简析大型燃气轮余热锅炉项目能耗监测系统的设计与应用

【摘要】：针对大型公共建筑能耗高且能源管理不合理的问题，利用计算机网络技术、通讯技术、计量控制技术等信息化技术，实现能源资源分类分项计量和能源资源运行监管功能，清晰描述建筑内总的用能现状；实时监测各供电回路的电压、电流和功率等电力参数，识别负荷与无效能耗，从而可通过技术或行为节能方式，实现建筑的节能。

        随着社会的发展，能源的消耗量也在迅速增长，特别是建筑能耗的增长特别迅速，已经成为除工业、交通外的第三大能源消耗。按照当前建筑业的发展趋势，在若干年后社会的能源产出将无法满足能源的需求，所以减小能源的消耗量是一个十分重要的且需要尽早解决的问题。在建筑能耗中，大型公共建筑的能源消耗量占据了很大的份额，虽然其总能耗量远不如住宅建筑消耗量大，但是单位面积的能耗消耗量十分巨大，所以大型公共建筑的节能工作具有很大的潜力。大型公共建筑能耗监测系统的建设使得人们可以充分了解大型公共建筑的能耗使用情况，为提出的节能减排政策与决策奠定基础，随着中国城市化进程的推进、经济的发展，我国建筑能耗总量呈持续增长的态势，并且增长速度有越来越快的趋势。如果任由建筑能耗照此速度增长，必然给中国能源供应安全带来大的压力，因此建筑节能势在必行。

        大型燃气蒸汽联合循环发电生产基地及大型燃气轮机余热锅炉项目位于浙江省杭州市江干区临丁路和同协路交叉口。项目总建筑面积约230200平方米，包括：两幢两层高的办公楼、六幢五层高的生产厂房、两幢12层高的太阳能镜场设备装配车间、一幢10层高的太阳能换热气装备车间、一幢12层高的污水处理设备装备车间、一幢11层高的工业机器人装配车间、一幢12层高的锅炉机器人装配车间、地下单层车库，提供停车位1000个,项目总投资100000万元。

        整个能耗在线监测系统的设计是以《办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》、《浙江省办公建筑和大型公共建筑用电分项计量系统设计标准》等相关技术导则为基础，建设符合用户实际需求的能耗在线监测系统，整个系统完成了建筑内部能耗计量仪表和能耗数据采集装置的安装，实现从建筑采集能耗数据，远程传输数据，数据统计与展示的功能。整个系统包括能耗数据的原始采集、能耗数据的在线传输、能耗数据的在线分析诊断等，通过能耗计量装置的安装，实现能耗数据的原始采集；通过通讯管理机的安装，实现能耗数据的在线传输；通过能耗数据的采集存数，形成可视化趋势，确定较高能耗范围 诊断形成高耗原因；通过后期的配置节能节电产品 改进运营管理模式，进行节能降耗；通过节能降耗前后数据对比，查看节能降耗实施效果。

2.1 能耗数据的原始采集

        能耗数据的原始采集是整个能耗在线监测系统的基础，是整个能耗在线监测系统的基本构成元素，指依据办公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源种类的划分，建筑能耗应包括耗电量，耗水量，耗气量，集中供热耗热量，集中供冷耗冷量和其他能源消耗量，分项能耗数据是指分类能耗数据中的一类或多类再细分为若干项。如电能又可以分为4类分项，插座照明用电，空调用电，特殊用电和动力用电，且每一个分项又可再分为若干子项。插座照明用电包括了建筑内部主要工作区域照明，普通设备用电等。可细分为插座照明用电，应急照明及走廊用电，室外照明用电三个子项。空调用电主要是指为建筑内部提供制冷和制热所消耗的电能，其也包括两个子项，冷热站电能使用和空调末端电能使用。动力用电是为建筑内提供动力服务使用的电能，包括电梯用电、水泵用电、通风机用电三个子项。这些分类分项数据要在采集器内部进行计算和存储，并定时与数据中心建立连接发送原始数据。本建筑中，涉及到的能耗信息主要包括耗电量，按照分类、分项计量系统的设计要求，本建筑中用电计量采用多功能电度表，在各楼层照明配电箱、空调配电箱、动力配电箱以及其他特殊用电配电箱安装多功能电表，实现电能的分项采集。

       多功能电表采用交流采样技术，能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数，可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU通信协议，所有多功能电表有功电度计量精度达到0.5级，

2.2 数据传输

      数据传输是指原始分类分项数据经由数据采集器将能耗原始数据从分散分布的建筑群上传到数据中心，并将数据进行处理，完成原始数据存储的过程。在该过程中，数据采集器将定时采集到的数据进行累加，形成可扩展标示语言（XML）格式的数据包，数据包中不仅包含需要上传的数据还包括对应的建筑信息和采集器信息等。采集器还要对要传输的数据包进行加密处理，一般采用128位aes加密处理以保证数据的安全并进行上传工作。整个系统的数据传输网络包括现场计量采集装置与采集器之间的485网络以及采集器与数据中心之间以太网，现场计量采集装置与采集器之间通过RS-485的总线方式，实现计量采集装的手拉手式的连接，接入采集器，每路485总线连接计量采集装置的数量在20只左右；采集器与数据中心之间通过建筑内部智能化网络实现数据的远传传输，整个系统的网络结构如下图所示：

2.3 能耗在线监测系统软件功能设计

  1） 能耗在线监测数据处理

       各分项能耗增量应根据各计量装置的原始数据增量进行数学计算，同时计算得出分项能耗日结数据，分项能耗日结数据是某一分项能耗在一天内的增量和当天采集间隔时间内的数据；根据分项能耗的日结数据，进而计算出逐月、逐年分项能耗数据。

  2） 能耗在线监测管理软件架构

      能耗在线监测系统采用C/S（客户机/服务器）架构的分布式网络结构，系统采用标准化、网络化、功能分布的体系结构，且有高度的可靠性和维护方便性 。系统具备软、硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能的升级。可以根据系统的规模和特殊需求，充分优化网络各节点资源和均衡网络负担，并便于系统的分阶段实施。

3）软件功能模块

      按照区域、部门、用电设备类型进行细分，提供同比、环比分析比较和用能数据追溯，同时可以提供尖峰平谷各时段用能数据和报表，帮助用户梳理能源账单明细和制定能源绩效考核。

      大型公共建筑能耗监测系统是按照办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设的相关技术导则进行设计的一个多层次，多功能，跨区域，可双向交换信息的复杂系统。通过搭建这样的能耗监测系统可以实时监测建筑的能耗使用情况，通过能耗数据的分类分项计算，数据的分时统计，公共展示平台等，能促使办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平，为制定切实的政策和决策提供参考和有力的支持，并过能源综合管理系统软件对各电能计量点的用电量实施在线计量、动态监测、集中管理、科学考核，通过的末端监控管理，综合性地实现整体节能，为高能耗建筑的进一步节能改造提供依据。