大型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電生產(chǎn)基地能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設計與應用

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【摘要】：針對大型公共建筑能耗高且能源管理不合理的問題，利用計算機網(wǎng)絡技術、通訊技術、計量控制技術等信息化技術，實現(xiàn)能源資源分類分項計量和能源資源運行監(jiān)管功能，清晰描述建筑內(nèi)總的用能現(xiàn)狀；實時監(jiān)測各供電回路的電壓、電流和功率等電力參數(shù)，識別有效負荷與無效能耗，從而可通過技術或行為節(jié)能方式，實現(xiàn)建筑的有效節(jié)能。

0    能耗系統(tǒng)的引入背景

        隨著社會的發(fā)展，能源的消耗量也在迅速增長，特別是建筑能耗的增長特別迅速，已經(jīng)成為除工業(yè)、交通外的三大能源消耗。按照當建筑業(yè)的發(fā)展趨勢，在若干年后社會的能源產(chǎn)出將無法滿足能源的需求，所以減小能源的消耗量是個十分重要的且需要盡早解決的問題。在建筑能耗中，大型公共建筑的能源消耗量占據(jù)了很大的份額，雖然其總能耗量遠不如住宅建筑消耗量大，但是單位面積的能耗消耗量十分巨大，所以大型公共建筑的節(jié)能工作具有很大的潛力。大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設使得人們可以充分了解大型公共建筑的能耗使用情況，為提出有效的節(jié)能減排政策與決策奠定基礎，隨著中城市化進程的推進、經(jīng)濟的發(fā)展，我建筑能耗總量呈持續(xù)增長的態(tài)勢，并且增長速度有越來越快的趨勢。如果任由建筑能耗照此速度增長，必然給中能源供應安全帶來大的壓力，因此建筑節(jié)能勢在必行。

1   項目概述

        大型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電生產(chǎn)基地及大型燃氣輪機余熱鍋爐項目位于浙江省杭州市江干區(qū)臨丁路和同協(xié)路交叉口。項目總建筑面積約230200平方米，包括：兩幢兩層高的辦公樓、六幢五層高的生產(chǎn)廠房、兩幢12層高的太陽能鏡場設備裝配車間、幢10層高的太陽能換熱氣裝備車間、幢12層高的污水處理設備裝備車間、幢11層高的工業(yè)機器人裝配車間、幢12層高的鍋爐機器人裝配車間、地下單層車庫，提供停車位1000個,項目總投資100000萬元。

2  能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計

        整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計是以《家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)分項能耗數(shù)據(jù)傳輸技術導則》、《浙江省家機關辦公建筑和大型公共建筑用電分項計量系統(tǒng)設計標準》等相關技術導則為基礎，建設符合用戶實際需求的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)完成了建筑內(nèi)部能耗計量儀表和能耗數(shù)據(jù)采集裝置的安裝，實現(xiàn)從建筑采集能耗數(shù)據(jù)，遠程傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與展示的功能。整個系統(tǒng)包括能耗數(shù)據(jù)的原始采集、能耗數(shù)據(jù)的在線傳輸、能耗數(shù)據(jù)的在線分析診斷等，通過能耗計量裝置的安裝，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的原始采集；通過通訊管理機的安裝，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的在線傳輸；通過能耗數(shù)據(jù)的采集存數(shù)，形成可視化趨勢，確定較高能耗范圍 診斷形成高耗原因；通過后期的配置節(jié)能節(jié)電產(chǎn)品 改進運營管理模式，進行節(jié)能降耗；通過節(jié)能降耗后數(shù)據(jù)對比，查看節(jié)能降耗實施效果。

2.1 能耗數(shù)據(jù)的原始采集

        能耗數(shù)據(jù)的原始采集是整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的基礎，是整個能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本構成元素，指依據(jù)家機關辦公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源種類的劃分，建筑能耗應包括耗電量，耗水量，耗氣量，集中供熱耗熱量，集中供冷耗冷量和其他能源消耗量，分項能耗數(shù)據(jù)是指分類能耗數(shù)據(jù)中的類或多類再細分為若干項。如電能又可以分為4類分項，插座照明用電，空調(diào)用電，特殊用電和動力用電，且每個分項又可再分為若干子項。插座照明用電包括了建筑內(nèi)部主要工作區(qū)域照明，普通設備用電等?？杉毞譃椴遄彰饔秒?，應急照明及走廊用電，室外照明用電三個子項?？照{(diào)用電主要是指為建筑內(nèi)部提供制冷和制熱所消耗的電能，其也包括兩個子項，冷熱站電能使用和空調(diào)末端電能使用。動力用電是為建筑內(nèi)提供動力服務使用的電能，包括電梯用電、水泵用電、通風機用電三個子項。這些分類分項數(shù)據(jù)要在采集器內(nèi)部進行計算和存儲，并定時與數(shù)據(jù)中心建立連接發(fā)送原始數(shù)據(jù)。本建筑中，涉及到的能耗信息主要包括耗電量，按照分類、分項計量系統(tǒng)的設計要求，本建筑中用電計量采用多功能電度表，在各樓層照明配電箱、空調(diào)配電箱、動力配電箱以及其他特殊用電配電箱安裝多功能電表，實現(xiàn)電能的分項采集。

       多功能電表采用交流采樣技術，能分別測量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus-RTU通信協(xié)議，所有多功能電表有功電度計量精度達到0.5級，

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

      數(shù)據(jù)傳輸是指原始分類分項數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集器將能耗原始數(shù)據(jù)從分散分布的建筑群上傳到數(shù)據(jù)中心，并將數(shù)據(jù)進行處理，完成原始數(shù)據(jù)存儲的過程。在該過程中，數(shù)據(jù)采集器將定時采集到的數(shù)據(jù)進行累加，形成可擴展標示語言（XML）格式的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中不僅包含需要上傳的數(shù)據(jù)還包括對應的建筑信息和采集器信息等。采集器還要對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進行加密處理，般采用128位aes加密處理以保證數(shù)據(jù)的安全并進行上傳工作。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡包括現(xiàn)場計量采集裝置與采集器之間的485網(wǎng)絡以及采集器與數(shù)據(jù)中心之間以太網(wǎng)，現(xiàn)場計量采集裝置與采集器之間通過RS-485的總線方式，實現(xiàn)計量采集裝的手拉手式的連接，接入采集器，每路485總線連接計量采集裝置的數(shù)量在20只左右；采集器與數(shù)據(jù)中心之間通過建筑內(nèi)部智能化網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠傳傳輸，整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構如下圖所示：

2.3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能設計

  1） 能耗在線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

       各分項能耗增量應根據(jù)各計量裝置的原始數(shù)據(jù)增量進行數(shù)學計算，同時計算得出分項能耗日結數(shù)據(jù)，分項能耗日結數(shù)據(jù)是某分項能耗在天內(nèi)的增量和當天采集間隔時間內(nèi)的數(shù)據(jù)；根據(jù)分項能耗的日結數(shù)據(jù)，進而計算出逐月、逐年分項能耗數(shù)據(jù)。

  2） 能耗在線監(jiān)測管理軟件架構

      能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)采用C/S（客戶機/服務器）架構的分布式網(wǎng)絡結構，系統(tǒng)采用標準化、網(wǎng)絡化、功能分布的體系結構，且有高度的可靠性和維護方便性 。系統(tǒng)具備軟、硬件的擴充能力，支持系統(tǒng)結構的擴展和功能的升級?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的規(guī)模和特殊需求，充分化網(wǎng)絡各節(jié)點資源和均衡網(wǎng)絡負擔，并便于系統(tǒng)的分階段實施。

3）軟件功能模塊

      按照區(qū)域、部門、用電設備類型進行細分，提供同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)追溯，同時可以提供尖峰平谷各時段用能數(shù)據(jù)和報表，幫助用戶梳理能源賬單明細和制定能源績效考核。

3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設的意義

      大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)是按照家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設的相關技術導則進行設計的個多層次，多功能，跨區(qū)域，可雙向交換信息的復雜系統(tǒng)。通過搭建這樣的能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測建筑的能耗使用情況，通過能耗數(shù)據(jù)的分類分項計算，數(shù)據(jù)的分時統(tǒng)計，公共展示平臺等，能促使家機關辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運行管理水平，為機關制定切實有效的政策和決策提供參考和有力的支持，并過能源綜合管理系統(tǒng)軟件對各電能計量點的用電量實施在線計量、動態(tài)監(jiān)測、集中管理、科學考核，通過有效的末端監(jiān)控管理，綜合性地實現(xiàn)整體節(jié)能，為高能耗建筑的進步節(jié)能改造提供依據(jù)。

作者簡介：繆建梅，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護器的研發(fā)與應用