易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要 在國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略背景下，高校作為社會(huì)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(dòng)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(diǎn)，提出了多階段分層的智慧能源管理平臺(tái)建設(shè)路徑。通過(guò)集成物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，該方案實(shí)現(xiàn)了校園能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能分析與動(dòng)態(tài)優(yōu)化，覆蓋電力、照明、空調(diào)、用水等多個(gè)子系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用案例表明，該系統(tǒng)可降低校園運(yùn)營(yíng)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(shí)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(guó)民教育體系建設(shè)實(shí)施方案》等政策的出臺(tái)，高校被明確要求建立能耗監(jiān)測(cè)體系，推動(dòng)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(chǎng)景復(fù)雜、能耗監(jiān)管粗放等問(wèn)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(tái)為核心，探討其技術(shù)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2. 客戶痛點(diǎn)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(bào)警等子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，數(shù)據(jù)無(wú)法互通，難以實(shí)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(jì)滯后，異常響應(yīng)周期長(zhǎng)，缺乏實(shí)時(shí)預(yù)警能力。

安全隱患突出：電氣火災(zāi)、設(shè)備過(guò)載等問(wèn)題難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，消防系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行導(dǎo)致聯(lián)動(dòng)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(xì)化調(diào)控策略，公區(qū)長(zhǎng)明燈、空調(diào)超低溫運(yùn)行現(xiàn)象普遍，造成能源浪費(fèi)。

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(shí)驗(yàn)室等），用能需求差異顯著，需實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分時(shí)、分場(chǎng)景的精準(zhǔn)管理。此外，校園需兼顧安全、節(jié)能與師生體驗(yàn)，例如宿舍需識(shí)別違規(guī)電器并設(shè)置用電配額，實(shí)驗(yàn)室需保障精密儀器供電質(zhì)量。

3. 解決方案設(shè)計(jì)

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(tái)采用“感知層-傳輸層-平臺(tái)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(shí)時(shí)采集電力、環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

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

平臺(tái)層：基于云計(jì)算與邊緣計(jì)算構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，集成MySQL、MongoDB等數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清洗、存儲(chǔ)與分析。

應(yīng)用層：開發(fā)WEB/APP交互界面，提供能耗監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、安全預(yù)警、費(fèi)用統(tǒng)計(jì)等12項(xiàng)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(jì)

綜合能耗分析系統(tǒng)：基于能耗拓?fù)?、空間拓?fù)渑c組織拓?fù)淙S模型，實(shí)現(xiàn)分樓宇、分房間的能耗動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)與對(duì)標(biāo)管理。

宿舍電控計(jì)費(fèi)系統(tǒng)：支持5路獨(dú)立計(jì)量，識(shí)別惡性負(fù)載（如電熱毯、電爐），設(shè)置用電額度與定時(shí)通斷策略，并與校園一卡通聯(lián)動(dòng)。

智能照明/空調(diào)群控系統(tǒng)：通過(guò)策略下發(fā)（時(shí)控、策控、群控）優(yōu)化公區(qū)設(shè)備運(yùn)行，例如根據(jù)光照強(qiáng)度自動(dòng)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(cè)系統(tǒng)：集成電氣火災(zāi)監(jiān)控、消防電源監(jiān)測(cè)與應(yīng)急疏散指示，實(shí)現(xiàn)隱患自動(dòng)切除與多級(jí)報(bào)警（短信、微信、平臺(tái)彈窗）。

3.3 分階段實(shí)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(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)監(jiān)控與運(yùn)維自動(dòng)化。

EMS-EDU 2.0階段：引入定額管理與能效指標(biāo)，通過(guò)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(chǔ)”一體化微電網(wǎng)，集成光伏、儲(chǔ)能與充電樁，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)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(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估與非電參量（煙感、水浸）聯(lián)動(dòng)報(bào)警，年節(jié)省運(yùn)維成本15%。

西交利物浦大學(xué)：通過(guò)LEED金級(jí)認(rèn)證的智慧校園中，平臺(tái)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(xiàng)目）：建立“一戶一表”定額管理體系，攻克信息孤島問(wèn)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(dá)12%。

4.2 綜合效益

安全效益：電氣火災(zāi)隱患識(shí)別率提升90%，故障響應(yīng)時(shí)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(xiàn)清潔能源占比超30%。

管理效益：運(yùn)維人力需求減少40%，能源管理決策效率提升50%。

社會(huì)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(guò)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了安全、節(jié)能與智能化的統(tǒng)一。未來(lái)，隨著數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈技術(shù)的引入，系統(tǒng)可進(jìn)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(diǎn)分階段實(shí)施，同時(shí)加強(qiáng)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