之江实验室能源数字化管控平台之计量系统

1.1.  项目概述

1.1.1.建设背景

习近平总书记提出“3060”碳排放国家战略目标：2030年前二氧化碳排放力争达到峰值，2060年前努力争取实现碳中和。浙江省省委书记袁家军为全球数字变革写下“浙江方案”：2025年底，基本建成整体智治、唯实惟先”的现代政府和建成全球数字变革高地。浙江全国率先制定碳达峰碳中和科技创新行动方案：2025年抢占碳达峰碳中和技术制高点。

碳中和成为国家战略之首，数字化成为经济建设核心。

1.1.2.建设原则

（1）实用性和可靠性原则

监与管相结合，有效地实现节能降耗；基于互联网技术，性能稳定，软件界面友好、直观，具有可视化操作的特性，易于管理和维护。

（2）开放性和可扩展性原则

系统具有与其他系统进行集成和数据交换的能力，能满足集控中心系统的扩充要求，包括：硬件设备的升级、软件功能扩展、系统容量的扩充等；可与已建成的相关系统进行功能对接或数据交换，可扩展挂接多种技术节能专项系统。

（3）安全性原则

包括访问安全和数据安全，除了提供双网、主要服务器双机热备用、故障自动恢复、磁盘阵列、硬件防火墙外，还需对重要的服务器进程进行一级守护，对数据库、WEB系统的访问提供不同级别的权限管理，保证了监控系统实时、安全、可靠的运行。数据安全控制包括，数据加密技术，保证数据安全，数据传输采用安全可靠的机密手段，保证传输安全。

   （4）先进性原则

硬件设备选用性价比高，具有高可靠性和较长的使用寿命，技术方法上采用先进的技术方法和理论，设计使用、可靠、具有先进水平的分析模型和应用模型。

1.1.3.建设意义

 通过建设统一的碳中和能源数字化管控平台，积极响应国家“碳达峰、碳中和”发展号召。碳中和能源数字化管控平台，首先实现对之江实验室（水、电、气、热）等能源利用的实时监控、自动采集、联网预警、快速联动、设备集中管理以及事件统计分析、生产指挥等功能，建成集能源过程监控、能源调度、能源管理为一体的能源一体化管控平台。

通过碳中和能源数字化管控平台的建设，确保能源调度的科学性、及时性和合理性，从而提高能源利用水平，实现提高整体能源利用效率，达到节能降耗的目的。通过碳中和能源数字化管控平台的建设，打造绿色智慧之江实验室，助力浙江能源数字化改革，赋能碳中和能源数字化，使之江实验室最终实现碳中和迈出关键一步。

1.2.  系统架构

系统总体框架遵循实验室能源集中控制的架构设计，以数据为核心，以节能降耗为驱动，以大数据、云计算、物联网及AI应用等为手段，通过对业务系统的梳理和核心数据深入分析，形成契合业务应用需求的系统总体架构。   

1）设施层：主要指保障上层系正常运行的之江能源云及硬件安全设备、运行于硬件上的基础系统和传输网络等。包括前端IOT设备（电表、水表、光伏）、自动化控制设备、网格集采设备、视频监控设备、传输网络（Zigbee、Wifi、RJ485、4G/5G）等。

2）支撑层：支撑层负责为应用系统的运行提供技术支撑服务，并将这些服务能力依据不同功能划分，以松散耦合的形式组织成各类基础服务。这些基础服务在SOA的总体架构内互相提供服务和数据，构成了上层应用系统所需要的底层应用支撑。

3）核心数据层：提供基础支撑系统的数据交互共享技术手段，实现数据的实时同步共享，对不同来源的数据进行归集管理，并在受控的前提下提供共享服务。包含建立基础的能源信息库、能耗数据库、节能数据库、能效标准库等。接口设计松耦合、模块化、可配置，实现系统的功能模块“积木化”，为功能模块可插拔、可替换做准备。

4）应用层：包含用于支持不同权限管理者和用户的碳排放能源计量系统、碳中和节能分析系统、碳中和节能控制系统、碳中和数据驾驶舱等应用。

5）终端接入层：为平台各类用户提供具有良好用户体验的终端展现界面，可视化的数据界面，业务数据的自动化录入，各种应用的服务、功能及信息被集成在终端接入层。主要包括电脑、智能手机、智能手持机、大屏幕、前端智能终端设备。

6）保障体系：用于保障所有接入平台的IOT设备、网络设备、通信设备的稳定安全运行。

1.3.  系统对接

1.3.1.对接方式

系统支持多种对接方法，如Webservice、API、MQTT、HTTP、OPC、文件等多种数据接口和传输协议。之江实验室碳中和能源数字化管控平台获取“设备层”状态数据和控制通道，实现对设备的监控和控制。建议的对接方式有以下三种：

（1）通过与现有的“之江实验室数据中台”对接，实现“设备层”数据的对接。数据中台只需要根据碳中和能源管控平台的要求封装接口即可。

（2）通过与现有的“之江实验室物联网平台（IOT）”对接，实现设备层数据的对接。“IOT平台”只需要根据碳中和能源管控平台的要求开发接口，或者碳中和能源管控平台根据IOT平台现有的接口规范，实现接口对接。

（3）对现在未统一纳入平台管理的设施层设备，由碳中和能源数字化管控平台实现设备对接，对于不具备对接的设备，可以通过文件的方式定期导入设备运行数据，从而实现数据采集。 

1.3.2.对接系统

1.4.  建设内容

    此次碳综合能源管控平台建设项目包含碳排放能源计量系统、碳中和节能分析系统、碳中和节能控制系统、碳中和数据驾驶舱和碳中和数据中台五大子系统。

1.5.  碳排放能源计量系统

能源计量是实现碳排放计量的基础，也是实行所有能源服务的基础设施，更是能源大数据应用的源头和节能减排的评估依据。能源计量互联网是实现“3060双碳战略”的必需基础设施。

1.5.1.建筑管理

对之江实验室建筑群实现数字化管理，支持楼宇-楼层-房间三级架构模式。包含可以设置上级结构、建筑名称、建筑面积、建筑人数、空调面积、备注等参数设置。如一楼公共用电、二楼公共用电、二楼西会议室、一楼量子通信实验室等。

1.5.2.设备管理

对之江实验室园区内所有能源控制相关设备实现数字化管理，如智能电表、智能水表、智能温控设备、智能燃气表、智能网关。包含设备类型、设备名称、设备厂家、设备ID、通道名称设置。

1.5.3.分项管理

对之江实验室园区电力设备进行分类管理，如照明插座、空调用电、动力用电、特殊用电等分类，实现精细化用电管理。

1.5.4.碳排放模型

对之江实验室所有设备（电表/燃气表/水表）进行碳排放模型设置关联。如产出单位、排放分组、监测类型、排放边界、排放项、产生方式、排放因子、配置公式、备注等。

（1）排放量=兆瓦时用电量*0.6101

（2）排放量=天然气消耗量（万m³）*低位热值*单位热值含碳量*碳氧化率*44/12

（3）种一棵树=5-10kg碳排量

（4）余热回收=机房总耗能 *（17%~60%）*60%

（5）一公斤垃圾=2.06千克碳排量

（6）一张A4纸=12.67千克碳排量

（7）饮水机保温=0.805千克碳排量

（8）搭电梯上下一层=0.218千克碳排量

（9）一升汽油=2.5千克碳排量

（10）10双一次性筷子=0.2千克碳排量

（11）一个人一天=50千克碳排量

1.5.5.计费策略

对之江实验室园区楼宇的电费、水费价格进行设置，包含计费策略名称、设置价格、关联计费仪表等信息进行设置。如对充电桩单独设置价格。

1.5.6.实时监控

对之江实验室园区的用电、用水等能源消耗设备进行实时监测，确保用能环节的安全持续稳定运行，显示用能系统图、设备报警监控、实时数据、历史数据等功能。1.5.7.事件记录

事件记录方便运维人员查看分析越限告警、故障告警、短信志、平台运行日志等记录。