基于綠色船閘的智能能效管理平臺及關鍵技術應用研究

蒲 皓，劉 轟

（中設設計集團股份有限公司，南京 210014）

全球資源與環境問題日益嚴重，綠色低碳的發展方式已成為國際社會統一的發展思路。我國自然資源緊缺，能源問題突出，急需在各領域提倡節能的理念，并將其迅速推廣至應用領域。

黨的十八屆五中全會把“綠色發展”作為五大發展理念之一，倡導在“十三五”期間堅持走節約資源的文明發展道路。水運作為一種低能耗和相對環保的交通運輸方式，越來越得到重視。特別是綠色水運，更是具有可持續發展和環境保護內涵的航運模式。因此，減少船閘在運行過程中的消耗，削減管理運營的成本，降低船閘運行對周邊生態環境造成的影響，成為當今交通運輸領域一個意義重大的課題。

1 國內外研究現狀分析與評價

目前，國內在船閘機電領域對節能技術的應用主要集中在照明設備的更新或對電動機變頻器、光伏等技術的引入[1-2]。總體來說，尚未形成系統的節能方案，節能方式單一，智能化程度低，節能效果不夠顯著。

2 智能能效管理平臺設計方案

2.1 設計思路

智能能效管理平臺針對船閘主要耗電系統和裝置，利用能源計量控制設備、無線網絡技術、有線網絡技術、數據庫技術、工業控制技術和大數據分析技術，把分散的能源信息（信息孤島）匯總、計算、分析，從而科學地挖掘節能潛力，為領導提供決策依據，實現主觀和客觀控制的節能，最終實現能源管理、節能降耗，進而降低成本，提高效益。

2.2 功能分析

從功能上分析，智能能效管理平臺分為能耗監測、節能評估、節能管控和節能效果分析四個方面，如圖1所示。

圖1 智能能效管理平臺功能系統框圖

2.2.1 能耗監測

結合船閘2.5維圖形實現主要電力（空調照明及動力等）消耗量的實時數據和累計數據的圖形化顯示，功能包括實時能耗顯示、實時報警、負荷曲線。

2.2.2 節能評估

利用大數據分析技術實現電氣系統節能評估（供配電、照明、空調等系統），為船閘管理者提供節能決策的支持。功能包括統計報表、節能分析。

2.2.3 智能管控

4.人才不夠。各試點省份稅務系統公職律師人員普遍不多，且分布不均，一些地市稅務系統仍舊沒有合格的公職律師人選。此外，部分具備法律專業背景的干部缺乏法律服務工作經驗，法律服務的技能和水平還有待提高。

借助節能措施和方案對船閘電力系統進行節能管理和控制，功能包括管理節能和設備節能。

（1）管理節能。針對船閘運行特點制定可行的節能用電計劃，實時監測生產、辦公區域耗電情況，對無需運行的設備、無人使用的辦公區采取限電措施，減少能源浪費，實現管理節能。

（2）設備節能。針對船閘運營過程中生產、生活用電設備的運行，利用節電補償裝置、通信網絡及節電管理裝置實現設備節能。

2.3 設備節能解決方案

2.3.1 船閘用電情況分析

根據多年來對船閘運營的研究經驗及相關數據分析，船閘運營過程中電能消耗的情況為：動力約32%，照明約23%，空調占約37%，其他用電約8%。因此，對設備節能方案的研究重點集中于電能質量、動力、照明以及空調用電。

2.3.2 設備節能的功能分析

據以上分析，設備節能功能分為四個核心模塊：電能質量優化管理、動力節能控制、照明節能控制和空調節能控制。

（1）電能質量優化管理。利用能耗監測系統提供的電力系統運行實時數據，通過智能芯片或遠程服務器對數據進行智能處理分析，采取適合的技術措施對相應參數進行調節，主要針對電力系統電壓、電流和功率因素等電能指標進行綜合管理，提升電能品質，消除由于電能品質不佳產生的浪費與損害。

（2）動力節能控制。根據現場采集的運行數據，經智能分析計算，估算動力系統用電的合理需求，與實際用電情況比較，通過調節設備的功率，減少能源損耗。

（3）照明節能控制。針對生產生活照明，根據本地日出日落時間和光照值，采用時控、光控相結合的控制方法，根據現場采集的工作電壓、電流、功率等數據，由遠程服務器進行分析，智能調節電力參數，控制照明設備的開關狀態、功率和亮度值。另外，采用能效高的光源和綠色能源供能方案[3]。

（4）空調節能控制。在現場裝設傳感裝置，采集現場溫濕度等數據，通過智能管理平臺對數據進行分析，遠程通過控制終端對空調參數進行調整，或遠程設定溫濕度閾值及開啟時段。

2.3.3 設備節能的關鍵問題解決方案

本課題核心在于利用智能能效管理平臺強大的數據管理和分析能力，對各能耗重點進行有針對的調節和管理，通過先進的節能技術對不同設備類型采取相應的節能方案和優化手段。

（1）對電能質量的優化管理，首要需解決供電系統的數據采集問題。通常，船閘設計中設置有電力監控系統，其監控對象為配電房變配電一次設備，包括高壓負荷開關、低壓斷路器、變壓器（溫控儀）、發電機（控制屏）等。

本能效管理平臺與電力監控系統相結合，實現管控一體化，利用電力監控系統已有的軟硬件設備收集供配電系統數據[4]。

電力系統電能質量的影響因素有供電電壓、電流以及功率因素等。在電流電壓方面，產生損耗的一個重要原因是供電系統普遍存在的三相負荷不平衡。其中不平衡電流的負序、零序電流嚴重威脅電力設備的安全運行，加大了設備的損耗。因此，解決三相平衡問題是保證電能質量的重要思路。

（2）對動力節能控制，電機的啟動電流一般為額定電流的4～7倍，啟動電流過大會對電網產生沖擊，影響電能質量，造成損耗，嚴重還可能損壞設備，可根據實時數據采用合適的啟動模式。

此外，為保證生產的可靠性，機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。通常，電機不能在滿負荷下運行，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。動力節能多采用變頻的方法，降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節約電能。變頻方案的關鍵問題在于變頻器的參數設置，利用智能能效管理平臺的數據分析能力，可采用合理算法得出最優的運行方案。

（3）照明節能的重點在于通過對光照、電壓、電流等數據的收集，運用智能能效管理平臺采用合理算法計算，以精確的電壓、電流、功率調整方式控制照明設備的開關或亮度值。采用能效高、壽命長的新型光源是一種合理的節能措施，而采用綠色能源供能更是照明節能的關鍵。目前，最廣泛使用的綠色能源包括光能、風能等。

（4）空調耗電是船閘節能的重要關注點。智能能效管理平臺除根據時段設置控制空調開關外，還要根據區域、環境溫濕度條件以及人員活動情況采取不同的溫控措施，以在滿足人員的舒適度需求的前提下，減少能耗。

3 結語

智能能效管理平臺的設計思路，以響應十八屆五中全會提倡的“綠色發展”理念為前提，將先進的節能技術、船閘機電系統以及智能大數據分析平臺緊密相結合，加大船閘節能環保技術的研究力度，從技術和管理角度推動節能減排，提高機電管理效能，保障船閘安全高效生產。這對于填補該項研究在國內船閘行業領域的空白，具有很重要的實際意義。