浅谈重点用能单位能耗在线监测系统企业端平台架构与功能实现

关键词：能耗；在线监测；技术路线
 
1.建设重点用能单位能耗在线监测系统的必要性
中国经过改革开放几十年的快速发展，已经成为一个世界级的能源生产大国和消费大国，据统计，2014年我国能源消耗总量为37.6亿吨标煤，占世界总能耗的22%，而我国单位GDP能耗却是世界平均水平的两倍，与美国、日本等发达国家甚至达到3-5倍，较低的能效水平，与我国所处的发展阶段和国际产业分工格局有关，但也反映了我国发展方式仍相对粗放、能耗和排放缺乏约束，通过技改推进节能减排的空间还比较大。2014年11月，中美双方在北京发布应对气候变化的联合声明，中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰，并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。由此可见中国对节能减排工作的力度将持续加大，重点用能单位在线监测系统可以进一步提供企业能耗的实际情况，便于国家做出相应的节能减排目标和措施，因此该项目的实施势在必行。为实现国家制定的节能目标，必须以能源数据为基础和依据，提升节能数据收集、分析基础能力建设，协助政府部门及时掌握节能形势，随时跟踪目标完成进度，开展预测预警，及时研究制定相关政策措施，增强宏观调控的针对性和主动性。因此，建设重点用能单位能耗在线监测系统，是国务院适应节能减排形势做出的重要决策。重点用能单位能耗在线监测系统是对全国年用能量在10000吨标煤以上的企业按装能耗监测企业端设备，并实现企业用能主要指标数据到国家数据接收服务器的及时上传，再由平台软件支持进行宏观能耗分析的一套在线信息化系统。 
2.重点用能单位能耗在线监测系统省级平台的架构与功能实现
2.1 总体规划依据及设计原则
随着计算机技术及相关技术的快速发展，信息管理系统技术发展已日趋完善和可靠，正逐步形成如下介绍的特点：(1)开放的系统技术:由于各种技术标准的相继建立，开放性已成为技术发展的方向和潮流。开放就是要求系统的操作系统、网络环境、数据库资源及管理、开发工具等均建立在相关的工业标准基础上，使得用户的选择、系统的扩充及维护有更多的方便。(2)分布式浏览器/服务器（B/S）结构:进入二十一世纪，以网络技术为基础，强调以分布式方式进行信息处理的浏览器/服务器（Browser/Server)体系结构，已成为信息处理系统的主流应用环境。(3)系统集成技术:将多平台、多系统互联技术进行紧密集成，快速形成企业信息管理体系，是系统开发的一个方向。
2.2 系统要求概述
重点用能单位能耗在线监测系统（省级平台）的设计参考了以往人工方式和计算机方式进行业务处理的若干特点。为了在较短的时间内达到将各项基本工作平滑切换到互联网上进行的目的，大程度模拟现实中的业务管理流程，系统设立了大量的较为人性化的人机交互操作。这些交互操作在一定程度上方便了系统用户之间的信息共享。
2.3 系统总体框架
重点用能单位能耗在线监测系统（省级平台）是一套在开放平台上开发的、基于B/S架构的商用软件系统。以实现各企业日常能耗管理及各级能源管理机构的能源监管等功能，以提供数据报送、综合统计、查询功能为基本目标，以提高用户工作效率为根本宗旨，为用户提供现代化的信息管理技术。系统设计采用面向对象的设计思想，以原型法为系统开发方法，使系统成为一个可定制、可扩展的开放性系统，并建立组织机构、系统用户和企事业单位及许可证等的数据平台，在此基础上进行流程管理、数据处理和辅助决策。
2.4 技术路线
重点用能单位能耗在线监测系统（省级平台）作为管理过程信息化、网络化的典型应用，不仅要考虑实现当前用户的功能需求，而应该着眼于未来的技术发展和技术更新，开发出具有如下特点的应用系统：(1)采用平台独立的多层计算架构，使系统具有广泛的前端可访问性；(2)采用工业标准的数据访问技术；(3)坚固的系统安全体系；(4)良好的扩展、再开发能力；(5)针对本系统的特点，我们计划采用当前流行的B/S结构，先进的J2EE多层模式技术体系来实现。 
3.重点用能单位能耗在线监测系统企业端设备平台的架构功能与功能实现
3.1 企业端设备平台建设目标
通过对典型用能企业的用能需求进行分析，我们认为重点用能单位能耗在线监测系统（企业端平台）拟达成的建设目标如下：(1)建立和规范企业能耗数据采集方式；(2)建立数据管理的统一规范，将企业全厂、生产工序、工序单元按标准进行组织，并按时生成统计报表，以满足企业自身管理和数据上报的要求；(3)强化集中管理：建立数据集中存放平台和分支机构远程管理平台，通过设计合理权限配置功能、灵活的系统查询功能来集中管理各分支机构的业务情况，可以进行实时管理和监控不同业务环节的业务运行状况。(4)加强工作协同：利用网络环境，为公司总部、分支机构和各用能部门提供协同工作界面，增进分支机构之间的沟通，强化业务支持和工作协同。(5)规范业务流程：实现业务处理的流程化、规范化、电子化，帮助经营管理者很好的控制企业管理中的环节风险。(6)降低财务风险：通过体系化建立的一系列指标，使得企业能够及时发现投入、产出、库存等各环节的问题，保证公司在业务增长的同时控制经营风险，确保稳健经营。(7)形成实时高效的决策分析体系，通过多维度的报表系统，及时、准确、高效的反映公司的整体用能状况，提高管理效率。(8)提升公司形象：利用计算机、互联网等新技术手段规范业务，展示和提升公司形象。
3.2 企业端设备平台系统要求概述
重点用能单位能耗在线监测系统（企业端平台）的设计参考了以往人工方式和计算机方式进行业务处理的若干特点。为了在较短的时间内达到将各项基本工作平滑切换到互联网上进行的目的，程度模拟现实中的业务管理流程，系统设立了大量的较为人性化的人机交互操作。这些交互操作在一定程度上方便了系统用户之间的信息共享。
3.3 企业端设备平台组织机构
重点用能单位能耗在线监测系统（企业端平台）对企业用户和流程的管理要求系统必须维护一套组织机构来管理用户信息。并以此为基础，通过人员上下级关系建立数据录入、审批、发布等数据流转路径。组织机构的设置可由系统使用者根据实际需要进行自由增减，系统将自动适应组织机构的变更，且能保证这些变更不会影响历史业务的延续和现有业务的展开。 3.4 不同行业企业的实际需求以及数据采集方法的差异性
通过我们不同企业的调研，了解到火力发电、钢铁（含焦化）、石油石化三个高耗能行业的一些实际情况：(1)火力发电行业：单台机组规模在30万千瓦以上的企业，基本都建有生产管理系统，其生产管理系统中能源相关的数据全面。我们需要采集的能源数据基本可以从企业生产管理系统中采集到，但一些老旧的、机组规模不大的企业这方面系统建设还比较薄弱，对于这类企业的数据采集工作，还需要下一定得功夫。(2)钢铁行业：只有少数大型钢铁企业建立了能源管理中心，并实现了能源实时调度，这类企业的系统中我们可直接获取所需数据，而多数钢铁企业能源管理工作还比较粗放，在钢铁企业的数据采集方面，需花大力气来完成采集工作。(3)石化行业：该行业中隶属于中石化、中石油的石化企业，由于集团较为重视对各企业的能耗指标的考核，基本都建立能源信息系统，所需数据基本可以从信息系统中采集，而民营企业或中小型石化企业，在自身的能源管理系统建设方面还非常薄弱，这类企业也需要投入较大的精力，来获取数据。各企业的现场条件是千差万别的，有些企业生产设施非常先进，实现了能源的精细化管理，本身已将能源数据实时接入到企业的管理信息系统中，而有些企业生产和能源管理还很粗放，有效计量仪表的配备率和国家要求还有较大的差距。企业数据的接入只有要考虑到各种企业的实际情况，才能具有较强可操作性。根据调研了解，企业数据的接入情况有四类：一类接入，是从企业现有管理信息系统中采集，如企业的MIS，ERP系统。第二类接入，是从企业生产监控管理系统中采集，如火电企业建立的SIS系统、钢铁企业的MES系统。第三类接入，是从企业的分布式控制系统，也就是各生产工序的DCS系统采集数据。第四类接入，是从企业现场计量仪表直接采集。另外，数据采集是对企业能效水平评价的关键性基础工作，也是能耗在线监测系统建设的核心。数据采集处理方面，应遵循以下几点原则：一点，采集的数据，应该满足全面、客观评价企业能效水平的要求。也就是要求采集数据的完整性。第二点，要保证采集数据的真实性、准确性。这就要求在线采集的数据，首先要满足企业自身使用的要求，如果我们采集的数据企业自身都不直接使用，而是要经过人工调整后才用于指导生产，那么我们的设计可能就存在问题。第三点，保证采集的数据可做到与统计局数据互为验证的作用；统计局直报系统是按月填报，如要验证统计局数据，需要在规范设计企业总量数据层面，加入行业相关的采集项，例如回收利用能源，运输工具能源消耗等。另外，能源采集品种也要覆盖统计局所填报的能源种类。第四点，要保证数据采集口径的一致性、数据属性的统一性。也就是要保证每项数据的监测范围要一致，数据的名称、单位、频率等要统一。 
4.安科瑞重点用能单位能耗在线监测系统
4.1系统概述
多年以来，我国对于企业能耗的收集，大多采用企业定期上报耗能报表的采集方式，企业自行上报的能耗报表，往往因为企业自身经营的需要，带有或多或少有利于企业的倾向性特征，并非完全客观反映实际能耗。能耗管理部门也没有其他直接有效的手段，获取重点企业的实际能耗信息，因此更无法做到对不同类别耗能指标的有效分析，据此制定针对性的能耗管理政策。也无法进一步提出节能方案，有效降低能耗。
工业能耗在线监测系统是一个集成Intranet/Internet网络技术、GPRS无线传输技术、Web Service软件技术、数据库技术等于一体的大型数据综合管理系统。系统为管理者、各级能耗内部用户、浏览者提供了一个访问的网络通道，搭建了一个合理、高效的信息传输平台和管理平台。工业能耗在线监测系统的开发应用为政府管理部门、企业生产管理、计量管理、节能管理提高到一个新的高度，是我们对节能减排、节能降耗实现的一种行之有效的解决方案。
能源组成及监测内容：    
用电类：采集采暖、锅炉、空调、制冷、照明、办公、电梯、水泵、风机、通风机等耗电设备的用电信息。主要监测其用电量，对于大耗电设备监测其电流、电压及功率因数等信息。
配电类：采集6kv/10kv配电开关设备、变压器，状态信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能质量、电能量等。
用水：自来水和蒸汽；采集具有485通讯功能的智能热量表、蒸汽流量计、水表等；
用气：煤气、天然气；采集具有485通讯功能燃气表；
环境参数：采集具有485通讯功能的温度/湿度计；采暖空调供回水温度；
4.2系统框架  
(1)能源消费管理系统：该系统可以对重点用能企业煤、电、油、气、热、水等能源和耗能工质进行定期录入和实时采集，并将收集到的能耗数据进行整理存储，为汇总分析和上报作数据支持。
(2)能源利用状况信息报送系统
重点用能企业可通过该系统将企业本年度的《能源利用状况报告》，报送至市节能监察中心，经初审核后，上传至省节能监察总队审核，而后上报国家有关部门。
(3)单位能耗水平识别评价系统
利用重点用能单位能耗数据，对企业用能状况进行分析评价，查找问题。为政府节能管理部门掌握、分析信息和研究节能改造并制定相关政策措施提供科学的依据和平台。
(4)决策服务和专家咨询服务系统
系统提供直观、简明、快捷的数据信息查询和决策支持服务。对重点用能企业的能耗进行科学、合理的咨询指导，帮助重点用能企业做出及时、正确、可行、有效的解决方案。
(5)能耗预测、能源安全预警系统
通过系统全面掌握重点用能企业能源购置、使用、消耗及生产情况，对企业的用能情况进行综合的评判和分析，对比同期值和限定值，对能耗超标情况予以预警提示。
在全面获取能源使用的基础上，进行数据挖掘分析，实现能耗的预测分析功能，为政府相关部门的宏观决策提供支撑体系。
(6)节能监察及信息发布、法律法规知识培训系统：
通过该系统平台，可对省重点耗能企业做全面节能监察工作；发布节能法律法规标准以及能源基础知识、能源统计知识、节能监测方法等资料；处理日常节能管理工作相关的公文、通知、公告等。
4.3系统网络结构
 系统把数据信息从各个企业的能源监控中心采集到后台的数据库系统，经分析与处理，提供分析预测和预警功能。同时通过门户网站、无线终端等手段为省、市领导以及相关委办局提供了多方位、可视化的便捷服务。 4.4能耗监测系统产品选型

应用场景	型号	主要功能
高压重要回路 或低压进线柜	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
低压联络柜、出线柜	AEM96	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
动力柜	ACR120EL	LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量；RS485/Modbus；可选复费率电能统计、需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议
	DTSD1352	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
照明箱	DTSD1352	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
	DDSD1352	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；红外及RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；可选配复费率
	DDS1352	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；尺寸：1P
给水管道	水表	计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据
燃气管道	燃气表	计量流经燃气管道用气的体积总量，具有阀控功能，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据，计量精度高，无需外部供电。
集中供冷供热	冷热表	测量和显示用户的暖气供热量、中央空调的供冷量，由流量传感器、微处理器和配对温度传感器组成。温度传感器断路、短路时自动报警，电压低或收到攻击破坏时自动报警。通过RS485总线直接输出表盘数据，计量精度高。

 
5.未来展望与结束语
5.1 未来展望
2015年开始，能耗在线监测系统覆盖至纳入万家企业范围的全部重点用能单位，包括工业、建筑、交通等。主要内容包括：（1）在试点经验的基础上，完成技术规范体系，形成正式的规范文件，通过国家相关部门的审核。（2）全国省级节能主管部门按照地方节点的建设要求，完成地方节点的建设，并与国家节点实现对接；（3）完成全部17000家重点用能单位的能耗数据采集工作；（4）扩大国家数据中心规模、满足17000家企业数据的存储和处理能力。（5）进一步完善软件功能，使其可以对各省能源状况，以及全国重点用能单位包含的行业做出统计、分析。
5.2 结束语
建设重点用能单位能耗在线监测系统平台，服务对象分为：(1）国家、省级、地市级节能主管单位，是其充分了解本地区各重点行业能源消耗水平，并选出能源消耗的高能耗企业与*企业。对高能耗企业与企业建筑进行各项能耗分析，通过对比找出高能耗企业与*企业在能源管理、设备运行等方面的差距，提出解决方案。配合国家、地方节能政策的实施，推动高能耗企业进行有针对性的节能改造，从而达到降低单位GDP能耗的宏观目标。(2）重点用能单位。重点用能单位能耗在线监测系统对于企业来说，实际上搭建或升级了企业能源管理平台。提高企业内部的能源利用效率，提升企业的竞争力。中国经济步入中低速发展的阶段。在上轮经济刺激下引发了工业领域的产能严重过剩。因此，国务院以及相关部委陆续推出了“两化融合”、“互联网+”、中国版“工业4.0”等计划，旨在推动工业转型升级、经济结构调整和发展方式转变。大力推进建设重点用能单位能耗在线监测系统平台，将为实现上述目标提供持久的助力。
 
【参考文献】
[1]于辰.重点用能单位能耗在线监测系统建设技术路线[J]科学中国人
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版
 
作者简介：王蒙蒙，现就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为重点用能单位能耗在线监测。