基于绿色船闸的智能能效管理平台及关键技术应用研究

蒲 皓，刘 轰

（中设设计集团股份有限公司，南京 210014）

全球资源与环境问题日益严重，绿色低碳的发展方式已成为国际社会统一的发展思路。我国自然资源紧缺，能源问题突出，急需在各领域提倡节能的理念，并将其迅速推广至应用领域。

党的十八届五中全会把“绿色发展”作为五大发展理念之一，倡导在“十三五”期间坚持走节约资源的文明发展道路。水运作为一种低能耗和相对环保的交通运输方式，越来越得到重视。特别是绿色水运，更是具有可持续发展和环境保护内涵的航运模式。因此，减少船闸在运行过程中的消耗，削减管理运营的成本，降低船闸运行对周边生态环境造成的影响，成为当今交通运输领域一个意义重大的课题。

1 国内外研究现状分析与评价

目前，国内在船闸机电领域对节能技术的应用主要集中在照明设备的更新或对电动机变频器、光伏等技术的引入[1-2]。总体来说，尚未形成系统的节能方案，节能方式单一，智能化程度低，节能效果不够显著。

2 智能能效管理平台设计方案

2.1 设计思路

智能能效管理平台针对船闸主要耗电系统和装置，利用能源计量控制设备、无线网络技术、有线网络技术、数据库技术、工业控制技术和大数据分析技术，把分散的能源信息（信息孤岛）汇总、计算、分析，从而科学地挖掘节能潜力，为领导提供决策依据，实现主观和客观控制的节能，最终实现能源管理、节能降耗，进而降低成本，提高效益。

2.2 功能分析

从功能上分析，智能能效管理平台分为能耗监测、节能评估、节能管控和节能效果分析四个方面，如图1所示。

图1 智能能效管理平台功能系统框图

2.2.1 能耗监测

结合船闸2.5维图形实现主要电力（空调照明及动力等）消耗量的实时数据和累计数据的图形化显示，功能包括实时能耗显示、实时报警、负荷曲线。

2.2.2 节能评估

利用大数据分析技术实现电气系统节能评估（供配电、照明、空调等系统），为船闸管理者提供节能决策的支持。功能包括统计报表、节能分析。

2.2.3 智能管控

4.人才不够。各试点省份税务系统公职律师人员普遍不多，且分布不均，一些地市税务系统仍旧没有合格的公职律师人选。此外，部分具备法律专业背景的干部缺乏法律服务工作经验，法律服务的技能和水平还有待提高。

借助节能措施和方案对船闸电力系统进行节能管理和控制，功能包括管理节能和设备节能。

（1）管理节能。针对船闸运行特点制定可行的节能用电计划，实时监测生产、办公区域耗电情况，对无需运行的设备、无人使用的办公区采取限电措施，减少能源浪费，实现管理节能。

（2）设备节能。针对船闸运营过程中生产、生活用电设备的运行，利用节电补偿装置、通信网络及节电管理装置实现设备节能。

2.3 设备节能解决方案

2.3.1 船闸用电情况分析

根据多年来对船闸运营的研究经验及相关数据分析，船闸运营过程中电能消耗的情况为：动力约32%，照明约23%，空调占约37%，其他用电约8%。因此，对设备节能方案的研究重点集中于电能质量、动力、照明以及空调用电。

2.3.2 设备节能的功能分析

据以上分析，设备节能功能分为四个核心模块：电能质量优化管理、动力节能控制、照明节能控制和空调节能控制。

（1）电能质量优化管理。利用能耗监测系统提供的电力系统运行实时数据，通过智能芯片或远程服务器对数据进行智能处理分析，采取适合的技术措施对相应参数进行调节，主要针对电力系统电压、电流和功率因素等电能指标进行综合管理，提升电能品质，消除由于电能品质不佳产生的浪费与损害。

（2）动力节能控制。根据现场采集的运行数据，经智能分析计算，估算动力系统用电的合理需求，与实际用电情况比较，通过调节设备的功率，减少能源损耗。

（3）照明节能控制。针对生产生活照明，根据本地日出日落时间和光照值，采用时控、光控相结合的控制方法，根据现场采集的工作电压、电流、功率等数据，由远程服务器进行分析，智能调节电力参数，控制照明设备的开关状态、功率和亮度值。另外，采用能效高的光源和绿色能源供能方案[3]。

（4）空调节能控制。在现场装设传感装置，采集现场温湿度等数据，通过智能管理平台对数据进行分析，远程通过控制终端对空调参数进行调整，或远程设定温湿度阈值及开启时段。

2.3.3 设备节能的关键问题解决方案

本课题核心在于利用智能能效管理平台强大的数据管理和分析能力，对各能耗重点进行有针对的调节和管理，通过先进的节能技术对不同设备类型采取相应的节能方案和优化手段。

（1）对电能质量的优化管理，首要需解决供电系统的数据采集问题。通常，船闸设计中设置有电力监控系统，其监控对象为配电房变配电一次设备，包括高压负荷开关、低压断路器、变压器（温控仪）、发电机（控制屏）等。

本能效管理平台与电力监控系统相结合，实现管控一体化，利用电力监控系统已有的软硬件设备收集供配电系统数据[4]。

电力系统电能质量的影响因素有供电电压、电流以及功率因素等。在电流电压方面，产生损耗的一个重要原因是供电系统普遍存在的三相负荷不平衡。其中不平衡电流的负序、零序电流严重威胁电力设备的安全运行，加大了设备的损耗。因此，解决三相平衡问题是保证电能质量的重要思路。

（2）对动力节能控制，电机的启动电流一般为额定电流的4～7倍，启动电流过大会对电网产生冲击，影响电能质量，造成损耗，严重还可能损坏设备，可根据实时数据采用合适的启动模式。

此外，为保证生产的可靠性，机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。通常，电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。动力节能多采用变频的方法，降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。变频方案的关键问题在于变频器的参数设置，利用智能能效管理平台的数据分析能力，可采用合理算法得出最优的运行方案。

（3）照明节能的重点在于通过对光照、电压、电流等数据的收集，运用智能能效管理平台采用合理算法计算，以精确的电压、电流、功率调整方式控制照明设备的开关或亮度值。采用能效高、寿命长的新型光源是一种合理的节能措施，而采用绿色能源供能更是照明节能的关键。目前，最广泛使用的绿色能源包括光能、风能等。

（4）空调耗电是船闸节能的重要关注点。智能能效管理平台除根据时段设置控制空调开关外，还要根据区域、环境温湿度条件以及人员活动情况采取不同的温控措施，以在满足人员的舒适度需求的前提下，减少能耗。

3 结语

智能能效管理平台的设计思路，以响应十八届五中全会提倡的“绿色发展”理念为前提，将先进的节能技术、船闸机电系统以及智能大数据分析平台紧密相结合，加大船闸节能环保技术的研究力度，从技术和管理角度推动节能减排，提高机电管理效能，保障船闸安全高效生产。这对于填补该项研究在国内船闸行业领域的空白，具有很重要的实际意义。