智慧物聯(lián)管理系統賦能園區碳中和

編者按：2021年7月8日，以“碳中和與未來(lái)能源”為主題的“第三屆未來(lái)能源大會(huì )”在北京召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，北京電力自動(dòng)化設備有限公司副總經(jīng)理 陳杰發(fā)表了“智慧物聯(lián)管理系統賦能園區碳中和”的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

陳杰：非常榮幸能跟大家講一下《智慧物聯(lián)管理系統賦能園區碳中和》，我們最近做的工作主要是以數字化為主。一個(gè)簡(jiǎn)單的背景，上午已經(jīng)講了很多了，3060戰略目標是重大國家戰略，事關(guān)中華民族永續發(fā)展和構建人類(lèi)命運共同體，這個(gè)高度和重要性已經(jīng)不言而喻了。對于能源領(lǐng)域來(lái)說(shuō)構建清潔、低碳、安全、高效的清潔能源，構建新能源為主體的新型電力系統是兩大關(guān)鍵，這兩大關(guān)鍵很好地說(shuō)明了今天的主題，碳中和以及未來(lái)能源，這就是碳中和和未來(lái)能源的形態(tài)，我們最近的工作也是基于這兩大關(guān)鍵來(lái)開(kāi)展的。

整個(gè)智慧物聯(lián)系統，通過(guò)自研邊緣計算終端以及云平臺實(shí)現云邊協(xié)同，為客戶(hù)提供整體的解決方案。下面可以看一下我們整套系統，相關(guān)的參數，三維可交互形式呈現數字園區的全貌，任何一個(gè)地方有了異常，在園區里，在圖形上就可以顯示出來(lái)。點(diǎn)擊哪棟建筑，就可以顯示相關(guān)能耗和異常情況。

我們在園區里建了光儲充的系統，光伏、儲能、充電樁，可以實(shí)時(shí)監控里面所有的信息。4月16日大紅門(mén)電池爆炸事故要講一下，導致我們現在這些儲能系統都停了，只有電網(wǎng)給我們供貨。針對電池儲能我們做了一些研究，包括今天上午嘉賓也講到了放火防爆的處理，我們是新型的放火防爆鋰電池模組，去天津電子18所做的穿刺試驗，也有個(gè)視頻，可以給大家分享一下。

這個(gè)模組里面是4節三元鋰的電芯，鋼針穿透第一節電芯發(fā)生了爆炸，真正有聲音的話(huà)是非常響的，而且冒出了大量的濃煙，都是有毒的。第一節、第二節發(fā)生了爆炸，過(guò)幾十秒，第三節電芯燃爆，最后第四節電芯也會(huì )發(fā)生燃爆。整個(gè)鋼針是燒紅的狀態(tài)，真正鋰電池發(fā)生事故，溫度是極高的，基本上消防人員沒(méi)辦法進(jìn)行滅火，只能等它整體燒完。

這是我們取出來(lái)的電芯，四節電芯完全燒毀，整個(gè)殼體完全變形了。四節電芯好幾天時(shí)間都還處于高溫狀態(tài)，這個(gè)反應是非常強烈的。

我們特制的電池模組，整個(gè)外殼都一樣，這時(shí)候開(kāi)始穿刺。鋼針穿透第一節電芯，有輕微的爆炸，但是在模組內部基本上已經(jīng)消化了，而且略微冒出了白煙，基本上是15秒左右，白煙基本沒(méi)了，整個(gè)電池模組恢復原狀。效果還是非常明顯的，講一下原理。

首先我們判斷所有的鋰電池長(cháng)期使用之后必然會(huì )發(fā)生燃爆，這是不可避免的。我們要做得是什么？發(fā)生燃爆之后讓事故最小化，以及不發(fā)生其他的影響，我們回歸第一性原理，針對燃燒的三要素，等離子狀態(tài)燃燒過(guò)程的形成基本上可以把火災控制在可控范圍內，這也是從本質(zhì)上解決鋰電池燃爆的問(wèn)題。

第一節電芯穿透了，基本上燒毀了，后面三節電芯完全是正常的，拆下來(lái)作測試都是可以正常使用的狀態(tài)。這是我們把所有電池情況監控進(jìn)去的圖，三維建模。

放火防爆鋰電池我們用在安全要求很高的場(chǎng)合，包括軍事的，包括數據中心、海上鉆井平臺、通信基站，跟人接觸的必須采用放火防爆的形式。后續如果有需要，大家可以接下來(lái)繼續交流。

第三塊是我們的智能樓宇系統，包括整個(gè)樓控系統監測，環(huán)境監測、視頻監測，相關(guān)能監測的內容都做進(jìn)去了，這里看一個(gè)我們做的電梯監控系統，實(shí)時(shí)監測電梯位置和狀態(tài)，有異常狀態(tài)就彈窗報警，可以進(jìn)行及時(shí)處理和解救人員等工作。這是我們在數字園區里面可以直接定義會(huì )議室，這是定位到了A座會(huì )議室，可以看到是三維的，點(diǎn)擊進(jìn)去可以看到會(huì )議室界面，里面的燈光、照明、空調、投影、幕布，一系列東西都是聯(lián)動(dòng)的，我們是一鍵場(chǎng)景化應用，要會(huì )談模式就會(huì )談模式，投影模式就投影模式，還是挺方便的。

第四塊是智慧物業(yè)管理系統，包括整個(gè)園區的資產(chǎn)管理，預付費系統，視頻監控，人員數字化，智慧停車(chē)，包括火災識別預警以及消防應急疏散，現在大家看到是整個(gè)園區視頻系統，點(diǎn)擊每個(gè)視頻都可以實(shí)時(shí)顯示當前的狀態(tài)，以及可以自動(dòng)識別相關(guān)隱患。這是我們系統的人員管理，在園區大門(mén)口設置了外來(lái)訪(fǎng)客系統以及人臉識別系統，最近也是加了測溫系統，跟疫情結合起來(lái)了，實(shí)時(shí)監測所有的出入人員，車(chē)輛管理也是一樣的，每一輛車(chē)進(jìn)出以及停車(chē)位置都能顯示，可以完全保證整個(gè)園區的安全性以及受控區域不被打擾。

還有一部分是智慧物業(yè)火災消防聯(lián)動(dòng)，我們自研火災的預警系統、圖像型火焰識別系統，消防系統和人員疏散聯(lián)動(dòng)運行，可以最快速地對火災事故進(jìn)行預警處置，全方位提高消防工作科技化、信息化、智能化水平。

第五塊是變電室智能運維，也是從園區里定位到配電室，點(diǎn)擊配電室，三個(gè)配電室的三維建模，包括走線(xiàn)、橋架。這是配電室的開(kāi)門(mén)操作，遠程可以進(jìn)行各種控制，變壓器、回電情況，環(huán)境監測這一塊監測了視頻、門(mén)禁、水禁、空調控制，基本上是全方位的監測系統，推動(dòng)了智能化、圖像化，實(shí)時(shí)性監控模式。配電室的監控后續的市場(chǎng)需求還是非常大的，能大大提高人員的知曉。這塊是整個(gè)低壓開(kāi)關(guān)柜的監控，電極每個(gè)柜子都可以看到它的運行情況，電壓、電流情況。配電室里面的視頻也都可以實(shí)時(shí)展示，點(diǎn)擊視頻就可以看到里面的實(shí)時(shí)情況。

    以上這五部分基本上是我們這塊系統里園區的綜合概況部分，里面各個(gè)子系統非常多，包括輕量化數字孿生、能源評估系統、軟件定義邊緣智能設備、智能配電系統、樓宇系統、物業(yè)系統，還有移動(dòng)端管理系統，還有虛擬電廠(chǎng)功能以及后續碳排放、碳交易核算系統，基本上全套系統都可以在我們系統里做，而且可以給客戶(hù)做定制化的設計。

下面給大家介紹一下我們做的相關(guān)案例情況。

1.低碳公園項目，在這里我們負責百分之百可再生能源利用以及交互式公眾宣教體驗，還有施工運營(yíng)，零廢棄物，新型低碳建筑材料。我們以3060建立了光儲電站，采取并網(wǎng)加儲能的模式，對整體公園碳排放進(jìn)行全生命周期管理，實(shí)現低碳公園，這是相關(guān)的配置。光伏容量197千瓦，儲能是270度電，首年實(shí)際減碳132噸，25年累計的話(huà)是3000噸二氧化碳減排，加上植被碳匯，完全可以滿(mǎn)足公園建設期、運營(yíng)期所有碳排放，最終達到碳中和公園的目的。里面的儲能采用了放火防爆儲能鋰電池系統，后續我們也會(huì )在公園建設智慧公園管理系統和交互式碳達峰、碳中和宣傳展廳。

2.直流智慧園區賦能低碳發(fā)展，我們最近10千伏直流器也在張北投運了，建立中亞直流配網(wǎng)，實(shí)現新能源電能就地消納，削峰填谷，直流開(kāi)關(guān)以及直流配網(wǎng)建設。整體樓宇系統建設，跟物聯(lián)系統建立起來(lái)，光儲直接流系統，低碳排放，大數據管理，包括虛擬車(chē)間，需求相應，源網(wǎng)荷協(xié)調都會(huì )在這個(gè)系統里應用。

3.智慧工地，智慧工地系統就是對建設過(guò)程中的人、機、料、法、環(huán)進(jìn)行有效管理，大大減少建設期、運營(yíng)期的碳排放，給大家展示我們風(fēng)電廠(chǎng)的智慧工地項目，實(shí)時(shí)監測風(fēng)電廠(chǎng)里每個(gè)風(fēng)機的安裝情況、安裝進(jìn)度以及實(shí)施過(guò)程中的各種數據。

這是另外一個(gè)智慧工地項目，是我們投入人力最多的項目，現場(chǎng)攝像頭就有760多個(gè)，不同的應用場(chǎng)景差不多有20多個(gè)，每個(gè)場(chǎng)景的授權級別不一樣，人員特征不一樣，設備要求不一樣，工業(yè)流程不一樣，這么一個(gè)大型系統里有這么多要求，我們是給他們開(kāi)發(fā)了一整套的算法倉庫，每一個(gè)場(chǎng)景我們按需配置不同的算法，就像人員特征值的提取，判斷人員軌跡是怎么行進(jìn)的，或者這個(gè)人在現場(chǎng)徘徊有問(wèn)題，或者是單人告警作業(yè)，最困難的是場(chǎng)景應用，現場(chǎng)有一些工藝流程的判斷，包括氣體、液體，液位判斷，什么情況下怎么操作這是最難的，以及我們現在這種人工智能的算法沒(méi)有大量樣本學(xué)習，對我們來(lái)說(shuō)還是有一定難度，這個(gè)項目做完之后也歡迎大家跟我們一塊聯(lián)系，我們可以一塊去看看。

4.輸變電設施及環(huán)境在線(xiàn)監測，由于多天下雨，導致桿塔傾斜了，第二天有臺風(fēng)，怎么做加固？沒(méi)有一個(gè)專(zhuān)家說(shuō)我加固之后，明天臺風(fēng)一吹，百分之百不倒的。關(guān)鍵問(wèn)題是沒(méi)有相關(guān)的數據，他們只能憑經(jīng)驗加固，加固之后第二天萬(wàn)幸的是臺風(fēng)沒(méi)有把桿塔吹倒，通過(guò)這個(gè)事我們跟相關(guān)專(zhuān)家一塊探討，針對地震、臺風(fēng)、泥石流、滑坡，包括雷擊，惡劣的自然環(huán)境下對于桿塔或者其他輸變電設施健康狀態(tài)進(jìn)行梳理，我們設計了這么一套系統，監測的量也非常多，包括位移、加速度、傾斜、應力，最后開(kāi)發(fā)了各種算法，形成了一套智能診斷和智能識別系統，對業(yè)主來(lái)說(shuō)我每一個(gè)桿塔都知道它的健康狀態(tài)，未來(lái)有可能發(fā)生什么事，怎么處理，通過(guò)這套系統完全可以告訴他，給客戶(hù)創(chuàng )造了很大的價(jià)值。

5.數據中心監控，各種功能非常全，包括資產(chǎn)管理，這是直觀(guān)的容量可視化，這是溫度云圖。三維展示數字孿生其實(shí)是能大大提高整個(gè)管理效力的，最近我們也給白鶴灘水電站做了相關(guān)的三維項目。

6.風(fēng)機一體化在線(xiàn)監測系統，海上風(fēng)電風(fēng)機監測比較全，隨著(zhù)風(fēng)電廠(chǎng)未來(lái)都建完了，發(fā)電效益好不好，就在于運維效果好不好。有了這套系統，跟桿塔比較相近，我們有沉降、變形、齒輪箱、葉片等等十多項指標監測，結合這套智能診斷系統，告訴業(yè)主每個(gè)風(fēng)機的健康狀態(tài)和發(fā)電情況，可以大大提高整個(gè)運維效力，這是新能源運維這一塊。

以上六個(gè)不同領(lǐng)域和行業(yè)做的項目，符合綠色低碳安全高效的核心理念，這四個(gè)核心理念也是今天的主題，碳達峰和碳中和要達到的。這個(gè)過(guò)程中我們要不斷發(fā)現客戶(hù)的需求，真正給客戶(hù)解決問(wèn)題，這些系統才能真正推廣開(kāi)，才能真正實(shí)現共贏(yíng)。

再介紹一下我們公司，成立于1971年，是比較老的國企，坐落于北京市海淀區交大東路31號，在西直門(mén)附近，歡迎大家過(guò)去都交流。2016年4月中國能建集團裝備有限公司與北京電力設備總廠(chǎng)有限公司進(jìn)行了改制改革。我們有儲能系統和直流配網(wǎng)，電能替代、充電樁、安全電源，效果都非常好，都屬于節能領(lǐng)域。綜合能源管理系統，智慧工地，工業(yè)三電系統，軌道交通系統等等。我們公司以各類(lèi)產(chǎn)品為依托，業(yè)務(wù)模式是采用EPC總包的模式，由產(chǎn)品供應商積極向綜合解決方案服務(wù)商轉型，為客戶(hù)提供相關(guān)產(chǎn)品領(lǐng)域的各類(lèi)整體解決方案。

6月下旬是中國能建集團發(fā)布《踐行3060碳達峰、碳中和戰略目標行動(dòng)方案白皮書(shū)》，上周是能建集宋董事長(cháng)參加了2021年國際能源變革對話(huà)，也提出了《構建3060戰略目標整體的解決方案》，所以我們公司未來(lái)基本上基于白皮書(shū)的要求以及宋董事長(cháng)的這些要求，深度融入集團全產(chǎn)業(yè)鏈，在新能源、儲能、氫能、數字化這四個(gè)方面不斷做技術(shù)研發(fā)，尋求技術(shù)突破、戰略合作，為碳達峰、碳中和戰略目標的達成，履行責任擔當，貢獻智慧力量。

新能源發(fā)展不用說(shuō)，是我們國家能源結構調整的必然，源網(wǎng)荷儲也是必備，氫能也是作為直接消費的二次能源，包括氫燃料電池，還有作為非常靈活的能源載體，作為綠氫的化工體系未來(lái)市場(chǎng)會(huì )非常大。

暢想一下未來(lái)能源會(huì )是什么形態(tài)，基本上就是電能跟氫能這兩種優(yōu)勢互補的能源占據了未來(lái)終端消費能源的主體，而我們現在主要做的數字化工作就是貫穿了新能源儲能和氫能，也可以讓我們在這條路上不斷學(xué)習、成長(cháng)、進(jìn)步。這四個(gè)方向就是我們未來(lái)想做的，在這里也歡迎在座的專(zhuān)家、領(lǐng)導，在未來(lái)，在我們探索這幾個(gè)方向的過(guò)程中可以給我們相關(guān)的支持指導以及幫助。

最后是我的聯(lián)系方式，歡迎大家隨時(shí)交流相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，共同探討，謝謝大家！