機場智慧能源管理系統管理與評價

隨著社會經濟的高速發(fā)展，能源消耗問題日益嚴峻，《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中重點規(guī)劃部署七大任務，分別是高效智能，著力優(yōu)化能源系統；節(jié)約低碳，推動能源消費革命；多元發(fā)展，推動能源供給革命；創(chuàng)新驅動，推動能源技術革命；公平效能，推動能源體制革命；互利共贏，加強能源國際合作；惠民利民，實現能源共享發(fā)展。以“互聯網+”為手段，以智能化為基礎，通過多種能源協同運行的新一代綜合能源系統得到了重點關注。

2020年1月，民航局正式印發(fā)《中國民航四型機場建設行動綱要（2020-2035年)》（以下簡稱《綱要》），這是指導當前和今后一個時期四型機場建設的主導性文件。《綱要》提及到2035年將實現標桿機場引領世界機場發(fā)展，全面建成安全高效、綠色環(huán)保、智慧便捷、和諧美好的四型機場，智慧能源管控系統建設的必要性與四型機場的發(fā)展理念完全契合。2020年2月，《民用機場智慧能源管理系統建設指南》（以下簡稱《指南》）正式施行，這為智慧能源管控系統的建設提供了有力的技術和實踐指導。

當前，四川省機場集團致力于積極推動成都“兩場一體”協同建設運行，強化基礎設施綜合保障，創(chuàng)建區(qū)域多機場系統高效運行、高質量發(fā)展的“成都模式”，全面打造平安、綠色、智慧、人文的國際航空樞紐。在以往的機場能源管理過程中，往往存用能監(jiān)控子系統分散，系統之間無關聯，各個系統產生的監(jiān)控信息存在信息孤島的問題，造成統一管理困難，沒有形成規(guī)模、整體效益的優(yōu)勢。結合政策背景及《指南》標準支撐，成都雙流機場與成都天府機場（在建）在今年均按照A類機場（吞吐量大于4000萬人次）標準，全面啟動智慧能源管理系統的的設計建設，構建全機場能源大運控、大服務體系，覆蓋能源生產—轉換—存儲—配送—消費區(qū)域，實現“電、冷、熱、水、氣”等能源一體化管控，達到有效調整和平衡機場能源供需結構、推動節(jié)能減排、提高能源利用效率，提升管理運營水平的目標。

1.1建設目標

智慧能源管控平臺實現對航站區(qū)、飛行區(qū)、工作區(qū)、貨運區(qū)全區(qū)域的供能/用能相關子系統進行統籌運行和管理，各供能/用能子系統既能各自獨立行使職能，同時又能通過遠程網絡向能源管控中心實時傳送數據，接受能源管控中心的指揮。

智慧能源管控平臺，通過對機場各供能/用能系統進行智能化數據采集、統計分析、一體化全景展示，通過區(qū)域自治與集中管控的能源調度、源網荷儲協調控制、能源智慧運營等功能的建設，實現各供能/用能子系統與“智慧管控”高度融合，輔助決策人員、管理人員做好機場能源管理工作，了解能源導向，清楚能源成本，提升機場能源綜合效率。

1.2 管控范圍

智慧能源管控平臺管理范圍涉及機場整個區(qū)域，通過前期對各部門、各系統的調研梳理，確定涵蓋范圍包括：航站區(qū)、飛行區(qū)、貨運區(qū)、工作區(qū)等區(qū)域。管控能源介質包括電、冷、熱、水（中水、雨水、污水、自來水）、燃氣。智慧能源管控平臺接入的各區(qū)域子系統如表1所示。

表1 智慧能源管控系統平臺各區(qū)域子系統接入詳表

1.3 平臺總體架構

智慧能源管控平臺總體架構如下圖所示：

圖2 成都機場智慧能源管控平臺總體架構

感知層：通過傳感器、智能儀表、采集終端等數據采集手段，實現對供電、供水、供熱、供冷、供氣、綜合管廊、氣象、航班的信息和數據，統一接入到大數據采集平臺，為智慧管控系統提供基礎數據支撐。

網絡層：該層由基于現有各個區(qū)域數據采集網絡、主站監(jiān)控網絡組成。滿足智慧能源存量和增量業(yè)務信息量的需求；基于時鐘同步網和通信網，保證智慧能源管控系統網絡安全可靠、方便運維。

數據層：將采集到的各供能及用能子系統數據進行處理，實現數據的歸類、歸集和關聯性分析；并按照業(yè)務要求利用數據挖掘、機器學習、聚類分析等技術對數據進一步分析和利用。

應用層：建設基礎支撐平臺，實現智慧能源的能源監(jiān)控與分析、智慧能源優(yōu)化調控、智慧能源運營管理三部分內容，從三個層次提升整個智慧能源的運行效率。

展示層：該層由監(jiān)控大屏、PC計算機、手機等接入設備和綜合應用門戶、移動應用門戶組成。其中綜合應用門戶、移動應用門戶是信息匯聚的窗口與各應用系統的入口。具體展示內容包括運行監(jiān)控、能源運行與調度、能源利用指標數據、設備狀態(tài)監(jiān)視、地理信息；展示方式包括客戶端瀏覽（C/S）、網頁瀏覽（B/S）、移動APP瀏覽等。

成都機場智慧能源管控系統應用平臺在基礎支撐平臺的基礎上，分為三個板塊功能設計，分別是能源監(jiān)控、智慧能源優(yōu)化調控、能源運營管理。以下對各主要功能模塊設計內容進行分享。

圖3 成都機場智慧能源管控平臺功能架構

2.1 能源監(jiān)控

2.1.1 能源數據交互

系統能夠進行實時數據交互，數據采集功能支持信息分組采集、有線或無線網絡方式的信息采集功能，實現對子系統數據采集以及對采集主備通道的軟切換。系統同時具備向智慧機場業(yè)務平臺、機場辦公網、機場信息發(fā)布系統等發(fā)布數據的接口。同時系統應能夠采集和處理下列幾類數據：模擬量、電度量、狀態(tài)量（含雙位置）、時間順序記錄、定值參數和動作信號等。為保證信息傳送的可靠性，應采用錯誤校驗碼。

2.1.2 能源數據處理

系統對各能源監(jiān)控子系統的模擬量、狀態(tài)量進行實時數據處理，經過數據處理的數據成為調控系統中各項應用功能的基礎及源泉。除了對數據處理以外，還對所有數據打上質量標鑒，以標明其可信度。

2.1.3 能源數據可視化展示

能源數據可視化展示為各類角色提供相應的全景、綜合的人機展示。系統提供能源供應、轉換、傳輸和消費各個環(huán)節(jié)各種能源介質的實時流信息及其方向，提供豐富的“源”端監(jiān)視、“網”端監(jiān)視、“荷”端監(jiān)視和能源綜合平衡監(jiān)視。全景展示通過多專業(yè)、多手段、多場景的方式實現，采集指標數據、運行數據、地理信息數據及航班氣象數據等，實現機場能源管控系統的一體化監(jiān)視和運維。

2.2 智慧能源優(yōu)化調控

智慧能源優(yōu)化調控在設計過程中，結合機場能源生產、配送及消費的具體情況，建立能源的優(yōu)化調度模型，將日前計劃和實時調度相融合，實現用戶用能需求與供能單元的無縫銜接，有效解決能源“產-用”協調優(yōu)化問題，以指導機場整體能源系統的優(yōu)化。

2.2.1 負荷特性分析及負荷預測

對航站樓、綜合交通中心等典型用戶的負荷特性進行分析，接入航班信息、氣象信息，綜合分析，采用回歸、神經網絡等算法，建立與負荷特性相適應的冷熱電預測模型和方法，實現電負荷、熱負荷、冷負荷的長期（未來24小時）、短期（未來數小時）的多時間尺度的負荷預測，為調度優(yōu)化提供依據。

2.2.2 能源設備性能分析

對供冷系統（如制冷機組）、供熱系統（如鍋爐）、輸配系統（如水泵）、末端空調機組、新風機組設備性能進行在線監(jiān)測，實時分析制冷機組COP、鍋爐效率、冷量輸配系數、末端空調機組能效、新風機組能效等指標，以便及時發(fā)現設備性能及系統能效的變化。

對機場制冷機組、水蓄冷、燃氣鍋爐、泵與風機等主要能源設備安全運轉率、運維情況、關鍵設備無故障時間等角度分析機場的能源安全情況，從而達到實時監(jiān)控整個機場運行安全情況。

2.2.3 供冷/供熱多能源優(yōu)化調度

應根據負荷預測結果、能源系統狀態(tài)等，以及內置的能源優(yōu)化調度策略（包括經濟效益最優(yōu)、綜合能效最優(yōu)、綠色環(huán)保最優(yōu)、綜合最優(yōu)四種策略），自動計算、生成制冷機組、水蓄冷、燃氣鍋爐供熱等多種能源系統的生產調度計劃并下發(fā)給相應的系統執(zhí)行，實現多能源系統智能協同生產及優(yōu)化調控。同時調度計劃生成以后，平臺操作人員可對調度計劃進行校核，根據實際情況對未超過時效的調度計劃進行手動微調。

2.3 能源運營管理

能量運營管理模塊支撐機場能源管理綜合評價體系，從能源管理的整個業(yè)務體系出發(fā)，結合各單位能源耗用的成本情況、能源指標計劃的執(zhí)行情況、能耗指標的完成情況、能耗設備的管理情況，對各單位的能源管理成績和效果進行系統性的總體評價，推動機場整體能源管理水平的提升，最終實現節(jié)能減排的總體目標。

2.3.1 能源計量管理

整合機場各區(qū)域能源計量系統數據及分散采集的計量數據，形成統一管理、集中計量的方式，對“電、熱、冷、水、氣”進行統一管理。針對同一個部分區(qū)域，使用統一的戶號代碼管理，一套系統解決所有計量相關工作，實現管理的高效、智能、可靠，提高生產效率。

系統應提供對機場各部門區(qū)域的能源的綜合查詢功能，能夠采用曲線、圖表等多種方式直觀的展示各單位、用戶的能源使用數據。

根據量具的不同種類、所屬部門等分類建立量具的電子臺賬，方便對量具的統一集中管理。

圖4 能源計量管理功能示意圖

2.3.2 能源設備管理

實現對能源設備管理的信息支持，建立關鍵能源設備信息庫（包括設備檔案、設備故障處理方案信息檔案、點檢定修信息檔案、設備異常應急預案等），實現設備事故臺帳維護管理，同時建立設備運行參數統計臺帳及能源設備備品備件臺帳。

對能源系統的能源生產關鍵設備、重點用能設備的分類梳理，通過數據采集、統計、分析等手段，形成對設備的運行狀態(tài)、故障情況、用能情況的直觀統計，服務于設備的正常運行，通過工藝改進，降低重點用能設備能耗，減少能源成本。

2.3.3 能源質量管理

實現外購能源質量的管理和自產能源的質量管理，建立能源質量標準的維護功能，實現對質量數據和指標進行跟蹤分析。

能源質量模塊將通過收集燃氣、水質、冷熱等各類能介質量信息，建立能源介質質量歷史檔案，分析掌握機場能源介質質量實際情況，為分析質量偏差提供數據基礎。通過對各類指標進行跟蹤監(jiān)控和趨勢分析，避免質量事故。

能源質量數據可以通過數據采集并存檔的方式進入能源管理系統，對于暫時沒有條件進行實時能源質量監(jiān)測的測量點，也可以離線人工檢驗并人工錄入。

對能源質量數據進行分析，用曲線和報表方式進行展現，以進行數據的對比、分析。對于實時采集的能源質量數據，按照設定的限值進行告警。建立完整的能源質量臺賬。能夠以檢測地點、能源介質、時間為入口進行能源質量的數據查詢。

隨著新時代民航強國戰(zhàn)略的統籌推進，加快推進以“平安、綠色、智慧、人文”為核心的“四型機場”建設，是我國機場實現高質量發(fā)展的必行之路。以《民用機場智慧能源管理系統建設指南》為指導目標，遵照統一規(guī)劃設計、 適度超前的原則，借助云計算、大數據、物聯網、移動互聯、人工智能等“工業(yè)4.0時代”的數字信息化技術，對機場的能源系統，從規(guī)劃設計到生產運行的各生產要素進行一體化統籌管理，建設機場智慧能源管理系統，促進機場節(jié)能減排和資源節(jié)約，保障能源系統運行安全，為旅客提供更健康舒適的環(huán)境體驗，是新時代四型機場建設的又一重要內容和頂層設計，也為管理者在機場發(fā)展面對成本、質量、效率和環(huán)境提出更高要求的當下，提供了可行的途徑和方法。

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