易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要 在國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下，高校作為社會能源消耗的重要主體，亟需構(gòu)建智慧化能源管理體系以推動綠色低碳發(fā)展。本文基于安科瑞電氣股份有限公司提出的校園智慧能源系統(tǒng)解決方案，結(jié)合政策背景、技術(shù)架構(gòu)與典型案例，系統(tǒng)分析了傳統(tǒng)能源管理模式的痛點，提出了多階段分層的智慧能源管理平臺建設(shè)路徑。通過集成物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，該方案實現(xiàn)了校園能源數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、智能分析與動態(tài)優(yōu)化，覆蓋電力、照明、空調(diào)、用水等多個子系統(tǒng)。實際應(yīng)用案例表明，該系統(tǒng)可降低校園運營成本10%以上，并顯著提升能源安全性與管理效率，為高校能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)制的實踐范式。

1. 引言

隨著《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》與《綠色低碳發(fā)展國民教育體系建設(shè)實施方案》等政策的出臺，高校被明確要求建立能耗監(jiān)測體系，推動能源管理智能化。當(dāng)前，高校普遍面臨建筑規(guī)模大、用能場景復(fù)雜、能耗監(jiān)管粗放等問題，傳統(tǒng)能源管理模式存在數(shù)據(jù)孤島、響應(yīng)滯后、人工依賴度高、安全隱患多等缺陷。在此背景下，基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧能源管理系統(tǒng)成為破解高校能源管理困境的關(guān)鍵路徑。本文以安科瑞電氣股份有限公司開發(fā)的智慧能源管理平臺為核心，探討其技術(shù)架構(gòu)、功能設(shè)計及實際應(yīng)用價值。

2. 客戶痛點分析

2.1 傳統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的局限性

信息孤島嚴(yán)重：電力監(jiān)控、空調(diào)控制、消防報警等子系統(tǒng)獨立運行，數(shù)據(jù)無法互通，難以實現(xiàn)全局優(yōu)化。

管理效率低下：依賴人工抄表與巡檢，能耗統(tǒng)計滯后，異常響應(yīng)周期長，缺乏實時預(yù)警能力。

安全隱患突出：電氣火災(zāi)、設(shè)備過載等問題難以及時發(fā)現(xiàn)，消防系統(tǒng)獨立運行導(dǎo)致聯(lián)動能力不足。

節(jié)能潛力未釋放：照明、空調(diào)等設(shè)備缺乏精細化調(diào)控策略，公區(qū)長明燈、空調(diào)超低溫運行現(xiàn)象普遍，造成能源浪費。

2.2 高校能源管理的特殊需求

高校建筑類型多樣（教學(xué)區(qū)、宿舍、實驗室等），用能需求差異顯著，需實現(xiàn)分區(qū)、分時、分場景的精準(zhǔn)管理。此外，校園需兼顧安全、節(jié)能與師生體驗，例如宿舍需識別違規(guī)電器并設(shè)置用電配額，實驗室需保障精密儀器供電質(zhì)量。

3. 解決方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)與功能規(guī)劃

安科瑞智慧能源管理平臺采用“感知層-傳輸層-平臺層-應(yīng)用層”四層架構(gòu)（圖1），支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與跨系統(tǒng)協(xié)同：

感知層：部署智能電表、水表、溫濕度傳感器等設(shè)備，實時采集電力、環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

傳輸層：通過5G/局域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效傳輸，支持OPC、Modbus等協(xié)議對接第三方系統(tǒng)。

平臺層：基于云計算與邊緣計算構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，集成MySQL、MongoDB等數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)清洗、存儲與分析。

應(yīng)用層：開發(fā)WEB/APP交互界面，提供能耗監(jiān)測、設(shè)備控制、安全預(yù)警、費用統(tǒng)計等12項核心功能模塊。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)示意圖

3.2 核心子系統(tǒng)設(shè)計

綜合能耗分析系統(tǒng)：基于能耗拓撲、空間拓撲與組織拓撲三維模型，實現(xiàn)分樓宇、分房間的能耗動態(tài)統(tǒng)計與對標(biāo)管理。

宿舍電控計費系統(tǒng)：支持5路獨立計量，識別惡性負載（如電熱毯、電爐），設(shè)置用電額度與定時通斷策略，并與校園一卡通聯(lián)動。

智能照明/空調(diào)群控系統(tǒng)：通過策略下發(fā)（時控、策控、群控）優(yōu)化公區(qū)設(shè)備運行，例如根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)照明亮度，依據(jù)課表控制教室空調(diào)啟停。

電氣安全監(jiān)測系統(tǒng)：集成電氣火災(zāi)監(jiān)控、消防電源監(jiān)測與應(yīng)急疏散指示，實現(xiàn)隱患自動切除與多級報警（短信、微信、平臺彈窗）。

3.3 分階段實施路徑

EMS-EDU 1.0階段：打破信息壁壘，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)基礎(chǔ)監(jiān)控與運維自動化。

EMS-EDU 2.0階段：引入定額管理與能效指標(biāo)，通過AI算法優(yōu)化節(jié)能策略，降低管理能耗。

EMS-EDU 3.0階段：構(gòu)建“源網(wǎng)荷儲”一體化微電網(wǎng)，集成光伏、儲能與充電樁，實現(xiàn)多能互補與碳中和目標(biāo)。

4. 應(yīng)用案例與效益分析

4.1 典型案例

空天信息大學(xué)（新建校區(qū)）：部署35kV變電所監(jiān)控與配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)變壓器狀態(tài)實時評估與非電參量（煙感、水浸）聯(lián)動報警，年節(jié)省運維成本15%。

西交利物浦大學(xué)：通過LEED金級認證的智慧校園中，平臺集成電力監(jiān)控與能耗分析模塊，使公共區(qū)域照明能耗降低22%。

吉首大學(xué)（改造項目）：建立“一戶一表”定額管理體系，攻克信息孤島問題，數(shù)據(jù)互通支持跨校區(qū)協(xié)同管理，直接節(jié)能效益達12%。

4.2 綜合效益

安全效益：電氣火災(zāi)隱患識別率提升90%，故障響應(yīng)時間縮短至5分鐘內(nèi)。

節(jié)能效益：平均降低校園綜合能耗10%-15%，光伏系統(tǒng)貢獻清潔能源占比超30%。

管理效益：運維人力需求減少40%，能源管理決策效率提升50%。

社會效益：助力高校年均減碳2000噸，為“雙碳”目標(biāo)提供可量化支撐。

5. 結(jié)論與展望

本文提出的校園智慧能源管理系統(tǒng)通過技術(shù)創(chuàng)新與模式重構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)能源管理的痛點，實現(xiàn)了安全、節(jié)能與智能化的統(tǒng)一。未來，隨著數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈技術(shù)的引入，系統(tǒng)可進一步優(yōu)化能源交易與碳足跡追蹤功能。建議高校結(jié)合自身特點分階段實施，同時加強跨學(xué)科合作，將能源數(shù)據(jù)應(yīng)用于教學(xué)科研，深化智慧校園的可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵。

審核編輯 黃宇