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基于綠色船閘的智能能效管理平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

2018-09-14 02:41皓,劉
中國(guó)資源綜合利用 2018年8期
關(guān)鍵詞:船閘能效電能

蒲 皓,劉 轟

(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司,南京 210014)

全球資源與環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重,綠色低碳的發(fā)展方式已成為國(guó)際社會(huì)統(tǒng)一的發(fā)展思路。我國(guó)自然資源緊缺,能源問(wèn)題突出,急需在各領(lǐng)域提倡節(jié)能的理念,并將其迅速推廣至應(yīng)用領(lǐng)域。

黨的十八屆五中全會(huì)把“綠色發(fā)展”作為五大發(fā)展理念之一,倡導(dǎo)在“十三五”期間堅(jiān)持走節(jié)約資源的文明發(fā)展道路。水運(yùn)作為一種低能耗和相對(duì)環(huán)保的交通運(yùn)輸方式,越來(lái)越得到重視。特別是綠色水運(yùn),更是具有可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)內(nèi)涵的航運(yùn)模式。因此,減少船閘在運(yùn)行過(guò)程中的消耗,削減管理運(yùn)營(yíng)的成本,降低船閘運(yùn)行對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成的影響,成為當(dāng)今交通運(yùn)輸領(lǐng)域一個(gè)意義重大的課題。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)

目前,國(guó)內(nèi)在船閘機(jī)電領(lǐng)域?qū)?jié)能技術(shù)的應(yīng)用主要集中在照明設(shè)備的更新或?qū)﹄妱?dòng)機(jī)變頻器、光伏等技術(shù)的引入[1-2]。總體來(lái)說(shuō),尚未形成系統(tǒng)的節(jié)能方案,節(jié)能方式單一,智能化程度低,節(jié)能效果不夠顯著。

2 智能能效管理平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

智能能效管理平臺(tái)針對(duì)船閘主要耗電系統(tǒng)和裝置,利用能源計(jì)量控制設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù),把分散的能源信息(信息孤島)匯總、計(jì)算、分析,從而科學(xué)地挖掘節(jié)能潛力,為領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù),實(shí)現(xiàn)主觀和客觀控制的節(jié)能,最終實(shí)現(xiàn)能源管理、節(jié)能降耗,進(jìn)而降低成本,提高效益。

2.2 功能分析

從功能上分析,智能能效管理平臺(tái)分為能耗監(jiān)測(cè)、節(jié)能評(píng)估、節(jié)能管控和節(jié)能效果分析四個(gè)方面,如圖1所示。

圖1 智能能效管理平臺(tái)功能系統(tǒng)框圖

2.2.1 能耗監(jiān)測(cè)

結(jié)合船閘2.5維圖形實(shí)現(xiàn)主要電力(空調(diào)照明及動(dòng)力等)消耗量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和累計(jì)數(shù)據(jù)的圖形化顯示,功能包括實(shí)時(shí)能耗顯示、實(shí)時(shí)報(bào)警、負(fù)荷曲線。

2.2.2 節(jié)能評(píng)估

利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)節(jié)能評(píng)估(供配電、照明、空調(diào)等系統(tǒng)),為船閘管理者提供節(jié)能決策的支持。功能包括統(tǒng)計(jì)報(bào)表、節(jié)能分析。

2.2.3 智能管控

4.人才不夠。各試點(diǎn)省份稅務(wù)系統(tǒng)公職律師人員普遍不多,且分布不均,一些地市稅務(wù)系統(tǒng)仍舊沒(méi)有合格的公職律師人選。此外,部分具備法律專業(yè)背景的干部缺乏法律服務(wù)工作經(jīng)驗(yàn),法律服務(wù)的技能和水平還有待提高。

借助節(jié)能措施和方案對(duì)船閘電力系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能管理和控制,功能包括管理節(jié)能和設(shè)備節(jié)能。

(1)管理節(jié)能。針對(duì)船閘運(yùn)行特點(diǎn)制定可行的節(jié)能用電計(jì)劃,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)、辦公區(qū)域耗電情況,對(duì)無(wú)需運(yùn)行的設(shè)備、無(wú)人使用的辦公區(qū)采取限電措施,減少能源浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)管理節(jié)能。

(2)設(shè)備節(jié)能。針對(duì)船閘運(yùn)營(yíng)過(guò)程中生產(chǎn)、生活用電設(shè)備的運(yùn)行,利用節(jié)電補(bǔ)償裝置、通信網(wǎng)絡(luò)及節(jié)電管理裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)能。

2.3 設(shè)備節(jié)能解決方案

2.3.1 船閘用電情況分析

根據(jù)多年來(lái)對(duì)船閘運(yùn)營(yíng)的研究經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)分析,船閘運(yùn)營(yíng)過(guò)程中電能消耗的情況為:動(dòng)力約32%,照明約23%,空調(diào)占約37%,其他用電約8%。因此,對(duì)設(shè)備節(jié)能方案的研究重點(diǎn)集中于電能質(zhì)量、動(dòng)力、照明以及空調(diào)用電。

2.3.2 設(shè)備節(jié)能的功能分析

據(jù)以上分析,設(shè)備節(jié)能功能分為四個(gè)核心模塊:電能質(zhì)量?jī)?yōu)化管理、動(dòng)力節(jié)能控制、照明節(jié)能控制和空調(diào)節(jié)能控制。

(1)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化管理。利用能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),通過(guò)智能芯片或遠(yuǎn)程服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理分析,采取適合的技術(shù)措施對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),主要針對(duì)電力系統(tǒng)電壓、電流和功率因素等電能指標(biāo)進(jìn)行綜合管理,提升電能品質(zhì),消除由于電能品質(zhì)不佳產(chǎn)生的浪費(fèi)與損害。

(2)動(dòng)力節(jié)能控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù),經(jīng)智能分析計(jì)算,估算動(dòng)力系統(tǒng)用電的合理需求,與實(shí)際用電情況比較,通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)備的功率,減少能源損耗。

(3)照明節(jié)能控制。針對(duì)生產(chǎn)生活照明,根據(jù)本地日出日落時(shí)間和光照值,采用時(shí)控、光控相結(jié)合的控制方法,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的工作電壓、電流、功率等數(shù)據(jù),由遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行分析,智能調(diào)節(jié)電力參數(shù),控制照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、功率和亮度值。另外,采用能效高的光源和綠色能源供能方案[3]。

(4)空調(diào)節(jié)能控制。在現(xiàn)場(chǎng)裝設(shè)傳感裝置,采集現(xiàn)場(chǎng)溫濕度等數(shù)據(jù),通過(guò)智能管理平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,遠(yuǎn)程通過(guò)控制終端對(duì)空調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,或遠(yuǎn)程設(shè)定溫濕度閾值及開(kāi)啟時(shí)段。

2.3.3 設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵問(wèn)題解決方案

本課題核心在于利用智能能效管理平臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和分析能力,對(duì)各能耗重點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)的調(diào)節(jié)和管理,通過(guò)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)對(duì)不同設(shè)備類型采取相應(yīng)的節(jié)能方案和優(yōu)化手段。

(1)對(duì)電能質(zhì)量的優(yōu)化管理,首要需解決供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集問(wèn)題。通常,船閘設(shè)計(jì)中設(shè)置有電力監(jiān)控系統(tǒng),其監(jiān)控對(duì)象為配電房變配電一次設(shè)備,包括高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、低壓斷路器、變壓器(溫控儀)、發(fā)電機(jī)(控制屏)等。

本能效管理平臺(tái)與電力監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)管控一體化,利用電力監(jiān)控系統(tǒng)已有的軟硬件設(shè)備收集供配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)[4]。

電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響因素有供電電壓、電流以及功率因素等。在電流電壓方面,產(chǎn)生損耗的一個(gè)重要原因是供電系統(tǒng)普遍存在的三相負(fù)荷不平衡。其中不平衡電流的負(fù)序、零序電流嚴(yán)重威脅電力設(shè)備的安全運(yùn)行,加大了設(shè)備的損耗。因此,解決三相平衡問(wèn)題是保證電能質(zhì)量的重要思路。

(2)對(duì)動(dòng)力節(jié)能控制,電機(jī)的啟動(dòng)電流一般為額定電流的4~7倍,啟動(dòng)電流過(guò)大會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,影響電能質(zhì)量,造成損耗,嚴(yán)重還可能損壞設(shè)備,可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用合適的啟動(dòng)模式。

此外,為保證生產(chǎn)的可靠性,機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí),都留有一定的富余量。通常,電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行,除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成電能的浪費(fèi)。動(dòng)力節(jié)能多采用變頻的方法,降低電機(jī)的運(yùn)行速度,使其在恒壓的同時(shí)節(jié)約電能。變頻方案的關(guān)鍵問(wèn)題在于變頻器的參數(shù)設(shè)置,利用智能能效管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析能力,可采用合理算法得出最優(yōu)的運(yùn)行方案。

(3)照明節(jié)能的重點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)光照、電壓、電流等數(shù)據(jù)的收集,運(yùn)用智能能效管理平臺(tái)采用合理算法計(jì)算,以精確的電壓、電流、功率調(diào)整方式控制照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)或亮度值。采用能效高、壽命長(zhǎng)的新型光源是一種合理的節(jié)能措施,而采用綠色能源供能更是照明節(jié)能的關(guān)鍵。目前,最廣泛使用的綠色能源包括光能、風(fēng)能等。

(4)空調(diào)耗電是船閘節(jié)能的重要關(guān)注點(diǎn)。智能能效管理平臺(tái)除根據(jù)時(shí)段設(shè)置控制空調(diào)開(kāi)關(guān)外,還要根據(jù)區(qū)域、環(huán)境溫濕度條件以及人員活動(dòng)情況采取不同的溫控措施,以在滿足人員的舒適度需求的前提下,減少能耗。

3 結(jié)語(yǔ)

智能能效管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路,以響應(yīng)十八屆五中全會(huì)提倡的“綠色發(fā)展”理念為前提,將先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)、船閘機(jī)電系統(tǒng)以及智能大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)緊密相結(jié)合,加大船閘節(jié)能環(huán)保技術(shù)的研究力度,從技術(shù)和管理角度推動(dòng)節(jié)能減排,提高機(jī)電管理效能,保障船閘安全高效生產(chǎn)。這對(duì)于填補(bǔ)該項(xiàng)研究在國(guó)內(nèi)船閘行業(yè)領(lǐng)域的空白,具有很重要的實(shí)際意義。

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