淺談用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)企業(yè)端平臺架構(gòu)與功能實現(xiàn)

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘要：用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是對全國年用能量在10000噸標煤以上的企業(yè)按裝能耗監(jiān)測企業(yè)端設(shè)備，并實現(xiàn)企業(yè)用能主要指標數(shù)據(jù)到國家數(shù)據(jù)接收服務(wù)器的及時上傳，再由平臺軟件支持進行宏觀能耗分析的一套在線信息化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要服務(wù)于兩類用戶，各級 節(jié)能主管部門和用能單位企業(yè)。本文通過分析兩類用戶不同需求，提出建設(shè)用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)路線和實現(xiàn)設(shè)想。

關(guān)鍵詞：能耗；在線監(jiān)測；技術(shù)路線

1.建設(shè)用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

中國經(jīng)過改革開放幾十年的快速發(fā)展，已經(jīng)成為一個的能源生產(chǎn)大國和消費大國，據(jù)統(tǒng)計，2014年我國能源消耗總量為37.6億噸標煤，占世界總能耗的22%，而我國單位GDP能耗卻是世界平均水平的兩倍，與美國、日本等發(fā)達國家甚至達到3-5倍，較低的能效水平，與我國所處的發(fā)展階段和產(chǎn)業(yè)分工格局有關(guān)，但也反映了我國發(fā)展方式仍相對粗放、能耗和排放缺乏約束，通過技改推進節(jié)能減排的空間還比較大。2014年11月，中美雙方在北京發(fā)布應對氣候變化的聯(lián)合聲明，中國計劃2030年左右二氧化碳排放達到峰值且將努力早日達峰，并計劃到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右。由此可見中國對節(jié)能減排工作的力度將持續(xù)加大，用能單位在線監(jiān)測系統(tǒng)可以進一步提供企業(yè)能耗的實際情況，便于國家做出相應的節(jié)能減排目標和措施，因此該項目的實施勢在必行。為實現(xiàn)國家制定的節(jié)能目標，必須以能源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)和依據(jù)，提升節(jié)能數(shù)據(jù)收集、分析基礎(chǔ)能力建設(shè)，協(xié)助 部門及時掌握節(jié)能形勢，隨時跟蹤目標完成進度，開展預測預警，及時研究制定相關(guān)政策措施，增強宏觀調(diào)控的針對性和主動性。因此，建設(shè)用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，是適應節(jié)能減排形勢做出的重要決策。用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是對全國年用能量在10000噸標煤以上的企業(yè)按裝能耗監(jiān)測企業(yè)端設(shè)備，并實現(xiàn)企業(yè)用能主要指標數(shù)據(jù)到國家數(shù)據(jù)接收服務(wù)器的及時上傳，再由平臺軟件支持進行宏觀能耗分析的一套在線信息化系統(tǒng)。 

2.用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)省級平臺的架構(gòu)與功能實現(xiàn)

2.1 總體規(guī)劃依據(jù)及設(shè)計原則

隨著計算機技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，信息管理系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展已日趨完善和可靠，正逐步形成如下介紹的特點：(1)開放的系統(tǒng)技術(shù):由于各種技術(shù)標準的相繼建立，開放性已成為技術(shù)發(fā)展的方向和潮流。開放就是要求系統(tǒng)的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫資源及管理、開發(fā)工具等均建立在相關(guān)的工業(yè)標準基礎(chǔ)上，使得用戶的選擇、系統(tǒng)的擴充及維護有更多的方便。(2)分布式瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu):進入二十一世紀，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，強調(diào)以分布式方式進行信息處理的瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server)體系結(jié)構(gòu)，已成為信息處理系統(tǒng)的主流應用環(huán)境。(3)系統(tǒng)集成技術(shù):將多平臺、多系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)進行緊密集成，快速形成企業(yè)信息管理體系，是系統(tǒng)開發(fā)的一個方向。

2.2 系統(tǒng)要求概述

用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（省級平臺）的設(shè)計參考了以往人工方式和計算機方式進行業(yè)務(wù)處理的若干特點。為了在較短的時間內(nèi)達到將各項基本工作平滑切換到互聯(lián)網(wǎng)上進行的目的，大程度模擬現(xiàn)實中的業(yè)務(wù)管理流程，系統(tǒng)設(shè)立了大量的較為人性化的人機交互操作。這些交互操作在一定程度上方便了系統(tǒng)用戶之間的信息共享。

2.3 系統(tǒng)總體框架

用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（省級平臺）是一套在開放平臺上開發(fā)的、基于B/S架構(gòu)的商用軟件系統(tǒng)。以實現(xiàn)各企業(yè)日常能耗管理及各級能源管理機構(gòu)的能源監(jiān)管等功能，以提供數(shù)據(jù)報送、綜合統(tǒng)計、查詢功能為基本目標，以提高用戶工作效率為根本宗旨，為用戶提供現(xiàn)代化的信息管理技術(shù)。系統(tǒng)設(shè)計采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，以原型法為系統(tǒng)開發(fā)方法，使系統(tǒng)成為一個可定制、可擴展的開放性系統(tǒng)，并建立組織機構(gòu)、系統(tǒng)用戶和企事業(yè)單位及許可證等的數(shù)據(jù)平臺，在此基礎(chǔ)上進行流程管理、數(shù)據(jù)處理和輔助決策。

2.4 技術(shù)路線

用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（省級平臺）作為管理過程信息化、網(wǎng)絡(luò)化的典型應用，不僅要考慮實現(xiàn)當前用戶的功能需求，而應該著眼于未來的技術(shù)發(fā)展和技術(shù)更新，開發(fā)出具有如下特點的應用系統(tǒng)：(1)采用獨立的多層計算架構(gòu)，使系統(tǒng)具有廣泛的前端可訪問性；(2)采用工業(yè)標準的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)；(3)堅固的系統(tǒng)安全體系；(4)良好的擴展、再開發(fā)能力；(5)針對本系統(tǒng)的特點，我們計劃采用當前流行的B/S結(jié)構(gòu)，先進的J2EE多層模式技術(shù)體系來實現(xiàn)。 

3.用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)企業(yè)端設(shè)備平臺的架構(gòu)功能與功能實現(xiàn)

3.1 企業(yè)端設(shè)備平臺建設(shè)目標

通過對典型用能企業(yè)的用能需求進行分析，我們認為用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（企業(yè)端平臺）擬達成的建設(shè)目標如下：(1)建立和規(guī)范企業(yè)能耗數(shù)據(jù)采集方式；(2)建立數(shù)據(jù)管理的統(tǒng)一規(guī)范，將企業(yè)全廠、生產(chǎn)工序、工序單元按標準進行組織，并按時生成統(tǒng)計報表，以滿足企業(yè)自身管理和數(shù)據(jù)上報的要求；(3)強化集中管理：建立數(shù)據(jù)集中存放平臺和分支機構(gòu)遠程管理平臺，通過設(shè)計合理權(quán)限配置功能、靈活的系統(tǒng)查詢功能來集中管理各分支機構(gòu)的業(yè)務(wù)情況，可以進行實時管理和監(jiān)控不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)運行狀況。(4)加強工作協(xié)同：利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為公司總部、分支機構(gòu)和各用能部門提供協(xié)同工作界面，增進分支機構(gòu)之間的溝通，強化業(yè)務(wù)支持和工作協(xié)同。(5)規(guī)范業(yè)務(wù)流程：實現(xiàn)業(yè)務(wù)處理的流程化、規(guī)范化、電子化，幫助經(jīng)營管理者很好的控制企業(yè)管理中的環(huán)節(jié)風險。(6)降低財務(wù)風險：通過體系化建立的一系列指標，使得企業(yè)能夠及時發(fā)現(xiàn)投入、產(chǎn)出、庫存等各環(huán)節(jié)的問題，保證公司在業(yè)務(wù)增長的同時控制經(jīng)營風險，確保穩(wěn)健經(jīng)營。(7)形成實時高效的決策分析體系，通過多維度的報表系統(tǒng)，及時、準確、高效的反映公司的整體用能狀況，提高管理效率。(8)提升公司形象：利用計算機、互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)手段規(guī)范業(yè)務(wù)，展示和提升公司形象。

3.2 企業(yè)端設(shè)備平臺系統(tǒng)要求概述

用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（企業(yè)端平臺）的設(shè)計參考了以往人工方式和計算機方式進行業(yè)務(wù)處理的若干特點。為了在較短的時間內(nèi)達到將各項基本工作平滑切換到互聯(lián)網(wǎng)上進行的目的，程度模擬現(xiàn)實中的業(yè)務(wù)管理流程，系統(tǒng)設(shè)立了大量的較為人性化的人機交互操作。這些交互操作在一定程度上方便了系統(tǒng)用戶之間的信息共享。

3.3 企業(yè)端設(shè)備平臺組織機構(gòu)

用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（企業(yè)端平臺）對企業(yè)用戶和流程的管理要求系統(tǒng)必須維護一套組織機構(gòu)來管理用戶信息。并以此為基礎(chǔ)，通過人員上下級關(guān)系建立數(shù)據(jù)錄入、審批、發(fā)布等數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)路徑。組織機構(gòu)的設(shè)置可由系統(tǒng)使用者根據(jù)實際需要進行自由增減，系統(tǒng)將自動適應組織機構(gòu)的變更，且能保證這些變更不會影響歷史業(yè)務(wù)的延續(xù)和現(xiàn)有業(yè)務(wù)的展開。

圖1 組織機構(gòu)

3.4 不同行業(yè)企業(yè)的實際需求以及數(shù)據(jù)采集方法的差異性

通過我們不同企業(yè)的調(diào)研，了解到火力發(fā)電、鋼鐵（含焦化）、石油石化三個高耗能行業(yè)的一些實際情況：(1)火力發(fā)電行業(yè)：單臺機組規(guī)模在30萬千瓦以上的企業(yè)，基本都建有生產(chǎn)管理系統(tǒng)，其生產(chǎn)管理系統(tǒng)中能源相關(guān)的數(shù)據(jù)全面。我們需要采集的能源數(shù)據(jù)基本可以從企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中采集到，但一些老舊的、機組規(guī)模不大的企業(yè)這方面系統(tǒng)建設(shè)還比較薄弱，對于這類企業(yè)的數(shù)據(jù)采集工作，還需要下一定得功夫。(2)鋼鐵行業(yè)：只有少數(shù)大型鋼鐵企業(yè)建立了能源管理中心，并實現(xiàn)了能源實時調(diào)度，這類企業(yè)的系統(tǒng)中我們可直接獲取所需數(shù)據(jù)，而多數(shù)鋼鐵企業(yè)能源管理工作還比較粗放，在鋼鐵企業(yè)的數(shù)據(jù)采集方面，需花大力氣來完成采集工作。(3)石化行業(yè)：該行業(yè)中隸屬于中石化、中石油的石化企業(yè)，由于集團較為重視對各企業(yè)的能耗指標的考核，基本都建立能源信息系統(tǒng)，所需數(shù)據(jù)基本可以從信息系統(tǒng)中采集，而民營企業(yè)或中小型石化企業(yè)，在自身的能源管理系統(tǒng)建設(shè)方面還非常薄弱，這類企業(yè)也需要投入較大的精力，來獲取數(shù)據(jù)。各企業(yè)的現(xiàn)場條件是千差萬別的，有些企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施非常先進，實現(xiàn)了能源的精細化管理，本身已將能源數(shù)據(jù)實時接入到企業(yè)的管理信息系統(tǒng)中，而有些企業(yè)生產(chǎn)和能源管理還很粗放，有效計量儀表的配備率和國家要求還有較大的差距。企業(yè)數(shù)據(jù)的接入只有要考慮到各種企業(yè)的實際情況，才能具有較強可操作性。根據(jù)調(diào)研了解，企業(yè)數(shù)據(jù)的接入情況有四類：類接入，是從企業(yè)現(xiàn)有管理信息系統(tǒng)中采集，如企業(yè)的MIS，ERP系統(tǒng)。第二類接入，是從企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)中采集，如火電企業(yè)建立的SIS系統(tǒng)、鋼鐵企業(yè)的MES系統(tǒng)。第三類接入，是從企業(yè)的分布式控制系統(tǒng)，也就是各生產(chǎn)工序的DCS系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。第四類接入，是從企業(yè)現(xiàn)場計量儀表直接采集。另外，數(shù)據(jù)采集是對企業(yè)能效水平評價的關(guān)鍵性基礎(chǔ)工作，也是能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的核心。數(shù)據(jù)采集處理方面，應遵循以下幾點原則：點，采集的數(shù)據(jù)，應該滿足全面、客觀評價企業(yè)能效水平的要求。也就是要求采集數(shù)據(jù)的完整性。第二點，要保證采集數(shù)據(jù)的真實性、準確性。這就要求在線采集的數(shù)據(jù)，首先要滿足企業(yè)自身使用的要求，如果我們采集的數(shù)據(jù)企業(yè)自身都不直接使用，而是要經(jīng)過人工調(diào)整后才用于指導生產(chǎn)，那么我們的設(shè)計可能就存在問題。第三點，保證采集的數(shù)據(jù)可做到與統(tǒng)計局數(shù)據(jù)互為驗證的作用；統(tǒng)計局直報系統(tǒng)是按月填報，如要驗證統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，需要在規(guī)范設(shè)計企業(yè)總量數(shù)據(jù)層面，加入行業(yè)相關(guān)的采集項，例如回收利用能源，運輸工具能源消耗等。另外，能源采集品種也要覆蓋統(tǒng)計局所填報的能源種類。第四點，要保證數(shù)據(jù)采集口徑的一致性、數(shù)據(jù)屬性的統(tǒng)一性。也就是要保證每項數(shù)據(jù)的監(jiān)測范圍要一致，數(shù)據(jù)的名稱、單位、頻率等要統(tǒng)一。 

4.安科瑞用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)概述

多年以來，我國對于企業(yè)能耗的收集，大多采用企業(yè)定期上報耗能報表的采集方式，企業(yè)自行上報的能耗報表，往往因為企業(yè)自身經(jīng)營的需要，帶有或多或少有利于企業(yè)的傾向性特征，并非*客觀反映實際能耗。能耗管理部門也沒有其他直接有效的手段，獲取企業(yè)的實際能耗信息，因此更無法做到對不同類別耗能指標的有效分析，據(jù)此制定針對性的能耗管理政策。也無法進一步提出節(jié)能方案，有效降低能耗。

工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個集成Intranet/Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等于一體的大型數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級能耗內(nèi)部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網(wǎng)絡(luò)通道，搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應用為 管理部門、企業(yè)生產(chǎn)管理、計量管理、節(jié)能管理提高到一個新的高度，是我們對節(jié)能減排、節(jié)能降耗實現(xiàn)的一種行之有效的解決方案。

能源組成及監(jiān)測內(nèi)容：

圖2 能源組成

圖3 監(jiān)測內(nèi)容

用電類：采集采暖、鍋爐、空調(diào)、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風機、通風機等耗電設(shè)備的用電信息。主要監(jiān)測其用電量，對于大耗電設(shè)備監(jiān)測其電流、電壓及功率因數(shù)等信息。

配電類：采集6kv/10kv配電開關(guān)設(shè)備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能質(zhì)量、電能量等。

用水：自來水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等；

用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃氣表；

環(huán)境參數(shù)：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調(diào)供回水溫度；

4.2系統(tǒng)框架

圖4 系統(tǒng)框架

(1)能源消費管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以對用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質(zhì)進行定期錄入和實時采集，并將收集到的能耗數(shù)據(jù)進行整理存儲，為匯總分析和上報作數(shù)據(jù)支持。

(2)能源利用狀況信息報送系統(tǒng)

用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節(jié)能監(jiān)察中心，經(jīng)初審核后，上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊審核，而后上報國家有關(guān)部門。

(3)單位能耗水平識別評價系統(tǒng)

利用用能單位能耗數(shù)據(jù)，對企業(yè)用能狀況進行分析評價，查找問題。為 節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學的依據(jù)和平臺。

(4)決策服務(wù)和專家咨詢服務(wù)系統(tǒng)

系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢和決策支持服務(wù)。對用能企業(yè)的能耗進行科學、合理的咨詢指導，幫助用能企業(yè)做出及時、正確、可行、有效的解決方案。

(5)能耗預測、能源安全預警系統(tǒng)

通過系統(tǒng)全面掌握用能企業(yè)能源購置、使用、消耗及生產(chǎn)情況，對企業(yè)的用能情況進行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超標情況予以預警提示。

在全面獲取能源使用的基礎(chǔ)上，進行數(shù)據(jù)挖掘分析，實現(xiàn)能耗的功能，為 相關(guān)部門的宏觀決策提供支撐體系。

(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識培訓系統(tǒng)：

通過該系統(tǒng)平臺，可對省耗能企業(yè)做全面節(jié)能監(jiān)察工作；發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標準以及能源基礎(chǔ)知識、能源統(tǒng)計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。

4.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

 系統(tǒng)把數(shù)據(jù)信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，經(jīng)分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網(wǎng)站、無線終端等手段為省、市領(lǐng)導以及相關(guān)委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務(wù)。

圖5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4.4能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型

5.未來展望與結(jié)束語

5.1 未來展望

2015年開始，能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋至納入萬家企業(yè)范圍的全部用能單位，包括工業(yè)、建筑、交通等。主要內(nèi)容包括：（1）在試點經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，完成技術(shù)規(guī)范體系，形成正式的規(guī)范文件，通過國家相關(guān)部門的審核。（2）全國省級節(jié)能主管部門按照地方節(jié)點的建設(shè)要求，完成地方節(jié)點的建設(shè)，并與國家節(jié)點實現(xiàn)對接；（3）完成全部17000家用能單位的能耗數(shù)據(jù)采集工作；（4）擴大國家數(shù)據(jù)中心規(guī)模、滿足17000家企業(yè)數(shù)據(jù)的存儲和處理能力。（5）進一步完善軟件功能，使其可以對各省能源狀況，以及全國用能單位包含的行業(yè)做出統(tǒng)計、分析。

5.2 結(jié)束語

建設(shè)用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺，服務(wù)對象分為：(1）國家、省級、地市級節(jié)能主管單位，是其充分了解本地區(qū)各行業(yè)能源消耗水平，并選出能源消耗的高能耗企業(yè)與企業(yè)。對高能耗企業(yè)與企業(yè)建筑進行各項能耗分析，通過對比找出高能耗企業(yè)與企業(yè)在能源管理、設(shè)備運行等方面的差距，提出解決方案。配合國家、地方節(jié)能政策的實施，推動高能耗企業(yè)進行有針對性的節(jié)能改造，從而達到降低單位GDP能耗的宏觀目標。(2）用能單位。用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)對于企業(yè)來說，實際上搭建或升級了企業(yè)能源管理平臺。提高企業(yè)內(nèi)部的能源利用效率，提升企業(yè)的競爭力。中國經(jīng)濟步入中低速發(fā)展的階段。在上輪經(jīng)濟刺激下引發(fā)了工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)能嚴重過剩。因此，以及相關(guān)部委陸續(xù)推出了“兩化融合”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、中國版“工業(yè)4.0”等計劃，旨在推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。大力推進建設(shè)用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺，將為實現(xiàn)上述目標提供持久的助力。

【參考文獻】

[1]于辰.用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線[J]科學中國人

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊.2019.11版