基于工业互联网的建筑能源优化管理系统

1 案例背景

2021年国务院政府工作报告中指出，要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案，优化产业结构和能源结构，我国电力和热力生产约占能源相关碳排放的50%，特别是在大型公共建筑、产业园区、工业建筑等区域由于缺乏有效的能源工业控制手段，导致热网能源浪费、调度效能低下、运营管理效率不高等关键问题，极大的增加了建筑运营成本。

基于工业互联网的建筑能源优化管理系统建设项目是服务于国家新媒体产业基地（简称：产业基地），通过构建一整套基于工业互联网能源管控的装置及平台，为产业基地下辖10平方公里提供热网平衡改造、水力平衡调节、站点安全运行、应急抢险、管网建设、工程管理等全面、便捷、智能的能源优化管理。同时，在对产业基地热网能源输配过程中结合优化调度算法分析，利用工业控制对热网进行统一调度，以此降低产业基地企业综合能耗、提高生产效能，实现“节能减排、绿色能效”。

 

2 案例详情

本项目通过满足国家新媒体产业基地对建筑节能降耗的核心需求，研发包括一整套满足热网运行调度的物联网监测监控感知终端设备、基于信创国产化的IIoT（Industrial Internet of Things）采集控制系列产品、可信安全无线传感网络、热力物联网数据服务中台、热网大数据分析及调度优化算法中台、智慧热力综合管理系统等内容。并通过运用物联网、云计算、大数据分析、人工智能、数字孪生技术，构建面向热力输配、调度的节能降耗综合管理服务。

整个平台系统由现场设备层、通讯传输网络层、数据中心三部分组成。

现场设备层：由数据采集器、现场电表、水表、热量表、流量计以及各类传感器组成，数据采集器通过RS485通信接口实现用能分类、分项、分区域监测。数据采集器在实现各类基础设备与监控工作站之间的通信传输基础上，接收中心信息层的指令、向现场设备层设备发布指令、收集并处理从基础设备采集到的各类信息。

通信传输网络层：构建整个建筑能源信息通信网络，该网络采用能源专网形式完成数据信号传输。

数据中心：在通讯传输网络的基础上，将现场各个仪表、系统与数据中心进行有序连接，实现实时能源数据及节能控制系统与数据中心的信息交互。

 

最终通过建立基于能源物联网、大数据的智慧热网节能降耗综合管理平台，提供能源工业互联网、能源管控和节能降耗服务，实现能源供给侧优化以及源、网、荷协同运营，最大限度促进绿色低碳发展，为用户提供高效、灵活、便捷、经济的能源供给和增值服务。

 

3 应用价值

（一）项目结合数字孪生技术，模拟能源流通情况，对城市能源网络进行监测、分析、诊断，指定节能优化策略，实现精细化指导能源运行和调度，对提升能源利用率，降低能源损耗具有较强的应用价值，并可整合热、电、冷、天然气、新能源等多种能源，实现多种能源间的交互响应和互补互济，具有极强的通用性和推广复制性；

（二）项目基于物联网的大数据分析对热力站的主干网及热源输配的自动判断和调整情况，达到节能减排的效果；

（三）项目基于可信物联网实现对终端数据采集和传输，保障物联网数据信息准确与安全性；

（四）项目通过使用物联网和云计算计算，创新热网运营管控模式，改善了管网维护人员调控方式，减少巡查人次，提升工作效率；

（五）项目基于人工智能热网优化平衡调节算法，利用物联网调度终端与平台的配合，实现热网优化调度。

 

4 实践效果

本项目在国家新媒体产业基地投入运行后，极大的提升了产业基地的能源管理水平和工业信息化水平，为产业基地安全运行、节能降耗、应急抢险、管网建设、工程管理等提供全面、快捷的管理服务。构建能源平衡优化，实现一次管网的水力平衡、热力平衡，由热源向用户分配负荷的传统运行调节方式，向根据热用户需求精确调节方式转变，通过实现热用户、热网和热源的联动控制，达到“均衡输送、按需供热”的建设目标。

项目建成后，每年为产业基地建筑每年的能耗节能率与系统改造之前相比为20%左右，节约能源资金超过200万元，平台建设完成后基于优化调度算法及工业控制装置，年节能率较系统改造前降低能源损耗20%左右，节能减排效果显著，得到产业基地使用单位各部门的高度认可，具有重大推广意义。

在社会效益方面，通过本项目将有效提高城市热网的供热效能，实现热力能源节能降耗，助力国家碳中和、碳达峰。同时，本项目的建设方案具有多种能源的融合能力，以“网状”形式发展与融合，不但可以横向扩展，还可以纵向延伸垂直行业应用的深度，为后续城市治理的数字化、标准化、智能化应用奠定了坚实的基础。