淺析高校用電問題及智慧電力監(jiān)管平臺的構(gòu)建
摘 要：介紹了當前高校用電存在的問題，進行了原因分析，由此提出建立高校用電智慧監(jiān)管平臺。對高校用電智慧監(jiān)管平臺的構(gòu)架進行設(shè)計，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)各回路實時自主控制，并細化管理權(quán)限，實現(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，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)校的整個供電系統(tǒng)帶來了很大的挑戰(zhàn)，給學(xué)校的財務(wù)統(tǒng)造成很大的負擔。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國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的電能被白白浪費掉。為實現(xiàn)高校校園安全用電，同時也為貫徹落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，早日實現(xiàn)碳達峰、碳中和的目標，實現(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所轉(zhuǎn)變，空調(diào)、電腦、電視等現(xiàn)代化科技產(chǎn)品逐漸進入學(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)備長時間通電，私自使用“熱得快”、電火鍋、電烤鍋、電熱風等大功率違規(guī)用電器，私自亂拉亂接電線，超負荷用電等違規(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，1998~2010年間，全國高校發(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，占比達到60％。
（2）教室及圖書館用電浪費嚴重。
目前，我國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行自主學(xué)習(xí)，雖然方便了學(xué)生，但是用電使用不當也造成了電力能源的極度浪費。如某教室有一百余個座位，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)或風扇，圖書館的某個閱覽室在只有幾名同學(xué)的情況下，卻要打開整個閱覽室的照明燈、空調(diào)或風扇。另外，目前高校存在樓道燈24h長明，白天光照充足時段教室、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電力能源的現(xiàn)象普遍性存在。
（3）實驗室用電安全隱患頻發(fā)。
高校實驗室是學(xué)生及老師進行科學(xué)研究的主要場所，實驗室的照明、實驗儀器、大型設(shè)備的運轉(zhuǎn)都離不開電力，可以說是電力在推動著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。學(xué)生或新入職的教師在進入實驗室之前通常由師兄師姐或老教師傳授實驗儀器及設(shè)備的操作方法，很少進行實驗室安全用電方面的專題培訓(xùn)或系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)，這就造成實驗室儀器、設(shè)備隨意擺放，用電器隨意亂接，私自更改線路，造成實驗室供電的某條線路嚴重超載，長而久之電力系統(tǒng)不堪重負，線路過熱造成火災(zāi)，近年來高校實驗室事故頻頻發(fā)生，據(jù)不完全統(tǒng)計，理工類院校實驗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)電意識直接決定著整個學(xué)校的節(jié)電意識水平，同時對整個社會的風氣也起到示范和引導(dǎo)的作用。但部分師生節(jié)電意識淡薄是不爭的事實，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，費用學(xué)校付”的思想普遍存在，甚至有些師生會以影響科學(xué)研究和學(xué)習(xí)為借口，對節(jié)電有著十分強烈的抵觸情緒。總而言之，節(jié)電節(jié)能意識淡薄是節(jié)能節(jié)電管理真正難以落到實處的根本原因。
（2）運維及管理隊伍水平參差不齊。
高校電力系統(tǒng)的維護隊伍通常由外聘工組成，知識水平普遍不高，沒有進行過相關(guān)學(xué)習(xí)及培訓(xùn)，日常只是負責維修、更換損壞的零部件。而管理隊伍的專業(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)的正常運行即可。并且存在多部門多頭管理，缺乏配合，對一些管理難題更是互相推諉，更談不上用長遠的眼光更新節(jié)能型設(shè)備及更深層次的節(jié)能方案的設(shè)計及實施。
4改進措施
（１）增強師生節(jié)電意識。
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、訂閱號等公共媒體平臺，開展長期、系統(tǒng)的節(jié)電節(jié)能宣傳活動，
成立主體社團，定期開展以節(jié)能節(jié)電為主題的趣味知識競賽、有獎競猜、辯論賽等活動。引導(dǎo)廣大師生從我做起，從點滴做起，營造節(jié)能節(jié)電的氛圍，增強廣大師生的節(jié)能節(jié)電意識，充分發(fā)揮主觀能動性，用自己的實際行動去節(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10倍以上，可達6萬～10萬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）完善電費計量制度。
電費計量制度的實施是促進節(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。針對學(xué)生公寓的每個宿舍，每個學(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用電量，各二級學(xué)院根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及科研任務(wù)的需求，每學(xué)年給與一定的免費用電量，超過之后收取一定的費用，并采用居民生活用電的階梯電價模式，超出用電越多電價越貴，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
以保障校園電氣安全使用為目標，以智慧能源管理系統(tǒng)平臺建設(shè)為手段，以全方位監(jiān)測校園末端用電設(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)和管理精細化能耗的評價體系和考核指標，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)管平臺架構(gòu)設(shè)計。
建立高校用電智慧監(jiān)管平臺，如圖1所示。平臺架構(gòu)包含三層：傳感器感知和數(shù)據(jù)采集層、云平臺與大數(shù)據(jù)分析層、應(yīng)用服務(wù)層，主要涵蓋設(shè)備運行參數(shù)及用電狀況數(shù)據(jù)采集、分布式閉環(huán)控制、云平臺大數(shù)據(jù)分析，以及相關(guān)的接口、協(xié)議、標準等。
（2）運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)各回路實時自主控制。
智慧用電監(jiān)管平臺設(shè)置每個宿舍由一個空氣開關(guān)控制，配電箱接線如圖2所示。每個公室由一個空氣開關(guān)控制，配電箱接線如圖3所示。每個公共區(qū)域照明燈由一個空氣開關(guān)控制，配電箱接線如圖4所示。可分別對各回路電流、功率進行設(shè)定，當回路電流或功率超過限定值時，該回路自動跳閘保護。自由設(shè)定宿舍空調(diào)、照明及插座等每個回路的開啟和關(guān)閉時間，通過手機遠程管理，同時可以按鍵自動控制，也可以通過手動推桿控制通斷電。一旦發(fā)現(xiàn)險情，立即預(yù)警，并發(fā)送預(yù)警信息至手機應(yīng)用程序及微機端。通過告警功能、預(yù)警機制，及時發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)設(shè)備、周圍環(huán)境的異常情況，以便及時進行檢查與維護，防止意外事故發(fā)生。
（3）細劃分級管理權(quán)限。
高校用電智慧監(jiān)管平臺根據(jù)不同用戶劃分三級管理權(quán)限。一級管理為學(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程集中監(jiān)控、管理與維護跟蹤，通過系統(tǒng)提供的預(yù)警、報警信息實時查閱，用電隱患參數(shù)遠程監(jiān)測、隱患分析與監(jiān)管。二級管理為宿舍管理人員、輔導(dǎo)員、學(xué)院管理部門，實現(xiàn)故障警示，在線查詢電氣線路實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警日志和統(tǒng)計信息，定位電氣設(shè)備故障，進行隱患體檢、隱患排查整改、日常巡檢。通過及時告警功能、預(yù)警機制，及時發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)設(shè)備、周圍環(huán)境的異常情況，及時安排進行檢查與維護，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)所有目標宿舍用電回路參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)讀取、報表下載打印、時間設(shè)定等各項權(quán)利。三級管理為學(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)管平臺實時監(jiān)測學(xué)生公寓內(nèi)各宿舍、教學(xué)樓各教室及公共區(qū)域照明的能耗分項分時分布、定時定量、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)自動匯總，進行智能分析、定時控制、遠程控制等，有效降低無人時段的設(shè)備使用功耗。對學(xué)生公寓、教室及公共區(qū)域照明進行時間管控，實現(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)波動及電量一目了然，推動環(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)化運行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。
6.2后勤計費管理
采用先進的網(wǎng)絡(luò)抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。
6.2.1宿舍用電管理
針對學(xué)生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，檢測違規(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
針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預(yù)付費管理
6.2.3充電樁管理平臺
充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、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
通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時 開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(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)
針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)計分析，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行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(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，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達到節(jié)能目的。
6.4智慧消防系統(tǒng)
智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。
7平臺部署硬件選型
8結(jié)束語
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源已經(jīng)成為全球性的首要戰(zhàn)略資源，高校作為肩負教育、科研和社會服務(wù)重任的基地，同時也作為用電大戶，應(yīng)充分發(fā)揮師生的主觀能動性并采用有效的措施和先進的管理模式來節(jié)約電力能源，對整個社會節(jié)能節(jié)電的風氣也可以起到示范作用。
參考文獻
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