1、項目背景
十四五期間碳中和、碳達峰成為污染防治的主攻目標。實現碳達峰碳中和，是貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的內在要求。結合“雙碳”目標，海爾智慧能源從用戶體驗出發，利用自身30多年的能源管理運營經驗，依托工業互聯網平臺優勢和生態賦能模式，將能源替代與碳資產管理運營相融合，重塑能源服務場景，形成定制化能源解決方案，助力企業、園區實現綠色低碳發展。
當前，能源發展正體現出多元化、移動化、碎片化的新特征，能源供應與社會需求之間的矛盾、能源供應與環境治理之間的矛盾、人類現代生活方式與節能減排之間的矛盾正催生一場前所未有的能源革命，互聯網、物聯網、大數據等技術的發展正帶領人類能源社會進入智慧能源時代。我國經濟已由高速度增長階段進入高質量發展階段，亟需改變傳統的發展模式，借助新技術，實現新模式、新平臺的創新，為高質量發展提供新的支撐。傳統發展模式下，企業能源管理是粗放式的，高污染、高能耗也成為制約我國經濟可持續發展的一個重要原因。
對于制造企業來講，傳統園區能源管理存在著能源成本高、用能安全性低、能耗無監測，能源無存儲、人工檢修、無增值服務等痛點嚴重影響企業的生產，從一定程度上制約了企業的發展。隨著企業管理的日益科學化、系統化、能源管理成為企業提升經營績效的重要領域，但在實踐中，企業能源管理依然存在諸多不足。如能源管理精細化程度不夠，只做點上的功夫，哪里不行改哪里，并沒有全面系統的去實施能源管理:節能潛力挖潛不徹底，不少企業采用購買先進節能設備，更換老舊設備的節能方式，只做到大功率設備監控，忽略了員工意識以及日常生產中的點滴節能，造成了現場能源管理差距。此外，眾多企業不能有效利用企業數據優化企業經營 能源數據與生產訂單不關聯，不能為企業生產提供指導和賦能，直接導致了企業能源數據的失效。
隨著互聯網、物聯網、大數據、云計算等新興技術的發展，企業能源管理已經不僅僅是追求擴大可利用能源資源的規模，而是更多的通過數據分析來減低能耗，通過智慧的方式主動改造能源，提高能源的利用率。
2、項目建設內容
(一)系統設計原則
以能源互聯網、大數據、云計算技術以及海爾能源多年的能源運營管理經驗的創新應用系統，通過整合業內優勢資源，為用戶從前端降低能源價格，通過卡奧斯智慧能源EMS總控系統的運營，降低能源運維成本，不斷優化能源使用場景，提供解決方案和增值服務，實現企業節能降耗。設計原則如圖1所示，包括:
(1)云服務：基于大數據、物聯網等的時代背景，搭建能源管理云平臺，精準獲取企業能源數據，并通過大數據分析，預測、優化企業能源使用，以云服務助力產業升級轉型；
(2)共享式：該系統實現企業跨地域、多能源介質的能源數據融合，并系統輸出能源解決方案，賦能企業綠色發展；
(3)定制化：卡奧斯智慧能源EMS總控系統是開放的能源管理生態系統，用戶可參與到企業能源體系建設中，根據用戶能源需求，共同實現能源管理方案的個性化、定制化，實現攸關方的共創增值。
(二)系統總體框架
卡奧斯智慧能源EMS總控系統搭建了從前端能源采購、能源轉化輸送、終端能源使用的全流程能源監測系統，形成能源效率分析，能源績效評價，能源最優解決方案的全套能源管理流程，并在海爾集團15個工業園區，55個互聯工廠進行實踐，達到了較高經濟效益。
(1)硬件配備:從儀表層來看，接入了10萬塊的現地儀表。從通訊層來看，光纜敷設了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個應用場景。管理體系的業務模式:海爾集團人單合一模式下，小微創客的產物，實現了從職能管理到服務模式的轉變。
(3)覆蓋范圍:覆蓋國內15個省區，內部接入55個互聯工廠。外部接入73個互聯工廠，我們直接實現了智慧能源的管家服務，托管了58家工廠。
(4)實現功能:通過企業的用能信息采集存儲，結合實時的預警策略，對24小時用能情況進行無間隙的監控，同時對企業用能數據的采集、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行匯總，通過智慧能源EMS總控系統算法模型，提前對園區內能源系統進行調控配置，優化園區能源消費結構，降低用能成本。
(三)關鍵技術
卡奧斯智慧能源EMS總控系統作為多能互補在區域供能系統中最廣泛的實現形式，其多種能源的源-網-荷深度融合、緊密互動對系統分析、設計、運行提出了新的要求。特別針對家用電器行業，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節，以及相關的通信和信息基礎設施。為進一步提高用能效率，促進多種新能源的規模化利用，多種能源的源-網-荷深度融合、緊密互動又是未來能量管理發展的必然趨勢。
由于不同能源管理系統及其發展的差異，供能往往都是單獨規劃、單獨設計、獨立運行，彼此間缺乏統一協調，由此所造成的能源利用率低、供能系統整體安全性和自愈能力不強等問題。傳統的能源管理相互獨立的運行模式無法適應綜合能源系統多能互補的能源生產和利用方式，在能量生產、傳輸、存儲和管理的各個方面，都需要以考慮運用系統化、集成化和精細化的方法來分析整個能源系統，進而提高系統魯棒性和用能效率，并顯著降低用能價格。
(1)“源-網-荷-儲”多能流協同優化調度技術
結合“弱中心化”思想，基于多代理系統的控制框架，將用戶對冷、熱、電等多種能源的需求納入廣義需求側資源的范圍，并將能量轉化設備運營商的能源價格、轉化方式、需求異質性等也作為運行和調節參數，通過和鄰近個體實現通信，一致性協調不同能源系統分布式個體，最終完成多能系統的穩定和精確控制（圖3）。
(2)虛擬云的多維度能源管理技術
應用虛擬云技術整合現有的能源管理平臺、企業用能檢測和評估平臺、需求側管理平臺以及用戶用能優化終端，融合成為一個多維度多能流的物理信息系統(圖4)，提供多元化物理接口，能夠精確量測、匯總、儲存并分析預測用能數據、能源價格信息和多能系統整體運行態勢，形成運行安全、用能經濟、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據綜合管理技術
基于海爾工業園區能源管理，卡奧斯智慧能源EMS總控系統集成了電力監控系統、水資源監測系統、空壓機監測系統、壓縮空氣監測系統、天然氣監測系統、蒸汽監測系統、污水在線監測系統、電梯監測系統、光伏發電系統等九大管理系統，同時集中了14類能源介質:電、自來水、純水、軟化水、生活污水、生產廢水、蒸汽、壓縮空氣、天然氣、液化氣、高溫熱水、余熱回收熱水、太陽能發電、中水的調度，實現對多介質能源數據的曲線分析及限值管控(圖5)。
(4)同一產品產線的跨區域能源大數據智慧對標技術
平臺針對同一產品的眾多不同型號的能源使用，適應集團級多組織的跨域管理和協同框架，搭建同一評比機制，實現不同區域同一產品的能源消耗結構對比分析，能源成本結構對比分析，為用戶節能減排提供方向性解決管理方案(圖6)。
卡奧斯智慧能源EMS總控系統可實現同集團人力系統、產量系統、產值系統實時對接，實現大數據融合，完成產值能耗、產量能耗指標的數據考核以及直接責任人的考核指標體系搭建，并建立綜合能源管理體系、需求側能耗對標考核體系、能耗效率指標評價體系等多項能源管理系統，推進傳統園區向智慧園區轉型。以海爾冰冷產業為例，海爾集團在全國擁有12家冰箱、冷柜工廠、分布于青島經濟技術開發區、合肥、大連、武漢、重慶、佛山、沈陽等10個園區，生產的產品型號超過3000種，由于不同產品工藝、容量大小，造成不同型號產品消耗能源數量、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，該技術執行標準臺機制，根據每個型號產品的工藝以及工序復雜程度，設定不同的標準臺系數，將所有產品折算成標準臺產量，實現了同一產品類型不同產品型號的單臺能耗對比模型。
依托該技術，海爾在企業內部建立能源交互網絡社群，實時交互工廠能源使用情況和問題，通過直連工廠用戶端，指導工廠進行最合理的排產計劃，在冬季、夏季政府限電情況下，最大限度滿足生產需求，對現行能源結構調整，達到最優的能源成本。
(5)不同產品產線的綜合能源數據考評技術
針對眾多不同類型產品，不同類型產業的的能源使用，建立起綜合能源考評機制，實現產品產線的同期對比(圖7)，進而幫助對產品能源結構進行調整，提升節能空間。
在同一產品產線的跨區域對比分析升級管理機制的基礎上，平臺制定單臺能耗考核機制，鎖定每一產品線年度單臺能源消耗降低6.5%，并與工廠第一責任人簽訂能效考核對賭協議，以月度薪酬20%作為對賭，目標完成率與員工績效掛鉤。
技術集成了冰箱、空調、洗衣機、熱水器、廚電等產品產線，以及彩板加工，新材料部件合成等配件產品產線工廠55家，并設立了多元化的考核機制，形成對不同的產品及服務，公寓、辦公樓宇等用能單位的能耗對比體系。例如，設定獨立考核體系，對于冰箱，空調，洗衣機。熱水器，廚電等產品產線，設定單臺產品能耗考核機制，與去年同期進行對比:對于彩板加工，新材料部件合成等配件產品產線，設定產值能耗考核機制:對于辦公樓宇，執行平均辦公面積能耗考核體系:對于公寓、餐廳等，執行入住人次及餐飲人次考核指標體系等。
技術線上系統模塊對所有工廠用戶能源設備進行端到端可視化服務，并針對所有工廠工業活動進行檢測，讓能源消耗真正有跡可循，幫助企業找出能源薄弱環節，并提出針對性降費解決方案，切實減少企業能源成本。
(6)大數據的能源消耗預測技術
卡奧斯智慧能源FMS總控系統通過與BM、MES、BCC等系統的并聯打通，實現了多系統的數據融合，通過對海量數據異構分析，在用戶端、需求側形成能源使用的分析結果和報警，實現了能源運行的精準預測和動態管理優化(圖8)。
例如:通過運行曲線發現，海爾膠南洗衣機在停產情況下，流量仍然為80噸/天，顯示現場存在漏水問題，平臺通知膠南評審人員進行現場檢查，發現現場水管裂縫，流量達到3t/小時，立即采取措施，聯系自來水公司人員進行管路搶修，當日恢復自來水供應，該項措施減少水源浪費約60噸。
精準的能源消耗預測，可以指導企業對自身用能結構進行分析，進而根據目前的能源形勢，采取必要的能源管控措施，達到最優的能源配比。傳統的能源管理為資源獲取式，即使用多少，向資源方購入多少，無使用預算，不考慮集團訂單及能源效率，是事后的管控。技術依托企業經營運行的大數據分析，實現對企業能源使用的精準預測，驅動能源管理由事后轉到事前。目前，通過5年的系統運行，根據集團161訂單，系統可以精準的預測每一天，每一個月的能源消費量。
3、應用效果
卡奧斯智慧能源在技術和實踐上實現了和能源、設備、場景、工廠的全范圍的互聯互通。基于5G網絡數據的高效傳輸，卡奧斯智慧能源平臺抓取的數據每6秒即可更新一次。各類設施、設備和傳感器的全面接入和數據流的高速實時傳輸，使得數據掌握更精細、事故排除更及時，節能減排更嚴格。
經濟效益:在“十三五”期間，海爾單位產值能耗減少30.3%，單位產值水耗減少193%，廢水產生量削減16.1%，單位產值COD減排19.8%，減排二氧化碳11.05萬噸。
目前，系統適用場景已經推廣至汽車、紡織、陶瓷、服裝等七類行業，已吸引450多家企業采用該技術，實現業務收入2.8億元，平均為每個賦能企業在減本增效方面帶來100萬元的經濟效益，9家洗衣機企業綜合單臺能源費降低23.18%，節約能源費1200萬元。
社會效益：在“十三五”期間，共節水39.52萬立方米，節電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、主要創新點
改良型季節指數:在卡奧斯智慧能源EMS總控系統的用能量預測模塊中，為了更加貼合卡奧斯能源實際能源消費模式，對未來園區用能數據進行貼合實際的預測和判斷，創新性的對季節指數算法進行了算法邏輯上的優化。根據多個樣本周期的用能數據計算出每個樣本的日均用能數據和日均平均用能數據，對計算出的數據進行求和并作為后續算法實現的基數，依靠現有的樣本數據和日均用能數據，計算各個月份的季節指數，為了降低算法誤美和提高算法預測準確率，額外進行了一次全樣本平均數據的季節指數計算，與各個月份的季節指數進行浮動計算和比較，剔除誤差較大數據，使樣本數據更加貼合實際從而提高預測的準確率。
5、推廣價值
卡奧斯智慧能源EMS總控系統賦能的海爾中德工業園、湖北黃石東貝壓縮機有限公司、美心集團、天津津南區八里臺鎮工業園區等多地形成“樣板”，并迅速在全國復制。每年僅外部授權企業就節約能源使用費1.02億元，減少二氧化碳排放8000噸，相當于造林3000畝。
以美心集團為例，其是空壓機應用“大戶”，存在耗能大，運營服務效率低等問題。卡奧斯智慧能源從“設備”和“技術”兩方面入手，為其提供從代建代管到日常運維的全流程空氣壓縮機托管方案，而企業無需投資硬件且不需要配備運維人員，由卡奧斯智慧能源為企業提供設備，為企業配備專業運維管理人員，滿足企業在設備購買、設計規劃、運維人才培養等方面的需求。經改造，美心集團能效提升30%，一年節約用電約120萬度，能源費用節省90萬左右，約等于植樹造林18.8萬棵。
