李蘭云 河南科技學(xué)院

一、引言

在全世界對于能源需求越來越緊張，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型越來越緊迫的今天，企業(yè)能源管理的地位越來越突出。黨的十九大報告指出：要“推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系”，有效的能源管理可以降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源，符合國內(nèi)當(dāng)前節(jié)能減排的目標(biāo)。

云能效是基于云架構(gòu)，一站整合應(yīng)用、分析與服務(wù)的集團(tuán)級能源管理平臺，融合了數(shù)據(jù)采集和分析、設(shè)備設(shè)施優(yōu)化管理、測量與驗(yàn)證等核心功能模塊。以電、水、熱、氣等多種能源介質(zhì)數(shù)據(jù)，以及天氣、價格等有價值的信息為數(shù)據(jù)源，網(wǎng)頁端與手機(jī)端協(xié)同工作，為用戶提供能源信息的存儲和展示、智能指標(biāo)預(yù)測、智能能效診斷、節(jié)能量測量與驗(yàn)證、智能篩選最佳方案和專家顧問分析服務(wù)，助力 企業(yè)持續(xù)挖掘節(jié)能潛力，制定有效節(jié)能策略，達(dá)成節(jié)能降耗的目標(biāo)。

二、云能效系統(tǒng)

云能效系統(tǒng)是施耐德電氣開發(fā)的一套建筑遠(yuǎn)程云架構(gòu)能源管理系統(tǒng)。以能源托管服務(wù)的形式，為用戶提供基于云平臺的建筑能源信息存儲、展示、計算、分析。云架構(gòu)使該系統(tǒng)具有規(guī)模性、經(jīng)濟(jì)性和專業(yè)性。使用云能效系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)：

（1）掌握建筑耗能狀況：能源消耗的數(shù)量與構(gòu)成、分布與流向；

（2）了解建筑用能水平：能源利用損失情況、設(shè)備效率、能源利用率、綜合能耗；

（3）找出建筑能耗問題：管理、設(shè)備、工藝操作中的能源浪費(fèi)問題；

（4）查清建筑節(jié)能潛力：節(jié)能增效的數(shù)量、品種、參數(shù)、性質(zhì)；

（5）核算建筑節(jié)能效果：技術(shù)改進(jìn)、設(shè)備更新、管理節(jié)能等的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能量；

（6）明確建筑節(jié)能方向：設(shè)備改造、行為規(guī)范、用能規(guī)范和制度的建立等。

云能效系統(tǒng)是一個安全的、基于云平臺的能源管理系統(tǒng)，它的系統(tǒng)架構(gòu)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)三個層次：

（1）數(shù)據(jù)采集：無縫集成各種來源的數(shù)據(jù)，通過有線或3G網(wǎng)絡(luò)接受來自數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)通過特定數(shù)據(jù)格式上傳的文件；可以通過OPC、OLEDB、Web service等接口接受第三方系統(tǒng)的特定數(shù)據(jù)格式的文件。

（2）數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)存儲在云端，用人工智能的方式處理大數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等方式分析數(shù)據(jù)最具價值的信息。

（3）數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：隨時隨地通過Web和Mobile將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給不同級別權(quán)限的用戶，并進(jìn)行控制訪問。

三、云能效技術(shù)方案

本方案依托先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，摒棄傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜的特性，化繁為簡，本著先進(jìn)、可靠、高效、低成本的原則進(jìn)行設(shè)計，確保系統(tǒng)架構(gòu)橫向擴(kuò)充靈活便利，縱向架構(gòu)穩(wěn)定可靠。

方案采用施耐德電氣數(shù)字化能效管理平臺（以下簡稱“云能效”或“平臺”），通過標(biāo)準(zhǔn)化接口和協(xié)議，采集已部署在本地的樓宇管理系統(tǒng)或能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，傳送至數(shù)字化能效管理服務(wù)平臺。在平臺端對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、存儲、配置、診斷、計算等處理后，可通過網(wǎng)頁或移動客戶端實(shí)現(xiàn)與設(shè)備現(xiàn)場及運(yùn)維人員之間的互動。整體上可通過對能效數(shù)據(jù)、關(guān)鍵設(shè)備、人員操作、環(huán)境參量等數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析，追蹤和可視化，提供低成本、可靠、高效的能效分析、管理、優(yōu)化工具。

（一）方案功能特點(diǎn)

云能效是基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)開發(fā)的集團(tuán)級能效管理平臺，能夠覆蓋集團(tuán)、公司、分公司以及下屬用能單位的多層級復(fù)雜能源架構(gòu)，云能效的數(shù)據(jù)層能夠打通與能源相關(guān)的多個子系統(tǒng)（包括樓宇自動化系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、冷機(jī)群控系統(tǒng)等）的數(shù)據(jù)交互通道，采集各個子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

云能效能夠基于大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行能源數(shù)據(jù)的綜合分析和智能診斷，能夠根據(jù)用戶實(shí)際情況設(shè)定用能指標(biāo)并進(jìn)行預(yù)測和分析，并通過節(jié)能方案的方式給出診斷分析結(jié)果的改進(jìn)建議；同時能夠?qū)Ρ粓?zhí)行的節(jié)能方案進(jìn)行跟蹤和分析，甄別最佳的節(jié)能方案，并且能驗(yàn)證節(jié)能效果。

該平臺具有以下特點(diǎn)：

（1）安全性

①平臺具備完備的安全性，滿足《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》的要求、具備ISO 27001信息安全管理體系認(rèn)證，CSA-STAR云安全體系認(rèn)證及公安部等保三級認(rèn)證。

②本地系統(tǒng)和云端系統(tǒng)之間設(shè)置堡壘機(jī)、防火墻、主機(jī)安全、WAF、日志管理、態(tài)勢感知等措施以保證云端平臺安全。

③數(shù)據(jù)和傳輸接口符合MQTT（TLS）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，傳輸過程嚴(yán)格加密，采用的技術(shù)和保密級別高于同級別國家數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)。

④系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備在設(shè)計時遵循SDL（軟件安全開發(fā)周期），在軟件開發(fā)全生命周期滿足安全要求，可有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)攻擊和病毒入侵。

（2）穩(wěn)定性

①平臺支持全年7 X 24小時不間斷運(yùn)行。

②提供標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)穩(wěn)定性（SLA）協(xié)議。

③支持高容錯能力，一般小的故障不會引起各類嚴(yán)重的系統(tǒng)再啟動。

④支持“熱插拔”能力，一般性的平臺應(yīng)用版本的更新和發(fā)布，不會造成能源管理平臺的長時間停機(jī)或中斷。

⑤平臺支持自動或者人工與自動結(jié)合的數(shù)據(jù)維護(hù)能力，能夠?qū)尤肫脚_內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行7×24小時的監(jiān)測，對異常數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行自動干預(yù)，或者通過郵件提示提醒人工處理。

（3）易用性

①平臺支持中文和英文雙語版本。

②平臺能夠支撐海量數(shù)據(jù)存儲和多并發(fā)用戶訪問能力。

③平臺支持瀏覽器和移動APP兩種訪問方式，依據(jù)功能及數(shù)據(jù)權(quán)限的不同，訪問內(nèi)容也不同。

④平臺具備良好的易用性，不需要編輯代碼，僅需進(jìn)行必要的配置即可快速投用。

（4）擴(kuò)展性

①平臺支持通過充分利用硬件設(shè)施資源，如CPU、內(nèi)存、存儲以及虛擬化技術(shù)等，并可以隨著這些資源的增加相應(yīng)提高系統(tǒng)的處理能力。

②平臺支持充分的橫向擴(kuò)展能力，能夠便捷的增加傳感器、儀表、系統(tǒng)軟件以及通訊網(wǎng)關(guān)或者接口程序以便進(jìn)行集團(tuán)項(xiàng)目的橫向擴(kuò)展。

③平臺支持在擴(kuò)容過程中，繼承已完成調(diào)試的集成工作和歷史數(shù)據(jù)。

（5）開放性

平臺支持充分的開放性，能夠良好的兼容符合國際或者國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的第三方設(shè)備或者系統(tǒng)。

（二）數(shù)據(jù)接入

商業(yè)建筑所消耗的能源具有多樣性和復(fù)雜性。多樣性體現(xiàn)在建筑內(nèi)部會涉及多種能源介質(zhì)，例如電能、空調(diào)冷量、供暖熱量、用水量和室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量參數(shù)等。在當(dāng)前的建筑設(shè)計過程中，不同的能源一般會有智能儀表或?qū)Ｓ玫墓芾硐到y(tǒng)進(jìn)行分項(xiàng)監(jiān)測或計費(fèi)。智能儀表包括有電表、水表、蒸汽表、冷/熱量表、天然氣表等；管理系統(tǒng)包括電力監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、冷熱源系統(tǒng)、電梯及供排水系統(tǒng)，抄表計費(fèi)系統(tǒng)等。

對于具體項(xiàng)目，將根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行初步系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。通常將通過OPC UA/DA，BACnet，Modbus等標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約及常見接口方式，從現(xiàn)有的樓宇自控系統(tǒng)、冷機(jī)控制系統(tǒng)、能耗系統(tǒng)采集并將數(shù)據(jù)傳輸至能源管理系統(tǒng)。

（三）能源數(shù)據(jù)加工

平臺從能源數(shù)據(jù)層收集相關(guān)數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理并存入數(shù)據(jù)庫。同時平臺通過預(yù)設(shè)的計算模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，并將分析計算結(jié)果推送給用戶。

云能效平臺完全部署在云服務(wù)器端。相比于傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)，云能效系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以根據(jù)用戶的不同需求，提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)整合能力，海量的存儲空間以及彈性計算的能力。能源信息可以用于追溯長歷史周期的數(shù)據(jù)，提供更好的交互可讀性，使管理用戶的能源管理工作順利開展并保持高效。

（四）能效服務(wù)視窗

經(jīng)過平臺對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，分析和計算處理之后，用戶可以由各種方式登陸系統(tǒng)，在任何時間任何地點(diǎn)都能及時準(zhǔn)確的掌控能耗情況。

云能效系統(tǒng)為用戶提供豐富而強(qiáng)大的用戶界面和控制面板，包括：指標(biāo)報表、節(jié)能方案、節(jié)能效果、智能診斷、數(shù)據(jù)分析以及客戶配置等功能。

四、云能效系統(tǒng)在企業(yè)中的應(yīng)用

某全球汽車配件制造商搭建了亞太區(qū)能源管理系統(tǒng)，將亞太區(qū)的工廠數(shù)據(jù)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行集團(tuán)化管理，現(xiàn)已有5家亞太區(qū)工廠系統(tǒng)搭建完畢，未來會有3家工廠陸續(xù)接入。云能效系統(tǒng)為其提供能源數(shù)據(jù)管理，自上而下分解集團(tuán)目標(biāo)至工廠，同尺度排名讓目標(biāo)管理清晰統(tǒng)一，智能呈現(xiàn)目標(biāo)完成情況，實(shí)時掌握能源使用狀態(tài)；提供智能解決方案，人工智能診斷模塊精準(zhǔn)定位數(shù)百種能效問題，快速直達(dá)的針對方案，助力問題解決，投資回報率、投資金額、節(jié)約成本等關(guān)鍵信息為決策提供依據(jù)；提供方案全生命周期管理，web端與app協(xié)同工作，方案分配到人，讓執(zhí)行更高效，線上線下互動，全程追蹤智能計算節(jié)能量，動態(tài)呈現(xiàn)方案效果，成本降低實(shí)時可見。

某全球電子制造業(yè)供應(yīng)商在亞太區(qū)7座工廠電力消耗為10.15億千瓦時/年，電力消耗的能源成本高達(dá)1.3億美元/年。采用云能效系統(tǒng)之后，總節(jié)電率達(dá)到了7.36%，節(jié)電量7468萬千瓦時，企業(yè)節(jié)省了巨大的成本。類似的企業(yè)還有很多。

五、小結(jié)

云能效技術(shù)融合了數(shù)據(jù)采集和分析、設(shè)備設(shè)施優(yōu)化管理、測量與驗(yàn)證等核心功能模塊。實(shí)現(xiàn)能源信息的存儲和展示、智能指標(biāo)預(yù)測、能效診斷、專家顧問分析服務(wù)，助力企業(yè)持續(xù)挖掘節(jié)能潛力，制定有效節(jié)能策略。通過專業(yè)診斷算法模塊，幫助客戶用更少的時間和投入，換來更多的能源成本節(jié)約和管理效率提升。總之，云能效技術(shù)為企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排提供了一種切實(shí)可行的新途徑。