某醫院新區醫院能源管理整體解決方案

項目概況

1.1.  項目背景

隨著“碳達峰、碳中和”、“3060“等成為政府工作主要任務，著力推動實現能源低碳化為保證能源生產和使用的可持續發展，國家多年連續下達相關能效監測、能源管理的政策文件，要求企事業院區通過平臺管理、升級能源采集設備，作好能源精準管控、能耗深度分析，應用能源大數據來響應國家能源管理要求、協助企業發展；通過技術創新，提高能源使用效率，幫助企事業院區實現節能增效、清潔生產的目標。在國家近年提出雙碳目標后，鼓勵企事業院區實現用能監測、設備管理、能效分析和結構優化，構建數字能效，讓數據為節能指明方向，從節約能源、能源充分應用上助力國家低碳發展目標。

1.2.  項目現狀

(1)  項目現階段能源終端設備已安裝，主要分為三個區域，新建1#專用配、新建2#專用配、電井配電，其中包括直流屏、溫控儀、綜保、變壓器后柜內儀表及電井箱內儀表。

(2)  以上各區域內設備通信線均未布設，部分區域如電井內線槽已封閉，且樓層做了相關防火封閉。

(3)  現階段現場未組件智能化的監管系統，設備互相獨立，數據不互通，難以對院區的能耗數據采集、能耗分析、節能減排、運行狀態等方面做到全面監管；

(4)  沒有完善的數據庫，缺少智能分析模型，能耗分析報表缺失，對于能耗管理和決策難以提供可靠的數據支撐。

1.3.  項目建設依據

1）《中華人民共和國節約能源法》；

2）GB 15316-2009《節能監測技術通則》；

3）GB 17167-2006《用能院區能源計量器具配備和管理導則》；

4）《“十四五”推動高質量發展的國家標準體系建設規劃》；

5）《固定資產投資項目節能審查辦法》（國家發改委 2016 年第 44 號令）；

6）《公共機構節能條例》（2017 年修訂版全文（國務院令第 531 號））；

7）GB/T 2589《綜合能耗計算通則》；

8）DL/T698《電能信息采集終端技術規范》；

9）GB/T 29873《能源計量數據公共平臺數據傳輸協議》；

10）GB/T 29618302《場設備工具(FDT)接口規范第302部分:通信行規集成通用工業

協議》。

1.4.  項目建設范圍

項目方案范圍：

1）新建1#專用配

A.  在現有儀表處（256處）加裝邊緣網關，采集設備用電信息。

B.  在直流屏處（1處）加裝邊緣網關，采集直流屏狀態信息。

C.  在綜保處（11處）加裝邊緣網關，采集綜保狀態信息。

D.  在溫控儀處（4處）加裝邊緣網關，采集溫控儀狀態信息。

2）新建1#專用配

A.  在現有儀表處（515處）加裝邊緣網關，采集設備用電信息。

B.  在直流屏處（1處）加裝邊緣網關，采集直流屏狀態信息。

C.  在綜保處（10處）加裝邊緣網關，采集綜保狀態信息。

D.  在溫控儀處（6處）加裝邊緣網關，采集溫控儀狀態信息。

3）電井配電

A.  在1-9#樓合適位置各加裝1臺邊緣網關，采集設備用電信息。

1.5.  建設目標

1）打破信息壁壘，組建統一的能源管控系統，通過能耗分析、用能趨勢分析、能源費用分析、用能預測分析等多重分析功能發現節約空間以及幫助企業降低成本。

2）通過及時發現電能過程中存在的“跑冒滴漏”以及“大馬拉小車”現場，通過分析幫助院方挖掘各生產系統中的節能空間，從而減少能源的使用量。

3）幫助院方從粗放式能源管理形成逐漸高效的能源管理體系，一方面將能耗管理從無序變為有序，從而全面掌握能源的流向和利用效率；另一方面減少一線人員的工作強度，減少人工抄表成本。

2.     系統規劃方案

2.1.  總體規劃思路

過加裝能源智能終端或利用原有的智能儀表，構建能耗管理系統，管理人員可以借助Web客戶端，隨時隨地掌控能耗情況。實現能耗實時精細化管理，分析用戶用能行為，挖掘能耗漏洞和節能潛力。設計系統圖如下：

系統架構圖：網關通過內部網絡（光纖/以太網）通信上電易云工作站。

2.2.  主站設計原則

主控層系統采用基于Client/Server（客戶機/服務器）模式+ Browser/Server（瀏覽器/服務器）模式的分布式網絡結構。系統實現一體化實時監控、綜合診斷分析、可視化報警保護、電能管理、其他可擴展功能，其中：電力監控功能主要進行實時監控，控制命令輸出等功能，因此電力監控對實時性響應要求高，采用C/S構架；故障診斷分析、能耗分析大部分是一些統計數據，是對歷史數據的分析，因此采用B/S構架，兩種構架互為結合、互為補充，從而使得整套系統功能更加完善，使用起來更加合理、方便。

2.3.  數據通信設計原則

通訊管理層配置遵循區域就近的原則，按照各現場設備的分布情況，考慮網絡載荷平均分布及通訊線纜、施工維護等，將整個系統劃分為若干區域，各區域內設備就近接入相應的通訊、網絡設備。同時，通訊管理層的配置充分考慮系統擴容、接口擴展等，預留足夠的通訊接口。

結合院區能源計量點分布情況，對于計量點采用網關通信原則，網關具備以太網通信接口和4G/5G通信能力。在院區內部具備光纖環網時，網關通過以太網方式與本地服務器或云服務器進行通信。

2.4.  現場采集設備設計原則

本方案考慮整個廠區整體用能設備狀態監測。所有改造高低壓回路智能儀表、數據采集裝置等通訊接入系統，其它智能儀表數據采集裝置及其它第三方設備提供標準RS-485通信接口或以太網通訊接口通訊協議給智慧化能源管理系統。

3.     平臺功能架構

能源管理系統分為感知層、數據層、應用層、業務層四級。

感知層：通過配置的各類傳感器，實現對用電回路電氣參數數據采集裝置等實時數據采集、狀態變化報警等監測。

網絡層：對采集的數據進行預處理，包括合理性驗證、完整性統計、有效性識別等，并支持從第三方系統、人工頁面錄入數據、自動文件導入數據等，經過統一處理后，存儲進入緩存與數據庫，供應用層軟件調用。

平臺層：應用先進的平臺技術，將數據通過平臺各個功能模塊，實現真實或虛擬的人機交互，滿足集中管理、可視化管理、智能化管理的需要。

應用層：根據業務應用關注對象的不同，對應用層中各個功能進行靈活組合調用，可構建電力監控、電能質量監測、智能輔助監控、智能運維等多個子功能平臺。

4.     平臺功能介紹

4.1.  總體功能

平臺根據院區能源管理要求，對各類能源介質按照分類、分項的管理要求進行多維度耗能統計。

平臺以能源看板、能流圖、統計分析報表等多種形式，系統形成院區能源介質的使用、分布、變化等數據，讓院區用能情況清晰、發現節能空間。通過平臺嚴謹的流程管理能夠避免抄、核、收環節的漏洞，有效降低人力成本；平臺及時統計分析，實現能耗經營指標有依據、可分解、能量化監督和考核。

4.2.  能源數據駕駛艙

整體展示院區當日主要能源數據，包括總能源負荷數據、用能變化分析、用能排名、能源預警數據等關鍵指標。

4.3.  能源看板

實現院區能源數據的整體概覽，標煤、碳排放、人均能源利用的統計，為院區生產的工藝能耗、能源單耗提供準確的數據支持。

4.4.  能源統計

根據不同維度查看院區能源利用情況，對水電氣熱的用能統計，包括用量、標煤、碳排放、人均能耗、院區面積能耗的標準轉換，實時查看。

4.5.  能源流向

根據企業院區內部組織結構，實現能源使用的直觀查看，精確到部門、廠區、不同能源類型的使用統計，可查看本院區下區域、部門、分項、支路的整體能源使用流向。本功能可以及時發現內部的用能異常（跑冒滴漏）、計量監測缺失等能源管理上的漏洞，提升能源管理效率。

4.6.  能耗抄表

       實現用能設備的自動遠程抄表，精確到小時的實時能耗數據，節省企業人工抄表的人力資源及復雜的記錄計算工作，降本增效，同時為院區的精準能耗統計提供準確的數據支持。

4.7.  能耗拓撲

通過該模塊可對建筑、區域、部門進行新建、編輯、刪除等操作，對分項、支路進行編輯、查看的操作。平臺的這個功能可以實現院區內部能耗統計的自定義方式，為院區能耗統計的對標提供技術能力。

4.8.  其它功能

4.8.1能源數據實時監測及預警

平臺具備對電氣柜接點溫度及線路運行狀態的實時監測，及時發現電力系統中存在的異常，對回路接點溫度、漏電、電流電壓等電氣異常及用能突變及時預警；對于能源介質流量壓力發生的突變進行預警。預警方式有后臺大屏推送信息等多種方式，提醒管理人員及時處理。

4.8.2能源系統組態

平臺具備電氣組態圖功能、計量點三維建模功能，實現平臺對能耗監測的不同展示方式，讓管理人員通過平臺能便捷掌握院區的計量終端分布情況，方便能源運維管理。

4.8.3電能質量管理

平臺具備對院區電能質量監測的功能，對2~31電壓電流諧波實時數據監測和預警提醒。

4.8.4運維管理

    平臺的運維管理功能，將能耗管理的設備設施的運維工作進行數字化，實現設備巡檢與維修工作過程的透明化，歷史數據可分析、未來趨勢可預測，由設備檢修模式由“故障維修+定修”升級為“預測性維修”。

維修流程：報修——接單——開始維修——維修完成的工單完整閉環管理，實現維修工作在平臺上的過程留痕、環節清晰、檔案全面；

4.8.5平臺開放功能

平臺預留接口，可以接入配電室內的安全環境智能終端，形成配電室的安防輔控監控系統，加強變電所無人值守的安全運行效果，包括溫度、濕度、煙感、水浸、紅外雙鑒、氣體濃度、門禁狀態、視頻信號等多類終端。

4.9.  報表管理

平臺根據系統的采集的能源數據，以企業為院區，自動生成各類統報表，包括水電氣熱數據，有功月度統計、自定義時段統計，電能的尖峰平谷電量統計、有功電能季度報表統計、年度報表統計、月度最大負荷統計等。

5.     效果

5.1.  能源消耗過程可視化，節省能源管理運營成本

通過對能源流動圖、實時能耗數據、能源看板等多種形式，展現用能過程各項指標，方便管理人員掌握院區能耗具體狀況， 對院區的用能概況、能源流程及能源消費指標的計算分析，及時發現用能異常，從管理上節能。同時，能源管理平臺的搭建，幫助企業從粗放式能源管理形成逐漸高效的能源管理體系，一方面將能耗管理從無序變為有序，從而全面掌握能源的流向和利用效率；另一方面減少一線人員的工作強度，減少人工抄表成本。

5.2.  能源數據準確及時，數據分析挖掘節能潛力

對院區能耗數據進行匯總、分析，通過能耗分類分項分析、能流監控與分析、部門用能績效等方式，發現并度量用能損耗，改進用能方式，減少不必要的用能損耗，讓數據服務于院區管理、生產，提高院區能源數據分析的價值。通過平臺多維度的統計形式，準確計算院區綜合指標分析、序能耗分析、工序能源介質單耗分析，針對生產工藝、產品和院區產值能耗進行同業對標，挖掘節能潛力；為院區打造綠色工廠的能源體系建設提供技術支撐和硬件支撐。

5.3.  重點設備用能監測，找到設備節能改造空間

通過能源監測終端對關鍵設備（比如空氣壓縮機、水泵、風機、鍋爐、汽機、電機等）的運行狀態、運行性能、實時能耗進行監控，并計算設備效率和能源轉化率，了解關鍵設備的能耗水平，進行精確的用能數據系統分析，發現設備用能問題，找到系統節能改造空間，降低設備能源單耗。通過平臺對能源數據的綜合分析，重點在用電節能方面提供可行建議及方案，主要包括電機改造成變頻器/軟啟動、變壓器改造無功補償方式提高功率因數、中央空調/分體空調集中控制升級等應用方案上。

5.4.  建立碳排放管理理念，幫助院區及時融入未來雙碳時代

隨著我國“3060”目標的提出，碳排放已經成為全社會關注的熱點。院區能源管理平臺結合對能源的監測與管理，綜合對碳排放的監測與管理及生產經營的管理，實現能碳數據可視化，幫助企業多角度了解企業碳排放數據，需完善碳資產、綠色資產的管理等后續的業務需求，及早融入未來雙碳時代。

6.     項目方案配置清單

附件：GD96邊緣網關主要技術參數

1. 裝置具備CNAS、CMA標志檢測報告。

2. 裝置需通過不低于電磁兼容Ⅲ級以上實驗，并取得報告。

3. 裝置支持現場APP及電腦端圖形化配置工具。

4. 裝置采用 ARM Cortex-A7架構、嵌入式 linux 操作系統裝置具備4路RS485(帶隔離)、2路RJ45以太網10/100M、1路全網通 4G 無線通訊、1路 lora 通信、1路 RS232(帶隔離)、1個USB3.0接口:裝置具備數據存儲功能，最小256M，可擴展。

5. 裝置具備2路模擬量、4路開入量(干節點)、2路開出量(無源常開觸點)采集和上送。

6. 邊緣計算功能:裝置具備對采集到的數據進行分析和處理，實現數據的過濾、報警、公式計算、信號合成。

7. 組態開發:裝置具備Modbus協議接入，支持現場組態，無需二次開發。

8. 裝置具備多種協議支持;支持通過 Modbus-RTU、Modbus-TCP、等協議對設備進行數據采集;支持通過ModbusTCP、IEC104、MOTT、HJ212等協議對接到各種平臺和上位機軟件。

9. 維護功能:裝置具備遠程配置、接入設備查詢、數據監視、報文監視、數據存儲、協議導入、模版導入功能，可通過互聯網或就地的電腦進行維護:裝置具備圖形化配置工具。內置WEB、FTP、TELNET、HTTP、SSH 服務。

10. 裝置具備備電功能。

11. 裝置具備斷網續傳、斷點續傳功能。

12. 裝置具備定時上送校時請求，響應服務器的校時指令，支持對接設備的時間同步功能。

13. 事件記錄:裝置具備1000條事件記錄。

14. 功耗消耗:≤10W。