1.雙碳戰(zhàn)略背景

       智慧能源系統(tǒng)的建設是進一步發(fā)揮區(qū)域內(nèi)部資源稟賦、挖掘現(xiàn)有資源潛力，實施能源節(jié)約的重要手段。這一建設的總體技術(shù)背景是通過模型仿真、智能預測、精準調(diào)控等手段，實現(xiàn)多能源形式的協(xié)同調(diào)控，在信息物理映射的層面快速響應熱、冷、氣、水等綜合能源需求。通過物聯(lián)感知、大數(shù)據(jù)、建模仿真、人工智能等一系列工業(yè)和信息技術(shù)構(gòu)建起的信息物理系統(tǒng)，更可進一步支持智慧化綜合能源系統(tǒng)的調(diào)控體系，這一體系可有效推動多能源形式高效互聯(lián)、資源整合，并支持解決綜合能源系統(tǒng)中非線性、多約束、強耦合的復雜能源子系統(tǒng)運行調(diào)控和優(yōu)化決策問題。如前所述，通過在新一代信息通信技術(shù)體系的驅(qū)動下，依托智能化、信息化建設升級，解決基礎設施實體的諸多問題，是綜合能源系統(tǒng)建設的主要手段。總之，構(gòu)建信息能量耦合的多能流量化分析、運行評估、優(yōu)化決策的技術(shù)體系，構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)數(shù)字孿生平臺，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的統(tǒng)一建模、運行優(yōu)化、協(xié)同調(diào)度，是綜合能源系統(tǒng)智慧化運行需要解決的問題。

2.行業(yè)現(xiàn)狀

3.解決方案

3.1技術(shù)架構(gòu)

       (1)物理設備層；是智慧能源系統(tǒng)調(diào)控優(yōu)化的基礎條件。智慧能源系統(tǒng)基礎設施的互聯(lián)互通，信息層與物理設備的高效連接有賴于便捷高效的感知網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸與控制指令的精準執(zhí)行。

       (2)監(jiān)測控制層：通過就地監(jiān)控系統(tǒng)采集計量監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時獲取山莊能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)參數(shù)，結(jié)合就地PLC控制器執(zhí)行調(diào)度命令，為實現(xiàn)山莊智慧能源系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化提供技術(shù)基礎。

       (3)智慧決策層：智慧決策層是基于模型的預測控制的輸出環(huán)節(jié)。實時調(diào)控優(yōu)化技術(shù)將有效改變傳統(tǒng)運行人工經(jīng)驗調(diào)度結(jié)合分散控制的生產(chǎn)方式，從系統(tǒng)全局角度出發(fā)，面向安全、可靠、均衡、環(huán)保、節(jié)能等多重優(yōu)化目標，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)全過程協(xié)同運行調(diào)度。

       3.2系統(tǒng)架構(gòu)

      3.3核心功能

      3.3.1大屏可視化

      1)基于建筑信息系統(tǒng)（BIM）及能源站主要用能設備3D模型的中高分辨率實時圖形畫面顯示，所展示系統(tǒng)參數(shù)包括天氣預報、能耗量信息、能源利用效率、能耗指標、碳排放強度、能耗趨勢及負荷預測等信息； 

      2)可實現(xiàn)系統(tǒng)實時運行參數(shù)監(jiān)測，包括主機供水溫度、供水壓力、回水溫度、回水壓力、流量和機組功率、電流、性能系數(shù)等動態(tài)參數(shù)和站內(nèi)設備名稱、銘牌參數(shù)等靜態(tài)參數(shù)；根據(jù)項目實際需求可實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)主要用能設備及輔機系統(tǒng)運行參數(shù)的遠程調(diào)節(jié)；

      3)可實時展示各子系統(tǒng)運行動態(tài)及告警信息，便于運維調(diào)度人員獲取綜合能源系統(tǒng)運行狀態(tài)全貌，故障告警的及時定位及運維調(diào)度命令的遠程下發(fā)及跟進；

      4)可用于故障事故處理輔助功能，將事故追憶的內(nèi)容在大屏幕上進行回放，為調(diào)度人員和相關(guān)專家事故分析和討論提供高分辨率、大畫面、多信息的交互式顯示平臺；

      5)采用基于BIM的可視化手段，如通過區(qū)域建筑圖標或供能區(qū)域的顏色深淺程度來表征所監(jiān)測區(qū)域的實時供能情況及負荷強度反饋，以實現(xiàn)山莊能源系統(tǒng)運行狀態(tài)的直觀可視化呈現(xiàn)。

      3.3.2能耗分析

      針對平臺系統(tǒng)采集的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過?；鶊D、折線圖、餅圖、柱狀圖等多種展現(xiàn)形式，分析各部門、各設備的用能情況。平臺系統(tǒng)可對單位面積用能成本、人均用能成本、單位成本收入等指標進行分析，生成滿足山莊場景需求的各種能耗報表形式。同時，根據(jù)歷史運行數(shù)據(jù)、設備設計工況、平均技術(shù)水平以及行業(yè)標準水平，可進行能耗分項拆解，拆解的能耗一方面可以用于分項、分部門能耗指標的制定，另一方面，由于物理數(shù)據(jù)測點無法做到事無巨細，通過能耗拆解得到的某一子系統(tǒng)或設備的能耗數(shù)據(jù)可作為設備故障預警及預測性維護的重要依據(jù)。

      3.3.3負荷預測

      運用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，通過綜合考慮室內(nèi)實時溫度傳感數(shù)據(jù)、天氣預報數(shù)據(jù)、水力管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)等一系列影響建筑負荷的因素，結(jié)合業(yè)務預約系統(tǒng)，對綜合能源系統(tǒng)運行負荷進行多時間尺度滾動預測。同時，考慮到不同參數(shù)之間的耦合特性，通過結(jié)合實際系統(tǒng)運行參數(shù)的模型修正，實現(xiàn)預測負荷的實時調(diào)整，提高負荷預測精度。

根據(jù)歷史天氣工況、室溫測量數(shù)據(jù)與各部門的歷史運行數(shù)據(jù)，運用機器學習算法，來訓練生成各個分樓超短周期（未來24小時）需求負荷預測“黑箱”模型。通過將經(jīng)過預處理的運行監(jiān)測數(shù)據(jù)（供水溫度、回水溫度、流量、功率）、氣象接口獲取的氣溫，作為負荷預測模型的輸入，模型輸出為相應輸入條件下各功能部門樓根據(jù)用戶室溫測量值修正后的負荷，并將歷史運行數(shù)據(jù)作為訓練數(shù)據(jù)，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法訓練獲得負荷預測模型；最后，利用生成的負荷預測模型實現(xiàn)對各功能部門樓需求熱負荷的精準預測。

      3.3.4故障預警

      基于綜合能源系統(tǒng)各子系統(tǒng)運行狀態(tài)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)清洗、分析，平臺系統(tǒng)可獲取有效的下位所有監(jiān)測設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合用能設備的歷史運行數(shù)據(jù)及關(guān)鍵用能設備的機理模型，通過人工智能算法進行設備異常工況診斷及能源浪費現(xiàn)象診斷。機理+數(shù)據(jù)雙模型驅(qū)動，可實現(xiàn)模型自我校準迭代，生成完備設備運行狀態(tài)知識庫，以適應山莊綜合能源的動態(tài)變化。其中，設備硬件故障包括性能下降故障、傳感器故障、控制故障等；能源浪費包括不合理運行組合、策略以及“人走機未?！钡炔还?jié)能工況。

      3.3.5智慧決策

針對不同樓棟功能及用能特性各異，日內(nèi)供能需求波動大的特性，通過綜合能源管控平臺系統(tǒng)中的優(yōu)化運行模塊，將可以各樓宇的負荷預測單獨進行調(diào)節(jié)控制，一方面解決樓棟間和樓內(nèi)調(diào)節(jié)的耦合作用，可以在快速實現(xiàn)樓內(nèi)平衡的基礎上較好地實現(xiàn)分時分區(qū)輸配，實現(xiàn)按需精準調(diào)控，避免能源浪費的同時提高用戶舒適度。

      綜合考慮氣象、建筑物節(jié)能水平、室溫等信息，多時間尺度滾動預測山莊各功能部門樓的負荷情況，基于機理建模+數(shù)據(jù)驅(qū)動的負荷預測模型，確定多機組、多子系統(tǒng)間覆蓋“源－網(wǎng)－荷”全過程要素的耦合協(xié)同優(yōu)化策略，實現(xiàn)綜合能效的提升優(yōu)化并結(jié)合就地自動化執(zhí)行設備進行智能化控制閉環(huán)。

      3.3.6碳排放管理

      管理系統(tǒng)可以根據(jù)溫室氣體核算指南進行區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運行全過程碳排放核算，基于能耗數(shù)據(jù)及系統(tǒng)組成情況，合理劃分核算邊界，實現(xiàn)從“流量”到“能量”、“能量”到碳排放數(shù)據(jù)的實時自動轉(zhuǎn)換，可自動生成碳排放報表，并進行碳資產(chǎn)統(tǒng)一管理。系統(tǒng)軟件內(nèi)嵌智能減碳方案推薦算法引擎，可實現(xiàn)一鍵點擊進行減碳方案計算與推送，輔助運維調(diào)度人員的決策調(diào)度。

4.預期效益

4.1經(jīng)濟效益

綜合能源管理可以通過減少能源浪費和提高能源利用效率來降低企業(yè)的能源成本。通過優(yōu)化能源供應和消耗，識別和消除能源浪費的環(huán)節(jié)，企業(yè)可以節(jié)約大量的能源支出。同時可以可以幫助企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)和解決設備能源消耗的問題，減少設備的能源損耗和故障率，進而降低設備維護和修理的成本。

4.2安全效益

      基于山莊能源模型和實時數(shù)據(jù)分析，降低能源系統(tǒng)事故風險、實時對山莊能源系統(tǒng)進行監(jiān)測，有助于運行人員對山莊能源的運行狀態(tài)有更好地了解，協(xié)助運行人員發(fā)現(xiàn)山莊能源系統(tǒng)的異常情況，有助于及時預測和發(fā)現(xiàn)能源系統(tǒng)隱患，保障能源網(wǎng)絡高效、穩(wěn)定運行。

      4.3社會效益

      顯著提高能源系統(tǒng)運行調(diào)度的智能化水平。本項目構(gòu)建山莊能源模型，借助數(shù)字化模型實現(xiàn)對能源系統(tǒng)產(chǎn)能、輸配、用能全過程運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，對能源系統(tǒng)進行全面深入分析，診斷系統(tǒng)運行情況的合理性，探索優(yōu)化運行方式，能夠顯著提高能源系統(tǒng)運行調(diào)度的科學性。

      推動能源節(jié)能運行，響應雙碳戰(zhàn)略。舜耕山莊能源網(wǎng)絡屬于大型的復雜系統(tǒng)直接進行理論和數(shù)據(jù)分析存在困難，因此，有必要建立模型進行仿真計算，為能源網(wǎng)絡運行的合理性提供技術(shù)方法。根據(jù)分析結(jié)果給出優(yōu)化運行方式，降低山莊能耗。有利于構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)模式，促進熱電綠色、可持續(xù)發(fā)展。

      申報改造綠色建筑（既有建筑綠色改造二星）。本項目結(jié)合多種技術(shù)手段，幫助山莊實現(xiàn)節(jié)能降耗，使建筑更好的服務于人，力爭將該項目打造成為具有示范意義的山莊類型改造綠色建筑。