低碳经济背景下高校能源管理平台的应用研究

摘要：联合国大会宣布中国碳达峰及碳中和时间表，中国的承诺开启了一个新时代，整个能源体系、经济体系和技术创新体系都以碳中和为目标，实现绿色转型。将信息技术与建筑物运行能源管理相结合,是降低建筑物生命周期内碳排放量的有利探索方向之一。本文对能源信息化平台展开探析，寻找典型校园节能减排的方法，为我国绿色转型登上一个新的台阶带来促进作用。
关键词：能源管理 低碳 信息化 校园节能

1引言
我国于2012年起，由教育部发文提出教育信息化的10年建设规划,希望通过整合各类教育信息平台,建立涵盖全国的各级別和类型学校的教育管理信息系统。随着互联网技术发展及5G信息网络搭建，教育信息化建设在近年跳跃式发展。2021年教育部在年度工作重点中明确,要进一步推进教育信息化建设，形成教育系统数据目录，其中数据可溯源,可有序共享。在信息管理系统推陈出新的同时，校园能源管理也遇到了新的挑战。据教育部《2019年全国教育事业发展统计公报》统计，截至2019年底，全国各类高等教育在学总规模4002万人，普通高等学校校均规模11 260人。近几年高校年总能耗已约为全国生活消费总能耗的10%。高校是肩负教育、科研和社会服务重任的基地，也是资源能源消费的大户。我国教育信息化建设经多年探索,随着互联网发展和信息化平台的普及，高校对信息化平台的需求随之提高。据统计建筑运行阶段碳排放量占全国碳排放比重约21.9%,这使得建设节约型校园过程中,能源管理成为校园信息化管理中的重要组成之一。加强校园供热、通风、空调、照明等用能设备维护管理具有重要意义。中国在国际社会上宣布碳达峰和碳中和的时间节点后，高校作为重要的社会构成之一，节能降耗迫在眉睫。

2应用背景
由二氧化碳等温室气体排放引起的气候变化成为21世纪全球人类面临的挑战。2018年全球温室气体排放量约556亿吨二氧化碳当量，碳排放排名前五的国家排放全球62%的温室气体，依次为中国(26%) 、美国(13%) 、欧盟27国(8%) 、印度(7%)和俄罗斯(5%)叫这其中能源活动是全球温室气体的主要排放源,2017年能源活动排放量占全球温室气体排放总量的73%。通过能源管理，合理降低能源消耗同时提高单位能源利用效率，目的是为了降低碳排放。
2.1 国际背景
美国作为世界能源消费大国，一直重视对于能源利用技术的科学研究。2005年通过了《能源政策法案2005》,通过对能源节约予以立法并严格执行，为能源节约建立法律依据。 又通过《太阳能供暖降温房屋的建筑条例》等政策法规，给节能技术使用者予以减税优惠，鼓励绿色新能源推广。美国新任总统拜登上任后就签署行政令重返《巴黎协定》，并计划
2050年之前实现碳中和目标。德国作为欧洲发达国家，自身能源紧缺但能源需求大，因此重视能源利用并制定了完备的节能规范。2002年德国将《建筑保温规范》和《供暖设备条例》等合并，制定出新的建筑节能法规《德国节能规范(2002)》。随后在2004年至2007年，连续4年更新《德国节能规范》修订版。日本作为岛国能源资源匮乏，因此一直重视能源利用效率,并因其高效率的能源利用获得世界认可。其在2002年公布的《节约能源法（2002）》中设置“领跑者制度”，按当前先进的节能水平制定节能指导性标准，并在下一个能源法实施周期内将指导标准变为强制标准⑷。全球已有44个国家和经济体在2020年底之前宣布碳中和目标时间，部分国家碳中和目标时间图1所示。

图1 典型国家或地区碳达峰及碳中和时间表
 

2.2 国内背景
  国家领导人在2020年9月出席第七十五届联合国大会一般性辩论会时宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取有力的政策措施降低二氧化碳排放，力争于2030年前碳达峰.2060年前实现碳中和,典型国家碳达峰及碳中和时间如图2所示。 中国的承诺开启了一个新时代，整个能源体系、经济体系和技术创新体系都将以碳中和为目标，实现绿色转型叫美国、德国、日本等发达国家更早地实现了工业化和城市化，已经实现了碳达峰并进入下行通道，而中国仍处于碳排放增长区间内。尽管面临诸多困难，但在国家政策支持下，在全社会达成共识下,在绿色低碳技术迅速发现下，中国有信心在承诺时间内实现碳中和目标。
2.3 技术背景
  实现碳中和的八大重点领域中包括建筑领域和信息技术领域。建筑领域中包括节能改造、零碳供冷暖建筑、电气化和多能源互补系统。2019年中国建筑节能协会能耗统计委员会测算，中国建筑业碳排放量仍在增加，预计高峰时间在2039年左右。2018年建筑运营阶段碳排放量占比21.9%的碳排放量，主要来自住宅和工业供暖及制冷冋。电气化是实现建筑零碳排放的第一步，目前国内制冷、照明、家用电器已经全面电气化。为了使建筑物的排放接近于零，供暖设备也要脱碳，例如使用热泵技术。信息领域则包括智慧建筑、智慧能源、智慧生活方式和健康等。信息通信技术的广泛应用正在改变社会.它可以助力各行业的碳减排和碳中和。有可能在未来10年内通过信息通信技术帮助全球碳排放量减少20%o大数据、物联网、区块链等技术结合能源、建筑、交通、工业、农业等行业，均可推广应用场景以减少碳排放。因此将信息技术与建筑物运行能源管理相结合，是降低建筑物生命周期内碳排放量的有利探索方向之一。

3 应用分析
  高校信息化开始于20世纪80年代中期，早期从普及电脑操作到第一代校园网络建设，中期校园网络覆盖率及网速升级并与数字校园门户整合。近年来基于无线网及4G网络的校园门户网站内的业务与服务开始整合，并向手机等移动办公设备覆盖。2018年4月，教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，预计2022年基本实现数字校园建设覆盖全体学校,随之发展基于互联网的教育服务模式。
  校园能源管理是校园信息化管理中的重要组成。2007年教育部为贯彻落实《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》精神，发布《教育部关于开展节能减排学校行动的
通知》，启动“节能减排学校行动”。行动从节能减排措施、节能环境教育、节能主题宣传、节能社会实践等各个方面开展。2013年《教育部关于勤俭节约办教育建设节约型校园的通
知》发布，再次强调建设节约型校园的重要意义，要求抓关键环节实行精细化管理，加强校园供暖、空调、照明等主要用能设备维护管理，强化节能措施冋。近年来国内大部分高等院校都建立能源管理信息化平台，以校园园区作为高校能源消耗及管理边界进行分析，其具有以下典型特点：①教学、科研、 生产、生活功能齐全，各类能耗消耗关系复杂;②人员密集且随教学科研活动具备固定流动性，能源使用随之具有潮汐特性；③重人才培养和科学研究，但对校园能源使用及成本核算意识较为淡薄。
4 安科瑞电气针对高校能源管理推出能效管理解决方案--AcrelEMS -EDU校园综合能效管理平台
4.1平台概述
  AcrelEMS-EDU校园综合能效管理解决方案针对校园能源统计、后勤计费管理、校园运维管理等提供高校的信息化管理平台。从“源、网、荷、储、充”多个角度解析高校当下及未来的用能问题及用能需求，在统一的需求下“实现能源互补、信息互通”等管理模式。助力学校管理智能化、数字化、综合化，实现节能校园、绿色校园、低碳校园。

4.2平台组成
  AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台采用开放的分层分布式网络结构，主要由设备层、传输层、数据层、应用层组成。    AcrelEMS-EDU高校综合能效平台提供校园用能实时在线监控、能耗数据统计分析、空调智能管理、用能排名、节能评估、宿舍恶性负载监管等功能。
4.3平台架构

图1 安科瑞能效管理方案架构拓扑

5 高校综合能效解决方案
5.1校园电力监控与运维

  集成设备所有数据，综合分析、协同控制、优化运行，集中调控，集中监控，数字化巡检，移动运维， 班组重新优化整合，减少人力配置。

5.2后勤计费管理
  采用先进的网络抄表付费管理技术，实现电、水、气等能源综合计费，实现远程抄表、费率设置、 账单统计汇总等，支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式，可设置补贴方案。通过能源付费管理方式，培养用能群体和部门的节能意识。
5.2.1宿舍用电管理
  针对学生宿舍用电进行管理控制：可批量下发基础用电额度和定时通断功能；
  可进行恶性负载识别，检测违规电气，并可获取违规用电跳闸记录。

5.2.2商铺水电收费
针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理

5.2.3充电桩管理平台
充电桩在“源、网、荷、储、充”信息能源结构中是必不可缺的。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必不可缺的一部分。

5.2.4智能照明管理
通过对高校路灯的全局监测，提供对路灯灵活智能的管理，实现校园内任一线路，任一个路灯的定时 开关、强制开关、亮度调节，以及定时控制方案灵活设置，确保路灯照明的智能控制和高效节能。

5.3能源管理系统
针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析，包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了解用能总量和能源流向。
按校园建筑的分类进行采集和统计的各类建筑耗电数据。如办公类建筑耗电、教学类建筑耗电、学生宿舍耗电等，对数据分门别类的分析，提供领导决策，提高管理效能。
构建符合校园节能监管内容及要求的数据库，能自动完成能耗数据的采集工作，自动生成各种形式的报表、图表以及系统性的能耗审计报告，能够监测能耗设备的运行状态，设置控制策略，达到节能目的。

5.4智慧消防系统
  智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。

6 平台部署硬件选型
6.1电力监控与运维平台
 

6.2后勤计费管理
6.2.1宿舍/商业预付费平台
 

6.2.2充电桩管理平台
 

6.2.3智能照明管理
 

6.3能源管理系统
 

6.4智慧消防系统
6.4.1电气火灾监控系统
 

6.4.2消防设备电源监控系统
 

6.4.3防火门监控系统
 

6.4.4消防应急照明和疏散指示系统
 

7 结束语
  通过高校综合能源监管信息平台的使用, 可以更加方便快捷地寻找到既有建筑节能普遍规律及改造方向。对于投入使用一年的建筑，通过计算分析建筑固有的碳排放量和标准运行工况下的碳排放量，可进一步采取相关节能减排措施降低碳排放。对学校内的建筑物运行、设施设备维护、水电能源消耗,提供了有力支撑，实现了节能降耗及运行维护的有机结合。进一步挖掘信息平台的运用方法，对提高校园能源管理能力，提升校园能源使用效率带来更多益处。