浅析能耗管理系统在企业中的应用

摘要：能耗管理系统是对能源消耗的一种监控管理系统，它可以实时监测各类型能源使用的情况，自动分析各设备的能耗、能效情况并给出合理建议，从而进一步对设备进行优化，以实现企业对能源使用的较好配置，确保所有设备处于高效、节能、减排的运行状态。
关键词：能源管理 能耗采集 能耗分析 用能监测
1 能耗管理系统应用背景
1.1 能源管理概述
      能源的消耗是持续的，没有规划地任意使用是不可取的，随着我国经济的发展和环境资源压力越来越大，节能减排形势严峻，在中国，持续高速的经济增长的同时也引发了能源供应危机等问题。节能减排、低碳环保不再只是一个社会的热点话题，更是我们未来的必经之路。认真贯彻落实党的十九大精神，要求加快推进节能降耗，加快实施清洁生产，加快资源循环利用，向节约、清洁、低碳、高效生产方式转变，实施节约与开发并举、把节约放在前位的能源发展战略。
     一个企业建设能耗管理系统不仅能够满足公司对能源管理的需求，而且能够随企业的持续发展而拓展。利用该系统能够有效降低企业因能源消耗数据统计、表单维护以及报表、数据处理而产生的费用，通过对监测数据进行在线分析，帮助企业进行能源消耗的实时监测、准确统计和详细预测，*终为企业节能降耗和自我完善提供确凿的数据基础和有力的决策支持。
1.2 企业现状分析
    能耗数据信息是企业的重要能耗点和关键指标，多数企业并没有充分运用信息化集中管理手段，采集某个车间或设备的能耗信息，没有该信息就无法在生产过程中准确分析能量消耗情况和成本情况，造成了能耗在生产过程中没有起到关键作用和指导作用。大多数企业仍然使用的老式仪表并没有预留数据通信接口，仪表无法形成网络连接，能耗等信息的采集主要靠传统的人工抄表进行数据记录，工作强度大，人工易出错造成数据不准确，数据无法通过结构化存储，无法在企业内部通过信息化系统之间共享。
1.3 企业管理需求
1.3.1 用电监控
     能耗管理系统主要目标之一是采集与监测用电信息，建立企业的能耗数据中心，为企业的精细化运营、生产成本的降低提供数据管理平台：通过实时、准确采集电力数据，解决原人工完成的电力数据采集任务；通过数据分析及时发现电力能耗问题，通过能耗总量走势分析、电总能耗的偏差分析、电能耗按设备或区域进行对比、环比分析等，为企业生产运营提供有力的决策数据；实现设备的智能化用电，提高电能利用率，达到节能效果；对重点工作流程的电能耗指标、单位产品能耗指标等进行监控，对规定的节能目标设置警戒线，对未达目标的指标进行自动告警、动态监测及在生产过程中的实时监测；
1.3.2 用水监控
      可以在厂区地图上按照区域监控各个厂区、车间的工业用水、生活用水、绿化用水等实时数据。实时显示用水计划情况，有效监督整个厂区用水管理。
1.3.3 用气监控
     可以实现对整个厂区的天然气、压缩空气、高温蒸汽等气体能耗进行实时监控和使用安全进行集中管理，达到有效避免浪费及规范操作的目的。
1.3.4 能耗分析
     能源成本分析和账单管理；能源消耗统计台账与报表。
1.4 解决思路
     通过对原有水、电、气表进行替换，改用具有通讯远传功能的智能监测仪表，采集检测数据后，上传至通讯管理服务器，能耗管理系统对能耗使用情况进行分析与呈现。
1.5 能耗管理系统基本功能
1.5.1 在线监测：
实时查看各监测点的多种能耗指标，包括电压、电流、负荷、电量，用水流量、用气流量等。
1.5.2 统计分析：
      从费用、能耗、指标三部分出发，分为日、月、年三大模块，并通过能源消耗轨迹图、表格等多种形式，反映用能设备的能源消耗情况。且便于操作、查看历史数据。
1.5.3 数据分析比较
单台用能设备不同时间段内的能耗指标差异的比较，及同一时间段内同类能源设备的能耗指标差异的比较，指导用户进行能耗使用的管理。
1.5.4 分析结果展现形式：
     能耗管理系统可在服务器界面展示，也可通过 APP 或 微信服务号展示相关信息，用户可随时时了解配电室现场运行情况、水、气能源消耗情况。平台同时具有故障及时报警、信息推送等功能。
2 能耗管理系统方案设计
2.1 设计目标
      能耗管理系统是应用物联网技术结合现代合理用能管理思想为企业构建的信息系统，其目标是让企业通过智能化能耗管理系统科学用能，实现“安全、可靠、经济、高效、洁净”的用能目标和用能管理的“可视化”。
      通过用能管理的“可视化”运用，帮助企业改变用能方式、提升用能效率、优化资源配置及改善用能环境，*终实现：减少能源消耗，降低用能成本。
     能耗管理系统包括能效管理应用层、网络通讯层、现场设备层。
     能效管理应用层：完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权使用、权限分级控制等；并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。
      网络通讯层：现场采用RS485、以太网、5G、WIFI等传输方式，将区域内的能源采集模块连接至相对的通讯管理机，各通讯管理机通过网络连接至中央服务器。
     现场设备层：现场设备层负责电、水、气参数的采集和上传。现场设备层有多功能电力仪表、多功能电能表、水、气能等采集装置组成。
2.2 结构设计
2.2.1系统结构
     能耗管理系统包括能效管理应用层、网络通讯层、现场设备层。
     能效管理应用层：完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权使用、权限分级控制等；并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。
      网络通讯层：现场采用RS485、以太网、5G、WIFI等传输方式，将区域内的能源采集模块连接至相对的通讯管理机，各通讯管理机通过网络连接至中央服务器。
      现场设备层：现场设备层负责电、水、气参数的采集和上传。现场设备层有多功能电力仪表、多功能电能表、水、气能等采集装置组成。

能耗管理系统示意图
2.2.2功能结构
     数据采集结构
     收集分布在企业配网中的能耗数据，如将电压、电流的模拟信号转换成数字信号，将电能数据传输到数据主站；主要设备有多功能电力仪表、485通信服务器、485 通信网络、5G通信网络等，系统将各种传感器互联成网络与主站系统连接。
      数据中心结构
      包括数据主站系统、数据库系统和数据处理系统与信息发布系统：
      数据主站系统: 接收企业传感器采集的数据进行解析及存储，同时向企业传感器发布指令，请求所需要的数据;
      数据库系统：存储企业能耗指标数据和数据处理系统的处理结果;
     数据处理系统：完成企业能耗数据加工。系统包括应用服务器、数据分析模型、信息展示模型、智能用电模型等;
     信息发布系统：将企业管理信息发布到 Web 服务器，企业通过登陆互联网获取电能管理信息。系统包括 Web 服务器、Web 应用、信息安全系统等。
3 能耗管理系统具体实现分析
3.1 系统概述
     能耗管理系统是采用先进的智能化集成技术，基于B／S架构的能源管理平台，该平台采集各个能耗监测点的能耗和运行信息，形成能耗的分类、分项、分区域统计分析，对能源的统一调度、优化能源介质平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低企业综合能耗和提高劳动生产率有重要作用，帮助客户更优化的使用能源，从而实现“节能管理、绿色能效”。
3.2平台架构
      能耗管理系统采用B／S多层结构。在B／S模式中，客户端运行标准的浏览器软件，通过HTTP协议向Web 服务器提出页面访问请求，页面执行相应的逻辑程序（一般通过组件访问数据库），Web服务器再将页面程序执行返回的结果进行转化，转变成HTML文档形式转发给客户端浏览器。信息发布系统：将企业管理信息发布到Web服务器，企业通过登陆互联网获取电能管理信息。系统包括Web服务系统采用三层体系结构，可以满足用户个性化需求以及系统安全性等方面的需要；同时保持系统核心架构的稳定性，从而可以保证定制系统的质量、稳定性、开发周期和开发成本等方面的要求。
      能耗管理系统包括能效管理应用层、网络通讯层、现场设备层。
3.3 系统功能介绍
     （1）用户登录认证功能。系统可采用用户名和登陆密码认证登录，进入主界面后会自动弹出新增告警信息，提醒值班及运维人员及时查看和处理。
   （2）能源看板功能。通过能流图形象的将该企业各部门主要设备用能情况展示出来。
   （3）能源监控功能。能源监控展示的实时数据和历史数据，通过数字表格或图形曲线的方式将数据形象的展示出来。
   （4）能源统计功能。能耗统计包括分项能耗、部门能耗和能耗排名这三部分，将企业中各部门及各监测点实际用能情况，通过不同的展示方式展示出来。
   （5）能耗分析功能。能耗分析包括企业用能分析、部门综合能耗、设备用能分析和指标综合分析这四类，将企业中各部门及各监测点实际用能情况，通过不同的分析方式展现出来。
   （6）报表功能。报表功能分为日报表、月报表和年报表。通过多样化的报表服务满足生产现场的多种多样需求。报表设有打印功能，可定时自动打印或触发条件打印，并可导出到excel 表格中，显著减少抄表工作的人力成本，提高用户的经济效益。
     （7）告警功能。可设置和提示设备的能耗等告警信息。
     （8）APP或微信功能。通过APP或微信服务号及时了解设备现场运行情况、能源消耗情况、实现故障及时报警，信息推送等功能。
3.4 网络传输方案
    采用嵌入式低功耗ARM核心的工业级嵌入式智能网关，作为站端监控系统的核心，解决各类现场设备接入、数据传输和协议转换问题，提供完整的协议层解决方案，支持各种常见电力系统通信规约，可定制私有协议，同时具有事件处理功能。 支持数据冻结和阶段性存储。支持向云平台的数据传输，并可接收云平台的指令实现就地控制、自动巡检等功能，支持远程系统升级。
3.5 服务器部署方案
      选用一台应用服务器和一台数据库服务器，实现业务和数据分离的架构，服务器部署在企业内部，企业内需要有互联网连接，可将系统访问接口发布于互联网，便于后期的数据访问。
4 系统实现目标
    （1）实现对企业所使用的各种能源进行全面计量，对企业的水、气、电能耗数据实现远程抄表，能耗数据界面化，对比分析能耗报表，实施监控和考核。杜绝跑、冒、滴、漏现象的发生，分析比较能耗历史数据，为节能技改提供科学依据。
    （2）通过手机APP或网页，生产企业可以通过能源消耗监测及大数据分析云计算中心对生产的设备进行远程加解密、设备故障报警。
    （3）通过采集与监测能耗信息，建立企业的能耗数据中心，为企业的精细化运营、生产成本的降低提供数据支撑。
    （4）减少值班人员工作强度，避免人工抄表的数据不准确因素，提高事故的反应速度及解决效率。
    （5）通过数据分析及时发现能耗问题，通过能耗总量走势分析、能耗的偏差分析，能耗按设备或区域进行对比、环比分析等，为公司生产运营提供有力的决策数据；提高能源利用率，达到节能效果。
5 Acrel-EIOT能源物联网云平台
5.1概述
     Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。 用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。
     该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。
5.2应用场所
     本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。
5.3平台结构

5.4平台功能
电力集抄
     电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设 备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图
能耗分析
      能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动 化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析 与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提 升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

预付费管理
        1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；
        2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；
        3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；
        4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；
        5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；
        6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板
充电桩管理
      通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

充电桩看板
智能照明
     智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面
安全用电
      安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。
智慧消防
      通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。
5.5系统硬件配置






6 结束语       
      该系统在实时监测各种类型能源的能耗，通过相同设备能效指标对比，及时发现低能效设备，进而对设备进行优化，提高设备性能；通过对运行参数监测，让所有设备节能高效地运行，以实现企业对能源使用的配置，*终实现企业节能、减排的目的。
参考文献
1 唐昱佳.基于物联网的能耗管理系统设计计算机应用与软件.2011（12）
2 李莉.浅谈能源管理在节能降耗中的作用.中国能源，2002年
3 姜萍.能源计量在节能减排中的应用.低碳世界.2017
4吉朝辉，周轶.浅谈能源管理系统在企业中的应用
5 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版