提升机场能源综合效率，先做好机场智慧能源管控系统设计

2020年2月1日，由中国民用航空局批准发布的《民用机场智慧能源管理系统建设指南》正式施行，这一指南为机场智慧能源管理提供了强有力的指导。

机场智慧能源管控系统通过对各供能/用能系统进行智能化数据采集、统计分析、一体化全景展示，通过区域自控与集中管控的能源调度、协调控制、能源智慧运营等功能的建设，实现各供能/用能子系统与“智慧管控”高度融合，辅助决策人员、管理人员做好机场能源管理工作，了解能源导向，清楚能源成本，提升机场能源综合效率，实现智慧机场、绿色机场。

设计理念

智慧能源管控系统实现对航站区、飞行区、工作区、货运区全区域的供能/用能相关子系统的统筹运行和管理，各就地供能/用能子系统既能各自独立行使职能，同时又能通过远程网络向能源管控中心实时传送数据，接受能源管控中心的指挥。

智慧能源管控系统管控的能源介质包括冷、热、水、电、燃气。根据机场能源系统建设及相应的监控系统设置，对冷、热、水、电、燃气5种能源介质的监控权限及优化重点设计定位：

冷/热：冷热能源是机场能源消耗的重点，并且采用多能互补，运行复杂，存在较大优化空间，采用基于智慧能源管控平台进行冷热源及输配、末端系统的能耗建模，进行负荷预测，进而实现冷热源的优化调度与参数优化控制。

水：对全场涉及的净水、中水、雨水、污水进行集中监控，进而对全场水平衡进行分析与监测。

电力：采集电力数据进行监测，用于耗能设备建模。

燃气：进行能耗数据采集、用能核算分析、相关设备运行状态监视，进而对全场燃气管网安全平衡进行在线监测。

智慧能源管控系统接入的子系统包括：场站电力监控系统、电力调度系统、能源中心冷热源群控系统、机房动环监控系统、建筑设备监控系统（BAS）、低压配电智能监控系统、智能灯光控制系统（含飞行区高杆灯监控数据）、能源计量系统、航站楼微环境监控系统、旅客过夜用房能源管理系统、旅客过夜用房低压配电系统、燃气远程计量及调压监控系统、综合管廊环境与设备监控系统（含净水站管控系统和水网监控系统数据监测）、污水厂中控系统、登机桥监控系统（含400Hz电源、飞机地面空调数据监测）、充电桩系统等。

▲能源管控系统接入子系统示意图

设计内容

1、总体架构

机场智慧能源管控系统总体实施架构从下向上依次是感知层、网络层、数据层、应用层、展示层，并有安全保障体系和运维保障体系保证平台的正常运行。

▲能源管控系统总体架构图

感知层：通过传感器、智能仪表、采集终端等数据采集手段，实现将供电、供水、供热、供冷、供气、综合管廊、气象、航班的信息和数据统一接入到大数据采集平台，为智慧管控系统提供基础数据支撑。

网络层：该层由基于现有各个区域数据采集网络、主站监控网络组成。满足智慧能源存量和增量业务信息量的需求；基于时钟同步网和通信网，保证智慧能源管控系统网络安全可靠、方便运维。

数据层：将采集到的各供能及用能子系统数据进行处理，实现数据的归类、归集和关联性分析；并按照业务要求利用数据挖掘、机器学习、聚类分析等技术对数据进一步分析和利用。

应用层：实现智慧能源的能源监控与分析、智慧能源优化调控、智慧能源运营管理3部分内容，从3个层次提升整个智慧能源的运行效率。

展示层：该层由监控大屏、PC计算机、手机等接入设备和综合应用门户、移动应用门户组成。

2、系统软硬件架构

在能源管控系统软硬件架构中，共包括5个层。

▲能源管控系统软件架构图

a.硬件平台：支持现今流行的各种硬件平台，如可以是RISC体系结构的计算机，也可以是CISC体系结构的计算机。

b.操作系统平台：支持跨平台操作系统，如几种主流的UNIX、LINUX和Microsoft Windows等。

c.通用中间件层：包括操作系统屏蔽中间件层和CORBA中间件层。正是由于操作系统屏蔽中间件层的存在，才使得能源管控系统能够运行在多种操作系统和硬件平台上，具有很好的可移植性。

d.统一支撑平台层：构筑在通用中间件层之上，为能源管控系统的应用软件开发和运行提供统一的支撑平台。统一支撑平台层主要包括数据库管理、网络管理、系统管理、报警、人机界面等多个子系统。

e.应用软件层：构筑在统一支撑平台层之上，实现能源监控、能源优化、能源管理等功能。

3、系统网络架构

智慧能源管控系统网络由数据采集网及主站监控网组成：

a.数据采集网利用机场各个区域现有网络进行数据传输。部署在航站区、飞行区、工作区、货运区的各供能及用能子系统的数据通过前端接入网关接入数据采集网。

b.主站监控网独立组网并设置主站核心交换机，能源监控中心所有服务器、存储设备、管理工作站均接入此核心交换机。

重点应用功能

1、能源数据监控

*能源数据采集交互。通过信息分组采集、有线或无线网络方式的信息采集，实现对子系统数据采集以及对采集主备通道的软切换。同时向智慧机场业务平台、机场办公网、机场信息发布系统等发布数据。

*能源数据处理。经过数据处理的数据成为调控系统中各项应用功能的基础，主要包括模拟量处理、状态量处理、数据质量标签。

*能源数据可视化展示。能源数据可视化展示为不同群体提供相应的全景、综合的人机展示。通过采集指标数据、运行数据、地理信息数据及航班气象数据等，实现机场能源管控系统的一体化监视和运维。

2、能源优化调控功能

*供给侧调节能力分析。通过接入能源中心数据，建立供热量、供冷量调节能力分析模型，实现关键参数变动后，能源供应量的调节能力、响应速度分析，为调度提供依据。

*航站楼旅客舒适度分析。获取航站楼各区域空气质量参数（温度、湿度、空气流速、CO2含量、污染气体含量等），结合航班信息、旅客流量统计分析数据等，动态分析航站楼旅客舒适度，自动智能得到适宜的航站楼环境参数体系，为能源系统优化调度提供参考依据。

*负荷特性分析及负荷预测。对航站楼、综合交通中心等典型用户，通过接入航班信息、气象信息，采用回归、神经网络等算法，建立与负荷特性相适应的冷热电预测模型和方法，实现电负荷、热负荷、冷负荷的长期（未来24 h）、短期（未来数小时）多时间尺度的负荷预测，为调度优化提供依据。

*能源在线安全分析。对电、冷、热、水这4类介质的产、用情况进行实时稳定性分析，并给出解决措施。

*能源设备性能分析。对供冷系统（如制冷机组）、供热系统（如锅炉）、输配系统（如水泵）、末端空调机组、新风机组设备性能进行在线监测，实时分析制冷机组COP、锅炉效率、冷量输配系数、末端空调机组能效、新风机组能效等指标，以便及时发现设备性能及系统能效的变化。

*供冷/供热多能源优化调度。根据负荷预测结果、能源系统状态以及内置的能源优化调度策略（包括经济效益最优、综合能效最优、绿色环保最优、综合最优4种），自动计算、生成制冷机组、水蓄冷、燃气锅炉供热等多种能源系统的生产调度计划并下发给相应的系统执行，实现多能源系统智能协同运行及优化调控。

*计量仪表故障诊断。对仪表进行在线监视，当仪表发生故障（通信中断、越量程上下限）时进行报警，同时对已经故障的仪表进行告警，提示及时更换。

3、能源运营管理功能

机场能源管理需向互联网++的综合能源服务转变，机场智慧能源管控系统除基础信息管理、实绩和计划管理、专业管理报表子系统、能源平衡表等传统功能之外，还实现运行和决策支持、大数据分析、能源服务互动等业务，为持续节能减排增效提供数据依据和方向。

能量运营管理模块支撑机场能源管理综合评价体系，从能源管理的整个业务体系出发，结合各单位能源耗用的成本情况、能源指标计划的执行情况、能耗指标的完成情况、能耗设备的管理情况，对各单位的能源管理成绩和效果进行系统性的总体评价，推动机场整体能源管理水平的提升，最终实现节能减排的总体目标。

注：本文作者为银瑞鸿、李杨。