专注工科类创新实验教学、科研开发20余年!方案覆盖嵌入式、IOT、AI、机器人、新能源等领域。
 
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产品名称:双碳/新能源专业实训方案(基于Honeywell Niagara技术)
产品价格:暂无
联系订购:010-82608898 13521826485  
 
 
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第一章 建设背景
1.1 双碳发展

2021年10月24日发布的《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中指出实现碳达峰、碳中和,是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策,是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择,是构建人类命运共同体的庄严承诺。
2021年7月15日教育部关于印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》的通知,要求深入贯彻落实习近平总书记重要讲话精神和党中央、国务院决策部署,充分发挥高校基础研究深厚和 学科交叉融合的优势,加快构建高校碳中和科技创新体系和人才培养体系,着力提升科技创新能力和创新 人才培养水平,加快碳中和科技成果在重点领域、重点行业和重点区域的示范应用,构建教育、科技和产业统筹推进、融合发展的格局,为构建清洁低碳安全高效的能源体系、实施重点行业领域减污降碳行动、实现绿色低碳技术重大突破、完善绿色低碳政策和市场体系、营造绿色低碳生活、提升生态碳汇能力、加强应对气候变化国际合作等提供科技支撑和人才保障,扎实推进生态文明建设,确保如期实现碳达峰、碳中和目标。
1.2 新能源的发展
全球能源行业经历了从高碳到低碳、从低效到高效、从局部平衡到大范围配置的深刻革命。如今,新能源以其低碳、高效且具备广泛互联性的优势,成为全球各个经济体能源战略角逐的焦点,目前已经应用到全国各行各业中。2030年,全球范围内将有望呈现出以能源互联网和智能电网为基础,融合新能源发电技术、需求侧集成技术、储能技术以及智能装备等关键技术,具备更安全、更绿色、更智能、且更具有互联性的新能源应用场景。
而光伏行业作为新能源种类之一,根据国家能源局的统计,截至2019年底,我国光伏发电累计装机达到20430万千瓦,同比增长17.3%,成为全球光伏发电装机容量最大的国家。其中,其中集中式光伏14167万千瓦,同比增长14.5%;分布式光伏6263万千瓦,同比增长24.2%。2019年新增装机容量3011万千瓦,占全球新增装机的四分之一以上,占我国光伏电池组件年产量的三分之一,为我国光伏制造业提供了有效的市场支撑。
近日,九部门联合印发《“十四五”可再生能源发展规划》(以下简称《规划》),将建设大型风电光伏基地作为推进“十四五”可再生能源大规模开发、支撑规划目标落实的重要举措,将进一步加快大型风电光伏基地建设的进程,助力碳达峰碳中和目标如期实现。
1.3 新能源系统的数字化升级
新能源系统整个生产环节需要对半成品和成品进行全生命周期的流程管理,能够对每个生产环节的历史数据进行追溯,把控每个环节的质量保证,只有对新能源系统进行数字化升级才能保证其既有对生产管控的管理功能,同时兼容了设备管理、物流仓储管理……等等。而物联网的本质就是各个产业都能够在任何地点、任何时间利用互联网进行互联。物联网应用到新能源产业中不仅能够提高工作的效率,还能够达到降低损耗和环境污染的作用,对于推动低碳经济提供了有效保障。

第二章 Honeywell低碳智联技术
2.1 低碳智能技术

未来不可能从网络、协议本身来统一各种异构智能系统,一定是多样性并存的,即使要统一,用哲学的观点讲,也是多样性的统一。 因此,企业智联集团通过提供一个通用的低碳智联技术平台Niagara框架,将不同厂商、不同网络、不同协议的各种异构智能系统,通过低碳智联技术平台Niagara无差别化的统一集成起来,让异构设备互联、互通、互操作,最重要的是,作为全球领先的智联节能技术框架,我校师生可以基于这一框架工具快速开发新能源相关的管理系统,并可以申请独立的知识产权。这也是低碳智联技术Niagara框架在全球盛行二十余年的原因。
 低碳智联技术框架Niagara提供了一个全方位的强大的集成开发工具,其地位类似于Android系统中的底层内核,可以满足不同层次、不同人员、不同行业方向的扩展开发,包括底层驱动库、算法模块、APP应用程序模块、UI交互体验等。现阶段物联网涉及的所有协议,如ZigBee、BACnet、Modbus、Lonwork、OPC等均可以无缝兼容,对于以后出现的新协议、新的网络通讯技术,以及更多的私有协议,这个平台因其开放开源的架构,一直都在以强大的生命力来适应这种变化,这二十多年对科技充分融合的成功历史也充分证明了Niagara架构可以不断成长、不断扩展,来满足不断增长的多样性和异构性。
对于高校人才来讲,这种可成长性和全球性的开源架构,使得Niagara平台的学习者与使用者可以长期保持就业活力,完全有能力去融入新能源管理、智能交通、低碳园区、低碳工厂等几乎全行业的智联节能工作中,互融互通的低碳智联生态圈也让其就业范围将扩展到全球。
凭借全球领先的技术和理念, 企业智联集团帮助工业用户主动迎接新一轮工业革命(工业4.0),并快速获取竞争先机:
   通过开放式架构,将离散的智能设备和子系统有机连接起来,使得工厂透明化;
   通过分布式实时数据库平台,将设备海量实时数据准确完整记录下来;
   通过可视化大数据分析工具,为企业决策提供实时可靠的数据决策支撑。

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借助 Niagara Framework®,制造工厂环境中的基础设施及各种生产设备等可以被方便、快速地连接起来,并且可以连接远程云服务器。从而实现真正意义上的生产设备——制造单元——生产线——生产车间——工厂管理的高度智能化。Niagara Framework® 能够集成多个异构系统和智能设备,实现不同系统的有效整合,并且实现与互联网的实时连接,从而快速便捷地控制、监测和管理企业内部所有的系统和设备,提高设备系统运行效率, 实现科学决策。

2.2 分布式光伏监控系统方案
社会科技和经济发展,能源环保意识逐步深入人心,新能源的开发和建设已经是全社会的共识,其中分布式光伏系统得到了各国政府和企业的大力支持,随着大量的分布式光伏系统的安装,也同时对于其监控系统提出了相关的要求。由于光伏系统的分散性,为了降低运营成本,大部分分布式光系统都是无人值守的模式,需要对于其运行设备和状态进行远程的管理和监控。 由于用途比较多样(主电源、备用电源、防灾电源和混合电源),市场上出现了不同发电规模、不同厂家设备的各种组合,这使得投入的人力和时间都在持续增加,如何高效的对于分布式光伏系统进行管理,是监控面临的挑战。
为了应对分布式光伏系统的监控需求,基于NiagaraFramework® 的分布式光伏系统应运而生。利用开放式的集成能力,不仅可以在光伏电厂现场整合不同的逆变器系统,同时可以兼容视频监控、气象站等多种不同系统到一个统一平台,利用JACE等灵活的控制引擎,可以就近接入各个设备信号,最大限度的保证数据采集的准确性,所有的数据和报警就地存储,不受网络的影响。用户可以随时随地透过互联网用手机、平板和电脑来访问自己管理的各个远程站点。各个站点也可以连接到中央的服务器平台,对运行数据进行长期的存储、分析和管理。管理人员可以很方便的通过平台查看所有站点的实时状态、报警和数据报表,另外系统支持通过短信、邮件甚至微信等方式将系统报警等信息发送给指定的管理人员,提高运行的效率。
方案亮点:
• 可以兼容不同的逆变器产品,快速安装部署
• 基于Web技术,可以远程浏览、管理不同的光伏系统
• 高精度数据采集,分布式存储,保证数据准确可靠;
• 可以整合分布在不同地域的光伏系统到一个统一的管理平台
• 提升管理效率,降低管理成本,加速投资回报
典型案例:中国台湾省全岛太阳能系统
 
2.3 低碳智联生态体系
绿色低碳和物联网是当今社会的两大热点话题,二者虽然所处的领域不同却有着必然的联系,霍尼韦尔低碳智联生态体系将两点恰到好处地进行了融合,首先对于物联网来说,每个人、每个企业都是这张网的一个节点,整个经济成为一个生态系统。世界经济系统的生命力来源于自身细胞的不断演化。而霍尼韦尔就是这些细胞中最活跃的一个。自从物联网时代到来以后,霍尼韦尔一直居于领跑者的位置,它改变了产业结构,围绕Niagara架构技术已经形成了众多合作伙伴协调发展的良好生态系统,实现了绿色低碳的目的。霍尼韦尔的发展目标很明确,就是要大力的推动生态圈的建设,顺应新商业时代的商业模式。而霍尼韦尔的生态圈又包含着如阿里巴巴、华为、西门子、施耐德等众多同样拥有自身庞大生态体系的世界巨头,这种生态树状结构的生态网,不仅能为师生带来几乎无尽的机会,更能保证这一技术的生命力。
霍尼韦尔在全球已经拥有将近4000家合作伙伴的生态体系。 企业智联集团作为一个核心技术架构提供商,让不同领域的合作伙伴能够基于这个平台,快速开发自己的业务解决方案、开发自己的APP应用程序、开发自己的驱动,高效且稳定的实现基于物联网的各种商业应用的想法和价值。响应国家“大众创新,万众创业”的国家战略,支持创新创业。只有通过这样的生态体系,才能有强大的适应能力,才能够实现多样性统一的智能平台,才能适应新的智能设备互联互操作的高度集成时代。

2.4 霍尼韦尔相关低碳技术
一直专注于研究低碳技术发展和市场需求,以霍尼韦尔创新的产品和技术为引擎,推动低碳解决方案的开拓和实施,助力客户可持续发展以及中国“碳达峰”和“碳中和”目标的实现。目前部分已广泛应用的技术:
1、生物质材料,生物衍生塑料
霍尼韦尔的Ecofining™工艺技术利用可再生原料生产可再生石脑油。与使用石油原料相比,使用厨余油等可再生原料生产石脑油可降低50%到80%(具体数值取决于原料)的温室气体排放。
2、UpCycle工艺技术
最新推出了UpCycle工艺技术,采用行业内领先的分子转化、热裂解和污染物管理技术,可将废弃塑料转化成聚合物原料,用于制造新塑料。
3、低全球变暖潜值氟产品
 Solstice®品牌环保制冷剂采用超低全球变暖潜值(GWP)的HFO分子及其混合物开发而成,共有两大系列:N系列(较低GWP,不可燃类)和L系列(超低GWP,弱可燃类),可满足食品冷冻冷藏,商用、家用和车用舒适性空调,以及工艺性空调等多种应用的要求。霍尼韦尔的HFO系列产品的GWP值均小于或等于二氧化碳,与目前使用的HFC制冷剂相比更减少一半以上,最高降低率可达99%。同时,这些产品对目前的部件有很好的适应性,可实现快速、经济的切换;对一些使用可实现灌注式替代或改造。
4、新型液流电池技术
霍尼韦尔新型液流电池技术,该技术可存储风能和太阳能,以满足对可持续能源的储能需求。新型液流电池采用安全、不可燃的电解液,可将化学能转化为电能以存储能量供后续使用,同时满足公共事业的环保、持久和安全目标。
5、Experion® PKS能源管理系统
霍尼韦尔新型液流电池还可与霍尼韦尔过程、业务和资产管理一体化系统Experion® PKS,以及企业绩效管理解决方案互联工厂相结合,以实现远程监测。该项技术和可再生能源的结合有望为公共事业和独立发电公司提供完整的一体化储能解决方案,助力实现净零排放目标。整套系统还将使得霍尼韦尔成为首批从电池制造到集成、控制、能源管理系统和绩效合同的垂直一体化端到端储能解决方案提供商之一。
6、霍尼韦尔Ecofining™生产绿色柴油和可持续发展航煤
霍尼韦尔提供的Ecofining™工艺以植物油、动物脂肪、藻类油、地沟油等可再生资源为原料,通过加氢和异构化装置,生产绿色柴油和绿色航煤,有效避免化石原料的使用从而减少碳排放。
7、氢气与氢能
霍尼韦尔UOP专利吸附剂的PSA技术,可通过高压除去含氢原料气中的杂质,回收氢气并提纯到99.9%以上的纯度,从而满足精炼需求。PSA:Polybed PSA 系统是撬装式模块化装置,集硬件设备、吸附剂、控制系统和嵌入式工艺技术于一体,可实现快速高效的安装,从而有效降低成本,缩短建设周期。与传统的“构建式”结构相比,模块化交付可缩减多达30%的安装时间。
8、霍尼韦尔智慧能源管理解决方案
霍尼韦尔智慧能源管理解决方案可记录、分析建筑能耗数据,在整个能源监控过程中发现能耗异常的环节,便于及时采取应对措施,以优化能源使用。帮助用户洞察能效水平,高效优化能源管理措施和设备操作流程,提高建筑运营效率,降低能耗成本和维护费用。
9、霍尼韦尔楼宇自控解决方案(BMS)
随着1885年温控器产品的发明,作为引领全球楼宇自控业务的开端,霍尼韦尔楼宇自控业务的使命是重新定义建筑物可以为依赖它的人们做些什么,以及如何做。通过创新的楼宇自控系统,集成各类建筑设备,为用户设计软件与应用,旨在提升设施的舒适度、使用效率和节能效果。
10、霍尼韦尔未来炼厂
霍尼韦尔UOP于2019年提出了“未来炼厂”的理念,积极帮助石化企业实现炼化转型和炼化一体化,不仅满足炼厂投资建设清洁燃油产能的需求,石化产品的产出更可高达70% 以上,全面助力炼厂发展成为综合石油化工企业。

第三章 科研教学一体化实训建设
3.1 教研一体化实训体系特点

(1)优质的教学体系。围绕现有的成熟可靠的教学培养方案,引入先进的低碳智联(Niagara)技术,以原有教学体系的实验实训装置为基础,引进基于Niagara技术标准教具作为教学工具,整个各方面的教学资源,借助Niagara技术平台,进一步补充关于低碳智联网络层和应用层的中间件平台,构建一整套从感知层、网络层(不仅仅局限于无线网络)到应用层的典型的低碳智联技术授课教学体系。
(2)先进的教学平台。在“双碳”战略目标的推动下,新能源相关专业如光伏技术迅猛发展,对光伏产业进行数字化转型是保证其健康运行的必要条件,从事光伏技术与物联网结合研究并落地实际项目、同时基于低碳经济进行更高阶的科学研究势在必行,要构建一套在未来3-5年技术不落后的针对两个技术完美融合的科研教学平台。
(3)真实的应用场景。引进基于多应用场景的低碳智联实训装置从而打造丰富多彩的实训项目,基于Niagara技术的低碳智联应用场景落地有很多,比较有代表性的应用场景实训装置有绿色电力储能、低碳园区、低碳产线、低碳智慧供热等等;通过各种不同应用场景类教具的实训,可以让光电技术人才培养更贴近实践,更多的了解新能源和智联技术如何与垂直行业结合落地与实施。
(4)强大的二次开发能力支撑科研项目开展。教具内置 Niagara Framework开发环境,具备二次开发能力,能够在要求功能扩展时做到快速落实。并通过浏览器,在互联网/企业内部网上访问项目。具备数据存档功能,设备报警,时间表设置、组态逻辑搭建等功能,适合新能源专业的教学实训平台。本平台系统在安全基础上具备开放、可扩展特性。可逐步实现现有教学计划,以及未来更多不同协议设备接入的要求。基于二次开发的灵活性和可扩展性,师生可根据自身专业的科研选题方向有针对性的开发定制化的应用程序,并满足分布式的云边协同架构的设计。
(5)适应新能源相关专业的教学。教具所有核心部件均为工业级正规设备,且基于真实项目,如低碳园区、产线、绿电、供暖等场景,实现了异构子系统的整合联动,通过加入了碳核算,完成碳节能统计等实验,完美的复现了真实项目中的低碳运维的关键要素,教具很好地支持新能源不同系统从底层到应用层的知识体系,为教师讲授提供支撑,也能激发学生的学习兴趣。
(6)构建学校低碳实训环境。通过低碳智联实验室管理系统来实现对低碳实验室智慧管理应用的逻辑实现,主要包括实训楼新能源系统管理、照明监控管理、供配电监控管理、给排水监控管理、各实验室的智慧管理、视频监控、人流统计、人脸识别门禁管理、实验人员管理、实验装置管理、建筑环境监测、环境与设备的智能巡检以及基于实训中心建筑构造的3D建模与渲染(为整体环境场景的真实展示服务),基于对整个实训中心的运营环境的集中管控以及对单体实验室房间内的智能化体验提升,可以看到低碳智联技术所发挥的根本作用,在提升实训体验的同时又起到教学作用。
(7)实现跨专业跨学科实验实训。通过构建实习基地,让学院其他专业如电气自动化、人工智能、物联网工程、智慧建筑、信息工程等相关专业的学生参与进来,利用低碳智联技术实现不同领域的节能改造,因为绿色低碳不仅仅是开发清洁能源,更重要的是传统行业的节流,把低碳理念渗透到不同领域才能实现真正的绿色经济。

3.2 教研一体化建设思路
本次规划的绿色低碳联合培训基地以低碳系列实验为核心,以教学资源为基础,以行业典型案例为手段,以在线实习实践平台为突破的实训中心建设综合解决方案。重点在于”系统能力“培养+“软件能力”培养+“逻辑能力”培养,覆盖绿色低碳方向主要实验内容的软硬件在线综合实验体系,满足产业人才需求,推动“产、学、研、用”一体化发展,以教学、研发,大赛、学生综合评价为总体目标,使学生从宏观上理解绿色低碳领域相关技术避免一叶障目弊端,以达到学以致用的目的。教研一体化建设分四个阶段进行:
第一个阶段:抽象于真实项目,把项目搬运倒实训基地,让师生了解真实项目中设备组成、设备连接、通讯协议以及各系统在项目运营中的功能状态;
第二个阶段:锻炼学生动手能力,将异构子系统进行整合联动,并学习利用Niagara框架,搭建智联基础架构,建立不同系统之间的逻辑关系,实现整个系统智慧化运维。
第三个阶段:通过教师和学生对真实项目进行逻辑解析,基于绿色低碳,智慧高效理念对整个实训系统进行逻辑调优,培养学生分析能力、解决能力、实践能力。
第四个阶段:通过三个阶段的学习,将校园真实的物理环境作为实践实训环境进行低碳智联改造,并对改造前改造后进行碳指标的对比,在提升学校智慧化运维的基础上实现低碳校园的目的。

3.3 教研一体化建设内容
3.3.1低碳认证教学实训
(1)教具介绍

低碳认证教具包含暖通、电力等设备互联、管控、节能优化、能耗计量与低碳核算等,其核心部件均为工业级正规设备,主要包括边缘侧控制器、DDC、温控器、计量模块、节能反馈控制模块以及碳排放核算模块等,此教具可用于霍尼韦尔大学计划全球认证考核。
边缘计算网络控制器及其服务包 
1)可以将不同网络、不同协议的各种异构智能硬件,通过网络控制器无差别化的统一集成起来,让不同网络的不同协议的异构设备互联、互通、互操作起来,可兼容多种通信协议,包括但不限于Modbus,bacnet,SNMP等,系统提供快捷的二次开发能力,能够在要求功能扩展时做到快速落实;
2)具有边缘计算能力,即具有网络访问、本地计算存储、远程二次开发能力。应用程序在边缘侧发起,具有更快的网络服务响应,满足实时数据、智能应用以及安全和隐私保护的功能;可以实现现场的数据清洗过滤和规整工作;基于java构建模块化设计,在现场侧同时完成实时数据采集、历史数据存储与数据分析算法实现。
3)支撑硬件运行的技术开发平台将不同网络、不同协议的各种异构仪器仪表设备数据无差别化的统一,基于JAVA和先进的Web技术,最终交付使用时留有接口和技术供用户进行二次开发。未来,平台可通过这些接口进行功能扩展,客户自身可开发新的功能模块和设备驱动模块。充分考虑到现在及以后还会有新的协议、新的网络通讯以及更多私有协议不断出现,要求装置具有强大的生命力来适应这种变化,可以不断成长,不断扩展。
4)提供较高可连通性,可基于IP的bacnet,modbus以及snmp,或基于485总线的bacnet以及modbus来进行连接;

网口连接 IO 模块 
1)支持MODBUTTCP服务器、MODBUSTCP客户端、MODBUSRTU从站、MODBUSRTU主站、MODBUSTCP转MODBUSRTU、MODBUSRTU转MODBUSTCP以及TCP转RS485透传等实用功能。
2)支持MODBUSTCP,MODBUSRTU及TCP协议,同时支持4路MODBUSTCP连接
3)系统内置MODBUSTCP转MODBUSRTU、MODBUSRTU转MODBUSTCP;可作为MODBUSTCP网络服务器或客户端;

Bacnet 温控器 
两管制冷热模式控制,可控三速风机,通过BACnet MSTP 通讯协议实现远程监控。

单相电能表 
可精确测量电压、电流、功率、电能等,接线简单方便,带过压保护,运行及错误状态指示灯。

电源模块
为教具供电

标准教具IO模组 
含警示灯、按钮、旋钮、数显、线路板、支架等。

(2)教学目标
1、人才培训

基于霍尼韦尔真实行业项目,联合我校制定新能源科学与工程专业实训方案,通过提供低碳智联人才实践+理论培养课程资源,帮助我校学生提升解决真实问题的能力。
2、行业证书
目前霍尼韦尔已经有成熟的行业工程师认证课程,可通过学习并考取霍尼韦尔工程师认证证书;
3、科研创新
通过使用霍尼韦尔领先的低碳智联,实现技术创新,带领学生进行科研项目实践,在项目中充实行业知识及技能素养。
4、自主创业
在对技术深刻领会的同时,关注行业形势,不断探索低碳智联的行业需求,寻求机遇实现自主创业的目标。

(3)实训课程
基于低碳认证教具编写的实训实验教材:
第一章 Niagara技术与低碳产业概论
 
1)“双碳”及物联网的起源和发展;2)低碳产业主要应用场景和平台技术;3)系统架构和中间件技术;4)物联网基础框架软件Niagara;5)低碳产业的应用案例
第二章 Niagara应用场景的逻辑组态编程及低碳产业扩展 
1)Niagara通用数据分类;2)逻辑模块简介;3)历史数据扩展;4)报警记录扩展;5)组态化逻辑编程;6)数据呈现;7)低碳产业扩展
第三章 能源计量统计与碳核算 
1)系统能源计量统计及碳核算;2)交互界面的开发
第四章 基于Niagara的低碳产业设备集成与开发 
1)电气接口简介;2)通讯协议概论;3)Modbus通讯协议;4)Bacnet通讯协议;5)监控开发模型6)Niagara开发环境及软件架构

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(4)教具及技术优势特点
教具特点:
a)其作为霍尼韦尔全球标准化教具,通过考核可以获取霍尼韦尔相关认证证书;
b)教具所有核心部件均为工业级正规设备(包括通用架构边缘计算设备、IO设备、DDC设备、温控器及驱动模块、电源等),质量保障且运维方便;
c)教具内置 Niagara Framework开发环境,具备二次开发能力,能够在要求功能扩展的同时做到快速落实,并通过浏览器,在互联网/企业内部网上访问项目;
d)教具采用易拆卸可扩展设计,学习认证课程后,可扩展人工智能、工业互联网等,完成更丰富的开放型实验。
 技术优势:
a)稳定可靠:国际先进的物联网框架技术支撑,全球1100,000 + 实例安装和部署。
b)简单易用:图形化组态开发界面,简化开发过程,快速上手操作,二次开发和系统扩展简易。
c)开放连接:快速实现异构系统数据集成交互;连接任何协议、设备、系统、网络。
d)信息安全:使用强密码,密码尝试次数限制及加密通讯(Foxs、Https、SSL、TLS)和基于角色的权限控制加密敏感信息。
e)数据分析:对来自设备的数据进行处理(标准化、标签化等)。
f)边缘计算:完整的边缘计算能力如边缘控制策略植入、边缘存储、边缘数据清洗以及数据呈现。

(5)配套教学资料
低碳认证教具教学资源主要包括:教学相关配套教材、硬件图纸及软件安装包、配套相关视频课程、实验指导手册、教学相关课件、实验参考代码、拓展训练课程以及典型案例库等。用户可根据全套资料提供教学指导、学习咨询、人员培训和竞赛支持等服务,推动专业教学改革,激发学习者兴趣,加强学生的实践应用能力和创新能力,全面提高工程教育人才培养质量。


3.3.2 绿色电力场景教学实训
(1)教具简介

绿色电力储能场景教具抽象于真实绿色光伏发电与储能案例,融合了光伏发电、电池储能、充放电控制以及基于云边协同架构的光伏电站管控等技术,并结合人工智能完成光伏板根据光照角度自动调节方向,实现最大效率的光能转换。
教具所有核心部件均为工业级正规设备,主要包括光伏发电模块、汇流箱模块、储能电池模块、离网逆变模块、电池储能管理、发电放电监控系统、人工智能逐日系统等,结合碳核算,完成绿色电力产能、储能、计算等实验。同时教具可以帮助新能源、低碳等相关专业通过光伏、物联网控制技术等完成绿电生产储存的相关实验。
光伏发电模块 
用于太阳能发电系统中,控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。
汇流箱模块 
保证光伏组件有序连接和汇流功能的接线装置。该装置能够保障光伏系统在维护、检查时易于切断电路,当光伏系统发生故障时减小停电的范围。
储能电池模块 
用于太阳能发电设备等可再生能源储蓄能源用的蓄电池,对温度的适应性较强,容量一致性好,在蓄电池串联和并联使用中,保持一致性。
离网逆变模块 
为功率变换装置,将输入的直流电推挽升压,再经过逆变桥SPWM正弦脉宽调制技术逆变成220V交流电。
电池储能管理模块 
主要管理一个电池模块,监测电池状态(电压、温度等),并为电池提供通信接口的系统。
发电放电监控模块 
可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备进行实时监控和控制,通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况。

(2)教学目标
1.对真实项目中工业级设备进行学习及互联,通过硬件连接图了解光伏发电系统的硬件组成、设备连接、通讯协议以及主要设备的功能和应用场景;
2.通过真实项目来了解异构子系统之间的整合联动,并学习利用Niagara框架,搭建绿色光伏储能的物联网基础架构,通过Niagara技术建立绿色电力各子系统之间的逻辑关系;
3.对真实项目绿色电力运维进行学习复现,通过设定不同的工作模式:市电优先、逆变器优先、节能模式,来实现效益最大化;
4.建立自保护逻辑:电池欠压过压保护、过载功率保护、逆变器输出短路保护、温度过高保护功能、报警功能;
5.对绿电光伏进行碳核算,并使用节能逻辑优化,输出对比方案;
6.建立可视化的数据中心,便于对绿电光伏系统进行正常运维;
7.通过对绿色电力储能场景课程的学习,学生可以独立利用Niagara框架完成拓展训练里的其他场景应用搭建工作。

(3)实训课程
面对学生培养要将新型能源应用理念贯穿整个培养教学环节中,着力培养具有良好的科学素养,同时基于在新能源、数学、计算机科学理论基础,熟悉传感器技术、计算机网络、无线通信技术、互联网体系及协议的基本理论、基本知识和应用技能,掌握相关的软硬件产品的使用和维护能力,同时熟悉计算机科学与技术等学科的基本知识和应用能力,能在绿色光伏储能方向从事技术集成开发和设计工作。
在培养该方面人才要以强化实践能力、设计能力与创新能力为核心,构建完整的物联网课程体系和教学内容,加强跨专业、跨学科的复合型人才培养,让学生参与到工业实践中,制定鼓励企业参与人才培养的政策,建立校企联合培养人才的新机制,促进创新型、应用型、复合型和技能型人才的培养。

可参考的主要理论课程体系:
(1)光伏储能技术理论基础

- 绿色低碳发展的背景与技术
- 绿色低碳人工智能技术与应用
- 光伏储能系统架构及场景案例分析
- 光伏储能系统与中间件技术的应用及实施
(2)光伏储能感知控制技术应用及开发
- Niagara技术与光伏储能技术概论
- Niagara应用场景的逻辑组态编程及光伏储能系统扩展
- Niagara设备及光伏储能设备集成开发
- 基于Niagara技术物联网中间件开发
- 基于AI技术实现光伏储能的智能化控制
(3)基础数据应用光伏储能智能应用系统开发
- 基于光伏组件监测的物联网专业综合实验系统架构
- 绿色光伏储能监测监控系统的部署
- 基于Niagara技术的控制开发
- 光伏储能系统能效数据监测开发
- 基于AI技术的能效分析及智能控制开发
- 系统能量回收效率分析
a.基于Niagara的《光伏储能感知控制技术应用及开发》课程
建议课时:40学时。课程内容按如下分类:
(1)Niagara技术与人工智能及光伏储能技术
(2)Niagara应用场景的逻辑组态编程及光伏储能系统扩展
(3)Niagara设备及光伏储能设备集成开发
(4)基于Niagara技术物联网中间件开发
b.基于Niagara的《光伏储能智能应用系统开发》课程
该课程体系主要以实训教学为主,理论教学为辅,为该专业的学生系统深入研究物联网框架在光伏储能方向上的应用,并使用人工智能技术实现设备互联互控和节能调优控制,教学实验基于Modbus TCP/IP、Modbus RTU、BACNet等物联网协议的数据集成及可视化交互界面呈现。本课程可以使学生对人工智能及物联网在光伏储能上的应用有更加深刻的研究,进而掌握该方向项目搭建的能力。
本课程的建议课时:40 学时。课程内容按如下分类:
(1)基于光伏组件监测的智能综合实验系统架构
(2)绿色光伏储能监测监控系统的部署
(3)基于Niagara技术的控制开发
(4)光伏储能系统能效数据监测开发
(5)系统能量回收效率分析
c.科研与实训功能拓展
完成以上课程后,已基本具备多科学多领域方向系统的开发能力,学员可以分析绿色光伏储能中更多详细需求,对应用场景类实训设备及系统进行新旧系统的重组与改造,结合人工智能技术实现创新。
教学以小组形式搭建指定命题的人工智能场景系统,将实验教具应用于其他场景模拟,增强学生的团队凝聚力,集思广益,思维发散,将想法转化为功能模块并实现,在合作过程中进行合理分工,提升实验效率,加强团队意识。

3.3.3 实训环境建设
(略)
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3.3.4 光伏实训实习基地建设
(1)简述:光伏实训实习基地是我校新能源科学与工程专业实训基地建设项目,是该学院针对教学需求所需配备的教学设备,使教学管理更科学化、多元化,提高教学水平,营造灵活学习氛围,提升培养高新技术人才服务标准。实训基地规划对A教学楼楼顶改造与新能源设施新建、A教学楼楼顶太阳能小屋建设、A教学楼中某实验室的太阳能热利用的地热采暖改造与建设,同时开发一套实训基地的中央监控系统负责整个系统的协调运行与数据采集分析。气象条件充足的情况下,系统可提供总装机容量约为13KW的新能源电力以及1吨左右的太阳能热水。

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(2)系统说明:控制系统整个系统由7个子系统构成,同时7个子系统相互补充,再通过网络通讯以及现场总线构成一个完整的中央监控系统。7个子系统分别为:2KW单晶离网太阳能发电系统、2KW多晶离网太阳能发电系统、2KW薄膜离网太阳能发电系统、2KW单晶离网太阳能追日发电系统、2KW风力离网发电系统、3KW屋顶小屋太阳能并网发电系统和1吨太阳能热水综合利用系统。
系统1:2KW单晶离网发电系统
此发电子系统为48V系统,主要由3部分构成:太阳能光伏组件及其支架与汇流箱、蓄电池组、系统控制柜(包括逆变器、传感器等)。如图所示,太阳能光伏板共八块分成相同的两组接入系统。其中,一块电池板产生24V直流的电压,两块串联后电压为48V,再和另外串联的两块并联成为一组。电池板接入系统后可以对蓄电池充电,也可以通过离网逆变器产生220V交流电,供负载利用。
系统2:2KW多晶离网发电系统
此发电子系统为48V系统,主要由3部分构成:太阳能光伏组件及其支架与汇流箱、蓄电池组、系统控制柜(包括逆变器、传感器等)。如图所示,太阳能光伏板共八块分成相同的两组接入系统。其中,一块电池板产生24V直流的电压,两块串联后电压为48V,再和另外串联的两块并联成为一组。电池板接入系统后可以对蓄电池充电,也可以通过离网逆变器产生220V交流电,供负载利用。
系统3:2KW薄膜离网发电系统
此发电子系统为48V系统,主要由3部分构成:太阳能光伏组件及其支架与汇流箱、蓄电池组、系统控制柜(包括逆变器、传感器等)。如图所示,太阳能光伏板共八块分成相同的两组接入系统。其中,一块电池板产生24V直流的电压,两块串联后电压为48V,再和另外串联的两块并联成为一组。电池板接入系统后可以对蓄电池充电,也可以通过离网逆变器产生220V交流电,供负载利用。
系统4:2KW单晶离网太阳能追日发电系统
此发电子系统为48V系统,主要由4部分构成:太阳能光伏组件、2kW双轴跟踪系统与汇流箱、蓄电池组、系统控制柜(包括逆变器、传感器等)。如图所示,太阳能光伏板共八块分成相同的两组接入系统。其中,一块电池板产生24V直流的电压,两块串联后电压为48V,再和另外串联的两块并联成为一组。电池板接入系统后可以对蓄电池充电,也可以通过离网逆变器产生220V交流电,供负载利用。
系统5:2KW风力离网发电系统
此发电子系统为48V系统,主要由3部分构成:水平轴和垂直轴风力发电机、蓄电池组、系统控制柜(包括逆变器、传感器等)。
系统6:太阳能热水综合利用系统
此发太阳能热水系统,主要由3部分构成:太阳能集热器、蓄热水箱、循环水泵、地板采暖系统。各部分主要功能如下:
太阳能集热器:太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备。由于太阳能比较分散,必须设法把它集中起来,所以,集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。
蓄热水箱:太阳能集热器产的热水存储于蓄热水箱。
循环水泵:为系统的水循环提供动力。
地板采暖系统:本系统的太阳热水系统的热水利用系统。地板采暖是采暖系统的一种。低温辐射地板采暖是通过埋设于地板下的加热管——铝塑复合管或发热电缆,把地板加热到表面温度18至32℃,均匀地向室内辐射热量而达到采暖效果。
(3)提供跨专业实习实训
我校其他专业学生可以根据该实训实习基地进行跨专业跨学科实验探索,如:物联网工程、电气自动化、人工智能、信息工程专业、机械自动化等,利用低碳智联技术实现跨领域,跨学科的开放性实验,锻炼学生解决实际项目问题的能力。


 
   
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