要旨：省エネ・排出削減は国と社会にとって重要な意義があり、民間空港のターミナルビルはエネルギー消費者であり、消費電力は空港ターミナルビルの重要な省エネ指標の一つである。ある空港のエネルギー管理向上改造工事の実際の実例と結びつけて、まずターミナルビルの現存するエネルギー管理問題を分析し、次にスマート計器を用いてエネルギー管理システムを完備する具体的な実現方法とターミナルビルのスマート計器設計案を紹介し、再びエネルギー管理システムの機能を分析し、最後にエネルギー消費分析を行い、ターミナルビルのエネルギー管理システムにスマート計器が応用される省エネ効果を評価し、関連工事の参考を提供することを期待する。

キーワード：スマートメーター、エネルギー管理省エネ・排出削減

0はじめに

運航は我が国の交通輸送システムの重要な構成部分であり、総合交通輸送の発展速度が速い分野でもある。過去数十年間、人口増加と経済拡張のため、航空業は急速に発展し、我が業の発展速度は世界平均速度をはるかに上回っていた。2015-2019年の我が国の輸送総回転量、旅客輸送量、貨物輸送量の年平均増加率はそれぞれ11.0%、10.7%、4.6%だった。2019年、我が国の商業航空輸送の二酸化炭素排出量は11,658万tに達し、2009年の排出量（4152万t）のほぼ3倍に達した。「強国建設行動要綱」によると、2035年までに我が国の1人当たりの航空移動回数は1回を超え、この目標による2030年以降の業界規模の成長速度は依然として中速以上を維持しなければならない（2019年は0.47回）。業界の輸送回転量、航空機の規模、空港の数が着実に増加している中で、炭素排出総量は必ず増加し、どのように航空二酸化炭素排出を減らすかは我が国が解決しなければならない重要な問題である[1]。

ある大型国際ハブ空港では、旅客数の増加とサービスレベルの向上に伴い、エネルギー消費量は長年にわたって高位な運行を続けている。2017-2019年の同空港の3つのターミナルビルの電気料金、暖房、冷房、蒸気の総費用はそれぞれ5億6000万元、5億7500万元、5億46億元で、そのうち電気料金、暖房、冷房費用はターミナルビルの総エネルギー費用の97%を占め、3つのターミナルビルのエネルギー消費の重要な支出である。2017～2019年の空港ターミナルビルのエネルギー費用の年間平均値は5億6000万元で、そのうち電力消費率は36%、年間電力消費量は約2億2000万元であるため、ターミナルビルの電力管理レベルの向上を研究することは重要な経済的意義がある。

1ターミナルビルの既存エネルギー管理問題

1.1末端用電力設備は遠隔監督できない

（1）ターミナルビルのオフィスエリアには、電気ポット、電子レンジ、電気暖房などの大量の従業員のプライベート大電力用電気設備が存在し、これらの設備は登録されておらず、有効な遠隔監督管理手段がなく、ターミナルビルに大きな安全上の危険性とエネルギー消費をもたらしている。

（2）ターミナルビル内には旅客と従業員の充電設備が多く、知能監視設備が不足しているため、既存のエネルギー管理システムは遠隔充電管理を実現できず、過充電とむやみに充電する現象がよく現れ、これは同様に消防安全上の危険性とエネルギー消費をもたらした。

（3）ターミナルビル内に電線を私接、乱接する現象が存在し、しかもこれらの電線と電気設備はすべてターミナルビル内の隠蔽区域にあり、平時の検査では発見しにくく、火災を引き起こしやすく、ターミナルビルに重大な安全上の危険をもたらす。

要するに、ターミナルビルには監督管理できない端末用電力設備が大量に存在し、既存のエネルギー管理システムを直接通じて有効な遠隔監督管理を行うことができず、電力使用の安全と電力使用の浪費などの問題をもたらしている。

1.2空調、照明システムのエネルギー浪費

ターミナルビルには既存の空調システムがあり、各ユニットはすべて単機運転制御方式であり、ユニット間の連動は行われていない。一方、人の流れが密集している地域の冷房要求を満たすためには、大きな電力で冷房したり送風したりすることが多く、これにより多くの地域が過度に冷房し、深刻なエネルギー浪費を招いている。同時に、現在ターミナルビル内のすべてのエリア（店舗、オフィスエリアなど）のファンコイル設備は遠隔監視を実現しておらず、無人エリアで冷凍設備が稼働している場合が発生しやすく、電気エネルギーの浪費をもたらしている。

現在、ターミナルビル内の照明システムの制御方式は時間制御であり、設定されたスケジュールに従ってオンとオフになっている。しかし、実際にはターミナルビルの規模が大きく、エリアが複雑なため、各機能エリアの照明需要と条件が異なり、スケジュールに従って照明システムを制御することは自然光をよりよく利用することができず、エネルギーの浪費をもたらしている。

1.3変圧器の容量が大きすぎることによるエネルギー浪費

現場の実測によると、変圧器の実際の運転負荷率は約30%と低くなっている。これも現在のターミナルビルの配電システムに普遍的に存在する問題の1つであり、例えば、広州白雲空港第1ターミナルビル内の変圧器の高運転負荷率は27.3%~ 36%で、設計値の55%~ 72%である[2]。この問題の根源は、設計段階は往々にして長期発展の需要を考慮しなければならず、負荷計算時に取られた需要係数が大きすぎ、設計が保守に偏っているため、変圧器の設計容量が大きすぎることにある。

変圧器の容量が大きすぎると、変圧器の年間運転費用が高くなり、エネルギーの浪費につながる。主に2つの方面に現れている：①変圧器の空荷損失は高く、年間電気エネルギー損失は大きい。同じ型番の変圧器で、その空荷損失電力は一般的に変圧器の容量に比例している。②変圧器の年間維持費が高い。一般的な変電所の年間維持費は変圧器の初期投資コストの1%を取るが、変圧器の初期投資と変圧器容量は比例する[3]。

本文は主に知能計器を設置し、末端用電気設備を監視、制御することにより、省エネの目的を達成し、変圧器を交換する省エネ効果をしばらく研究しない。

2インテリジェント計器によるエネルギー管理システムの整備

ターミナルビル内の電力浪費現象が有力な制御を得られない問題に対して、ターミナルビル内の既存の配電システムを研究することによって、効果的に末端または配電システムに知能監視端末を増設し、さらにデータ伝送ネットワークを通じて、末端データをエネルギー管理システムにアップロードするとともに、エネルギー管理システムを通じて末端設備に電力監視と制御を行うことができる。そのため、インフラ層、システムプラットフォーム層、ソフトウェア応用層をカバーする統一エネルギー管理システムを構築する必要がある。

2.1具体的な実装方法

（1）ターミナルビルの既存の配電システムを整理し、スマート計器の追加、スマート遮断器の交換、スマート端末の交換などの手段を通じてターミナルビルのすべての電気設備の電気エネルギーデータを収集し、ターミナルビルの有線または無線ネットワークを利用してデータをエネルギー管理システムに転送する。

（2）既存の建築設備監視管理システム、電力監視管理システム、インテリジェント照明監視管理システムを集積することによりターミナルビルの既存のエネルギー管理システムにアクセスする。

ターミナルビルのユビキタスネットワークの電気輸送・メンテナンス管理プラットフォームは、ソフトウェアプラットフォーム、データ統合インタフェース、管理層ネットワークデバイス、無線アクセスゲートウェイ、端末デバイスから構成されている。

2.2ターミナルビルのスマート計器設計方案

（1）変配電室電力設備の改造方案。現在、変電室では変圧器の出線回路の電圧電流だけを監視しているが、今回はすべての出線回路にスマートメーターを設置して監視する予定だ。現在、すべての出線回路には電流計と電流相互誘導器が設置されており、本回路遮断器の上口の三線電圧を保険端子を経てスマートメータに接続し、電流相互誘導器の二次端の電流をスマートメータに接続し、遮断器のスイッチ状態補助接点をスマートメータのリモート端子に接続する。スマートメータは、データ転送ネットワークを介してエネルギー管理システムにデータをアップロードする。

（2）照明システム。照明配電システム（図1）には、照明メインキャビネット、段キャビネット、照明配電箱及びコンセント配電箱が設置されている。

　

図1照明配電システム

総キャビネットと段キャビネットには入線相互誘導器と入線電流計が設置されており、入線にスマート計器を取り付け、スマート計器の取り付け方案は変電室のスマート計器の取り付け方案と同じであり、データ伝送は無線伝送方案を採用している。末端配電箱の入線はマイクロブレーカーであり、2 Pトラック型スマートメーターを設置して電力監視改造を完了し、トラック型スマートメーターはすべて直通表であり、入線ケーブルをトラック型スマートメーターに接続し、データ伝送ネットワークを利用してデータ伝送を行う必要がある。

（3）動力配電システム。動力メインキャビネットには入線相互誘導器と入線電流計が設置されており、入線にスマート計器を取り付け、スマート計器の取り付け案は変電室のスマート計器の取り付け案と同じである。層キャビネットの入線には電流計と相互誘導器は設置されていないが、今回は入線に新たに開口相互誘導器を追加して電流信号を収集し、知能計器はキャビネットのドアに穴を開けて設置した。データ転送ネットワークを利用してデータ転送を行う。

（4）空調配電システム。各空調ユニットはすべて1つの機側制御キャビネットを持参し、空調総キャビネットの入線には電流計と相互誘導器が設置され、入線にはスマート計器が設置され、改造案は前述の電流計を設置した配電キャビネットと同じである。出荷ラインの各空調ユニットは機内制御キャビネット内にインテリジェント計器を新たに追加し、入線に開口相互誘導器を設置する方式を採用して電流信号の収集を完了し、インテリジェント計器はキャビネットドアに設置し、データ伝送は無線伝送を採用する。

3エネルギー管理システムの機能

エネルギー管理システムの設計目標はターミナルビル内の各種エネルギー消費のモニタリング、制御及び最適化を実現し、重要なエネルギー消費設備の稼働状況とエネルギー管網の状況を科学的に分析し、意思決定を支援することである[4]。エネルギー管理システムは3つの非常に重要な問題に重点を置いている：監視、分析、管理、この3つの問題はすべての省エネ手段の応用の基礎でもある。

3.1モニタリング

コンピュータ技術、ネットワーク技術、現場バス技術、測量制御技術の急速な発展に伴い、伝統的なエネルギー管理システムは測量制御の知能化、監視無人化、情報交換ネットワーク化の方向に発展している。有線、無線ネットワークを通じて24 h全自動エネルギーデータ収集を実現し、正確な基礎エネルギーデータを獲得し、そしてデータ記憶技術に頼って、データの長期記憶を実現し、エネルギー効率分析のために堅固な基礎を築く。

3.2分析

一方、項目別計量、設備故障照会、エネルギー消費動向予測などの一連の手段を応用し、エネルギーデータセンターデータベースから有効エネルギーデータを掘り出し、エネルギー効率の重要指標を分析し、省エネ方案の制定に有効データの支持を提供する、一方、システム脆弱性の探索、設備運行戦略の調整、エネルギー使用時間の最適化などの手段を通じて、エネルギー問題点を分析し、省エネ方案及びエネルギー使用管理制度の最適化に有効なツールを提供する。

3.3管理

省エネ目標の成功実現は、合理的で効果的な省エネ方案にあるだけでなく、良好なエネルギー管理からも離れられない。エネルギーパフォーマンス管理、エネルギー監査、重要指標の比較などの手段を通じて、ユーザーのエネルギー使用管理に協力し、省エネ成果を持続化させ、真の持続可能な発展の目標を実現する。

4エネルギー消費分析と期待される効果

4.1エネルギー消費量の比較分析

エネルギー管理システムは精密化されたエネルギー消費分析管理機能を備えており、単一の設備のエネルギー消費データを提供し、同類の設備のエネルギー消費対比分析、同一設備の異なる時間帯のエネルギー消費対比分析及び多次元のエネルギー消費データ分析を行い、各システムのエネルギー使用状況、エネルギー消費構造及び前年同期、前月比状況を表示することができる。

4.2エネルギー消費管理分析

エネルギー消費管理分析はエネルギー消費動向分析、毎日エネルギー消費動向分析、使用量セクション用エネルギー分析などの多種のエネルギー消費データ分析ツールを提供し、曲線を通じて各領域の毎日エネルギーピーク、谷値とセクション用エネルギーなどを直観的に展示し、各領域のエネルギー使用差異を見つける。システム履歴のエネルギー消費状況とユーザーが設定した計算条件に基づいて、将来のエネルギー使用状況を総合的に分析予測する。

4.3エネルギー消費分析報告書とデータ展示

エネルギー管理システムはまた、総エネルギー消費レポート、分類エネルギー消費レポート、セクションエネルギー消費レポート、前年同期エネルギー消費レポート、サイクルエネルギー消費レポート、エネルギー計画レポート、エネルギー計画と実際の比較レポート、エネルギー損失レポートを含む各種エネルギー消費分析レポートを生成することができる。詳細にエネルギー動態データを用いて展示を分析し、直観的な図形化インタフェース（ヒストグラム、円グラフ、線図などの提示方式）を用いてエネルギー消費データを展示分析し、毎日、毎週、毎月、年々とカスタマイズの自由な検索機能をサポートする。統計報告書とは、地域エネルギー消費統計報告書、エネルギー消費タイプ統計報告書、日統計報告書、月統計報告書、年統計報告書、建築総エネルギー消費統計報告書、単位面積エネルギー消費報告書などの様々な方式のエネルギー消費値報告書を指し、ユーザーが自身のエネルギー消費状況を把握し、エネルギー消費異常値を探し出すのを助け、エネルギー消費統計、エネルギー監査にデータサポートを提供することができる。

4.4省電力分析

（1）照明システム。照明システムの電気エネルギー消費に影響する主要な指標要素には、照明器具の開数、点灯時間、設計照度と規範照度値などが含まれる。照明器具の開数は照明回路の設計と関係があり、点灯時間は制御策略と関係があり、設計照度と規範照度値は実際の使用と設計規範の調節問題である。照明器具の開閉時間を合理的に選択し、照度と使用照度の調節関係を平衡させ、照明回路を合理的に設計することは照明システムの省エネのポイントである[5]。

（2）空調システム。空調システムの省エネを実現する方法は以下の通りである：

①温通送風の区域分析に基づいて、区域を分けて環境温度値を設定し、ターミナル区域の環境温度を制御し、次の重要区域に対して、空気エネルギー交換などを通じて環境制御を実現し、送風機の運行速度を下げ、送風機の運行時間を短縮する。②季節温度特性に応じて空調ユニットの運転時間を調節する。③室外温度に応じてインバータエアコンの送風周波数と運転時間を調節する。

（3）省電力効果の推定。この空港ターミナルビルの電気料金はエネルギー費用の36%を占め、約2.0億元、エネルギー消費量は2.0億kW・h、平均1.00元/kW・hである。試算によると、本プロジェクトは年間1 961.6万元の電気料金を節約でき、良好な節電効果がある。

5プラットフォーム設計と機能

5.1システムプラットフォーム設計

インテリジェントエネルギー管理プラットフォームは脱中心化された分散型ネットワークアーキテクチャ設計を採用し、図2に示すように、B/Sモードを採用し、クラウドモデリング、設計及び配置を実現し、クライアントのメンテナンス作業を簡略化し、業務モードを基礎とする機能モジュール拡張のためにソフトウェアサポート基礎を提供する。グループの大量のリアルタイムデータの格納と処理の要求を満たし、システムに格納された履歴データは削除されず、システムはデータ量の上昇によって格納とアクセス速度に影響を与えない。システム応用プラグインの規範に従って二次開発を行い、開発した機能モジュールプラグインはアプリケーションインタフェースにシームレスに配置して使用することができる。

5.2システムの実施

工場ごとにエネルギー炭素管理システムの建設を実施するには、まず管理ニーズの変化に応じて柔軟に調整できる管理要件に適合したエネルギー炭素管理アーキテクチャを制定することである。エネルギー炭素管理アーキテクチャは工場区、作業場、生産ラインに基づいて配置することができ、エネルギー消費データと管理アーキテクチャを対応づけ、エネルギー管理の範囲と深さを示す。

機能

AcrelEMS企業マイクログリッドエネルギー効率管理システムは業界特徴に基づいて細分化されたエネルギー効率管理ソリューションを提供し、有線/無線方案が各種スマート設備にアクセスすることをサポートし、そして多種の第三者システムインターフェースプロトコルを提供し、企業マイクログリッド電力監視、エネルギー消費統計、電力品質分析と管理、スマート照明制御、主要エネルギー使用設備監視、充電杭運営管理、分散型光起電力監視、貯蔵エネルギー管理などの機能を融合し、1つのプラットフォームを通じて全局、全体の企業電力網に対して集中監視、統一スケジューリング、統一運行メンテナンスを行い、企業電力使用の信頼性、安全、節約、秩序ある電力使用の要求を満たす。プラットフォームは中国語と英語の切り替えをサポートし、現在は複数の業界と地域のユーザー側エネルギー管理と電力運行メンテナンスプラットフォームに応用されており、単一プラットフォームは1600以上のユーザー変電所データにアクセスし、エネルギー分析と運行メンテナンス管理機能を提供している。

図3 AcrelEMSエネルギー効率管理プラットフォームの応用

電力監視

企業の高低圧変配電システムの変圧器、遮断器、直流スクリーン、バスバー、無効補償キャビネット及びケーブルなどの配電関連設備の電気パラメータ、運転状態、接点温度をリアルタイムに監視制御し、企業のマイクログリッドの主要回路の電力品質を監視し、管理し、故障を適時に処理し、警報情報を出し、企業の電力供給信頼性を高める。

図4電力監視機能

エネルギー消費分析

企業の電気、水、ガスなどのエネルギー消費を収集し、分類項目別のエネルギー消費統計を行い、単位面積または単位製品のエネルギー消費データと趨勢を計算し、標的の主なエネルギー使用設備のエネルギー効率に対してエネルギー効率診断を行い、企業の炭素排出を計算し、企業の炭素ピーク、炭素中和路線の制定にデータサポートを提供する。

図5エネルギー消費分析機能

しょうめいせいぎょ

インテリジェント照明制御機能は企業の状況に応じてタイミング制御、光照射誘導制御、シーン制御、調光制御などを実現することができ、そして赤外線センサ、超音波センサを結合して、人が来て明かりが点灯し、人が歩いて明かりが消えることを実現し、そしてシステムの制御戦略に基づいて集中制御を実現することができ、企業のために照明電力を節約する。

図6照明制御機能

分散型光起電力監視

企業の分散型光発電所の運転状況を監視測定し、インバータ運転データ、光発電効率分析、発電量及び収益統計及び光発電電力制御を含む。

図7分散型光起電力発電監視

エネルギー貯蔵管理

運転モード、電力制御モード、電力、電圧、電流、周波数などの所定値情報、貯蔵電池の充放電電圧、電流、SOC、温度は、企業のピーク谷の特徴と電気価格の変動及び上級プラットフォームの指令に基づいてエネルギー貯蔵システムの充放電戦略を設置し、エネルギー貯蔵システムの充放電を制御し、ピークを削って谷を埋めることを実現し、企業の電力使用コストを下げる。

図8エネルギー貯蔵管理

充電杭の運営管理

企業の充電杭の運行状態を監視測定し、充電杭の料金管理と状態監視機能を提供し、そして企業の負荷率変化と仮想発電所のスケジューリング指令に基づいて充電杭の充電電力を調節し、企業のマイクロ電力網を安定して安全に運行させる。

図9充電杭管理

カスタムコックピット

エネルギー事前料金、充電杭運営、エレベーター、エアコン、照明などの各種設備のエネルギー消費統計、収益統計、運行維持状況など、ユーザーの注目点に応じて必要なコックピットページを自分で描画することができる。

図10エネルギーIoTコックピット定義

データ収集とデータ監視

各配電盤の電圧、電流などの電力パラメータをリアルタイムで監視し、遠隔測定、遠隔通信、遠隔制御を実現する。各配電室温湿度、煙感、水浸しなどの環境パラメータをリアルタイムで監視する。変圧器の運転状態及びエネルギー使用パラメータを監視し、損失を測定し、経済運転区間を探し出し、エネルギー損失を低減する。

図11データ収集と監視

エネルギー消費統計解析

主にエネルギー消費のデータ、エネルギー消費の分類及び地域のエネルギー消費とエネルギー消費の指標などに対して統計を行う。その中には総エネルギー消費率、つまり実際に消費されたエネルギーが占める総エネルギーのパーセントも含まれており、総合エネルギー消費分析のために様々なパターンを用いて表現されている。

図12エネルギー消費統計解析

電気と消防の安全管理

電気火災検出器、無線測温センサ、インテリジェント遮断器などの設備に接続し、配電回路の余剰電流、ケーブル温度などの火災危険パラメータに対してリアルタイム監視と管理を行う。消防池、消防タンクなどに消防水位表を設置し、消防水位の変化を測定する、消防ホース、シャワーなどに消防水圧計を設置し、消防配管の圧力を測定する。家庭、ホテル、アパートなどの煙、可燃ガスが存在する室内の場所に、独立式煙感知器または可ガス体検出器を設置し、これらの場所に煙と可燃ガスが存在するかどうかを検出する。

図13電気消防安全管理

エネルギー料金管理

不動産賃貸側の賃貸不動産に対するエネルギー料金管理に適用し、水力発電の一体化料金管理をサポートし、テナントの口座開設、販売者、退差操作を備え、時間別電気料金と階段電気料金の設置と電力過負荷閾値の設置をサポートし、決済アプリケーションと連携してセルフサービスの支払いを実現することができる。

図14エネルギー消費料金管理

充電杭の運営管理

ユーザーが複数の充電ステーションの充電杭を管理したい場合は、充電杭をプラットフォームにセルフアクセスし、充電杭の状態の監視とスキャン、カードでの充電料金管理を実現することができる。電力使用のピーク時に充電負荷が電力供給変圧器の許容範囲を超えすぎると、充電電力制限を自動的に設定したり、充電制限を追加したり、新エネルギーを投入したりして、エネルギー供給の安全を確保することができます。

図15充電杭の運営管理

照明制御管理

照明装置のスイッチを遠隔制御することができ、光照度、緯度経度日の出日没時間と時間設定戦略に基づいて自動的に照明を制御することができ、照明エネルギーを節約することができる。

図16照明制御管理

炭素排出分析

ユーザーの炭素排出量を統計し、炭素排出足跡を追跡し、炭素排出リストを提供し、割当計算と割当審査を行う。

図17炭素排出分析

4.3ハードウェアデバイスの構成

異なる工業及びエネルギー企業のインテリジェント化エネルギー管理システムは、通常、環状ネットワーク接続、星型ネットワーク接続の構造であり、階層的に接続された工業環状ネットワークを形成し、その中で管理制御センターのマスタは部下の複数の子局の制御を担当し、具体的なエネルギー管理システムの子局環状ネットワーク構造は以下の図2に示す通りである。

5、結論

本文はある空港のエネルギー管理向上改造工事の実際の実例と結びつけて、エネルギー管理向上におけるスマート計器の応用を分析、総括し、本文で総括した技術方案を応用して、良好な省エネ効果を得ることができる。現在、我が国には類似の需要があるターミナルビルが多く、本文が関連工事の設計に参考になることを望んでいる。