1、項目背景
十四五期間碳中和、碳達(dá)峰成為污染防治的主攻目標(biāo)。實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，是貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。結(jié)合“雙碳”目標(biāo)，海爾智慧能源從用戶體驗出發(fā)，利用自身30多年的能源管理運(yùn)營經(jīng)驗，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺優(yōu)勢和生態(tài)賦能模式，將能源替代與碳資產(chǎn)管理運(yùn)營相融合，重塑能源服務(wù)場景，形成定制化能源解決方案，助力企業(yè)、園區(qū)實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。
當(dāng)前，能源發(fā)展正體現(xiàn)出多元化、移動化、碎片化的新特征，能源供應(yīng)與社會需求之間的矛盾、能源供應(yīng)與環(huán)境治理之間的矛盾、人類現(xiàn)代生活方式與節(jié)能減排之間的矛盾正催生一場前所未有的能源革命，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展正帶領(lǐng)人類能源社會進(jìn)入智慧能源時代。我國經(jīng)濟(jì)已由高速度增長階段進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，亟需改變傳統(tǒng)的發(fā)展模式，借助新技術(shù)，實現(xiàn)新模式、新平臺的創(chuàng)新，為高質(zhì)量發(fā)展提供新的支撐。傳統(tǒng)發(fā)展模式下，企業(yè)能源管理是粗放式的，高污染、高能耗也成為制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個重要原因。
對于制造企業(yè)來講，傳統(tǒng)園區(qū)能源管理存在著能源成本高、用能安全性低、能耗無監(jiān)測，能源無存儲、人工檢修、無增值服務(wù)等痛點(diǎn)嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)，從一定程度上制約了企業(yè)的發(fā)展。隨著企業(yè)管理的日益科學(xué)化、系統(tǒng)化、能源管理成為企業(yè)提升經(jīng)營績效的重要領(lǐng)域，但在實踐中，企業(yè)能源管理依然存在諸多不足。如能源管理精細(xì)化程度不夠，只做點(diǎn)上的功夫，哪里不行改哪里，并沒有全面系統(tǒng)的去實施能源管理:節(jié)能潛力挖潛不徹底，不少企業(yè)采用購買先進(jìn)節(jié)能設(shè)備，更換老舊設(shè)備的節(jié)能方式，只做到大功率設(shè)備監(jiān)控，忽略了員工意識以及日常生產(chǎn)中的點(diǎn)滴節(jié)能，造成了現(xiàn)場能源管理差距。此外，眾多企業(yè)不能有效利用企業(yè)數(shù)據(jù)優(yōu)化企業(yè)經(jīng)營 能源數(shù)據(jù)與生產(chǎn)訂單不關(guān)聯(lián)，不能為企業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)和賦能，直接導(dǎo)致了企業(yè)能源數(shù)據(jù)的失效。
隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新興技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)能源管理已經(jīng)不僅僅是追求擴(kuò)大可利用能源資源的規(guī)模，而是更多的通過數(shù)據(jù)分析來減低能耗，通過智慧的方式主動改造能源，提高能源的利用率。
2、項目建設(shè)內(nèi)容
(一)系統(tǒng)設(shè)計原則
以能源互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)以及海爾能源多年的能源運(yùn)營管理經(jīng)驗的創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)，通過整合業(yè)內(nèi)優(yōu)勢資源，為用戶從前端降低能源價格，通過卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)的運(yùn)營，降低能源運(yùn)維成本，不斷優(yōu)化能源使用場景，提供解決方案和增值服務(wù)，實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗。設(shè)計原則如圖1所示，包括:
(1)云服務(wù)：基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等的時代背景，搭建能源管理云平臺，精準(zhǔn)獲取企業(yè)能源數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析，預(yù)測、優(yōu)化企業(yè)能源使用，以云服務(wù)助力產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型；
(2)共享式：該系統(tǒng)實現(xiàn)企業(yè)跨地域、多能源介質(zhì)的能源數(shù)據(jù)融合，并系統(tǒng)輸出能源解決方案，賦能企業(yè)綠色發(fā)展；
(3)定制化：卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)是開放的能源管理生態(tài)系統(tǒng)，用戶可參與到企業(yè)能源體系建設(shè)中，根據(jù)用戶能源需求，共同實現(xiàn)能源管理方案的個性化、定制化，實現(xiàn)攸關(guān)方的共創(chuàng)增值。
(二)系統(tǒng)總體框架
卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)搭建了從前端能源采購、能源轉(zhuǎn)化輸送、終端能源使用的全流程能源監(jiān)測系統(tǒng)，形成能源效率分析，能源績效評價，能源最優(yōu)解決方案的全套能源管理流程，并在海爾集團(tuán)15個工業(yè)園區(qū)，55個互聯(lián)工廠進(jìn)行實踐，達(dá)到了較高經(jīng)濟(jì)效益。
(1)硬件配備:從儀表層來看，接入了10萬塊的現(xiàn)地儀表。從通訊層來看，光纜敷設(shè)了60公里，線纜三千公里。
(2)軟件功能:它有12個主模塊，61個子模塊，563個應(yīng)用場景。管理體系的業(yè)務(wù)模式:海爾集團(tuán)人單合一模式下，小微創(chuàng)客的產(chǎn)物，實現(xiàn)了從職能管理到服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變。
(3)覆蓋范圍:覆蓋國內(nèi)15個省區(qū)，內(nèi)部接入55個互聯(lián)工廠。外部接入73個互聯(lián)工廠，我們直接實現(xiàn)了智慧能源的管家服務(wù)，托管了58家工廠。
(4)實現(xiàn)功能:通過企業(yè)的用能信息采集存儲，結(jié)合實時的預(yù)警策略，對24小時用能情況進(jìn)行無間隙的監(jiān)控，同時對企業(yè)用能數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算、分析，對影響能源市場因素的政策、天氣、一次能源價格等信息進(jìn)行匯總，通過智慧能源EMS總控系統(tǒng)算法模型，提前對園區(qū)內(nèi)能源系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控配置，優(yōu)化園區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，降低用能成本。
(三)關(guān)鍵技術(shù)
卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)作為多能互補(bǔ)在區(qū)域供能系統(tǒng)中最廣泛的實現(xiàn)形式，其多種能源的源-網(wǎng)-荷深度融合、緊密互動對系統(tǒng)分析、設(shè)計、運(yùn)行提出了新的要求。特別針對家用電器行業(yè)，能源管理一般涵蓋集成的供電、供氣、供暖、供冷、供氫和電氣化交通等多個環(huán)節(jié)，以及相關(guān)的通信和信息基礎(chǔ)設(shè)施。為進(jìn)一步提高用能效率，促進(jìn)多種新能源的規(guī)?；?，多種能源的源-網(wǎng)-荷深度融合、緊密互動又是未來能量管理發(fā)展的必然趨勢。
由于不同能源管理系統(tǒng)及其發(fā)展的差異，供能往往都是單獨(dú)規(guī)劃、單獨(dú)設(shè)計、獨(dú)立運(yùn)行，彼此間缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)，由此所造成的能源利用率低、供能系統(tǒng)整體安全性和自愈能力不強(qiáng)等問題。傳統(tǒng)的能源管理相互獨(dú)立的運(yùn)行模式無法適應(yīng)綜合能源系統(tǒng)多能互補(bǔ)的能源生產(chǎn)和利用方式，在能量生產(chǎn)、傳輸、存儲和管理的各個方面，都需要以考慮運(yùn)用系統(tǒng)化、集成化和精細(xì)化的方法來分析整個能源系統(tǒng)，進(jìn)而提高系統(tǒng)魯棒性和用能效率，并顯著降低用能價格。
(1)“源-網(wǎng)-荷-儲”多能流協(xié)同優(yōu)化調(diào)度技術(shù)
結(jié)合“弱中心化”思想，基于多代理系統(tǒng)的控制框架，將用戶對冷、熱、電等多種能源的需求納入廣義需求側(cè)資源的范圍，并將能量轉(zhuǎn)化設(shè)備運(yùn)營商的能源價格、轉(zhuǎn)化方式、需求異質(zhì)性等也作為運(yùn)行和調(diào)節(jié)參數(shù)，通過和鄰近個體實現(xiàn)通信，一致性協(xié)調(diào)不同能源系統(tǒng)分布式個體，最終完成多能系統(tǒng)的穩(wěn)定和精確控制（圖3）。
(2)虛擬云的多維度能源管理技術(shù)
應(yīng)用虛擬云技術(shù)整合現(xiàn)有的能源管理平臺、企業(yè)用能檢測和評估平臺、需求側(cè)管理平臺以及用戶用能優(yōu)化終端，融合成為一個多維度多能流的物理信息系統(tǒng)(圖4)，提供多元化物理接口，能夠精確量測、匯總、儲存并分析預(yù)測用能數(shù)據(jù)、能源價格信息和多能系統(tǒng)整體運(yùn)行態(tài)勢，形成運(yùn)行安全、用能經(jīng)濟(jì)、互動有序的能源綜合管理平臺。
(3)不同能源種類的能源大數(shù)據(jù)綜合管理技術(shù)
基于海爾工業(yè)園區(qū)能源管理，卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、水資源監(jiān)測系統(tǒng)、空壓機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、壓縮空氣監(jiān)測系統(tǒng)、天然氣監(jiān)測系統(tǒng)、蒸汽監(jiān)測系統(tǒng)、污水在線監(jiān)測系統(tǒng)、電梯監(jiān)測系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)等九大管理系統(tǒng)，同時集中了14類能源介質(zhì):電、自來水、純水、軟化水、生活污水、生產(chǎn)廢水、蒸汽、壓縮空氣、天然氣、液化氣、高溫?zé)崴?、余熱回收熱水、太陽能發(fā)電、中水的調(diào)度，實現(xiàn)對多介質(zhì)能源數(shù)據(jù)的曲線分析及限值管控(圖5)。
(4)同一產(chǎn)品產(chǎn)線的跨區(qū)域能源大數(shù)據(jù)智慧對標(biāo)技術(shù)
平臺針對同一產(chǎn)品的眾多不同型號的能源使用，適應(yīng)集團(tuán)級多組織的跨域管理和協(xié)同框架，搭建同一評比機(jī)制，實現(xiàn)不同區(qū)域同一產(chǎn)品的能源消耗結(jié)構(gòu)對比分析，能源成本結(jié)構(gòu)對比分析，為用戶節(jié)能減排提供方向性解決管理方案(圖6)。
卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)可實現(xiàn)同集團(tuán)人力系統(tǒng)、產(chǎn)量系統(tǒng)、產(chǎn)值系統(tǒng)實時對接，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)融合，完成產(chǎn)值能耗、產(chǎn)量能耗指標(biāo)的數(shù)據(jù)考核以及直接責(zé)任人的考核指標(biāo)體系搭建，并建立綜合能源管理體系、需求側(cè)能耗對標(biāo)考核體系、能耗效率指標(biāo)評價體系等多項能源管理系統(tǒng)，推進(jìn)傳統(tǒng)園區(qū)向智慧園區(qū)轉(zhuǎn)型。以海爾冰冷產(chǎn)業(yè)為例，海爾集團(tuán)在全國擁有12家冰箱、冷柜工廠、分布于青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、合肥、大連、武漢、重慶、佛山、沈陽等10個園區(qū)，生產(chǎn)的產(chǎn)品型號超過3000種，由于不同產(chǎn)品工藝、容量大小，造成不同型號產(chǎn)品消耗能源數(shù)量、能源種類不同，這種狀況往往難以形成有效的單臺能源消耗對比分析。
對此，該技術(shù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)臺機(jī)制，根據(jù)每個型號產(chǎn)品的工藝以及工序復(fù)雜程度，設(shè)定不同的標(biāo)準(zhǔn)臺系數(shù)，將所有產(chǎn)品折算成標(biāo)準(zhǔn)臺產(chǎn)量，實現(xiàn)了同一產(chǎn)品類型不同產(chǎn)品型號的單臺能耗對比模型。
依托該技術(shù)，海爾在企業(yè)內(nèi)部建立能源交互網(wǎng)絡(luò)社群，實時交互工廠能源使用情況和問題，通過直連工廠用戶端，指導(dǎo)工廠進(jìn)行最合理的排產(chǎn)計劃，在冬季、夏季政府限電情況下，最大限度滿足生產(chǎn)需求，對現(xiàn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，達(dá)到最優(yōu)的能源成本。
(5)不同產(chǎn)品產(chǎn)線的綜合能源數(shù)據(jù)考評技術(shù)
針對眾多不同類型產(chǎn)品，不同類型產(chǎn)業(yè)的的能源使用，建立起綜合能源考評機(jī)制，實現(xiàn)產(chǎn)品產(chǎn)線的同期對比(圖7)，進(jìn)而幫助對產(chǎn)品能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，提升節(jié)能空間。
在同一產(chǎn)品產(chǎn)線的跨區(qū)域?qū)Ρ确治錾壒芾頇C(jī)制的基礎(chǔ)上，平臺制定單臺能耗考核機(jī)制，鎖定每一產(chǎn)品線年度單臺能源消耗降低6.5%，并與工廠第一責(zé)任人簽訂能效考核對賭協(xié)議，以月度薪酬20%作為對賭，目標(biāo)完成率與員工績效掛鉤。
技術(shù)集成了冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、熱水器、廚電等產(chǎn)品產(chǎn)線，以及彩板加工，新材料部件合成等配件產(chǎn)品產(chǎn)線工廠55家，并設(shè)立了多元化的考核機(jī)制，形成對不同的產(chǎn)品及服務(wù)，公寓、辦公樓宇等用能單位的能耗對比體系。例如，設(shè)定獨(dú)立考核體系，對于冰箱，空調(diào)，洗衣機(jī)。熱水器，廚電等產(chǎn)品產(chǎn)線，設(shè)定單臺產(chǎn)品能耗考核機(jī)制，與去年同期進(jìn)行對比:對于彩板加工，新材料部件合成等配件產(chǎn)品產(chǎn)線，設(shè)定產(chǎn)值能耗考核機(jī)制:對于辦公樓宇，執(zhí)行平均辦公面積能耗考核體系:對于公寓、餐廳等，執(zhí)行入住人次及餐飲人次考核指標(biāo)體系等。
技術(shù)線上系統(tǒng)模塊對所有工廠用戶能源設(shè)備進(jìn)行端到端可視化服務(wù)，并針對所有工廠工業(yè)活動進(jìn)行檢測，讓能源消耗真正有跡可循，幫助企業(yè)找出能源薄弱環(huán)節(jié)，并提出針對性降費(fèi)解決方案，切實減少企業(yè)能源成本。
(6)大數(shù)據(jù)的能源消耗預(yù)測技術(shù)
卡奧斯智慧能源FMS總控系統(tǒng)通過與BM、MES、BCC等系統(tǒng)的并聯(lián)打通，實現(xiàn)了多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合，通過對海量數(shù)據(jù)異構(gòu)分析，在用戶端、需求側(cè)形成能源使用的分析結(jié)果和報警，實現(xiàn)了能源運(yùn)行的精準(zhǔn)預(yù)測和動態(tài)管理優(yōu)化(圖8)。
例如:通過運(yùn)行曲線發(fā)現(xiàn)，海爾膠南洗衣機(jī)在停產(chǎn)情況下，流量仍然為80噸/天，顯示現(xiàn)場存在漏水問題，平臺通知膠南評審人員進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場水管裂縫，流量達(dá)到3t/小時，立即采取措施，聯(lián)系自來水公司人員進(jìn)行管路搶修，當(dāng)日恢復(fù)自來水供應(yīng)，該項措施減少水源浪費(fèi)約60噸。
精準(zhǔn)的能源消耗預(yù)測，可以指導(dǎo)企業(yè)對自身用能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，進(jìn)而根據(jù)目前的能源形勢，采取必要的能源管控措施，達(dá)到最優(yōu)的能源配比。傳統(tǒng)的能源管理為資源獲取式，即使用多少，向資源方購入多少，無使用預(yù)算，不考慮集團(tuán)訂單及能源效率，是事后的管控。技術(shù)依托企業(yè)經(jīng)營運(yùn)行的大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對企業(yè)能源使用的精準(zhǔn)預(yù)測，驅(qū)動能源管理由事后轉(zhuǎn)到事前。目前，通過5年的系統(tǒng)運(yùn)行，根據(jù)集團(tuán)161訂單，系統(tǒng)可以精準(zhǔn)的預(yù)測每一天，每一個月的能源消費(fèi)量。
3、應(yīng)用效果
卡奧斯智慧能源在技術(shù)和實踐上實現(xiàn)了和能源、設(shè)備、場景、工廠的全范圍的互聯(lián)互通?；?G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的高效傳輸，卡奧斯智慧能源平臺抓取的數(shù)據(jù)每6秒即可更新一次。各類設(shè)施、設(shè)備和傳感器的全面接入和數(shù)據(jù)流的高速實時傳輸，使得數(shù)據(jù)掌握更精細(xì)、事故排除更及時，節(jié)能減排更嚴(yán)格。
經(jīng)濟(jì)效益:在“十三五”期間，海爾單位產(chǎn)值能耗減少30.3%，單位產(chǎn)值水耗減少193%，廢水產(chǎn)生量削減16.1%，單位產(chǎn)值COD減排19.8%，減排二氧化碳11.05萬噸。
目前，系統(tǒng)適用場景已經(jīng)推廣至汽車、紡織、陶瓷、服裝等七類行業(yè)，已吸引450多家企業(yè)采用該技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)收入2.8億元，平均為每個賦能企業(yè)在減本增效方面帶來100萬元的經(jīng)濟(jì)效益，9家洗衣機(jī)企業(yè)綜合單臺能源費(fèi)降低23.18%，節(jié)約能源費(fèi)1200萬元。
社會效益：在“十三五”期間，共節(jié)水39.52萬立方米，節(jié)電6693.74萬千瓦時；減排二氧化碳11.05萬噸；減少危險廢物和固體廢物排放3257.43萬噸。
4、主要創(chuàng)新點(diǎn)
改良型季節(jié)指數(shù):在卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)的用能量預(yù)測模塊中，為了更加貼合卡奧斯能源實際能源消費(fèi)模式，對未來園區(qū)用能數(shù)據(jù)進(jìn)行貼合實際的預(yù)測和判斷，創(chuàng)新性的對季節(jié)指數(shù)算法進(jìn)行了算法邏輯上的優(yōu)化。根據(jù)多個樣本周期的用能數(shù)據(jù)計算出每個樣本的日均用能數(shù)據(jù)和日均平均用能數(shù)據(jù)，對計算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行求和并作為后續(xù)算法實現(xiàn)的基數(shù)，依靠現(xiàn)有的樣本數(shù)據(jù)和日均用能數(shù)據(jù)，計算各個月份的季節(jié)指數(shù)，為了降低算法誤美和提高算法預(yù)測準(zhǔn)確率，額外進(jìn)行了一次全樣本平均數(shù)據(jù)的季節(jié)指數(shù)計算，與各個月份的季節(jié)指數(shù)進(jìn)行浮動計算和比較，剔除誤差較大數(shù)據(jù)，使樣本數(shù)據(jù)更加貼合實際從而提高預(yù)測的準(zhǔn)確率。
5、推廣價值
卡奧斯智慧能源EMS總控系統(tǒng)賦能的海爾中德工業(yè)園、湖北黃石東貝壓縮機(jī)有限公司、美心集團(tuán)、天津津南區(qū)八里臺鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)等多地形成“樣板”，并迅速在全國復(fù)制。每年僅外部授權(quán)企業(yè)就節(jié)約能源使用費(fèi)1.02億元，減少二氧化碳排放8000噸，相當(dāng)于造林3000畝。
以美心集團(tuán)為例，其是空壓機(jī)應(yīng)用“大戶”，存在耗能大，運(yùn)營服務(wù)效率低等問題?？▕W斯智慧能源從“設(shè)備”和“技術(shù)”兩方面入手，為其提供從代建代管到日常運(yùn)維的全流程空氣壓縮機(jī)托管方案，而企業(yè)無需投資硬件且不需要配備運(yùn)維人員，由卡奧斯智慧能源為企業(yè)提供設(shè)備，為企業(yè)配備專業(yè)運(yùn)維管理人員，滿足企業(yè)在設(shè)備購買、設(shè)計規(guī)劃、運(yùn)維人才培養(yǎng)等方面的需求。經(jīng)改造，美心集團(tuán)能效提升30%，一年節(jié)約用電約120萬度，能源費(fèi)用節(jié)省90萬左右，約等于植樹造林18.8萬棵。
