淺析高校用電問題及智慧電力監(jiān)管平臺(tái)的構(gòu)建
摘 要：介紹了當(dāng)前高校用電存在的問題，進(jìn)行了原因分析，由此提出建立高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)。對(duì)高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)的構(gòu)架進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各回路實(shí)時(shí)自主控制，并細(xì)化管理權(quán)限，實(shí)現(xiàn)宿舍、辦公室的節(jié)能管理。
關(guān)鍵詞：高校；用電；監(jiān)管
1構(gòu)建背景
近年來，隨著高校的不斷擴(kuò)招，各大高校的在校生人數(shù)屢創(chuàng)新高，用電安全事故頻頻發(fā)生。同時(shí)，各種智能、智慧型產(chǎn)品、高尖端的科研儀器、大型設(shè)備的大量使用，也給學(xué)校的整個(gè)供電系統(tǒng)帶來了很大的挑戰(zhàn)，給學(xué)校的財(cái)務(wù)統(tǒng)造成很大的負(fù)擔(dān)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)高校因無效使用的電能每人每天至少為0.07kw.h，每年就有近3*109 kw.h的電能被白白浪費(fèi)掉。為實(shí)現(xiàn)高校校園安全用電，同時(shí)也為貫徹落實(shí)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》，早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高校校園范圍內(nèi)照明設(shè)備、教學(xué)設(shè)備、辦公設(shè)備和環(huán)境設(shè)備的安全用電，有效用電及節(jié)能用電勢(shì)在必行。筆者分析了高校校園用電現(xiàn)狀及原因，提出建立高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)等具體有效手段。
2高校校園用電現(xiàn)狀
（1）公寓用電存在重大安全隱患。
隨著社會(huì)的發(fā)展，學(xué)生公寓已由傳統(tǒng)的生活功能向?qū)W習(xí)、交流溝通、生活等集多種功能于一體的場(chǎng)所轉(zhuǎn)變，空調(diào)、電腦、電視等現(xiàn)代化科技產(chǎn)品逐漸進(jìn)入學(xué)生公寓，學(xué)生公寓的供電方式也由間歇性供電轉(zhuǎn)變?yōu)槿旃╇?。電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間通電，私自使用“熱得快”、電火鍋、電烤鍋、電熱風(fēng)等大功率違規(guī)用電器，私自亂拉亂接電線，超負(fù)荷用電等違規(guī)行為，給學(xué)生公寓帶來了很大的安全隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)后果不堪想象。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1998~2010年間，全國(guó)高校發(fā)生的70起學(xué)生公寓火災(zāi)中，因違規(guī)用電引起的火災(zāi)有42起，占比達(dá)到60％。
（2）教室及圖書館用電浪費(fèi)嚴(yán)重。
目前，我國(guó)高校的教室及圖書館普遍采用開放式管理，學(xué)生沒有固定的教室及座位，學(xué)生在不上課的情況下可以到圖書館及沒有上課的教室進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，雖然方便了學(xué)生，但是用電使用不當(dāng)也造成了電力能源的極度浪費(fèi)。如某教室有一百余個(gè)座位，晚上只有三五名同學(xué)在該教室上自習(xí)，卻打開全部的照明燈、空調(diào)或風(fēng)扇，圖書館的某個(gè)閱覽室在只有幾名同學(xué)的情況下，卻要打開整個(gè)閱覽室的照明燈、空調(diào)或風(fēng)扇。另外，目前高校存在樓道燈24h長(zhǎng)明，白天光照充足時(shí)段教室、圖書館照明燈常開，教學(xué)樓及圖書館熱水器夜間不斷電等浪費(fèi)電力能源的現(xiàn)象普遍性存在。
（3）實(shí)驗(yàn)室用電安全隱患頻發(fā)。
高校實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生及老師進(jìn)行科學(xué)研究的主要場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)室的照明、實(shí)驗(yàn)儀器、大型設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開電力，可以說是電力在推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。學(xué)生或新入職的教師在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前通常由師兄師姐或老教師傳授實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備的操作方法，很少進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全用電方面的專題培訓(xùn)或系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)，這就造成實(shí)驗(yàn)室儀器、設(shè)備隨意擺放，用電器隨意亂接，私自更改線路，造成實(shí)驗(yàn)室供電的某條線路嚴(yán)重超載，長(zhǎng)而久之電力系統(tǒng)不堪重負(fù)，線路過熱造成火災(zāi)，近年來高校實(shí)驗(yàn)室事故頻頻發(fā)生，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，理工類院校實(shí)驗(yàn)室由用電引起的火災(zāi)事故約占35.2％。
3原因分析
（1）節(jié)能節(jié)電意識(shí)淡薄。
高校教職員工和學(xué)生是電力能源的直接使用者，他們的節(jié)電意識(shí)直接決定著整個(gè)學(xué)校的節(jié)電意識(shí)水平，同時(shí)對(duì)整個(gè)社會(huì)的風(fēng)氣也起到示范和引導(dǎo)的作用。但部分師生節(jié)電意識(shí)淡薄是不爭(zhēng)的事實(shí)，辦公室、教室空無一人但卻燈火通明的現(xiàn)象比比皆是。“電燈隨便用，費(fèi)用學(xué)校付”的思想普遍存在，甚至有些師生會(huì)以影響科學(xué)研究和學(xué)習(xí)為借口，對(duì)節(jié)電有著十分強(qiáng)烈的抵觸情緒?？偠灾?jié)電節(jié)能意識(shí)淡薄是節(jié)能節(jié)電管理真正難以落到實(shí)處的根本原因。
（2）運(yùn)維及管理隊(duì)伍水平參差不齊。
高校電力系統(tǒng)的維護(hù)隊(duì)伍通常由外聘工組成，知識(shí)水平普遍不高，沒有進(jìn)行過相關(guān)學(xué)習(xí)及培訓(xùn)，日常只是負(fù)責(zé)維修、更換損壞的零部件。而管理隊(duì)伍的專業(yè)水平也普遍不高，“外行內(nèi)行”的現(xiàn)象普遍性存在，只求保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行即可。并且存在多部門多頭管理，缺乏配合，對(duì)一些管理難題更是互相推諉，更談不上用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光更新節(jié)能型設(shè)備及更深層次的節(jié)能方案的設(shè)計(jì)及實(shí)施。
4改進(jìn)措施
（１）增強(qiáng)師生節(jié)電意識(shí)。
通過開設(shè)節(jié)能節(jié)電的相關(guān)課程，舉辦以節(jié)能節(jié)電為主題的系列講座，并充分利用校園廣播、校園網(wǎng)、微信公眾號(hào)、訂閱號(hào)等公共媒體平臺(tái)，開展長(zhǎng)期、系統(tǒng)的節(jié)電節(jié)能宣傳活動(dòng)，
成立主體社團(tuán)，定期開展以節(jié)能節(jié)電為主題的趣味知識(shí)競(jìng)賽、有獎(jiǎng)競(jìng)猜、辯論賽等活動(dòng)。引導(dǎo)廣大師生從我做起，從點(diǎn)滴做起，營(yíng)造節(jié)能節(jié)電的氛圍，增強(qiáng)廣大師生的節(jié)能節(jié)電意識(shí)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，用自己的實(shí)際行動(dòng)去節(jié)能節(jié)電。
（2）更新節(jié)能型照明設(shè)備。
發(fā)光二極管照明燈比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80％，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上，可達(dá)6萬(wàn)～10萬(wàn)h，同一瓦數(shù)的發(fā)光二極管照明燈的亮度是普通節(jié)能照明燈的2.5~3倍，是普通白熾照明燈的8~10倍。發(fā)光二極管照明燈的價(jià)格相較于普通照明燈略貴，但綜合使用壽命、亮度及節(jié)能，相較于普通照明燈節(jié)能節(jié)電，且節(jié)約用電成本。因此，可將教室、辦公室及公共區(qū)域現(xiàn)有的照明燈更新為節(jié)能型發(fā)光二極管照明燈，不但節(jié)能環(huán)保而且為學(xué)校節(jié)省可觀的資金用于其它方面的建設(shè)。
（3）完善電費(fèi)計(jì)量制度。
電費(fèi)計(jì)量制度的實(shí)施是促進(jìn)節(jié)約用電的有效手段，有利于提高全校師生的節(jié)能節(jié)電意識(shí)。針對(duì)學(xué)生公寓的每個(gè)宿舍，每個(gè)學(xué)期給與能夠保障學(xué)生日常學(xué)習(xí)及生活的基本用電需求的免費(fèi)用電量，各二級(jí)學(xué)院根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及科研任務(wù)的需求，每學(xué)年給與一定的免費(fèi)用電量，超過之后收取一定的費(fèi)用，并采用居民生活用電的階梯電價(jià)模式，超出用電越多電價(jià)越貴，以此來約束教師和學(xué)生用電習(xí)慣，督促管理部門根據(jù)自身情況制定節(jié)能節(jié)電相關(guān)政策。
5構(gòu)建智慧監(jiān)管平臺(tái)
以保障校園電氣安全使用為目標(biāo)，以智慧能源管理系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)為手段，以全方位監(jiān)測(cè)校園末端用電設(shè)備能耗數(shù)據(jù)為依托，保障末端用電線路的電氣安全，摸清校區(qū)末端用電設(shè)備能源使用現(xiàn)狀，不斷提高校園能耗運(yùn)行管理水平，整體提高校園能源規(guī)劃建設(shè)水平，建設(shè)和管理精細(xì)化能耗的評(píng)價(jià)體系和考核指標(biāo)，全面提升節(jié)能型校區(qū)的建設(shè)，減少安全隱患的發(fā)生。
（1）智慧監(jiān)管平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)。
建立高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)，如圖1所示。平臺(tái)架構(gòu)包含三層：傳感器感知和數(shù)據(jù)采集層、云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)分析層、應(yīng)用服務(wù)層，主要涵蓋設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及用電狀況數(shù)據(jù)采集、分布式閉環(huán)控制、云平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析，以及相關(guān)的接口、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)等。
（2）運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各回路實(shí)時(shí)自主控制。
智慧用電監(jiān)管平臺(tái)設(shè)置每個(gè)宿舍由一個(gè)空氣開關(guān)控制，配電箱接線如圖2所示。每個(gè)公室由一個(gè)空氣開關(guān)控制，配電箱接線如圖3所示。每個(gè)公共區(qū)域照明燈由一個(gè)空氣開關(guān)控制，配電箱接線如圖4所示?？煞謩e對(duì)各回路電流、功率進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)回路電流或功率超過限定值時(shí)，該回路自動(dòng)跳閘保護(hù)。自由設(shè)定宿舍空調(diào)、照明及插座等每個(gè)回路的開啟和關(guān)閉時(shí)間，通過手機(jī)遠(yuǎn)程管理，同時(shí)可以按鍵自動(dòng)控制，也可以通過手動(dòng)推桿控制通斷電。一旦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，立即預(yù)警，并發(fā)送預(yù)警信息至手機(jī)應(yīng)用程序及微機(jī)端。通過告警功能、預(yù)警機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)設(shè)備、周圍環(huán)境的異常情況，以便及時(shí)進(jìn)行檢查與維護(hù)，防止意外事故發(fā)生。
（3）細(xì)劃分級(jí)管理權(quán)限。
高校用電智慧監(jiān)管平臺(tái)根據(jù)不同用戶劃分三級(jí)管理權(quán)限。一級(jí)管理為學(xué)校管理部門，具有系統(tǒng)所有權(quán)限及權(quán)限分配權(quán)利，具體包括用電安全遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、管理與維護(hù)跟蹤，通過系統(tǒng)提供的預(yù)警、報(bào)警信息實(shí)時(shí)查閱，用電隱患參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、隱患分析與監(jiān)管。二級(jí)管理為宿舍管理人員、輔導(dǎo)員、學(xué)院管理部門，實(shí)現(xiàn)故障警示，在線查詢電氣線路實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警日志和統(tǒng)計(jì)信息，定位電氣設(shè)備故障，進(jìn)行隱患體檢、隱患排查整改、日常巡檢。通過及時(shí)告警功能、預(yù)警機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)設(shè)備、周圍環(huán)境的異常情況，及時(shí)安排進(jìn)行檢查與維護(hù)，防止意外事故發(fā)生，從源頭上預(yù)防電氣火災(zāi)。根據(jù)管理宿舍范圍，具備范圍內(nèi)所有目標(biāo)宿舍用電回路參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)讀取、報(bào)表下載打印、時(shí)間設(shè)定等各項(xiàng)權(quán)利。三級(jí)管理為學(xué)生，具有本宿舍的各回路用電狀況及數(shù)據(jù)的查看權(quán)利，但沒有控制權(quán)?？梢愿鶕?jù)管理需要決定是否開放遠(yuǎn)程開關(guān)的權(quán)限。
（4）宿舍、辦公室節(jié)能管理。
通過智慧用電監(jiān)管平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生公寓內(nèi)各宿舍、教學(xué)樓各教室及公共區(qū)域照明的能耗分項(xiàng)分時(shí)分布、定時(shí)定量、功率設(shè)定及能耗分配靈活調(diào)配用電，綜合用電數(shù)據(jù)自動(dòng)匯總，進(jìn)行智能分析、定時(shí)控制、遠(yuǎn)程控制等，有效降低無人時(shí)段的設(shè)備使用功耗。對(duì)學(xué)生公寓、教室及公共區(qū)域照明進(jìn)行時(shí)間管控，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗管理。提供各公寓、教室及公共區(qū)域照明線路電壓、電流、電量等數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)波動(dòng)及電量一目了然，推動(dòng)環(huán)保低碳、節(jié)能綠色的生活。
6 高校綜合能效解決方案
6.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維
集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動(dòng)運(yùn)維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。
6.2后勤計(jì)費(fèi)管理
采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計(jì)匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。
6.2.1宿舍用電管理
針對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；可進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別，檢測(cè)違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。
6.2.2商鋪水電收費(fèi)
針對(duì)校園超市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理
6.2.3充電樁管理平臺(tái)
充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。
6.2.4智能照明管理
通過對(duì)高校路燈的全局監(jiān)測(cè)，提供對(duì)路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。
6.3能源管理系統(tǒng)
針對(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。
按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對(duì)數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。
構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫(kù)，能自動(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測(cè)能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。
6.4智慧消防系統(tǒng)
智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)短信、語(yǔ)音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。
7平臺(tái)部署硬件選型
8結(jié)束語(yǔ)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源已經(jīng)成為全球性的首要戰(zhàn)略資源，高校作為肩負(fù)教育、科研和社會(huì)服務(wù)重任的基地，同時(shí)也作為用電大戶，應(yīng)充分發(fā)揮師生的主觀能動(dòng)性并采用有效的措施和先進(jìn)的管理模式來節(jié)約電力能源，對(duì)整個(gè)社會(huì)節(jié)能節(jié)電的風(fēng)氣也可以起到示范作用。
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