ESpower100能耗監(jiān)測與分析系統(tǒng)介紹

一、系統(tǒng)定義與重要性

二、系統(tǒng)架構(gòu)

（一）數(shù)據(jù)采集層

1. 傳感器設(shè)備

• 傳感器是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，廣泛分布在能源使用的各個(gè)環(huán)節(jié)。例如，在電力監(jiān)測方面，有智能電表用于測量電壓、電流、功率、電能等參數(shù)；對于水能耗監(jiān)測，安裝有流量計(jì)來獲取水流量數(shù)據(jù)；在熱能監(jiān)測中，溫度傳感器和熱量表用于記錄溫度變化和熱量消耗。這些傳感器就像系統(tǒng)的 “觸角"，實(shí)時(shí)感知能源消耗情況。

• 例如，在一個(gè)大型工廠中，每個(gè)生產(chǎn)車間的設(shè)備旁都裝有電力傳感器，能夠精確地采集每臺設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，為后續(xù)的能耗分析提供最原始的數(shù)據(jù)。

2. 數(shù)據(jù)采集終端

• 數(shù)據(jù)采集終端負(fù)責(zé)收集傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步的處理和匯總。它可以對傳感器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、簡單的校驗(yàn)和濾波，去除一些明顯的異常數(shù)據(jù)，如由于電磁干擾導(dǎo)致的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集終端還能將經(jīng)過初步處理的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議進(jìn)行打包，以便傳輸?shù)缴蠈酉到y(tǒng)。

• 例如，在一個(gè)商業(yè)建筑中，各樓層的數(shù)據(jù)采集終端將本樓層的水電能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，通過有線（如以太網(wǎng)）或無線（如 ZigBee）的方式傳輸給數(shù)據(jù)中心。

（二）數(shù)據(jù)傳輸層

1. 通信網(wǎng)絡(luò)

• 系統(tǒng)采用多種通信方式來確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。對于距離較近、布線方便的場所，如建筑物內(nèi)部，通常采用以太網(wǎng)等有線通信方式，其具有傳輸速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。而對于分布較廣、布線困難的區(qū)域，如工業(yè)園區(qū)中的一些戶外設(shè)備，無線通信方式則更為合適，如 4G/5G、Wi - Fi 或 LoRa 等。

• 例如，在一個(gè)校園能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，教學(xué)樓內(nèi)的能耗數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸，而校園內(nèi)一些分散的路燈能耗數(shù)據(jù)則可通過 4G/5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

2. 通信協(xié)議

• 為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和兼容性，系統(tǒng)會(huì)使用特定的通信協(xié)議。常見的有 Modbus 協(xié)議，它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能夠支持不同廠家的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信；還有 MQTT 協(xié)議，這是一種輕量級的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，適用于低帶寬、高延遲的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能高效地傳輸能耗數(shù)據(jù)。

• 例如，在智能家居能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，智能設(shè)備通過 MQTT 協(xié)議將能耗數(shù)據(jù)發(fā)送到家庭網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到云端服務(wù)器進(jìn)行分析。

（三）數(shù)據(jù)處理與分析層

1. 數(shù)據(jù)處理服務(wù)器

• 數(shù)據(jù)處理服務(wù)器接收來自傳輸層的數(shù)據(jù)后，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。這包括去除重復(fù)數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)以及不完整的數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。然后，對清洗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，按照能源類型（如電、水、氣、熱）、區(qū)域（如不同的車間、樓層）、設(shè)備等進(jìn)行劃分，方便后續(xù)的查詢和分析。

• 例如，在一個(gè)醫(yī)院的能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器會(huì)將門診樓、住院樓等不同區(qū)域的能耗數(shù)據(jù)分別存儲，并且按照照明、空調(diào)、醫(yī)療設(shè)備等不同設(shè)備類型進(jìn)一步細(xì)分。

2. 數(shù)據(jù)分析模塊

• 這是能耗監(jiān)測與分析系統(tǒng)的核心部分。它可以進(jìn)行多種分析，如能耗趨勢分析，通過對歷史能耗數(shù)據(jù)的挖掘，繪制出能源消耗隨時(shí)間變化的曲線，從而預(yù)測未來的能耗趨勢。能耗對比分析則可以比較不同設(shè)備、不同區(qū)域、不同時(shí)間段之間的能耗差異，找出能源浪費(fèi)的環(huán)節(jié)。

• 例如，通過對比一家商場不同店鋪的能耗，發(fā)現(xiàn)某些店鋪的照明能耗明顯高于其他店鋪，進(jìn)一步調(diào)查可能發(fā)現(xiàn)是照明設(shè)備的功率設(shè)置不合理或者營業(yè)時(shí)間過長等原因?qū)е碌摹?/p>

（四）展示與應(yīng)用層

1. 監(jiān)控大屏

• 監(jiān)控大屏通常安裝在能源管理中心或相關(guān)管理部門的辦公場所，用于直觀地展示能源消耗的實(shí)時(shí)情況?？梢酝ㄟ^多種圖表形式，如柱狀圖展示不同區(qū)域的能耗對比，折線圖呈現(xiàn)能耗的動(dòng)態(tài)變化趨勢，餅圖顯示各種能源類型的占比等。

• 例如，在一個(gè)城市的能源管理部門，可以通過監(jiān)控大屏看到各個(gè)區(qū)域的電力消耗情況，以熱力圖的形式展示高能耗區(qū)域和低能耗區(qū)域，方便管理人員快速定位能源消耗重點(diǎn)區(qū)域。

2. 用戶管理平臺

• 用戶管理平臺為不同級別的用戶提供操作界面。能源管理人員可以通過該平臺設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、查看詳細(xì)的能耗報(bào)告、進(jìn)行能源成本核算等。普通用戶可能只能查看自己部門或區(qū)域的能耗數(shù)據(jù)。同時(shí)，平臺還可以提供節(jié)能策略推薦功能，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，為用戶提供針對性的節(jié)能建議。

• 例如，企業(yè)的能源管理人員可以通過用戶管理平臺生成月度或年度的能耗報(bào)表，分析能源成本占總成本的比例，并且根據(jù)平臺推薦的節(jié)能策略，如設(shè)備升級、優(yōu)化運(yùn)行時(shí)間等，來降低能源成本。

三、系統(tǒng)功能

（一）實(shí)時(shí)監(jiān)測功能

1. 系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取能源消耗數(shù)據(jù)，并且可以設(shè)置報(bào)警閾值。當(dāng)能源消耗數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒管理人員進(jìn)行處理。例如，當(dāng)某臺關(guān)鍵設(shè)備的電力消耗突然大幅增加時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，管理人員可以快速判斷是設(shè)備故障還是生產(chǎn)流程異常導(dǎo)致的。

2. 同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測還可以對能源的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，如電能質(zhì)量（電壓、頻率、諧波等）、水的質(zhì)量等。這對于一些對能源質(zhì)量要求較高的用戶，如精密電子制造企業(yè)，非常重要。

（二）能耗分析功能

1. 除了前面提到的能耗趨勢分析和對比分析外，系統(tǒng)還可以進(jìn)行能耗構(gòu)成分析。即分析能源消耗的主要構(gòu)成部分，如在工業(yè)企業(yè)中，確定生產(chǎn)設(shè)備、輔助設(shè)備、照明、空調(diào)等各部分能耗占總能耗的比例。

2. 基于這些分析，系統(tǒng)可以為用戶提供節(jié)能潛力評估。例如，通過評估發(fā)現(xiàn)企業(yè)的空調(diào)系統(tǒng)能耗占比較高，且通過與同行業(yè)優(yōu)良水平對比，存在較大的節(jié)能空間，系統(tǒng)可以建議用戶對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。

（三）能源成本核算功能

1. 根據(jù)能源消耗數(shù)據(jù)和能源價(jià)格，系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算能源成本。并且可以按照不同的維度進(jìn)行成本核算，如按照部門、設(shè)備、項(xiàng)目等。例如，在一個(gè)商業(yè)建筑中，可以分別計(jì)算出每個(gè)租戶的能源成本，為租金調(diào)整或能源費(fèi)用分?jǐn)偺峁┮罁?jù)。

2. 同時(shí)，系統(tǒng)還可以進(jìn)行成本預(yù)測，結(jié)合能耗趨勢分析和能源價(jià)格變化趨勢，預(yù)測未來的能源成本，幫助用戶提前做好預(yù)算和成本控制。

四、應(yīng)用場景

1. 工業(yè)領(lǐng)域

• 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，能耗監(jiān)測與分析系統(tǒng)可以幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高能源利用效率。例如，鋼鐵企業(yè)可以通過系統(tǒng)監(jiān)測高爐、軋機(jī)等大型設(shè)備的能耗情況，合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，降低能源消耗。同時(shí)，通過分析不同車間的能耗差異，發(fā)現(xiàn)節(jié)能潛力較大的環(huán)節(jié)，進(jìn)行針對性的節(jié)能改造。

2. 商業(yè)建筑領(lǐng)域

• 對于寫字樓、商場、酒店等商業(yè)建筑，系統(tǒng)可以用于控制建筑能耗。如通過監(jiān)測空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，根據(jù)室內(nèi)外溫度、人員密度等因素，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的溫度和風(fēng)速，達(dá)到節(jié)能的目的。還可以通過系統(tǒng)為租戶提供透明的能源賬單，促進(jìn)租戶的節(jié)能意識。

3. 公共機(jī)構(gòu)領(lǐng)域

• 學(xué)校、醫(yī)院、政府機(jī)關(guān)等公共機(jī)構(gòu)也可以利用能耗監(jiān)測與分析系統(tǒng)。例如，學(xué)?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)監(jiān)測教室、實(shí)驗(yàn)室等場所的能耗情況，開展節(jié)能減排教育活動(dòng)，同時(shí)降低辦學(xué)成本。醫(yī)院可以通過系統(tǒng)優(yōu)化醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，降低能源消耗，同時(shí)確保醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量。

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