如何利用大数据实现能源综合服务的3.0时代?

科锐能源2019-03-21 10:21:25

传统的能源服务是烟囱模式,需求垂直一体化,各部门从自己的角度出发,进行有限的数据交互,在未来的数据共享领域是无法满足大数据智能化需求的。


现在很多商住区域都应用了新能源发电、储能、CCHP等这些技术,如何监测这些技术的运营情况呢?面对高比例的建筑能耗,又该如何实现节能优化呢?随着云、大、物、移等互联网技术的快速发展,以互联网为载体,融合从能源生产-能源传输-能源存储-能源消费环节的信息流与大数据的采集、存储、监控、分析、数据挖掘,打造综合能源服务大数据云平台。


面向商住区域的能源综合服务云平台


提纲:

1、 市场背景

2、 服务云平台简介

3、 能源大数据在建筑节能领域的应用

当前越来越多的商住区域规划建设整体性越来越强,而且企业和住户对信息化要求越来越高,对服务和管理水平也提出了更高的要求,因此需要用信息化手段来解决这些问题。



市场背景


1、政策条件

1.1“互联网+”智慧能源指导意见

2016年2月24日,国家发改委、能源局、工信部联合下发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,个人认为上述政府部门旨在发挥互联网在变革能源产业中的基础作用,推动能源基础设施合理开放,促进能源生产与消费融合,提升大众参与程度,加快形成以开放、共享为主要特征的能源产业发展新形态。


  • 改革创新为核心,“互联网+”为手段,智能化为基础;

  • 打造打造能源生产新手段,实现能源高效智能生产;

  • 建设分布式能源新网络,最大限度接入可再生能源;

  • 探索能源消费新模式,发展能源交易与需求侧管理;

  • 统筹部署电网和通信网深度融合的新基础设施。



以互联网为手段融合从能源生产、能源传输、能源储存、能源消费等环节的能量与信息流的采集、存储、监控、分析、数据挖掘。


1.2建筑能耗评定标准

建筑是商住区域的能源载体。从根本上来说,能源综合服务中的建筑节能是最重要的目标之一,因为建筑能耗能占到社会总能耗的30%以上,因此越来越受到各个国家的重视,各个国家也相继出台了一系列的建筑能耗评定标准。



国内来说,出台了绿建、节能建筑评价标注等。



国外来说,应用比较普遍的有美国的LEED、Energy Star、英国的BREEAM、日本的CASBEE等,这些标准是商住区域能源综合服务云平台的用电管理模块必须要参考,并实现数字化对标的重要内容。


1.3能源体制改革

2015年中央下发9号文件,对新一轮电力改革进行了部署,提出了“三放开、一独立、三强化”的发展路径。同年发改委、财政部等相关部委又公布了一系列配套文件,从政策层面保障了电力体制改革的有序进行,那么这些关于能源体制的改革具体能解决哪些问题呢?我归纳为三点:

  1. 总量问题,即缓解能源紧张的问题。

  2. 结构问题,从传统的石化能源向清洁能源过度。

  3. 环境问题,由第2点来看,既然清洁能源的比重增大,那么环境污染就会减少。

上述三点问题是能源消耗最根本、最突出的问题。


任何用能场景都会遇到这些问题,商住区域也不会例外,所以9号文件及相关配套文件的公布为商住区域能源综合服务提供了政策性的指导。


2、市场条件



市场条件主要为以下六点:

  • 能耗增加

  • 智能设备功能稳定

  • 智慧社区生态爆发

  • 能源综合服务业务发展

  • 节能意识不断增强

  • 通信技术日趋成熟


智能设备的功能稳定是硬件层面的。现在的智能水、电、气、热表采集终端的稳定性越来越好,也就是说数据采集的硬件已经能提供很好的保障。


3、技术条件

3.1“互联网+”快速发展且日益成熟

云计算、大数据、物联网、移动互联网技术相对来说已经比较成熟。



物联网和移动互联网是通信的基础和保障,负责把数据上传。


能源大数据有大量、多样、高速、低价值密度和真实性五大特点。数据在云计算中心进行处理、归类、分析、大数据挖掘,形成各类有价值的应用,转而形成对企业、商住楼有价值的服务。


3.2物联通信技术发展

低功耗、低费用的LoRa等广域网通信技术以及蓝牙、ZigBee等近距离物联通信技术都在飞速发展。

具体概括为:

  1. 覆盖范围更大

  2. “联接”的“物”更多

  3. “联接”的颗粒度更细


3.3垂直行业内容分享

简单说就是打破水、电、气、热原来各自为政的垂直化壁垒,实现水、电、气、热等能源数据的共享。


现在四表合抄的技术已经很成熟了,可在同一个平台实现能源的计量、抄表、算费,进而可以综合性的进行分析及管理。例如商住区域配电设备异常和用户用电设备异常、异常用电行为等,这些都是基于水、电、气、热能源数据共享所带来的价值。


服务云平台简介


1、智能建筑

云平台解决方案的建筑用电管理模块可以概括为以下五点:



  • 针对于各建筑的能源管理,首先要知道发生什么,即Know What,手段是能耗的分类、分户、分项计量,地县能耗可视化,掌握能耗流向,这是最基础的归类统计展示。

  • 其次要知道如何发生,手段是能耗、能效对标,通过对标结果能判定建筑能耗水平和设备运行的效率,对建筑运行能耗作分析,是能源数据分析类的功能。如暖通系统用了400度电,通过系统对标分析出主机能效偏低这个结果。

  • 再者要知道为何发生,手段是分析运行、然后策略指导,我们可根据分析的结果对症下药,指导节能。如主机能效偏低是因为主机达到了使用年限,冷冻水供水温度过低。

  • 接下来要知道如何去做,手段是策略执行,节能改造,结果是提升了建筑的能耗水平,提升了设备的能效水平。

  • 最后,如果节能改造为EMC合同能源管理模式的,我们要知道如何收费,手段是节能核定,作为收费依据,科学地保障了用户和节能公司的利益。


2、微区域新能源监管及多能互济



现在很多商住区域都应用了新能源发电、储能、CCHP等这些技术,那该如何实现优化呢?根据负荷侧动态地找到最佳的功能系统优化组合是比较重要的一环。我们对能源的供需侧,如新能源发电、储能、用电这些方面的特性建立机理模型和智能学习的模型,提供供电侧出力智能预测和用电侧负荷智能预测,并考虑温度、风力、光照等其他影响因素,建立多能互济优化算法模型,通过模型分析得到功能系统优化组合,有效地解决了商住区域多能互补、源荷互动等难题。


3、能源市场化采购及用户计量计费

能源市场化采购及用户计量、计费模块,主要分为:能源采购、能源传输、能源销售三个环节。

 

能源采购:能源供应方通过双边交易、集中竞价交易、总表结算的方式向五大发电集团购买电量及负荷。


双边交易:为了支撑双边交易,帮助电力交易的需求方(售电公司、大用户)和供应方(发电企业等)发现市场机会、了解市场行情,I380V提供了场外协商撮合业务功能,涵盖供应(需求)信息发布、合同管理、实时沟通等业务需要。


集中竞价交易:平台基于自动采集的用电客户用电信息(包括负荷数据、电量数据、需量数据等),根据特定的预测算法,预测企业的总用电需求(负荷需求、电量需求),为企业竞价交易时申报电量提供参考;通过接口从相应电力交易平台获取公开的电力交易信息(包括历史交易信息、历史申报信息、历史交易统计信息),结合企业可接受的成交价格范围,预估可能的成交价格,为企业竞价交易时申报电价提供参考。 


能源传输:能源中间商提供能源传输的工具,如电网、燃气管道等。

 

能源销售:包括计量、抄表、算费、收费等业务。



这些业务商住区域都有涉及,像长三角地区,低压用户的抄表收费是由国家电网等用电信息采集系统和营销系统实现的,但是像陕西等省份的住宅小区都由物业代收的方式进行电费收缴,而且往往都是人工抄表,工作量很大,计费错误的情况时有发生。当然商业建筑都是住户能源费用的方式,往往也都是人工抄表计费的。针对这些问题,我们提出了数据自动采集、电费自动核算、电费收缴等一系列业务功能。从档案管理、装接管理、电费管理、费用收缴,实现能源销售的全生命周期管理。


4、智慧社区周边生活服务及产品推荐



智慧社区周边生活服务及产品推荐模块提供水电费代缴、电器维修、快递代收、保洁服务等常用的智慧社区的必要服务。


5、社区邻里互帮互助论坛



当使用用户遇到困难时可发帖求助或者在线咨询。问题对口的邻居在论坛上发现问题,与求助者取得联系,并在线帮助或者上门帮助,是否收费可自行协商。通过邻里论坛可使商住区域的邻里凝聚力增强,是一个联络关系不错的平台。



能源大数据在建筑节能领域的应用


1、能源大数据在建筑节能行业的定位

传统的建筑节能因没有对建筑能耗进行有效的监测与分析,造成了节能改造没有针对性、节能效果不佳等情况。我们以能源大数据分析为基础,通过能耗监测判明能源浪费和能源使用效率低的部位及系统,通过能效诊断分析产生能源浪费和能源使用效率低的原因,通过节能技术的应用进行有针对性的节能改进,同时使节能量可计量、可视化。通过我们的工作使能耗监测、建筑节能技术与能耗大数据应用完美结合,使建筑节能进入大数据(互联网+)节能(v3.0)时代


2、能源数据的重要性



上图中可以看出在没有关联信息的情况下,两辆车百公里油耗都为15L。参照第二张图的具体使用情况,一个是上坡行驶,一个是下坡行驶,我们得到的结论是前一辆车更省油,这个例子说明了数据的重要性。在建筑节能领域也是一样,能源数据是非常重要的。

“你无法对不能测量的东西进行管理。” ——通用电气 杰克·韦尔奇

“建筑运行能耗数据是展开建筑节能工作的最重要的基础,建筑节能要拿数据说话。”——清华大学建筑学院副院长


3、实现方式


第一种方式,从生病到诊断、买药、吃药是粗放型的;第二种是医院检查,精确诊断,制定住院、手术等方案。数据的重要性一目了然。建筑节能也是一样,应该从传统粗放的形式向科学集约的形式转变。


4、节能三步骤



建筑节能的三步骤:能耗管理、能效管理、能源管理,这些都是建立在能源数据的基础上的,通过大数据挖掘分析而形成的各类应用。


能耗管理:

  • 关口计量

  • 分支回路计量

  • 楼层与区域计量

  • 户内计量

能效管理:

  • 能耗与能效分析

  • 能耗仿真模拟

  • 用能设备监测

  • 用能行为管理

  • 能源事件管理

 

能源管理:

  • 需求侧响应

  • 负荷监测与控制

  • 分布式能源管理

  • 源网荷互动

  • 多能互补优化

  • 节能改造


5、综合能源服务云平台——用电管理模块

用能模块的物理架构图从下往上具体分为:现场设备层、数据采集层、系统应用层。



  • 系统应用层:系统应用层对采集的现场各类数据信息建模、计算、分析与处理,对建筑物及设备的能耗进行综合评价,利用图形、表格等方式直观展现现场能耗及能效状况,并出具各类能耗统计报表及节能建议书。

  • 数据采集层:该层是数据信息交换的桥梁,将能效采集终端采集的相关数据,通过GPRS/CDMA/以太网等无线网络上传至建筑能源管理系统。

  • 现场设备层:现场设备层主要由现场安装的各类计量设备及部分自带通讯接口的用能设备组成,负责计量并保存各用能设备的用能数据和运行参数。 


6、用电管理模块数据模型



数据模型是基础。建筑能耗从管理维度上可以分为:能源决策者、建筑管理方、专业工程师从宏观、到中观、到微观三个不同层级,这三个层级所关注的视角都是不一样的,具体可参照上图。



通过海量数据分析、科学研究、同类数据分析、影响因素分析系统集成建筑能耗、能效指标。


能耗指标具体为单位面积指标、人均能耗指标;能效指标如CPO等暖通系统运行的能效指标。通过能耗、能效对标,从不同尺度衡量建筑节能的运行水平,既注重宏观把握,又不放过细节,而且能快速准确的定位节能运行的问题,给出节能运行的策略。



对比同类建筑的分项能耗指标,可以帮助每个建筑准确定位各自分项用能水平高低。图中的黑色横线是基准,代表这类建筑的平均能耗水平,即判断自身能耗水平的依据,为下一步做节能、运行的改造提供数据基础。



上图显示的是美国暖通工程师学会(ASHRAE)提出的评价冷站效率的标尺模型。



上图是国家标准GBT17981-2007 《空调系统经济运行》给出的空调系统经济运行指标体系及其限值。


7、用电管理模块商业价值

用电管理模块以云计算、物联网、大数据技术为手段,以建筑能源管理信息化产品为技术载体;以建筑节能、舒适、安全、智能、经济为目标,使能源大数据更好的为建筑节能所用。具体可以概括为四点:

(1) 智能运行、能力提升

  • 机电系统运行全数字化管理

  • 平均降低15-20%运维成本

  • 平均提升20-30%运维收益

  • 全生命周期智能运行管理

(2) 经济运行、可视管理

  • 最低成本最实用的能效数字化系统

  • 直接节省系统建设费用

  • 精准定位系统运行故障点

  • 预警系统运行状况,随时修正运行

(3) 助力节能、增销收益

  • 最低成本最实用的能效数字化系统

  • 直接节省系统建设费用

  • 精准定位系统运行故障点

  • 预警系统运行状况,随时修正运行

(4) 环境改善、指标提升

  • 在不增加能耗的前提下优化环境舒适度

  • 利用现有系统实现分区温湿度环境优化

  • 照明系统光环境优化

  • 室内空气质量优化


平台商业化价值

商业价值主要分为池内价值和外溢价值两部分。


1、池内价值



池内价值包括能源计量设备、通信设备等设备销售的收入;云平台使用年费、运维费用等收入;和在线能源交易、在线服务交易等资金沉淀方面的价值。


2、外溢价值



池外的价值就是一些衍生的价值,通过节能咨询、能源审计、能源评估、报表等实现收入;通过采购和销售成本的差值实现收入;还有就是广告收入等商住区域周边产品、服务实现的收入。

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