低碳經(jīng)濟(jì)背景下高校能源管理平臺(tái)的應(yīng)用研究

摘要：聯(lián)合國大會(huì)宣布中國碳達(dá)峰及碳中和時(shí)間表，中國的承諾開啟了一個(gè)新時(shí)代，整個(gè)能源體系、經(jīng)濟(jì)體系和技術(shù)創(chuàng)新體系都以碳中和為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型。將信息技術(shù)與建筑物運(yùn)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(duì)能源信息化平臺(tái)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(gè)新的臺(tái)階帶來促進(jìn)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(tái),建立涵蓋全國的各級(jí)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(diǎn)中明確,要進(jìn)一步推進(jìn)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(shí)，校園能源管理也遇到了新的挑戰(zhàn)。

據(jù)教育部《2019年全國教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國各類高等教育在學(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全國生活消費(fèi)總能耗的10%。高校是肩負(fù)教育、科研和社會(huì)服務(wù)重任的基地，也是資源能源消費(fèi)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(tái)的普及，高校對(duì)信息化平臺(tái)的需求隨之提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)建筑運(yùn)行階段碳排放量占全國碳排放比重約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(qiáng)校園供熱、通風(fēng)、空調(diào)、照明等用能設(shè)備維護(hù)管理具有重要意義。中國在國際社會(huì)上宣布碳達(dá)峰和碳中和的時(shí)間節(jié)點(diǎn)后，高校作為重要的社會(huì)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(jì)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(dòng)是全球溫室氣體的主要排放源,2017年能源活動(dòng)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(shí)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(fèi)大國，一直重視對(duì)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(duì)能源節(jié)約予以立法并嚴(yán)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(lì)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(jì)劃
2050年之前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

德國作為歐洲發(fā)達(dá)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(rèn)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(jìn)的節(jié)能水平制定節(jié)能指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，并在下一個(gè)能源法實(shí)施周期內(nèi)將指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)變?yōu)閺?qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)⑷。全球已有44個(gè)國家和經(jīng)濟(jì)體在2020年底之前宣布碳中和目標(biāo)時(shí)間，部分國家碳中和目標(biāo)時(shí)間圖1所示。

圖1 典型國家或地區(qū)碳達(dá)峰及碳中和時(shí)間表

2.2 國內(nèi)背景
國家領(lǐng)導(dǎo)人在2020年9月出席第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論會(huì)時(shí)宣布，中國將提高國家自主貢獻(xiàn)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(dá)峰.2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和,典型國家碳達(dá)峰及碳中和時(shí)間如圖2所示。 中國的承諾開啟了一個(gè)新時(shí)代，整個(gè)能源體系、經(jīng)濟(jì)體系和技術(shù)創(chuàng)新體系都將以碳中和為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型叫美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家更早地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化和城市化，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰并進(jìn)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(huì)達(dá)成共識(shí)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

2.3 技術(shù)背景
實(shí)現(xiàn)碳中和的八大重點(diǎn)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(bǔ)系統(tǒng)。2019年中國建筑節(jié)能協(xié)會(huì)能耗統(tǒng)計(jì)委員會(huì)測(cè)算，中國建筑業(yè)碳排放量仍在增加，預(yù)計(jì)高峰時(shí)間在2039年左右。2018年建筑運(yùn)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(shí)現(xiàn)建筑零碳排放的第一步，目前國內(nèi)制冷、照明、家用電器已經(jīng)全面電氣化。

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(huì).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(chǎng)景以減少碳排放。因此將信息技術(shù)與建筑物運(yùn)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(jì)80年代中期，早期從普及電腦操作到第一代校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，中期校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋率及網(wǎng)速升級(jí)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(jī)等移動(dòng)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(dòng)計(jì)劃》，預(yù)計(jì)2022年基本實(shí)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(shí)《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(dòng)的
通知》，啟動(dòng)“節(jié)能減排學(xué)校行動(dòng)”。行動(dòng)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(huì)實(shí)踐等各個(gè)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(qiáng)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(shí)行精細(xì)化管理，加強(qiáng)校園供暖、空調(diào)、照明等主要用能設(shè)備維護(hù)管理，強(qiáng)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(tái)，以校園園區(qū)作為高校能源消耗及管理邊界進(jìn)行分析，其具有以下典型特點(diǎn)：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(dòng)具備固定流動(dòng)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(duì)校園能源使用及成本核算意識(shí)較為淡薄。

4 安科瑞電氣針對(duì)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(tái)
4.1平臺(tái)概述
AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對(duì)校園能源統(tǒng)計(jì)、后勤計(jì)費(fèi)管理、校園運(yùn)維管理等提供高校的信息化管理平臺(tái)。從“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充”多個(gè)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(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)、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(shí)現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。

4.2平臺(tái)組成
AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺(tái)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(tái)提供校園用能實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、空調(diào)智能管理、用能排名、節(jié)能評(píng)估、宿舍惡性負(fù)載監(jiān)管等功能。
4.3平臺(tái)架構(gòu)

圖1 安科瑞能效管理方案架構(gòu)拓?fù)?/p>

5 高校綜合能效解決方案
5.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)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(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動(dòng)運(yùn)維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

5.2后勤計(jì)費(fèi)管理
采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計(jì)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(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。
5.2.1宿舍用電管理
針對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；
可進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別，檢測(cè)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(fèi)
針對(duì)校園超市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理

5.2.3充電樁管理平臺(tái)
充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、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(duì)高校路燈的全局監(jiān)測(cè)，提供對(duì)路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)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(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)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(duì)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(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測(cè)能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

5.4智慧消防系統(tǒng)
智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)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(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)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(dá)相關(guān)人員。

6 平臺(tái)部署硬件選型
6.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺(tái)

6.2后勤計(jì)費(fèi)管理
6.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費(fèi)平臺(tái)

6.2.2充電樁管理平臺(tái)

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(tái)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(duì)于投入使用一年的建筑，通過計(jì)算分析建筑固有的碳排放量和標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況下的碳排放量，可進(jìn)一步采取相關(guān)節(jié)能減排措施降低碳排放。對(duì)學(xué)校內(nèi)的建筑物運(yùn)行、設(shè)施設(shè)備維護(hù)、水電能源消耗,提供了有力支撐，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗及運(yùn)行維護(hù)的有機(jī)結(jié)合。進(jìn)一步挖掘信息平臺(tái)的運(yùn)用方法，對(duì)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(xiàn)
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審核編輯黃昊宇