用于解决企业能源管理的云能效技术

李兰云 河南科技学院

一、引言

在全世界对于能源需求越来越紧张，国内产业结构转型越来越紧迫的今天，企业能源管理的地位越来越突出。党的十九大报告指出：要“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”，有效的能源管理可以降低生产成本，节约能源，符合国内当前节能减排的目标。

云能效是基于云架构，一站整合应用、分析与服务的集团级能源管理平台，融合了数据采集和分析、设备设施优化管理、测量与验证等核心功能模块。以电、水、热、气等多种能源介质数据，以及天气、价格等有价值的信息为数据源，网页端与手机端协同工作，为用户提供能源信息的存储和展示、智能指标预测、智能能效诊断、节能量测量与验证、智能筛选最佳方案和专家顾问分析服务，助力 企业持续挖掘节能潜力，制定有效节能策略，达成节能降耗的目标。

二、云能效系统

云能效系统是施耐德电气开发的一套建筑远程云架构能源管理系统。以能源托管服务的形式，为用户提供基于云平台的建筑能源信息存储、展示、计算、分析。云架构使该系统具有规模性、经济性和专业性。使用云能效系统，可以实现：

（1）掌握建筑耗能状况：能源消耗的数量与构成、分布与流向；

（2）了解建筑用能水平：能源利用损失情况、设备效率、能源利用率、综合能耗；

（3）找出建筑能耗问题：管理、设备、工艺操作中的能源浪费问题；

（4）查清建筑节能潜力：节能增效的数量、品种、参数、性质；

（5）核算建筑节能效果：技术改进、设备更新、管理节能等的经济效益、节能量；

（6）明确建筑节能方向：设备改造、行为规范、用能规范和制度的建立等。

云能效系统是一个安全的、基于云平台的能源管理系统，它的系统架构包含数据采集、数据处理、数据呈现三个层次：

（1）数据采集：无缝集成各种来源的数据，通过有线或3G网络接受来自数据网关通过特定数据格式上传的文件；可以通过OPC、OLEDB、Web service等接口接受第三方系统的特定数据格式的文件。

（2）数据处理：数据存储在云端，用人工智能的方式处理大数据，通过机器学习、数据挖掘等方式分析数据最具价值的信息。

（3）数据呈现：随时随地通过Web和Mobile将数据呈现给不同级别权限的用户，并进行控制访问。

三、云能效技术方案

本方案依托先进的物联网、云计算等技术，摒弃传统系统架构复杂的特性，化繁为简，本着先进、可靠、高效、低成本的原则进行设计，确保系统架构横向扩充灵活便利，纵向架构稳定可靠。

方案采用施耐德电气数字化能效管理平台（以下简称“云能效”或“平台”），通过标准化接口和协议，采集已部署在本地的楼宇管理系统或能源管理系统数据，传送至数字化能效管理服务平台。在平台端对数据进行分类、存储、配置、诊断、计算等处理后，可通过网页或移动客户端实现与设备现场及运维人员之间的互动。整体上可通过对能效数据、关键设备、人员操作、环境参量等数据的采集、存储、分析，追踪和可视化，提供低成本、可靠、高效的能效分析、管理、优化工具。

（一）方案功能特点

云能效是基于云计算、物联网、机器学习等先进技术开发的集团级能效管理平台，能够覆盖集团、公司、分公司以及下属用能单位的多层级复杂能源架构，云能效的数据层能够打通与能源相关的多个子系统（包括楼宇自动化系统、高低压配电系统、智能照明系统、冷机群控系统等）的数据交互通道，采集各个子系统的相关数据。

云能效能够基于大数据、机器学习进行能源数据的综合分析和智能诊断，能够根据用户实际情况设定用能指标并进行预测和分析，并通过节能方案的方式给出诊断分析结果的改进建议；同时能够对被执行的节能方案进行跟踪和分析，甄别最佳的节能方案，并且能验证节能效果。

该平台具有以下特点：

（1）安全性

①平台具备完备的安全性，满足《中华人民共和国网络安全法》的要求、具备ISO 27001信息安全管理体系认证，CSA-STAR云安全体系认证及公安部等保三级认证。

②本地系统和云端系统之间设置堡垒机、防火墙、主机安全、WAF、日志管理、态势感知等措施以保证云端平台安全。

③数据和传输接口符合MQTT（TLS）标准协议，传输过程严格加密，采用的技术和保密级别高于同级别国家数据安全标准。

④系统中的关键设备在设计时遵循SDL（软件安全开发周期），在软件开发全生命周期满足安全要求，可有效规避网络攻击和病毒入侵。

（2）稳定性

①平台支持全年7 X 24小时不间断运行。

②提供标准服务稳定性（SLA）协议。

③支持高容错能力，一般小的故障不会引起各类严重的系统再启动。

④支持“热插拔”能力，一般性的平台应用版本的更新和发布，不会造成能源管理平台的长时间停机或中断。

⑤平台支持自动或者人工与自动结合的数据维护能力，能够对接入平台内的数据进行7×24小时的监测，对异常数据能够进行自动干预，或者通过邮件提示提醒人工处理。

（3）易用性

①平台支持中文和英文双语版本。

②平台能够支撑海量数据存储和多并发用户访问能力。

③平台支持浏览器和移动APP两种访问方式，依据功能及数据权限的不同，访问内容也不同。

④平台具备良好的易用性，不需要编辑代码，仅需进行必要的配置即可快速投用。

（4）扩展性

①平台支持通过充分利用硬件设施资源，如CPU、内存、存储以及虚拟化技术等，并可以随着这些资源的增加相应提高系统的处理能力。

②平台支持充分的横向扩展能力，能够便捷的增加传感器、仪表、系统软件以及通讯网关或者接口程序以便进行集团项目的横向扩展。

③平台支持在扩容过程中，继承已完成调试的集成工作和历史数据。

（5）开放性

平台支持充分的开放性，能够良好的兼容符合国际或者国内相关标准的第三方设备或者系统。

（二）数据接入

商业建筑所消耗的能源具有多样性和复杂性。多样性体现在建筑内部会涉及多种能源介质，例如电能、空调冷量、供暖热量、用水量和室内外环境质量参数等。在当前的建筑设计过程中，不同的能源一般会有智能仪表或专用的管理系统进行分项监测或计费。智能仪表包括有电表、水表、蒸汽表、冷/热量表、天然气表等；管理系统包括电力监控系统、楼宇自控系统、冷热源系统、电梯及供排水系统，抄表计费系统等。

对于具体项目，将根据现场实际情况进行初步系统架构设计。通常将通过OPC UA/DA，BACnet，Modbus等标准通讯规约及常见接口方式，从现有的楼宇自控系统、冷机控制系统、能耗系统采集并将数据传输至能源管理系统。

（三）能源数据加工

平台从能源数据层收集相关数据后，对数据进行分类整理并存入数据库。同时平台通过预设的计算模型，对数据进行计算处理，并将分析计算结果推送给用户。

云能效平台完全部署在云服务器端。相比于传统的能源管理系统，云能效系统的优势在于可以根据用户的不同需求，提供强大的数据整合能力，海量的存储空间以及弹性计算的能力。能源信息可以用于追溯长历史周期的数据，提供更好的交互可读性，使管理用户的能源管理工作顺利开展并保持高效。

（四）能效服务视窗

经过平台对能源数据进行存储，分析和计算处理之后，用户可以由各种方式登陆系统，在任何时间任何地点都能及时准确的掌控能耗情况。

云能效系统为用户提供丰富而强大的用户界面和控制面板，包括：指标报表、节能方案、节能效果、智能诊断、数据分析以及客户配置等功能。

四、云能效系统在企业中的应用

某全球汽车配件制造商搭建了亚太区能源管理系统，将亚太区的工厂数据能源数据进行集团化管理，现已有5家亚太区工厂系统搭建完毕，未来会有3家工厂陆续接入。云能效系统为其提供能源数据管理，自上而下分解集团目标至工厂，同尺度排名让目标管理清晰统一，智能呈现目标完成情况，实时掌握能源使用状态；提供智能解决方案，人工智能诊断模块精准定位数百种能效问题，快速直达的针对方案，助力问题解决，投资回报率、投资金额、节约成本等关键信息为决策提供依据；提供方案全生命周期管理，web端与app协同工作，方案分配到人，让执行更高效，线上线下互动，全程追踪智能计算节能量，动态呈现方案效果，成本降低实时可见。

某全球电子制造业供应商在亚太区7座工厂电力消耗为10.15亿千瓦时/年，电力消耗的能源成本高达1.3亿美元/年。采用云能效系统之后，总节电率达到了7.36%，节电量7468万千瓦时，企业节省了巨大的成本。类似的企业还有很多。

五、小结

云能效技术融合了数据采集和分析、设备设施优化管理、测量与验证等核心功能模块。实现能源信息的存储和展示、智能指标预测、能效诊断、专家顾问分析服务，助力企业持续挖掘节能潜力，制定有效节能策略。通过专业诊断算法模块，帮助客户用更少的时间和投入，换来更多的能源成本节约和管理效率提升。总之，云能效技术为企业实现节能减排提供了一种切实可行的新途径。