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從計(jì)量到優(yōu)化：智能儀表在航站樓能源管理系統(tǒng)中能效提升分析

　更新日期：2025-09-22　點(diǎn)擊量：307

摘要：節(jié)能減排對(duì)國(guó)家和社會(huì)都具有重要意義, 民用機(jī)場(chǎng)的航站樓是能源消耗大戶(hù), 而耗電量是機(jī)場(chǎng)航站樓的重要節(jié)能指標(biāo)之一。結(jié)合某機(jī)場(chǎng)能源管理提升改造工程的實(shí)際案例,首先分析航站樓現(xiàn)存能源管理問(wèn) 題,其次介紹借助智能儀表完善能源管理系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法和航站樓智能儀表設(shè)計(jì)方案,再次分析能源管理系統(tǒng)的功能,最后進(jìn)行能耗分析,評(píng)估智能儀表在航站樓能源管理系統(tǒng)中應(yīng)用的節(jié)能效果, 以期為相關(guān)工程提供參考。

關(guān)鍵詞：智能儀表；能源管理；節(jié)能減排

0 引言

　我國(guó)交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，也是綜合交通運(yùn)輸發(fā)展速度快的領(lǐng)域。在過(guò)去幾十年，由于人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張，航空業(yè)發(fā)展迅速，且我國(guó)業(yè)的發(fā)展速度遠(yuǎn) 高于全球平均速度。 2015—2019年我國(guó)運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量、旅客運(yùn)輸量、貨郵運(yùn)輸量年均增速分別為 11.0%、10.7%、 4.6%。2019年，我國(guó)商業(yè)航空運(yùn)輸?shù)亩趸寂欧?量達(dá)到 11 658萬(wàn) t，幾乎是 2009年排放量（4152萬(wàn) t）的 3倍。根據(jù)《新時(shí)代強(qiáng)國(guó)建設(shè)行動(dòng)綱要》，到 2035年我國(guó)人均航空出行次數(shù)將超過(guò) 1 次，按此目標(biāo) 2030年后行業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)速度仍需維持中速或以上（2019年為 0.47 次）。在行業(yè)運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量、機(jī)隊(duì)規(guī) 模、機(jī)場(chǎng)數(shù)量穩(wěn)步增長(zhǎng)的情況下，碳排放總量勢(shì) 必隨之增長(zhǎng)，如何減少航空二氧化碳排放將是我國(guó) 需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題[1]。

　某大型國(guó)際樞紐機(jī)場(chǎng)，隨著旅客量的不斷增加和服務(wù)水平的不斷提高，能源消耗量持續(xù)多年處于高位運(yùn)行。2017—2019年該機(jī)場(chǎng) 3座航站樓電費(fèi)、取暖、冷氣和蒸汽的總費(fèi)用分別為5.60億元、5.75億元、 5.46億元，其中電費(fèi)、取暖、冷氣費(fèi)用占航站樓總能源費(fèi)用的 97%，是 3 座航站樓能源消耗的重要支出。2017—2019年機(jī)場(chǎng)航站樓能源費(fèi)用年平均值為 5.60億元，其中電能消耗占比為 36%，年電能消耗約為 2.0億元，因此研究航站樓的電能管理水平提升具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

1 航站樓現(xiàn)存能源管理問(wèn)題

1.1 末端用電設(shè)備無(wú)法遠(yuǎn)程監(jiān)管

　　（1）航站樓辦公區(qū)域中存在大量的員工私人大功率用電設(shè)備，如電熱水壺、微波爐、電暖氣等，這些設(shè)備未經(jīng)備案，且沒(méi)有有效的遠(yuǎn)程監(jiān)管手段，給航站樓帶來(lái)很大的安全隱患和能源消耗。

　?。?）航站樓內(nèi)旅客和員工的充電設(shè)備眾多，因缺少智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，導(dǎo)致現(xiàn)有的能源管理系統(tǒng)無(wú)法實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)程充電管理，經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)充和亂充電現(xiàn)象，這同樣帶來(lái)了消防安全隱患和能源消耗。

　?。?）航站樓內(nèi)存在私接、亂接電線(xiàn)的現(xiàn)象，并且這些電線(xiàn)和電氣設(shè)備均處于航站樓內(nèi)的隱蔽區(qū)域，平時(shí)檢查不易發(fā)現(xiàn)，極易造成火災(zāi)，給航站樓帶來(lái)重大安全隱患。

　　　總之，航站樓存在大量無(wú)法監(jiān)管的末端用電設(shè) 備，無(wú)法直接通過(guò)現(xiàn)有的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)管，造成用電安全和用電浪費(fèi)等問(wèn)題。

1.2 空調(diào)、照明系統(tǒng)能源浪費(fèi)

　　　航站樓現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)，各機(jī)組均為單機(jī)運(yùn)行控制方式，機(jī)組之間沒(méi)有進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。而為了滿(mǎn)足人流密集區(qū)域供冷要求，大多以大的功率制冷或送風(fēng)，這就導(dǎo)致了很多區(qū)域過(guò)度供冷，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。同時(shí)，目前航站樓內(nèi)所有區(qū)域（商鋪、辦公區(qū)域等）的風(fēng)機(jī)盤(pán)管設(shè)備均未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，易出現(xiàn)無(wú)人區(qū)域仍有制冷設(shè)備運(yùn)行的情況，造成電能浪費(fèi)。

目前航站樓內(nèi)照明系統(tǒng)的控制方式為時(shí)控，按照設(shè)定的時(shí)間表開(kāi)啟和關(guān)閉。然而，實(shí)際上由于航站樓規(guī)模超大、區(qū)域復(fù)雜，各個(gè)功能區(qū)域的照明需求和條件不盡相同，按照時(shí)間表控制照明系統(tǒng)無(wú)法更好地利用自然光，造成能源浪費(fèi)。

1.3 變壓器容量過(guò)大導(dǎo)致能源浪費(fèi)

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，變壓器的實(shí)際運(yùn)行負(fù)載率很低，約為 30%。這也是目前航站樓供配電系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題之一，例如，廣州白云機(jī)場(chǎng)一號(hào)航站樓內(nèi)變壓器高運(yùn)行負(fù)載率為 27.3%~36%，為設(shè)計(jì)值的 55%~ 72%[2]。此問(wèn)題的根源在于，設(shè)計(jì)階段往往要考慮遠(yuǎn) 期發(fā)展的需要，在負(fù)荷計(jì)算時(shí)所取的需要系數(shù)過(guò)大，設(shè)計(jì)偏于保守，從而導(dǎo)致變壓器的設(shè)計(jì)容量過(guò)大。

　　　變壓器容量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致變壓器的年運(yùn)行費(fèi)用較高，造成能源浪費(fèi)。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①變壓器的空載損耗高，年電能損耗大。相同型號(hào)的變壓器，其空載損耗功率一般和變壓器容量成正比。②變壓器的年維護(hù)費(fèi)用高。一般變電站的年維護(hù)費(fèi)用取變壓器初始投資成本的 1%，而變壓器的初始投資和變壓器容量成正比[3]。

　　　本文主要通過(guò)安裝智能儀表，對(duì)末端用電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，從而達(dá)到節(jié)能的目的，暫不研究更換變壓器的節(jié)能效果。

2 借助智能儀表完善能源管理系統(tǒng)

　　　針對(duì)航站樓內(nèi)電能浪費(fèi)現(xiàn)象無(wú)法得到有力控制的問(wèn)題，擬通過(guò)研究航站樓內(nèi)現(xiàn)有供配電系統(tǒng)，有效地在末端或者配電系統(tǒng)中增設(shè)智能監(jiān)測(cè)終端，再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將末端數(shù)據(jù)上傳至能源管理系統(tǒng)，同時(shí)可以通過(guò)能源管理系統(tǒng)對(duì)末端設(shè)備進(jìn)行電能監(jiān) 測(cè)和控制。因此，需構(gòu)建涵蓋基礎(chǔ)設(shè)施層、系統(tǒng)平臺(tái) 層、軟件應(yīng)用層的統(tǒng)一能源管理體系。

2.1 具體實(shí)現(xiàn)方法

　　（1）梳理航站樓現(xiàn)有供配電系統(tǒng)，通過(guò)增加智能儀表、更換智能斷路器、更換智能末端等手段采集航站樓所有用電設(shè)備的電能數(shù)據(jù)，并利用航站樓的有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至能源管理系統(tǒng)。

　?。?）將現(xiàn)有的建筑設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)、電力監(jiān)控管理系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控管理系統(tǒng)通過(guò)集成接入航站樓現(xiàn)有的能源管理系統(tǒng)。

　　　航站樓物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電運(yùn)維管控平臺(tái)由軟件平臺(tái)、數(shù)據(jù)集成接口、管理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)關(guān)和末端設(shè)備組成。

2.2 航站樓智能儀表設(shè)計(jì)方案

　?。?）變配電室電力設(shè)備改造方案。目前變電室僅對(duì)變壓器出線(xiàn)回路的電壓電流進(jìn)行監(jiān)控，本次擬對(duì)所有出線(xiàn)回路安裝智能儀表進(jìn)行監(jiān)控。目前所有出線(xiàn)回路均設(shè)置有電流表及電流互感器，將本回路斷路器上口的三線(xiàn)電壓經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)端子接入智能儀表，電流互感器二次端的電流接入智能儀表，斷路器開(kāi) 關(guān)狀態(tài)輔助接點(diǎn)接入智能儀表遙信端子。智能儀表通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至能源管理系統(tǒng)。

　?。?）照明系統(tǒng)。照明配電系統(tǒng)（圖 1）設(shè)置有照明總柜、層柜、照明配電箱及插座配電箱。

圖 1 照明配電系統(tǒng)

　　　總柜及層柜均設(shè)置有進(jìn)線(xiàn)互感器及進(jìn)線(xiàn)電流表，在進(jìn)線(xiàn)加裝智能儀表，智能儀表加裝方案與變電室的智能儀表加裝方案相同，數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線(xiàn)傳輸方案。末端配電箱進(jìn)線(xiàn)為微型斷路器，安裝 2P 卡軌型智能電表完成電力監(jiān)控改造，卡軌型智能電表均為直通表，需將進(jìn)線(xiàn)纜線(xiàn)接入卡軌型智能電表，利用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　（3）動(dòng)力配電系統(tǒng)。動(dòng)力總柜設(shè)置有進(jìn)線(xiàn)互感器及進(jìn)線(xiàn)電流表，在進(jìn)線(xiàn)加裝智能儀表，智能儀表加裝方案與變電室的智能儀表加裝方案相同。層柜進(jìn)線(xiàn) 未設(shè)置電流表及互感器，本次在進(jìn)線(xiàn)處新增開(kāi)口互感器采集電流信號(hào)，智能儀表在柜門(mén)上開(kāi)孔安裝。利用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　?。?）空調(diào)配電系統(tǒng)。每個(gè)空調(diào)機(jī)組均自帶一個(gè)機(jī) 旁控制柜，空調(diào)總柜進(jìn)線(xiàn)設(shè)置有電流表及互感器，進(jìn) 線(xiàn)設(shè)置智能儀表，改造方案與前文設(shè)置電流表的配電柜相同。出線(xiàn)每個(gè)空調(diào)機(jī)組在機(jī)旁控制柜內(nèi)新增智能儀表，采用進(jìn)線(xiàn)設(shè)置開(kāi)口互感器的方式完成電流信號(hào)采集，智能儀表安裝于柜門(mén)上，數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線(xiàn)傳輸。

3 能源管理系統(tǒng)的功能

　　　能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)航站樓內(nèi)各種能源消耗的監(jiān)測(cè)、控制及優(yōu)化，對(duì)關(guān)鍵能耗設(shè)備的運(yùn)行情況和能源管網(wǎng)的情況進(jìn)行科學(xué)分析，以輔助決策[4]。能源管理系統(tǒng)著重關(guān)注了 3個(gè)非常重要的問(wèn) 題：監(jiān)測(cè)、分析和管理，這 3個(gè)問(wèn)題也是一切節(jié)能手段應(yīng)用的基礎(chǔ)。

3.1 監(jiān)測(cè)

　　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和測(cè) 控技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)正向測(cè)控智能化、監(jiān)控?zé)o人值守化、信息交換網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 24 h 全自動(dòng)能源數(shù) 據(jù)采集，獲得準(zhǔn)確的基礎(chǔ)能源數(shù)據(jù)，并依托數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)，為能效分析打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 分析

　　　一方面，應(yīng)用分項(xiàng)計(jì)量、設(shè)備故障查詢(xún)、能耗趨勢(shì)預(yù)測(cè)等一系列手段，從能源數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘出有效能源數(shù)據(jù)，分析能效關(guān)鍵指標(biāo)，為制定節(jié)能方案提供有效數(shù)據(jù)支撐；另一方面，通過(guò)系統(tǒng)漏洞尋找、設(shè)備運(yùn)行策略調(diào)整、用能時(shí)間優(yōu)化等手段，分析能源問(wèn)題點(diǎn)，為優(yōu)化節(jié)能方案以及用能管理制度提供有效工具。

3.3 管理

　　　節(jié)能目標(biāo)的成功實(shí)現(xiàn)，不僅在于合理有效的節(jié) 能方案，更離不開(kāi)良好的用能管理。通過(guò)能源績(jī)效管理、能源審計(jì)、關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比等手段，協(xié)助用戶(hù)進(jìn)行用能管理，使節(jié)能成果持久化，真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

4 能耗分析及預(yù)期效果

4.1 能耗對(duì)比分析

　　　能源管理系統(tǒng)具備精細(xì)化的能耗分析管理功能，可以提供單臺(tái)設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行同類(lèi)設(shè)備能耗對(duì)比分析、同個(gè)設(shè)備不同時(shí)間段能耗對(duì)比分析以及多維度的能耗數(shù)據(jù)分析，顯示各系統(tǒng)的用能情況、耗能結(jié)構(gòu)以及同比、環(huán)比情況。

4.2 能耗管理分析

　　　能耗管理分析提供了用能趨勢(shì)分析、每日能耗趨勢(shì)分析、用量分項(xiàng)用能分析等多種能耗數(shù)據(jù)分析工具，通過(guò)曲線(xiàn)直觀展示各區(qū)域每天用能峰值、谷值和分項(xiàng)用能等，找到各個(gè)區(qū)域的用能差異。根據(jù)系統(tǒng) 歷史耗能情況和用戶(hù)設(shè)定的計(jì)算條件，綜合分析預(yù) 測(cè)未來(lái)的能源使用情況。

4.3 能耗分析報(bào)表與數(shù)據(jù)展示

　　　能源管理系統(tǒng)還可以生成各種能耗分析報(bào)表，主要包含總能耗報(bào)表、分類(lèi)能耗報(bào)表、分項(xiàng)能耗報(bào) 表、同比能耗報(bào)表、環(huán)比能耗報(bào)表、能源計(jì)劃報(bào)表、能源計(jì)劃和實(shí)際對(duì)比報(bào)表、能源損耗報(bào)表。詳細(xì)用能動(dòng) 態(tài)數(shù)據(jù)分析展示，采用直觀的圖形化界面（柱狀圖、餅圖、線(xiàn)圖等呈現(xiàn)方式）來(lái)展示分析能耗數(shù)據(jù)，支持逐日、逐周、逐月、逐年和自定義的自由查詢(xún)功能。統(tǒng)計(jì)報(bào)表，指多種方式的能耗值報(bào)告，如區(qū)域能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表、能耗類(lèi)型統(tǒng)計(jì)報(bào)表、日統(tǒng)計(jì)報(bào)表、月統(tǒng) 計(jì)報(bào)表、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表、建筑總能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表、單位面積能耗報(bào)表等，可以幫助用戶(hù)掌握自身的能源消耗情況，找出能源消耗異常值，并為能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

4.4 節(jié)電分析

　?。?）照明系統(tǒng)。影響照明系統(tǒng)電能消耗的主要指標(biāo)因素包括燈具的開(kāi)啟數(shù)量、點(diǎn)亮?xí)r間、設(shè)計(jì)照度與規(guī)范照度值等。燈具的開(kāi)啟數(shù)量與照明回路的設(shè)計(jì) 有關(guān)，點(diǎn)亮?xí)r間與控制策略有關(guān)，設(shè)計(jì)照度與規(guī)范照度值是實(shí)際使用與設(shè)計(jì)規(guī)范的調(diào)節(jié)問(wèn)題。合理選擇燈具開(kāi)關(guān)時(shí)間，平衡規(guī)范照度與使用照度的調(diào)節(jié)關(guān) 系，合理設(shè)計(jì)照明回路都是照明系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵點(diǎn)[5]。

（2）空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法如下：

①依據(jù)暖通送風(fēng)的區(qū)域分析，分區(qū)設(shè)定環(huán)境溫度值，控制候機(jī)區(qū)環(huán)境溫度，對(duì)于次重要區(qū)域，通過(guò)空氣能交換等實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制，以降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度，縮短風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間。②根據(jù)季節(jié)溫度特性調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī) 組的運(yùn)行時(shí)間。③根據(jù)室外溫度調(diào)節(jié)變頻空調(diào)的送風(fēng)頻率和運(yùn)行時(shí)間。

　?。?）節(jié)電效果預(yù)估。該機(jī)場(chǎng)航站樓電費(fèi)占能源費(fèi)用的 36%，約為 2.0億元，能耗為 2.0億 kW·h，平均 1.00元/kW·h。通過(guò)估算，本項(xiàng)目每年可節(jié)省電費(fèi) 1 961.6萬(wàn)元，有良好的節(jié)電效果。

5平臺(tái)設(shè)計(jì)與功能

5．1系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

智慧能源管理平臺(tái)采用去中心化的分布式網(wǎng) 絡(luò)構(gòu)架設(shè)計(jì)如圖 2 所示，采用 B / S 模式，實(shí)現(xiàn)云端建模、設(shè)計(jì)及部署，簡(jiǎn)化了客戶(hù)端的維護(hù)工作，為以業(yè)務(wù)模式為基礎(chǔ)的功能模塊擴(kuò)展提供軟件支撐基礎(chǔ)。滿(mǎn)足集團(tuán)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)地存儲(chǔ)和處理的要求，存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)可不會(huì)刪除，系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)量的攀升影響到存儲(chǔ)和訪問(wèn)速度。遵循系統(tǒng)應(yīng)用插件規(guī)范進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)的功能模塊插件可無(wú)縫配置到應(yīng)用界面中使用。

5．2 系統(tǒng)實(shí)施

每家工廠實(shí)施能碳管理系統(tǒng)建設(shè)，首先是制定出符合管理要求的能碳管理架構(gòu)，該架構(gòu)可以隨著管理需求的變化而靈活調(diào)整。能碳管理架構(gòu) 可按照廠區(qū)、車(chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行配置，將能耗數(shù)據(jù) 與管理架構(gòu)進(jìn)行對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)，展示出能源管理的范圍和深度。

功能

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)提供基于行業(yè)特點(diǎn)細(xì)分的能效管理解決方案，支持有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)方案接入各類(lèi)智能設(shè)備，并提供多種第三方系統(tǒng)接口協(xié)議，融合企業(yè)微電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設(shè)備監(jiān)控、充電樁運(yùn)營(yíng)管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能管理等功能，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)企業(yè)電網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維，滿(mǎn)足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。平臺(tái)支持中英文切換，現(xiàn)已應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)和地區(qū)用戶(hù)側(cè)能源管理和電力運(yùn)維平臺(tái)，單個(gè)平臺(tái)已接入1600多個(gè)用戶(hù)變電所數(shù)據(jù)，提供能源分析和運(yùn)維管理功能。