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能效管理平臺在智慧水務(wù)建設(shè)中的應(yīng)用

 更新日期:2022-12-01 點擊量:398

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201800
摘要:隨著社會的高速發(fā)展,已經(jīng)進(jìn)入了信息化時代,數(shù)據(jù)化智能管理系統(tǒng)在各行各業(yè)都應(yīng)用廣泛,智慧城市的建設(shè)也逐步落地。在智慧城市的建設(shè)中,智慧水務(wù)建設(shè)是重要的一環(huán)。智慧水務(wù)的建設(shè)有助于水務(wù)管理的提升,本文從智慧水務(wù)建設(shè)的基本目的入手,介紹智慧水務(wù)建設(shè)的現(xiàn)狀與問題,以及對未來智慧水務(wù)發(fā)展的一些思路。
關(guān)鍵詞:智慧水務(wù);框架設(shè)計;能源管理;智能控制
0引言
       信息技術(shù)與社會程度的高速發(fā)展,自動智能化已成為所有行業(yè)的共同需求,而 5G 技術(shù)的落地,智慧城市的建設(shè)也越來越深入,智慧水務(wù)是智慧城市建設(shè)重要的一環(huán),如何進(jìn)行智慧水務(wù)建設(shè)已成為一個重 要的課題。 
1智慧水務(wù)的概念與現(xiàn)狀 
1.1智慧水務(wù)的概念
       智慧水務(wù)的核心是自動智能化的城市水務(wù)管理,這是一個新興的概念,在業(yè)界還未形成統(tǒng)一的共識。智慧水務(wù)的目的是在進(jìn)行水務(wù)業(yè)務(wù)的辦理與管理過程中,根據(jù)客戶的實際需求進(jìn)行人性化,定制化的服務(wù)。表現(xiàn)在管理方面比如:遠(yuǎn)程輸水調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程管道檢修等;表現(xiàn)在客戶方面比如:客戶可以實時通過手機 APP 查看水的使用情況,在線繳費與在線辦理業(yè)務(wù)等。智慧水務(wù)是自動化、智能化、人性化的水務(wù)管理系統(tǒng),它可以實現(xiàn)水務(wù)精細(xì)化管理,具有效率高、時效性強等優(yōu)點,是水務(wù)建設(shè)未來的重要方向之一。 
1.2智慧水務(wù)的現(xiàn)狀
       智慧城市的建設(shè)離不開智能水務(wù)的建設(shè),如今智能自動管理技術(shù)迅猛發(fā)展,水務(wù)建設(shè)也要與時俱進(jìn),進(jìn)行信息化建設(shè)為智慧城市的建設(shè)添磚加瓦。根據(jù)水務(wù)工作的現(xiàn)狀與信息技術(shù)的應(yīng)用,智慧水務(wù)的建設(shè)應(yīng)該具有新理念與新方式,通過利用大數(shù)據(jù)、實時傳感以及移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),對城市用水的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動智能化控制與調(diào)配,提高服務(wù)水平,避免水資源浪費,實現(xiàn)合理配置。智慧水務(wù)是各國水務(wù)建設(shè)競爭的新方向,智能水務(wù)的建設(shè)需要計量傳感器與管理系統(tǒng)、智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、智能水量管理系統(tǒng)、智能廢水處理與回收系統(tǒng)等智能系統(tǒng)配套聯(lián)合實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。以及廢水資源的回收處 理及再利用?,F(xiàn)階段,智慧水務(wù)的建設(shè)還未完善,存在著一系列問題,因此在智慧水務(wù)的建設(shè)發(fā)展中要注重合理規(guī)劃,合理配置,根據(jù)實際情況解決實際問題,提高水資源的利用,避免浪費。 
2智慧水務(wù)建設(shè)的規(guī)劃 
       智慧水務(wù)的規(guī)劃是智慧水務(wù)建設(shè)的指導(dǎo)思想,具體有以下幾方面內(nèi)容。 
       (1)智慧水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)規(guī)劃:任何項目的建設(shè)與實施都需要先制定目標(biāo),智慧水務(wù)的建設(shè)也不例外,從作用來看,智慧水務(wù)的主體是水務(wù)企業(yè)與城市居民,智慧水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)應(yīng)該是為相關(guān)用戶提供水務(wù)信息的發(fā)布與業(yè)務(wù)的便捷水務(wù)服務(wù)。因此,在規(guī)劃智能水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)時應(yīng)該將用戶體驗作為第一目標(biāo),將服務(wù)性內(nèi)容作為重點進(jìn)行設(shè)計。 
       (2)智慧水務(wù)建設(shè)的結(jié)構(gòu)規(guī)劃:根據(jù)智慧水務(wù)建設(shè)的目標(biāo),智慧水務(wù)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括用戶層面、系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)據(jù)中心與硬件建設(shè)等結(jié)構(gòu)。 
       第一、用戶層面的構(gòu)建:智慧水務(wù)應(yīng)根據(jù)用戶的不同進(jìn)行分區(qū)設(shè)計,主要包含三個用戶群體:客戶、水務(wù)企業(yè)管理以及水務(wù)監(jiān)督部門。比如:客戶建構(gòu)的設(shè)計要更注重繳費、信息發(fā)布、反饋機制的設(shè)計;水務(wù)企業(yè)管理的構(gòu)建要注重總結(jié)、收集、實時報警與調(diào)控管理等方面的設(shè)計;監(jiān)督部門的構(gòu)建要注重信息整理、舉報回饋與統(tǒng)計調(diào)查等方面的設(shè)計。通過對不同用戶的不同設(shè)計,提升智慧水務(wù)的整體建設(shè)水平與運行效率。 
       第二、系統(tǒng)應(yīng)用的構(gòu)建,智慧水務(wù)建設(shè)包含的內(nèi)容比較廣,在智慧水務(wù)建設(shè)的過程中要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)做針對性設(shè)計,比如:管網(wǎng)的建設(shè)鋪墊與保養(yǎng)維護,水網(wǎng)的運行監(jiān)測與保養(yǎng)維護,新增水務(wù)建設(shè)的規(guī)劃以及污水處理系統(tǒng)的建設(shè)等,在智慧水務(wù)的建設(shè)中都要進(jìn)行專門的設(shè)計構(gòu)建。實現(xiàn)整個水務(wù)系統(tǒng)的自動智能化,提高整個水務(wù)系統(tǒng)的運行服務(wù)效率。
       第三、數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建:智慧水務(wù)的建設(shè)運行是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的,高效的數(shù)據(jù)中心是智慧水務(wù)運行效率的保障。智慧水務(wù)數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建包含有:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)等。通過數(shù)據(jù)的收集與整理,可以優(yōu)化智能水務(wù)的執(zhí)行層面。智慧水務(wù)的數(shù)據(jù)化程度越高,越完善,對智慧水務(wù)建設(shè)的參考性與指導(dǎo)性作用就越強。 
       第四、硬件建設(shè):智慧水務(wù)建設(shè)需要軟件的支持,同時也離不開硬件的保障,硬件是智慧水務(wù)建設(shè)的設(shè)備基礎(chǔ)。智慧水務(wù)的硬件建設(shè)中要注重安全性與穩(wěn)定性,同時要注重硬件的維護升級,建設(shè)先進(jìn)的智慧水務(wù)系統(tǒng)離不開先進(jìn)的硬件支持。智慧水務(wù)的建設(shè)是一個有機的系統(tǒng),任何一方面的落后都會導(dǎo)致整個智慧水務(wù)建設(shè)的落后。因此,在進(jìn)行智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)時要注意齊頭并進(jìn),不能出現(xiàn)短板。 
 
3智慧水務(wù)建設(shè)的系統(tǒng)建設(shè)組成 
3.1能源管理系統(tǒng)
       我國是能源消耗大國,能源相對匱乏,因此智慧水務(wù)的建設(shè)中要特別注意能源管理系統(tǒng)建設(shè)。盡量節(jié)約能源,減少不必要的浪費。智慧水務(wù)能源管理系統(tǒng)可以從泵站開始改造,依據(jù)大數(shù)據(jù)分析用水高峰與谷峰,通過智能化調(diào)節(jié),對泵站實施動態(tài)化管理,節(jié)約泵站耗能。通過能源管理系統(tǒng)實時監(jiān)測,對能源數(shù)據(jù)收集整合分析,改造水務(wù)系統(tǒng)的配電設(shè)施,提高泵站的效能,對電力、熱能等多種能源綜合管理,優(yōu)化供水流程與波動,整體降低水務(wù)系統(tǒng)的能源消耗。 
3.2水資源管理系統(tǒng)
       城市供水多采用流域供水,智慧水務(wù)建設(shè)的水資源管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)控流域情況,包括水質(zhì)、水量等數(shù)據(jù),通過監(jiān)控數(shù)據(jù)的收集整合可以建立水資源管理模型,基于模型可以對水資源的變化進(jìn)行預(yù)測應(yīng)對。水資源管理系統(tǒng)對水資源的合理配置與應(yīng)用有重要的意義。 
3.3生態(tài)管理系統(tǒng)
       生態(tài)建設(shè)是現(xiàn)代社會的重要指標(biāo),生態(tài)管理系統(tǒng)包括廢水處理、再利用與排放。廢水處理是生態(tài)管理系統(tǒng)中的一環(huán),通過廢水處理,實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用,避免污染自然水資源與生態(tài)環(huán)境。生態(tài)管理系統(tǒng)通過建設(shè)污水處理廠與再利用水廠,實現(xiàn)水污染處理和水資源再利用的目的,降低了水資源消耗的同時保護了環(huán)境。智慧水務(wù)的生態(tài)管理系統(tǒng)實現(xiàn)了廢水處理設(shè)備自動智能化,對于廢水的分析與數(shù)據(jù)采集進(jìn)行實時控制與監(jiān)管,對于生態(tài)環(huán)境有重要的意義。 
3.4節(jié)水管理系統(tǒng)
       智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)需要完善的節(jié)水管理系統(tǒng),節(jié)水管理系統(tǒng)對于降低水資源消耗有重大作用。通過大數(shù)據(jù)運用,將水表傳感器等設(shè)備通過移動互聯(lián)網(wǎng)與智慧水務(wù)系統(tǒng)相聯(lián)。通過實時監(jiān)測的方式,進(jìn)行分析整理,對異常進(jìn)行報警實現(xiàn)智能節(jié)水,為用水客戶與水務(wù)管理企業(yè)建立橋梁,提供實時的信息服務(wù)。 
4安科瑞電氣針對智慧城市水務(wù)建設(shè)推出能效管理解決方案----AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺
4.1平臺概述
       安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系,AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置,用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度,重點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效,保護污水廠運行安全可靠,提高污水廠能效,為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。
4.2平臺組成
       AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成,涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等,貫穿水務(wù)能源流的始終,幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況,并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。
4.3平臺拓?fù)鋱D
4.4平臺子系統(tǒng)
4.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控
       對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護,實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能,對異常情況及時預(yù)警。
       監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。
 
4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
       水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。
 
4.4.3電動機管理
       馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能,電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監(jiān)測和報警。高效、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息,對電機進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合,實現(xiàn)電動機自動或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。
 
4.4.4能耗管理
       為水務(wù)搭建計量體系,顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗,通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向,找出能源消耗異常區(qū)域。
       將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中,從多個維度對比分析,實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比,幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗,能源成本,標(biāo)煤排放等的情況。
       能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量,同環(huán)比對比分析,能耗總量和能耗強度計算,標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。
       能效分析按三級計量架構(gòu),分別進(jìn)行能效分析,契合能源管理體系要求,可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析,同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖,并進(jìn)行同比和環(huán)比分析,同時將污水的單耗與行業(yè)/國家指標(biāo)對標(biāo),以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝,從而降低能耗。
 
4.4.5智能照明控制
       系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案,支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能,盡量利用自然光照,實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。
 
4.6電氣安全
(1)電氣火災(zāi)監(jiān)測
       監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度,實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。
(2)消防應(yīng)急照明和疏散指示
       根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。
(3)消防設(shè)備電源監(jiān)測
       監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。
(4) 防火門監(jiān)控系統(tǒng)
       防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài),實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài),顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來,當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時,防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號,能指示報警部位并保存報警信息,保障了電氣安全的可靠性。
4.4.7 環(huán)境監(jiān)測
       污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警,保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng),排除隱患,保持良好的水處理環(huán)境。
4.4.8分布式光伏監(jiān)測
       實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài),逆變器運行監(jiān)視,對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率,逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測,以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。
       平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況,通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況,顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置,各個屋頂?shù)难b機容量。
4.4.9工藝仿真監(jiān)控
       平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護,進(jìn)行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機,與PLC、軟啟、變頻器等配合,實現(xiàn)電動機自動或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。
4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單
4.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
 
4.5.2智能照明系統(tǒng)
 
4.5.3電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
 
4.5.4消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
 
4.5.5防火門監(jiān)控系統(tǒng)
 
4.5.6消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)
 
5小結(jié) 
       智慧水務(wù)的建設(shè)是智慧城市建設(shè)中的部分,對于節(jié)約水資源,優(yōu)化水資源配置,提升水資源利用率,保證水資源的質(zhì)量與安全有重要意義。通過對水資源的綜合管理,實現(xiàn)對城市流域以及生態(tài)系統(tǒng),廢水回收利用的全方面管控,是居民生活穩(wěn)定的重要保障,智慧水務(wù)的建設(shè)具有巨大的社會價值與經(jīng)濟價值。 
參考文獻(xiàn)
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