基于大数据分析的能源综合利用管理思路

张星 张岂豪

中核新能核工业工程有限责任公司 山西太原 030012

传统的工厂能源管理主要以数据采集、信息展示为主，通过信息化的手段提升能源利用管理水平，但是这种系统一般不具备方案优化的能力，无法对采集的数据进行直观分析与模拟，而传统的仿真系统只能提供理论的优化方案，无法直接用于实际运行中。本文将结合能源综合利用实际需求，确定工厂能源信息管理中的重难点，提出利用大数据采集、分析与仿真结合的数字化工厂能源综合利用系统运行优化的解决方案。

1 基于大数据分析的能源综合利用管理总体设计

以某工厂冷却系统为例，能源综合利用管理范围包括循环冷却水系统和蓄能系统，采集范围包括供水数据和用电数据。其中供水数据又分为供水使用量、供水水压、水温、冷却塔开量等实时数据；用电数据包括有电压、电流、电功率、蓄能容量等数据。能源综合利用系统运行既要考虑循环冷却水系统因外界环境因素、工厂热量因素，又要考虑蓄能装置的充放效率与峰谷电价等因素。传统的能源信息管理只能简单的提供用量数据，面对复杂的系统无法提出有效的优化方案与最佳调节参数。

不过随着信息技术与软件水平的不断发展，大数据分析与仿真技术为复杂能源综合利用的方案优化提供了可能。在此情况下，本文所设计的系统将会由能源信息管理、仿真及数据分析三部分组成，其中能源信息管理实行系统数据采集与处理并与三维模型集成，仿真实行系统数字化模拟，数据分析实现利用大数据对仿真结果进行修正，具体方案将会由下文进行描述说明。

2 能源信息管理

本方案中的能源信息管理模块主要用于冷却系统数据采集、分类及储存，一方面实现系统监测、超限报警、信息展示及报表分析等功能，一方面作为数据中心为仿真数据修正提供支撑。本模块主要由数据库、能源信息处理及三维模型三部分组成，具体功能情况如下：

2.1 建立能源信息数据库

本方案中的能源信息数据库，主要用于存储工厂所涉及到的能源管理数据信息，其中主要包括有水网资源数据、电网资源数据、关键设备数据以及其他数据五类基础数据内容[1]。除此之外，数据库中还需要储存虚拟展示模块运行过程中所产生的视频监控数据以及实时资源监测数据，该基础数据和虚拟展示模块运行数据是系统功能实现和交互的重要基础保障。

2.2 能源信息处理

本方案中的能源信息处理模块将会集成现代监控传感技术、数据采集技术、数据处理及通讯技术、能源监测技术、交流采样技术等多种先进性技术手段，并通过大流量光纤作为数据传输渠道，从而形成稳定可靠的数据采集、传输管理系统，进而对工程中的能源数据信息进行全面信息化管理。具体能源信息处理模块功能如下：①模块可以对工厂的能源信息进行实时采集和监控，在发现能源数据信息出现异常情况后，模块将会自行通过相关人员进行处理；②对基础信息进行全面收集，并自行生成能源消耗数据报表。③对工厂中各设备的实际能源情况进行全面分析、归类、汇总，然后结合虚拟展示模块，对设备的能耗数据进行可视化展示。④通过对历史数据进行分析和预测，在虚拟展示模块中展示出能耗曲线模型。能耗分析，结合历史数据，对各设备的能耗情况进行分析，方便相关人员进行使用和管理[2]。

2.3 系统三维模型

系统三维模型将通过标准化编码与数据库关联，以提供直观的展示效果，并为仿真提供模型基础。

对于系统三维模型功能的实现，其主要关键点还在于三维模型数据采集以及模型建立两方面。其中三维模型数据采集效果决定着工厂三维模型构建的真实有效性，其中构成三维模型数据中的影像采集清晰度及质量将会直接决定着后续模型构建和展示的效果及精细度。因此，在进行实际三维数据信息采集的过程中，应尽可能使用高质量数据采集设备，从多个角度对车间及设备的全貌进行数据采集，并且要确保每张影像中车间及设备的精细度和清晰度，这样才能够最大限度保障后续的三维模型构建效果。三维模型通常会分为静态模型和动态模型两类。其中静态模型在本设计中主要指厂区、厂房建筑等内容；动态模型则是指机电设备等内容。在实际模型构建的过程中，无论是静态模型，还是动态模型，都应以模型原物体的相关规划图或者设计图作为重要参考基础来实现，从而最大限度保障三维模型的真实有效性。

3 能源综合利用系统仿真

能源综合利用系统仿真可利用成熟软件进行，例如Autodesk EcotectAnalysis、BentleySystem 及 Green Building Studio 等，主要功能包括建筑全能耗分析、碳排量分析、能源系统仿真等，可利用已建立的三维模型，输入各类能耗参数进行仿真，其中各设备性能参数采用厂家提供的数据，待后续修正。

4 数据分析

分析收集的能源综合利用系统运行数据，对仿真系统中输入的各类能耗数据、设备性能参数进行修正。

以蓄能系统为例，为充分提高经济效益，应在夜间（电价最低时段）进行储能，在9:00至17:00（电价最高时段）进行释能（为冷却系统提供电能）。而每天的蓄电量与当天剩余电量及下一日预计用电量（受季节、天气因素影响）相关。若采用蓄电池，相关规定要求充电状态小于50%时，蓄电池储能效率大于95%；充电状态在75%时，储能效率大于90%；充电状态在90%时，储能效率大于85%，其他蓄能设备趋势与此一致。因此运行方案应该尽量保证当天蓄电量释放完毕，储电量维持在90%甚或80%以下[3]。

利用仿真系统建立运行仿真模型，可提出理论上的储能、释能方案，然后利用系统运行数据进行分析，修正蓄能系统损耗、储能效率系数、下一日预计用电量等参数，实现冷却系统、蓄能系统的最优化运行，到达用电成本最低的目的，并提升能源综合利用效率。

5 结语

本文基于传统能源管理系统提出结合仿真与大数据分析的能源综合利用系统管理思路，可实现能源综合利用系统的可视化展示、虚拟化仿真以及大数据分析，可以为能源综合利用系统提供经过大数据修正的最优化运行方案。