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【解決方案】水務配電能效管理在數(shù)字化下如何轉(zhuǎn)型

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0 引言

 水務行業(yè)在當下已經(jīng)邁入了新的發(fā)展階段,行業(yè)內(nèi)增大了信息化、數(shù)字化的探索,尤其是智能化技術出現(xiàn)以后,智能水務概念的提出使得水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為可能。但我國水務行業(yè)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展時期,在很長一段時間內(nèi)因為存在發(fā)展思路、技術條件、資源配置等限制,水務行業(yè)的很多工作都是由人工來完成的,效率偏低且不同流程之間的銜接性不夠,給整個行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的困境。信息技術的日漸發(fā)展,使得各個地區(qū)的水務工作都突破了原先的限制,在水務數(shù)字化、智慧化方面的大量研究和投入,使得我國在水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面取得了一定的成效,但同時也面臨著一定的挑戰(zhàn),未來為推進智慧水務目標的實現(xiàn)還有很長的一段路要走。

1智慧水務的概念

 智慧水務是在原有的水務系統(tǒng)中融合了智能化技術而出現(xiàn)的新型管理模式,所形成的水智能系統(tǒng)可在水務運營的全過程中實現(xiàn)一體化、標準化管控。信息技術支持下,不同子系統(tǒng)之間可高度銜接起來,系統(tǒng)的融合使得水智能系統(tǒng)能夠?qū)ψ詠硭⑽鬯⒅兴鹊奶幚矶奸_展智能化管控,與常規(guī)的管理系統(tǒng)相比,智慧水務下的水循環(huán)效率顯著提高,也可創(chuàng)造更大的社會和經(jīng)濟效益。

 智慧水務作為水務行業(yè)的一個新概念,要求每個水務企業(yè)都需要立足自身的發(fā)展,實現(xiàn)運營管理模式的調(diào)整,經(jīng)由數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)雀鞣N智能化技術和設備,對水務系統(tǒng)的運行狀態(tài)、參數(shù)等開展實時監(jiān)測,最終的結(jié)果能夠以可視化的方式呈現(xiàn)出來,打造水務物聯(lián)網(wǎng)體系。水務企業(yè)經(jīng)由數(shù)字化管理平臺的建設,可將全部的水務信息都加以收集、存儲、分析和利用起來,將得到的數(shù)據(jù)信息作為后續(xù)決策和工作的參考。為利用數(shù)字化平臺采集相應的數(shù)據(jù),需在各個污水處理廠、泵站都進行數(shù)據(jù)采集前置機的安裝,或者進行DSP模塊的設計。在這種關聯(lián)關系下,在各污水廠、泵站運行的過程中,這些數(shù)據(jù)采集模塊可自動進行數(shù)據(jù)的采集,最終經(jīng)由4G或5G網(wǎng)絡,將數(shù)據(jù)進行上傳并在數(shù)據(jù)庫中存儲起來[1]。智能化模塊通過對各個關鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與智能分析,可在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)的情況下及時預警,通知有關人員及時進行異常問題的處理,實現(xiàn)水務運營的精細化、智能化管控。

2 新形勢下水務行業(yè)所面臨的問題

 從2019年底以來,各行各業(yè)就面臨著巨大的發(fā)展危機,新形勢下也使得傳統(tǒng)水務行業(yè)暴露了越來越多的問題,難以適應現(xiàn)代化的發(fā)展步伐。為實現(xiàn)智慧水務的目標,必須在解決了這些問題以后,針對當下行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn),進行相應的數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索。

1)部分水務企業(yè)缺乏頂層規(guī)劃

2)運營環(huán)節(jié)和操作流程管理仍顯粗放

3)大部分水務企業(yè)仍處于信息化初級階段

4)產(chǎn)業(yè)鏈和新消費鏈尚未打通

3 智慧水務視角下水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)

1)水務行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的挑戰(zhàn)

 智慧水務對行業(yè)改革的影響巨大,雖然在驅(qū)動行業(yè)變革方面有著重要的作用,但是在運營模式創(chuàng)新、認知創(chuàng)新和技術創(chuàng)新方面,卻帶來了一定的挑戰(zhàn)。實際上,如果要在智慧水務條件下實現(xiàn)供排水運營模式的重構(gòu),將需要投入大量的資源,再加上業(yè)務與數(shù)字化尚未形成合力,數(shù)字化轉(zhuǎn)型倒逼業(yè)務架構(gòu)的重構(gòu),給運行模式的創(chuàng)新帶來了很大的難題。如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,就可以有效打破原先的業(yè)務、機構(gòu)等壁壘。但顯然,當下的水務工作中,對先進管理理念和模式的掌握不夠,業(yè)務流程與信息技術之間的融合不佳,都導致水務行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展面臨著巨大的壓力。

2)水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型方向的挑戰(zhàn)

 智慧水務視角下的水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型應該向全面感知、智能控制、數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能決策等方面邁進,但不論涉及的是哪一個方面,都需要進行相應的技術革新、資源配置。比如,要實現(xiàn)全面感知的目標,在全行業(yè)范圍內(nèi)要擴大廠站規(guī)模,并在原有基礎上擴大管網(wǎng)的動態(tài)感知范圍,開展全域的智能感知;智能控制條件下,需在原先的基礎上引入自動化技術并配置相應的智能化設備;數(shù)據(jù)驅(qū)動下,要對數(shù)據(jù)進行全面的采集、管理和分析,形成良好的數(shù)據(jù)生態(tài)。不論要實現(xiàn)哪一方面,所涉及的工作難度都是非常大的,水務企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中,要立足自身的資源、技術和設備不足,突破這些不利因素的限制。

3)水務業(yè)務與信息技術融合的挑戰(zhàn)

 在水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中,保持業(yè)務與信息技術的高度融合至關重要。雖然越來越多的水務企業(yè)加入了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的探索隊伍,但因為深受傳統(tǒng)發(fā)展思路的影響,信息技術的應用還停留在初期階段,未進入信息技術的深入應用環(huán)節(jié),企業(yè)內(nèi)部也未形成完善的業(yè)務與信息管理模式,業(yè)務與信息技術的融合效果不理想。

4 水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

1)能夠?qū)崿F(xiàn)日常辦公管理

2)能夠?qū)崿F(xiàn)水務全過程管理

3)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的故障報修

5 智慧水務視角下水務企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實踐

 北京生態(tài)環(huán)保集團股份有限公司結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢及自身實際,提出按照"系統(tǒng)規(guī)劃,控節(jié)奏;標準先行,統(tǒng)流程;業(yè)務驅(qū)動,強根基;管理為輔,提效率;資源共享,生態(tài)加"的方針,采取先行先試、小步快跑、迭代升級的路徑,力爭實現(xiàn)以安全為保障,覆蓋全業(yè)務價值鏈,提升水務運營安全、效率與效能,并可靈活應對可持續(xù)運營、可持續(xù)響應業(yè)務需求變化、可持續(xù)賦能的目標,實現(xiàn)業(yè)務+數(shù)字化的高質(zhì)量融合發(fā)展;推進水廠由粗放型管理到精細化管理轉(zhuǎn)變,由經(jīng)驗指令型調(diào)度轉(zhuǎn)化為量化分析型調(diào)度,利用數(shù)字化工具提高安全保障系數(shù),提高水廠運營效率和專業(yè)人員素質(zhì),優(yōu)化生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)。

5.1供水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐

 以馬鞍山與徐州項目為試點的遠傳抄表平臺,采用其自定義自有通信協(xié)議,統(tǒng)一平臺,實現(xiàn)公司管理三百多萬只水表,每年超過20億元的水費收入在同一個平臺中管理。以馬鞍山為例,實現(xiàn)了運行成本的降低,運行人員管理的平臺從之前的4個變?yōu)?個,可提高近40%的調(diào)試工作效率,在檔案資料管理工作方面可降低30%的人日工作量,為每月歷次開賬管理工作提高50%的效率,同時公司不再受制于水表供應廠家的硬件或軟件產(chǎn)品。此外,通過規(guī)范抄表協(xié)議,并將制定的流程制度植入,通過軟件驅(qū)動管理制度和運營模式應用實施方式,促進管理標準的落地,提高企業(yè)韌性。

5.2污水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐

 環(huán)保以太原項目為試點,采取由上而下統(tǒng)籌規(guī)劃、以點帶面輻射推廣的方式,探索污水廠數(shù)字化系統(tǒng)應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術. 實現(xiàn)了集控層、邊緣層、企業(yè)層和應用層的融合統(tǒng)一依靠線上工單流轉(zhuǎn)解決污水廠規(guī)范化運行、過程管理量化問題,包括生產(chǎn)監(jiān)控、運行巡視、設備維修、報警平臺、庫房管理等模塊。系統(tǒng)的業(yè)務場景涵蓋水廠工藝、設備、化驗3個管理維度,滿足水廠自動化提升和工具類、管理類、輔助業(yè)務類數(shù)字化需求,實現(xiàn)生產(chǎn)過程顯化管理。

5.3管網(wǎng)GIS雙平臺建設

 數(shù)字化的前提是首先建立數(shù)據(jù)標準,統(tǒng)一管理流程與業(yè)務。環(huán)保立足自身,進行管網(wǎng)GIS平臺建設,該平臺是對水務運營薄弱環(huán)節(jié)管網(wǎng)資產(chǎn)管理的開始,也將是管網(wǎng)業(yè)務的進一步升級基礎。該平臺使管網(wǎng)管理業(yè)務走向移動端與數(shù)據(jù)化,創(chuàng)造了業(yè)務運營的新模式,實現(xiàn)了總部與項目之間業(yè)務的穿透式管理,同時專家資源的價值得到一定程度上的發(fā)揮。

6 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

1.平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系,AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置,用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度,監(jiān)測主要用能設備能效,保護污水廠運行安全可靠,提高污水廠能效,為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

2.平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成,涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等,貫穿水務能源流的始終,幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況,并且根據(jù)權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

3.平臺拓撲圖

【解決方案】水務配電能效管理在數(shù)字化下如何轉(zhuǎn)型

4.平臺子系統(tǒng)

4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護,實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能,對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

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4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量,并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

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4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能,電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關信息,對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合,實現(xiàn)電動機自動或遠程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

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4.4能耗管理

為水務搭建計量體系,顯示水務的能源流向和能源損耗,通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向,找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關能源的參數(shù)集中在一個看板中,從多個維度對比分析,實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比,幫助領導掌控整個工廠的能源消耗,能源成本,標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量,同環(huán)比對比分析,能耗總量和能耗強度計算,標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu),分別進行能效分析,契合能源管理體系要求,可對各車間/職能部門的能效水平進行分析,同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖,并進行同比和環(huán)比分析,以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝,從而降低能耗。

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4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案,支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能,盡量利用自然光照,實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適的目的。

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4.6電氣安全

(1)電氣火災監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度,實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

(2)消防應急照明和疏散指示

根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

(3)消防設備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常,保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

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(4)防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài),實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài),顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來,當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時,防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號,能指示報警部位并保存報警信息,保障了電氣安全的可靠性。

4.7環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警,保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng),排除隱患,保持良好的水處理環(huán)境。

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4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關狀態(tài),逆變器運行監(jiān)視,對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率,逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測,以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況,通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況,顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置,各個屋頂?shù)难b機容量。

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4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護,進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機,與PLC、軟啟、變頻器等配合,實現(xiàn)電動機自動或遠程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

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5 相關配置

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