的分層分布式網絡結構，主要由設備層、傳(chuan) 輸層、數據層、應用層組成。    AcrelEMS-EDU高校綜合能效平台提供校園用能實時在線監控、能耗數據統計分析、空調智能管理、用能排名、節能評估、宿舍惡性負載監管等功能。
4.3平台架構

圖1 安科瑞能效管理方案架構拓撲

5 高校綜合能效解決(jue) 方案
5.1校園18luck新客户端與(yu) 運維

  集成設備所有數據，綜合分析、協同控製、優(you) 化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動運維， 班組重新優(you) 化整合，減少人力配置。

5.2後勤計費管理
  采用先進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(yang) 用能群體(ti) 和部門的節能意識。
5.2.1宿舍用電管理
  針對學生宿舍用電進行管理控製：可批量下發基礎用電額度和定時通斷功能；
  可進行惡性負載識別，檢測違規電氣，並可獲取違規用電跳閘記錄。

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(ge) 體(ti) 的水電用能進行預付費管理

5.2.3充電樁管理平台
  充電樁在“源、網、荷、儲(chu) 、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測，提供對路燈靈活智能的管理，實現校園內(nei) 任一線路，任一個(ge) 路燈的定時 開關(guan) 、強製開關(guan) 、亮度調節，以及定時控製方案靈活設置，確保路燈照明的智能控製和高效節能。

5.3能源管理係統
     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、環比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
    按校園建築的分類進行采集和統計的各類建築耗電數據。如辦公類建築耗電、教學類建築耗電、學生宿舍耗電等，對數據分門別類的分析，提供領導決(jue) 策，提高管理效能。
    構建符合校園節能監管內(nei) 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、圖表以及係統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態，設置控製策略，達到節能目的。

5.4智慧消防係統
  智慧消防雲(yun) 平台基於(yu) 物聯網、大數據、雲(yun) 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，並對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過雲(yun) 平台進行數據分析、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”、“係統化”需求。從(cong) 火災預防，到火情報警，再到控製聯動，在統一的係統大平台內(nei) 運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平台直觀地看到每一棟建築物中各類消防設備和傳(chuan) 感器的運行狀況，並能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nei) ，相關(guan) 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(guan) 人員。

6 平台部署硬件選型
6.118luck新客户端與(yu) 運維平台
 

6.2後勤計費管理
6.2.1宿舍/商業(ye) 預付費平台
 

6.2.2充電樁管理平台
 

6.2.3智能照明管理
 

6.3能源管理係統
 

6.4智慧消防係統
6.4.1電氣火災監控係統
 

6.4.2消防設備電源監控係統
 

6.4.3防火門監控係統
 

6.4.4消防應急照明和疏散指示係統
 

7 結束語
  通過高校綜合能源監管信息平台的使用, 可以更加方便快捷地尋找到既有建築節能普遍規律及改造方向。對於(yu) 投入使用一年的建築，通過計算分析建築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(guan) 節能減排措施降低碳排放。對學校內(nei) 的建築物運行、設施設備維護、水電能源消耗,提供了有力支撐，實現了節能降耗及運行維護的有機結合。進一步挖掘信息平台的運用方法，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。

安科瑞侯文莉