物聯(lián)網(wǎng)解決方案為智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施鋪平道路

總所周知,物聯(lián)網(wǎng)促進了物流、制造和零售等眾多行業(yè)的流程自動化和運營效率。而如今消費者和企業(yè)特別關(guān)注能源領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,特別是近年來有關(guān) CO2排放管理的相關(guān)法規(guī)進一步強化了這一點。

除了電力供應(yīng)鏈的眾多優(yōu)勢之外,物聯(lián)網(wǎng)能源管理系統(tǒng)還為新型、更智能的基礎(chǔ)設(shè)施鋪平了道路,有望顯著節(jié)省成本、提高安全性和提高效率。

財務(wù)收益是企業(yè)研究物聯(lián)網(wǎng)功能以實現(xiàn)節(jié)能的主要原因之一。借助智能電表、實時能源監(jiān)控和數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測,所有行業(yè)參與者都可以更好地管理成本和投資并減少浪費。

為了跟上通常旨在減少排放的新法規(guī),能源行業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革。企業(yè)越來越多地將用于能源消耗和管理的物聯(lián)網(wǎng)軟件和硬件以及其他解決方案集成到其運營中,以減少碳足跡并制定面向未來的戰(zhàn)略,目標是成為100%綠色公司。

一般來說,房主不會主動每天或?qū)崟r監(jiān)控他們的能源消耗:月度報告和公用事業(yè)賬單說明了過去的能源消耗,但立即采取行動至關(guān)重要。在商業(yè)建筑中,參與度和意識同樣重要,但自動化監(jiān)控提供了最大的價值。

支持Wi-Fi的LED燈可根據(jù)慣例、動作或聲音進行編程以打開和關(guān)閉,以節(jié)省能源。通過物聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)的可定制性,企業(yè)可以從更節(jié)能的照明解決方案中受益,并減少燈光和電器的開啟時間。能源的大幅減少對財務(wù)產(chǎn)生積極影響,并有助于打造可持續(xù)的工作場所。

能源管理

建筑物占全球能源使用量的40%以上和電力使用量的70%以上。鑒于我們大部分時間都在其中度過,這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)可能并不令人震驚。

為了信守承諾并實現(xiàn)目標,減少對從全球氣候變化到對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的關(guān)注等大大小小的問題的影響,越來越多的垂直行業(yè)企業(yè)正在制定戰(zhàn)略,使其設(shè)施對環(huán)境更加敏感。

在可行的情況下,可以通過使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備測量能源來制定計劃來減少能源使用,這將節(jié)省資金和資源。商業(yè)領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控廣泛采用的行業(yè)之一。零售店客流量的變化常常導(dǎo)致對空調(diào)等大型能耗設(shè)備的需求發(fā)生變化。

例如,臺灣一家重要的移動電話服務(wù)提供商在其零售店安裝了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過將每家商店連接到中央監(jiān)控系統(tǒng),他們能夠快速監(jiān)控每家商店的能源使用情況和客流量,并且能夠相應(yīng)地調(diào)節(jié)空調(diào)的使用,以在減少用電量的同時保持舒適的環(huán)境(圖1) 。

圖 1:SRG-3352 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在臺灣的一座建筑中實施,用于跟蹤和管理每個商店的電力使用情況。(Source: AAEON)

遠程監(jiān)控

基于物聯(lián)網(wǎng)的能源監(jiān)測系統(tǒng)包含傳感器、調(diào)制解調(diào)器、微控制器和其他相關(guān)組件,以增強能源管理流程。

如果沒有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT),收集有關(guān)機器狀態(tài)和性能的操作數(shù)據(jù)就需要人工訪問。遠程監(jiān)控是一種獲取全面、實時性能數(shù)據(jù)的方法。然后可以檢查該信息以找出影響設(shè)備的整體效率和輸出的趨勢和關(guān)系。

人工智能的用途之一是預(yù)測將產(chǎn)生多少能源。在這種情況下,可以利用深度學習方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),在預(yù)測家電消耗和預(yù)測用戶行為方面進行更精確的分析。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的能效解決方案可以記錄每臺工業(yè)機器的能源使用信息,以及溫度、壓力和運行速度等過程運行參數(shù)??梢詫@些數(shù)據(jù)進行評估,以找到聯(lián)系和潛在應(yīng)用,以逐步改變能源使用并制定公司可持續(xù)發(fā)展目標。

例如,Silicon Labs在德克薩斯州的大型建筑中開發(fā)了一個數(shù)字化項目。這些建筑每天有800多人使用,需要消耗大量電力。營業(yè)時間內(nèi)的峰值能源使用量可能超過800千瓦。據(jù)Silicon Labs稱,2019 年,每年消耗的能源超過8500兆瓦時。按0.09美元/千瓦時計算,每年的電力費用超過100萬美元。

據(jù)Silicon Labs稱,物聯(lián)網(wǎng)政策改善了消費和年度支出。該建筑安裝了Silicon Labs的數(shù)百個傳感器,包括具有互聯(lián)網(wǎng)連接功能的儀表和占用傳感器。

Silicon Labs與附近的德克薩斯州企業(yè)SmarteBuilding合作,開始收集實時數(shù)據(jù)以識別潛在的能源概況。改變建筑物的供暖和制冷時間表就是其中之一。為了實現(xiàn)供暖、通風和空調(diào) (HVAC) 控制的自動化,額外的算法和云服務(wù)正在應(yīng)用于建筑能源管理數(shù)據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)解決方案的優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)存在了足夠長的時間,足以為大城市獲得基于網(wǎng)格的智能物聯(lián)網(wǎng)能源管理的回報。世界各地的企業(yè)都采用了智能能源管理系統(tǒng),因為它們比傳統(tǒng)技術(shù)提高了能源效率。

過去兩年,能源價格以創(chuàng)紀錄的速度上漲。根據(jù)地點的不同,從2021年上半年到2022年底,能源價格上漲了13%至135%。成本大幅上漲,節(jié)能成為許多企業(yè)的首要任務(wù),這是可以理解的。因此,削減能源成本對于降低管理費用和提高收入至關(guān)重要。

例如,當照明系統(tǒng)在提供適當?shù)恼彰魉降耐瑫r消耗盡可能最少的能源時,就會實現(xiàn)節(jié)能。要實現(xiàn)這一點,需要傳感器的實時數(shù)據(jù)更新和執(zhí)行器的快速動作。執(zhí)行器響應(yīng)時間的延遲會導(dǎo)致能源浪費。許多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都在客戶端-服務(wù)器模型上運行,其中所有通信都通過中央云服務(wù)器進行,這可能會導(dǎo)致通信延遲。

持續(xù)監(jiān)控和修改能源使用的能力是能源管理中實時數(shù)據(jù)的另一個重要優(yōu)勢。例如,跟蹤 HVAC 系統(tǒng)的能源使用情況使您能夠確定其是否運行效率低下或未能按計劃關(guān)閉。此信息可用于提醒維護人員,以便他們提供必要的支持。

當檢測到問題時,由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的連接,智能HVAC系統(tǒng)可以立即將通知傳輸?shù)骄S護人員的智能手機或智能手表。這意味著這些小工具可以通過點對點通信或通過云上的集中式系統(tǒng)直接相互通信。這意味著您可以使用 PC 甚至智能手機遠程檢查物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的能源使用情況。

圖 2:基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)的拓撲(來源:Phoenix Contact)

儲能

基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備在不可預(yù)見的情況下可以很好地利用能源存儲。由于智慧城市中物聯(lián)網(wǎng)的最新進展,儲能市場正在不斷擴大。必須實施適當?shù)膬δ芟到y(tǒng)來控制可再生能源并降低能源生產(chǎn)和輸送的成本。

在停電或其他問題的情況下,存儲通??梢詭椭M者保持能源獨立性和耐用性。由于可再生能源的波動性,電力設(shè)施必須延長負載周期以滿足需求,這會對運營和維護成本產(chǎn)生影響。儲能的眾多好處包括減少負載需求、電壓穩(wěn)定性、應(yīng)急電源和能量平衡。

未來的趨勢

由于其明顯的優(yōu)勢,物聯(lián)網(wǎng)能源管理市場正在以驚人的速度擴張。專家預(yù)測物聯(lián)網(wǎng)能源行業(yè)的年復(fù)合增長率將高于25%。也就是說,市場每年將以25%左右的速度增長。

節(jié)能解決方案的采用可能會因兼容性而延遲,這是能源管理中一個特別令人煩惱的問題。因此,提高各種設(shè)備、應(yīng)用和系統(tǒng)之間的互操作性的需求是目前最大的物聯(lián)網(wǎng)主題之一。換句話說,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的任何設(shè)備都不應(yīng)該需要任何額外的軟件、硬件或設(shè)置來以即插即用的方式與任何其他設(shè)備或物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接。

制造組織徹底數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要組成部分之一是降低能源成本和優(yōu)化生產(chǎn)流程。通過實施現(xiàn)代智能制造和節(jié)能技術(shù),企業(yè)可以提高機械效率、縮短生產(chǎn)時間并生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品。

本文作者:Maurizio Di Paolo Emilio

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2023-07-27
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