随着全球气候的日趋恶化，减排降碳已成为关乎人类命运的世界性问题。港口作为水路运输的重要枢纽，提升港口能耗管理水平至关重要。
传统的港口能源管控系统功能较为单一，存在能源监测范围不全面、电力网和能源网采集方式和时间精度不统一、能耗统计烦琐零散不规范、多类型能耗管理集约性不高等问题。为解决上述能源管理问题，进一步提升天津港集团能源管控水平，有必要建设天津港综合能源数字化管控中心(以下简称“天津港能源管控中心”)。
天津港集团综合能源管理基本情况
▌综合能源管控发展现状
天津港集团能源种类以电力、燃油、天然气、热力等为主，并逐渐形成以能源采集为基础、分级统计核对的管理体系。天津港集团下属各类码头企业多年来通过各级能源管理体系的协作，可基本满足常规能源统计分析的需求，但随着“双碳”工作的逐步细化，普遍存在以下问题。
1能源监测范围不全面
传统能源监测深度不足，例如仅有天津港集团下属码头重点用能单位可实现二、三级电能量传输，其余单位能源监管数据不足，不利于整个港口集团统一的碳达峰曲线测算。
2采集方式和时间精度不统一
对常规油耗而言，仍以纸质票据、人工录入方式采集数据;对电力而言，采用无线网络采集、传输数据。两者的数据采集方式和时间精度不统一，无法满足碳排放追踪的时效性要求。
3能耗统计烦琐零散不规范
当前天津港集团对各种能源统计零散，且统计范畴未形成有效分类，多类型能耗管理集约性不高，对各能源消耗环节未形成有效监管，碳排放测算和能源抵消等工作不易开展。
▌综合能源管控技术要求
针对上述问题，提出相应的天津港集团综合能源管控技术要求。
1能源管理数据全面化
从服务器处理能力、网络带宽传输能力、软件系统效率等角度综合分析，要做好电、油、气等全能源环节数据采集及上传工作。
2多能统筹服务一站化
统筹各类新能源用能情况，优化能源数据中心功能，为各级能源、业务系统提供一站式数据支持服务。同时，采用网段隔离、用户验证等技术解决各级能源传输安全和信息安全。
3管理纵向延伸基层化
从基层角度出发，各班组、队站、用能点需进行精细度更深的能源监管和优化。提供便利的优化路径，从系统结构、网络结构技术措施、设备选型等方面确保任一环节无单故障节点。
4“双碳”建设标准化
根据天津港集团“双碳”建设的方向，分梯次进行标准优化。例如：针对基层码头公司既有能源传输平台，在满足国家标准的情况下优先接入;针对需进行能源采集改造的单位，按照最新要求逐步接入;等等。编制《综合能源管控系统建设技术规范》《能源管控系统建设电能采集标准》《能源管控系统建设油耗采集标准》《能源管控系统建设水能采集标准》等港口企业标准，为整体建设提供规范化支撑。
综合能源管控中心建设情况
从功能分区设计、多能源集成管控体系和软件平台开发路线等3个方面介绍天津港能源管控中心的建设情况。
▌功能分区设计
天津港能源管控中心分为数据采集区、信息管理区、核心应用区和交互服务区。天津港能源管控中心4大分区架构见图1。
图1天津港能源管控中心4大分区架构
1数据采集区
通过与既有的电能监管、岸电信息化等系统数据进行交互，实现对各种类型能源数据的接入。分别采用4种数据采集形式，例如：采用智能电表进行用电点位的电能计量，配置4G通信卡，与数据采集区专用服务器按照《多功能电能表通信协议》(DL/T 645-2007)联通，以15.min/次的频率完成电能数据的回传采集;采用通信管理机，根据有关电能量采集通信规约、远动通信规约等进行电能、供配电数据的采集，并以光纤传输方式与数据采集区专用服务器联通;采用智能加油机和防爆手机，配置可应用于加油环节的智能防爆终端，通过无线模块与数据采集区专用服务器联通，完成加油数据的实时上传;采用岸电子系统、新能源子系统，通过服务器互联实现相关能源数据的实时采集。
2信息管理区
通过配置16台数据存储处理服务器，对数据采集区所采集的数据进行处理、统计、存储。该区为核心数据处理环节，按上级网络安全要求配有专门的入侵监测设备、防火墙及网闸等，保证各环节之间数据传输的安全性。
3核心应用区
通过配置7台数据应用服务器进行8项核心类功能的展示，例如能效分析、指标统计、成本管控、新能源管理、用能安全管理等并可通过大屏控制台系统实时动态地展示当前港口企业综合能源生产消耗数据。
4信息交互区
通过将天津港集团既有局域网与对外公网进行连接，实现与各级需求子系统之间的数据交互，交互形式以标准户数据接口为主服务于各级生产作业系统、能源管理子系统、用能监控系统等，
▌多能源集成管控体系
立足整个天津港集团，搭建全港一板块一子公司3个维度的多能源集成管控体系。多能源集成管控体系见图2。
图2多能源集成管控体系
1全港能源维度
天津港能源管控中心实现电、油、气等多能源要素集成，融合数据汇集、数据分析、数据挖掘等多种功能，将各维度能源分为主要、辅助、附属生产能耗和外供能耗，并着重关注重点用能设备，实现多能源种类的统一管理
2板块能源维度
天津港能源管控中心将港口用能单元分为集装箱、干散货、件杂货、液体散货、滚装码头、邮轮码头、其他等7大板块。针对各个板块，细化出能源类别、能源种类、清洁能源等不同分类，用于层级统计和同级对比。
3子公司能源维度
天津港能源管控中心明确各子公司既有能源管控体系，对照能源管控模型，从设备、工序、管理等维度细化模型，梳理计量网络，明确能源用途和耗能比重，对照码头作业性质和作业量，判断用能合理性。
▌软件平台开发路线
天津港能源管控中心基于fink、Camel规则引擎构建实时数据流计算处理框架，基于数据交互、应用集成等技术构建资源调度的支撑层;通过设置数据接入、能效分析、能耗监视和计量设备管理等功能，实现港区内的实时能耗监管，并且还具有自定义统计和扩展功能，例如工序能耗分析、节能优化、用能趋势预测分析、能耗KPI管理等。天津港能源管控中心软件架构见图3。
图3天津港能源管控中心软件架构
综合能源管控具体技术措施
▌细化电、油采集精度
在电力采集环节，天津港集团原有的电能采集传输网络为传统2G网络，虽可实现传输但存在传输质量不高的问题。为此，搭建4G专网，与既有2G专网并行，并逐步对一级、二级电能表进行从2G网络到4G网络的传输升级。经测算，升级后电能整体的传输可靠率提升约18.37%。针对场桥等非标电压的大型机械进行采集装置改造，扩大电压采集范围。针对比较复杂的采用直流电的场桥，加装直流采集分流器和直流电表装置。
在油耗采集环节，加装智能加油终端，实现加油侧数据实时传输。引入智能防爆终端，搭载自行研发油耗传输App，为用油车辆配置唯一的二维码标识，利用加油环节的扫码录入实现油耗的采集和上传。
▌加强信息化平台交互
在天津港能源管控中心总框架下，设置新能源监管平台、岸电智慧化平台、充电桩管理平台等，从不同维度对港口能源信息进行梳理采集。在新能源监管平台，从运行管理、运营管理、运维管理等方面落实系统功能;在岸电智慧化平台，通过运行实时监控、记录自动生成、视频监控巡视、异常告警推送、数据综合分析、故障视频联动等6大功能，实现港区岸电系统的实时监控：在充电桩管理平台，对传统小型电动车和大型电动集卡车的能耗、费用等进行集中监管，
▌构建双碳管理架构
港口“双碳”建设的核心任务在于合理有效的碳达峰曲线测算和碳中和规划编制。以天津港集团某集装箱码头为试点进行“双碳”规划，首先，对该码头的基础年份用能情况进行梳理，明确当前各能源类别的能耗情况。其次，根据各类能源的碳排放折算因子，将能耗量折算成碳排放量;第三，构建碳排放统计模型，将碳排放分为化石能源的直接排放和电能的间接排放，根据各类设备的用能占比明确减排重点，同时提出适用的减碳方式。最后，根据这些基础数据进行碳达峰曲线测算和碳中和规划编制，构建“双碳”管理模块，动态捕捉碳排放平衡情况，并逐步进行跟踪和优化评估，为后期更大范围的“双碳”管理提供资源储备。天津港能源管控中心“双碳”管理架构见图4。
图4天津港能源管控中心“双碳”管理架构
▌量化多层次成本管控
从成本预测、成本分析和成本控制等3个方面优化成本管理，
在成本预测方面，考虑电费单价、清洁能源发电效率、岸桥、电场桥、冷藏箱、照明、办公楼电量、其他单体建筑、岸电供电量、电动设备供电、电动汽车、燃油单价、国际燃油价格波动、供方燃油价格优惠比例、油场桥、堆高机油量、正面吊油量、又车和
辅助用车油量的变化等。以电场桥为例，其用电量与岸桥作业箱量、操作系数、电作业比例、电场桥单耗变化等有关。在成本分析方面，考虑成本核算和成本分析偏差。分别核算电费和油费，统计实际电费和各维度实际用电量、核减新能源发电量、核算实际油价和各维度实际用油量等。根据成本趋势曲线，逐条排查成本预测变量，并对偏差结果进行分析，将计划性和临时性事件的影响进行量化，例如场桥自动化改造、限电和冷藏箱滞留等。
在成本控制方面，从管理措施、技术措施和定向纠偏等角度进行管控。从部门、班组、设备等方面开展成本指标控制，进行分层级监测监控，并对电场桥饱和度、电动车饱和度进行控制;加大新能源和储能技术、多网协调和微网技术的推广应用，满足装卸运输设备电动化和智能楼宇管控需求：引入高杆灯智能控制技术，并提出错峰用电的节能措施。
▌联动电力网和能源网
针对各个用能点位，设置全港唯一的编号，与电力网监管单元一一对应。与电网监管交互，引入监控数据，通过供电遥信、遥测、遥视频信息辅助优化告警，得到电力网和能源网交互后优化的告警信息，提升设备异常的敏感度。
天津港能源管控中心应用情况及效益分析
▌应用情况
天津港能源管控中心现已接入20家生产作业码头子能源平台，实现分级管控。在电能方面，已完成对各码头单位电能一级计量数据自动采集全覆盖，二、三级电能数据自动化采集覆盖率达88.3%，自动化采集比例提升2.3倍。在油耗方面，通过配套数字化加油机，实现加油数据实时上传，现已完成1家试点单位的加油数据自动采集工作。
▌社会效益分析
天津港能源管控中心能够有效监控整个天津港集团各类能源消耗情况，帮助港口能源管理人员构建各级能源管理架构，明确各类型能耗量值，推动港口企业合理制定碳达峰指标，天津港能源管控中心采集各类能耗数据后，可与港口生产作业、成本、环境、办公生活等各类数据有效匹配，与码头管理系统、调度系统、设备控制系统等有效融合，形成单船能耗、单位作业量能耗、单位作业量碳排等可量化、可控制的指标类数据。将天津港能源管控中心生成的能耗数据与生产作业习惯相互匹配对照，港口能源管理人员可从能源角度推荐最优的作业工艺、办公措施，实现能源节约、工艺优化、管理措施升级。
在设备改造方面，天津港能源管控中心对码头主要用能机械作业流程能耗进行计算分析，形成横向比较模型并输出分析结果至专业能源管理人员，为推动能源结构优化调整、高耗能设备节能升级提供分析数据支撑，从宏观角度降本增效。
在节能减排方面，天津港能源管控中心可全方位把控港口装卸作业、辅助作业、外供等环节的能耗量，从用能习惯、能耗设备控制策略等角度为能源管理人员提供辅助决策数据，同时天津港能源管控中心可提供新能源发电与港口能源消耗时序比对数据，为提升清洁能源消纳率提供数据支撑。
在故障消缺方面，天津港能源管控中心通过与用能实时监管平台交互，从能耗角度提供设备故障判断辅助依据，结合电能监管参数，形成故障综合判断策略。
▌经济效益分析
天津港集团当前主要的生产作业码头公司有22个，以往每个码头公司每月均需进行1次能耗数据采集和分析。以一个常规的码头公司为例：电能采集环节每月耗时3个工作日，需3人配合完成;油耗采集环节每月耗时3个工日，从油票整理、核对到录表上传，基本需2个人配合完成;每月月底能源数据核对、报表生成等工作量也比较大，基本也需2个人完成，耗时2个工作日。在建设应用天津港能源管控中心后，可省去电能采集、报表生成、油票核对、数据录入等环节。经测算，每年可节省人员成本约250.8万元。此外，在能源管控中心建设前天津港集团已建3套能源管控平台，平均投入成本约为80万元/套。在建设应用天津港能源管控中心后，经测算可减少重复建设成本约855万元。
结语
通过天津港能源管控中心的建设，实现对各码头公司电能一级计量数据自动采集全覆盖，二、三级电能数据自动化采集覆盖率达88.3%，加油数据实时采集上传，为精准量化港口全过程作业的能耗管理提供支撑。未来，天津港集团还将继续深入细化并改进相关的能源管控措施，落实碳排抵消量监管，从全港维度提升节能减排水平。（文/曹宝龙）
