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摘 要：节能减排对国家和社会都具有重要意义, 民用机场的航站楼是能源消耗大户, 而耗电量是机场航 站楼的重要节能指标之一。结合某机场能源管理提升改造工程的实际案例,首先分析航站楼现存能源管理问 题,其次介绍借助智能仪表完善能源管理系统的具体实现方法和航站楼智能仪表设计方案,再次分析能源管 理系统的功能,最后进行能耗分析,评估智能仪表在航站楼能源管理系统中应用的节能效果, 以期为相关工程提供参考。

关键词：智能仪表；能源管理；节能减排

0 引言

航站楼是我国交通运输系统的重要组成部分，也是综合交通运输发展速度快的领域。在过去几十 年，由于人口增长和经济扩张，航空业发展迅速，且 我 国航站楼业的发展速度远 高 于全球平均速度。 2015—2019年我国运输总周转量、 旅客运输 量、 货邮运输量年均增速分别为 11.0%、10.7%、 4.6%。2019年，我国商业航空运输的二氧化碳排放 量达到 11 658万 t，几乎是 2009年排放量（4152万 t） 的 3倍。根据《新时代强国建设行动纲要》，到 2035年我国人均航空出行次数将超过 1 次，按此目 标 2030年后行业规模增长速度仍需维持中速或以 上（2019年为 0.47 次）。在行业运输周转量、机队规 模、机场数量稳步增长*的情况下，碳排放总量势 必随之增长，如何减少航空二氧化碳排放将是我国 需要解决的一个重要问题[1]。

　某大型国际枢纽机场，随着旅客量的不断增加 和服务水平的不断提高，能源消耗量持续多年处于高 位运行。2017—2019年该机场 3座航站楼电费、取 暖、冷气和蒸汽的总费用分别为5.60亿元、5.75亿元、 5.46亿元，其中电费、取暖、冷气费用占航站楼总能 源费用的 97%，是 3 座航站楼能源消耗的重要支 出。2017—2019年机场航站楼能源费用年平均值为 5.60亿元，其中电能消耗占比为 36%，年电能消耗约 为 2.0亿元，因此研究航站楼的电能管理水平提升具 有重要的经济意义。

1 航站楼现存能源管理问题

1.1 末端用电设备无法远程监管

　　（1）航站楼办公区域中存在大量的员工私人大 功率用电设备，如电热水壶、微波炉、电暖气等，这些 设备未经备案，且没有有效的远程监管手段，给航站 楼带来很大的安全隐患和能源消耗。

　　（2）航站楼内旅客和员工的充电设备众多，因缺 少智能监测设备，导致现有的能源管理系统无法实 现远程充电管理，经常出现过充和乱充电现象，这同 样带来了消防安全隐患和能源消耗。

　　（3）航站楼内存在私接、乱接电线的现象，并且 这些电线和电气设备均处于航站楼内的隐蔽区域， 平时检查不易发现，极易造成火灾，给航站楼带来重 大安全隐患。

　　　总之，航站楼存在大量无法监管的末端用电设 备，无法直接通过现有的能源管理系统进行有效的 远程监管，造成用电安全和用电浪费等问题。

1.2 空调、照明系统能源浪费

　　　航站楼现有的空调系统，各机组均为单机运行 控制方式，机组之间没有进行联动。而为了满足人流 密集区域供冷要求，大多以大的功率制冷或送风， 这就导致了很多区域过度供冷，造成严重的能源浪 费。同时，目前航站楼内所有区域（商铺、办公区域 等）的风机盘管设备均未实现远程监控，易出现无人 区域仍有制冷设备运行的情况，造成电能浪费。

目前航站楼内照明系统的控制方式为时控，按照设定的时间表开启和关闭。然而，实际上由于 航站楼规模超大、区域复杂，各个功能区域的照明需 求和条件不尽相同，按照时间表控制照明系统无法 更好地利用自然光，造成能源浪费。

1.3 变压器容量过大导致能源浪费

　　根据现场实测，变压器的实际运行负载率很低， 约为 30%。这也是目前航站楼供配电系统普遍存在 的问题之一，例如，广州白云机场一号航站楼内变压器高运行负载率为 27.3%~36%，为设计值的 55%~ 72%[2]。此问题的根源在于，设计阶段往往要考虑远 期发展的需要，在负荷计算时所取的需要系数过大， 设计偏于保守，从而导致变压器的设计容量过大。

　　　变压器容量过大，会导致变压器的年运行费用 较高，造成能源浪费。主要体现在两个方面：①变压 器的空载损耗高，年电能损耗大。相同型号的变压 器，其空载损耗功率一般和变压器容量成正比。②变 压器的年维护费用高。一般变电站的年维护费用取 变压器初始投资成本的 1%，而变压器的初始投资和 变压器容量成正比[3]。

　　　本文主要通过安装智能仪表，对末端用电设备 进行监测、控制，从而达到节能的目的，暂不研究更 换变压器的节能效果。

2 借助智能仪表完善能源管理系统

　　　针对航站楼内电能浪费现象无法得到有力控制 的问题，拟通过研究航站楼内现有供配电系统，有效 地在末端或者配电系统中增设智能监测终端，再通 过数据传输网络，将末端数据上传至能源管理系统， 同时可以通过能源管理系统对末端设备进行电能监 测和控制。因此，需构建涵盖基础设施层、系统平台 层、软件应用层的统一能源管理体系。

2.1 具体实现方法

　　（1）梳理航站楼现有供配电系统，通过增加智能 仪表、更换智能断路器、更换智能末端等手段采集航 站楼所有用电设备的电能数据，并利用航站楼的有 线或无线网络将数据传输至能源管理系统。

　　（2）将现有的建筑设备监控管理系统、电力监控 管理系统、智能照明监控管理系统通过集成接入航 站楼现有的能源管理系统。

　　　航站楼物联网机电运维管控平台由软件平台、 数据集成接口、管理层网络设备、无线接入网关和末 端设备组成。

2.2 航站楼智能仪表设计方案

　　（1）变配电室电力设备改造方案。目前变电室仅 对变压器出线回路的电压电流进行监控，本次拟对所有出线回路安装智能仪表进行监控。 目前所有出 线回路均设置有电流表及电流互感器，将本回路断 路器上口的三线电压经过保险端子接入智能仪表， 电流互感器二次端的电流接入智能仪表，断路器开 关状态辅助接点接入智能仪表遥信端子。智能仪表 通过数据传输网络将数据上传至能源管理系统。

　　（2）照明系统。照明配电系统（图 1）设置有照明 总柜、层柜、照明配电箱及插座配电箱。

图 1 照明配电系统

　　　总柜及层柜均设置有进线互感器及进线电流 表，在进线加装智能仪表，智能仪表加装方案与变电 室的智能仪表加装方案相同，数据传输采用无线传 输方案。末端配电箱进线为微型断路器，安装 2P 卡 轨型智能电表完成电力监控改造，卡轨型智能电表 均为直通表，需将进线缆线接入卡轨型智能电表，利 用数据传输网络进行数据传输。

　　（3）动力配电系统。动力总柜设置有进线互感器 及进线电流表，在进线加装智能仪表，智能仪表加装 方案与变电室的智能仪表加装方案相同。层柜进线 未设置电流表及互感器，本次在进线处新增开口互 感器采集电流信号，智能仪表在柜门上开孔安装。利 用数据传输网络进行数据传输。

　　（4）空调配电系统。每个空调机组均自带一个机 旁控制柜，空调总柜进线设置有电流表及互感器，进 线设置智能仪表，改造方案与前文设置电流表的配 电柜相同。出线每个空调机组在机旁控制柜内新增 智能仪表，采用进线设置开口互感器的方式完成电 流信号采集，智能仪表安装于柜门上，数据传输采用 无线传输。

3 能源管理系统的功能

　　　能源管理系统的设计目标是实现对航站楼内各 种能源消耗的监测、控制及优化，对关键能耗设备的 运行情况和能源管网的情况进行科学分析，以辅助 决策[4]。能源管理系统着重关注了 3个非常重要的问 题：监测、分析和管理，这 3个问题也是一切节能手 段应用的基础。

3.1 监测

　　　随着计算机技术、网络技术、现场总线技术和测 控技术的飞速发展，传统的能源管理系统正向测控智能化、监控无人值守化、信息交换网络化的方向 发展。通过有线、无线网络实现 24 h 全自动能源数 据采集，获得准确的基础能源数据，并依托数据存 储技术，实现数据长期存储，为能效分析打下坚实的 基础。

3.2 分析

　　　一方面，应用分项计量、设备故障查询、能耗趋 势预测等一系列手段，从能源数据中心数据库挖掘 出有效能源数据，分析能效关键指标，为制定节能方 案提供有效数据支撑；另一方面，通过系统漏洞寻 找、设备运行策略调整、用能时间优化等手段，分析 能源问题点，为优化节能方案以及用能管理制度提 供有效工具。

3.3 管理

　　　节能目标的成功实现，不仅在于合理有效的节 能方案，更离不开良好的用能管理。通过能源绩效管 理、能源审计、关键指标对比等手段，协助用户进行 用能管理，使节能成果持久化，真正实现可持续发展 的目标。

4 能耗分析及预期效果

4.1 能耗对比分析

　　　能源管理系统具备精细化的能耗分析管理功 能，可以提供单台设备能耗数据，进行同类设备能耗 对比分析、同个设备不同时间段能耗对比分析以及 多维度的能耗数据分析，显示各系统的用能情况、耗 能结构以及同比、环比情况。

4.2 能耗管理分析

　　　能耗管理分析提供了用能趋势分析、每日能耗 趋势分析、用量分项用能分析等多种能耗数据分析 工具，通过曲线直观展示各区域每天用能峰值、谷值 和分项用能等，找到各个区域的用能差异。根据系统 历史耗能情况和用户设定的计算条件，综合分析预 测未来的能源使用情况。

4.3 能耗分析报表与数据展示

　　　能源管理系统还可以生成各种能耗分析报表， 主要包含总能耗报表、分类能耗报表、分项能耗报 表、同比能耗报表、环比能耗报表、能源计划报表、能 源计划和实际对比报表、能源损耗报表。详细用能动 态数据分析展示，采用直观的图形化界面（柱状图、 饼图、线图等呈现方式）来展示分析能耗数据，支持 逐日、逐周、逐月、逐年和自定义的自由查询功能。统计报表，指多种方式的能耗值报告，如区域能 耗统计报表、能耗类型统计报表、日统计报表、月统 计报表、年统计报表、建筑总能耗统计报表、单位面积能耗报表等，可以帮助用户掌握自身的能源消耗 情况，找出能源消耗异常值，并为能耗统计、能源审 计提供数据支持。

4.4 节电分析

　　（1）照明系统。影响照明系统电能消耗的主要指 标因素包括灯具的开启数量、点亮时间、设计照度与 规范照度值等。灯具的开启数量与照明回路的设计 有关，点亮时间与控制策略有关，设计照度与规范照 度值是实际使用与设计规范的调节问题。合理选择 灯具开关时间，平衡规范照度与使用照度的调节关 系，合理设计照明回路都是照明系统节能的关键点[5]。

（2）空调系统。空调系统实现节能的方法如下：

①依据暖通送风的区域分析，分区设定环境温度值，控制候机区环境温度，对于次重要区域，通过空 气能交换等实现环境控制，以降低风机运行速度，缩 短风机运行时间。②根据季节温度特性调节空调机 组的运行时间。③根据室外温度调节变频空调的送 风频率和运行时间。

　　（3）节电效果预估。该机场航站楼电费占能源 费用的 36%，约为 2.0亿元，能耗为 2.0亿 kW·h，平 均 1.00元/kW·h。通过估算，本项目每年可节省电 费 1 961.6万元，有良好的节电效果。

5平台设计与功能

5．1系统平台设计

智慧能源管理平台采用去中心化的分布式网 络构架设计如图 2 所示，采用 B / S 模式，实现云端建模、设计及部署，简化了客户端的维护工作，为 以业务模式为基础的功能模块扩展提供软件支撑 基础。满足集团海量实时数据地存储和处理的要 求，存储在系统中的历史数据可不会删除，系统不 会因为数据量的攀升影响到存储和访问速度。遵 循系统应用插件规范进行二次开发，开发的功能 模块插件可无缝配置到应用界面中使用。

5．2 系统实施

每家工厂实施能碳管理系统建设，首先是制 定出符合管理要求的能碳管理架构，该架构可以 随着管理需求的变化而灵活调整。能碳管理架构 可按照厂区、车间、生产线进行配置，将能耗数据 与管理架构进行对应关联，展示出能源管理的范围和深度。

功能

础肠谤别濒贰惭厂公司微电网能效管理系统提供基于行业特点细分的能效管理解决方案，支持有线/无线方案接入各类智能设备，并提供多种第叁方系统接口协议，融合公司微电网电力监控、能耗统计、电能质量分析及治理、智能照明控制、主要用能设备监控、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能管理等功能，通过一个平台即可全局、整体的对公司电网进行进行集中监控、统一调度、统一运维，满足公司用电可靠、安全、节约、有序用电要求。平台支持中英文切换，现已应用于多个行业和地区用户侧能源管理和电力运维平台，单个平台已接入1600多个用户变电所数据，提供能源分析和运维管理功能。

图3础肠谤别濒贰惭厂能效管理平台应用

电力监控

对公司高低压变配电系统的变压器、断路器、直流屏、母排、无功补偿柜及电缆等配电相关设备的电气参数、运行状态、接点温度进行实时监测和控制，监测公司微电网主要回路的电能质量并进行治理，对故障及时处理并发出告警信息，提高公司供电可靠性。

图4电力监控功能

能耗分析

采集公司电、水、燃气等能源消耗，进行分类分项能耗统计，计算单位面积或单位产物的能耗数据以及趋势，对标主要用能设备能效进行能效诊断，计算公司碳排放，为公司制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持。

图5能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根据公司情况实现定时控制、光照感应控制、场景控制、调光控制等，并结合红外传感器、超声波传感器，实现人来灯亮、人走灯灭，并可以根据系统的控制策略实现集中控制，为公司节约照明用电。

图6照明控制功能

分布式光伏监控

监测公司分布式光伏电站运行情况，包括逆变器运行数据、光伏发电效率分析、发电量及收益统计以及光伏发电功率控制。

图7分布式光伏发电监测

储能管理

监测储能系统、电池管理系统(叠惭厂)和储能变流器(笔颁厂)运行，包括运行模式、功率控制模式，功率、电压、电流、频率等预定值信息、储能电池充放电电压、电流、厂翱颁、温度，根据公司峰谷特点和电价波动以及上级平台指令设置储能系统的充放电策略，控制储能系统充放电，实现削峰填谷，降低公司用电成本。&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;

图8储能管理

充电桩运营管理&苍产蝉辫;

监测公司充电桩的运行状态，提供充电桩收费管理和状态监测功能，并根据公司负荷率变化和虚拟电厂的调度指令调节充电桩的充电功率，使公司微电网稳定安全运行。

图9充电桩管理

自定义驾驶舱

可根据用户的关注点自行绘制所需的驾驶舱页面，包括能源预收费、充电桩运营、电梯、空调、照明等各种设备的能耗统计、收益统计、运维情况等。

图10能源物联网驾驶舱定义

数据采集和数据监测

&苍产蝉辫;实时监测各配电柜的电压、电流等电力参数，实现遥测、遥信、遥控。实时监测各配电室温湿度、烟感、水浸等环境参数。监视变压器的运行状态及用能参数，测算损耗，找出经济运行区间，降低能源损耗。

图11数据采集和监测

能耗统计分析

主要是对能耗的数据、能耗分项以及区域能耗和能耗指标等进行统计。其中还包含总能耗定比,也就是指实际消耗的能量所占据总能量的百分比,并利用各种图形的方式进行表示，用于综合能耗分析。

图12能耗统计分析

电气和消防安全管理

接入电气火灾探测器、无线测温传感器、智能断路器等设备，对配电回路的剩余电流、线缆温度等火灾危险参数进行实时监控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安装消防水位表，检测消防水位的变化；消防水管、喷淋等地方安装消防水压表，检测消防管道的压力。在家庭、宾馆、公寓等存在烟雾、可燃气体的室内场所，安装独立式烟感或可燃气体探测器，检测这些场所是否存在烟雾和可燃气体。

图13电气消防安全管理

能源收费管理

适用于物业租赁方对出租物业的能源收费管理，支持水电一体化收费管理，具备租户开户、销户、退差操作，支持分时电价和阶梯电价设置和功率过载阈值设置，可对接支付应用程序实现自助支付。

图14能耗收费管理

充电桩运营管理

当用户要管理多个充电站的充电桩时可把充电桩自助接入平台，实现对充电桩状态的监测和扫码、刷卡充电收费管理。在用电高峰期如充电负荷过高超出供电变压器承受范围还可以自动设置充电功率限制或新增充电限制，或投入新能源，确保能源供应安全。

图15充电桩运营管理

照明控制管理

可远程控制照明设备的开关，并可以根据光照度、经纬度日出日落时间和时间设置策略来自动控制灯光，节约照明能源。

图16照明控制管理

碳排放分析

统计用户的碳排放量并追踪碳排放足迹，提供碳排放清单，进行配额核算和配额考核。

图17碳排放分析

4.3硬件设备组成

　不同工业及能源公司的智能化能源管理系统，通常为环形网络连接、星形网络连接的结构，形成层级式连接的工业环网，其中管控中心主站点负责下属多个子站的控制，具体能源管理系统的子站环网结构如下图2所示。

5、结论

　　　本文结合某机场能源管理提升改造工程的实际 案例分析总结了智能仪表在能源管理提升中的应 用，应用本文总结的技术方案，可以取得良好的节能 效果。目前我国有许多有类似需求的航站楼，希望本 文对相关工程设计能起到参考作用。