安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

 

摘要：本文以典型工業(yè)城市為主要實(shí)施目標(biāo)，通過(guò)分析其重點(diǎn)用能企業(yè)用能情況，建設(shè)重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)應(yīng)用到齊齊哈爾市。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分利用了互聯(lián)網(wǎng) +、大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)建模等技術(shù)，建立了統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái)，并取得了顯著的效益。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，表明重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在能源管理中起到促進(jìn)作用，有效提高能源管理水平。

關(guān)鍵詞：能源管理；節(jié)能降耗

 

1引言

       近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程明顯加快，消費(fèi)結(jié)構(gòu)快速升級(jí)，對(duì)能源需求依然旺盛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與資源環(huán)境保護(hù)之間的矛盾突出，提高能源使用率，在環(huán)境友好的情況下進(jìn)行社會(huì)發(fā)展已成為國(guó)家策略和社會(huì)共識(shí)。

       按照國(guó)家“十三五”發(fā)展規(guī)劃，到2020年，國(guó)內(nèi)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2015年下降15%，能源消費(fèi)總量控制在50億tce以?xún)?nèi)，雖然我國(guó)在環(huán)境保護(hù)方面取得了巨大成就，單位能耗保持持續(xù)降低的態(tài)勢(shì)，但與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家相比差距較大，節(jié)能減排工作仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。

       雖然節(jié)能形勢(shì)嚴(yán)峻，但也迎來(lái)難得的歷史發(fā)展機(jī)遇。一是由于開(kāi)展了大量的社會(huì)宣傳與科學(xué)普及活動(dòng)，使得企業(yè)和個(gè)人的節(jié)能環(huán)保意識(shí)不斷提高；二是國(guó)家的政策導(dǎo)向，使得企業(yè)不斷加大調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)力度，并突出科技**能力在其中的作用。在這樣的政策與社會(huì)環(huán)境下，為進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)能減排創(chuàng)造了有利條件。

 

2 解決方案

       工業(yè)化城市能源消耗較大，是目前節(jié)能領(lǐng)域重點(diǎn)管控對(duì)象。為此針對(duì)典型工業(yè)城市的能耗現(xiàn)狀，需要開(kāi)發(fā)重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，主要從以下三個(gè)層面解決當(dāng)前能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的問(wèn)題。

 

2.1?數(shù)據(jù)采集層面

       企業(yè)能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集采取逐步推進(jìn)的建設(shè)方式，逐步完善工業(yè)企業(yè)的實(shí)時(shí)采集對(duì)象，推進(jìn)主要能源計(jì)量器具的智能化覆蓋，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集。

       采用IEEE1888泛在綠色控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，完成對(duì)工業(yè)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò) Internet網(wǎng)絡(luò)、GPRS/3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等方式，以壓縮加密方式，傳輸?shù)侥芎脑诰€(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，同時(shí)具備斷點(diǎn)續(xù)傳功能，保證企業(yè)采集能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性。為此，在企業(yè)內(nèi)部采用二級(jí)采集方式：數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)直接面向各級(jí)生產(chǎn)系統(tǒng)，然后再通過(guò)企業(yè)端設(shè)備向上傳輸?shù)缴霞?jí)系統(tǒng)（市級(jí)平臺(tái)，見(jiàn)圖 1）。

 

圖1 數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)鋱D

2.2?數(shù)學(xué)分析層面

       運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及數(shù)據(jù)建模技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行支撐，解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、運(yùn)算邏輯復(fù)雜、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等問(wèn)題。系統(tǒng)數(shù)據(jù)量巨大，首先要解決好存儲(chǔ)問(wèn)題，然后是查詢(xún)、檢索以及加工（處理）問(wèn)題，因此，系統(tǒng)包含一系列面向大數(shù)據(jù)處理的工具和方法。通過(guò)大數(shù)據(jù)研發(fā)，可以將其發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題規(guī)律應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域，通過(guò)解決海量數(shù)據(jù)處理問(wèn)題促進(jìn)其突破性發(fā)展；另外云計(jì)算技術(shù)也將改變信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)環(huán)境，無(wú)論是基礎(chǔ)設(shè)施、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造，還是軟件都會(huì)發(fā)生巨大的變化。

 

2.3?統(tǒng)一平臺(tái)層面

       通過(guò)重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以工業(yè)能耗為重點(diǎn)，納入建筑、交通、公共機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享，為全市節(jié)能減排工作整體規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，提高齊齊哈爾市各職能部門(mén)的辦公效率，降低監(jiān)管成本，同時(shí)把分析數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)接口的方式，按需提供給協(xié)同辦公部門(mén)，打破數(shù)據(jù)孤島壁壘。

       基于以上研究及探討，開(kāi)發(fā)出了面向典型工業(yè)城市的重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

       系統(tǒng)基于管控一體化信息平臺(tái)，采用分布式部署方式。在整體需求的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能及核心數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，以期達(dá)到結(jié)構(gòu)清晰和易于擴(kuò)展。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，遵循實(shí)用可行、適用易用、**可靠、先進(jìn)成熟、可擴(kuò)展、可移植的原則，以保證項(xiàng)目能夠**、穩(wěn)定、有效的運(yùn)行，同時(shí)也能滿(mǎn)足未來(lái) 5年甚至15年的系統(tǒng)擴(kuò)展需求。

       在系統(tǒng)功能方面，采用微服務(wù)的方式，設(shè)計(jì)了工業(yè)領(lǐng)域能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)管、工業(yè)領(lǐng)域能耗水平識(shí)別評(píng)價(jià)、重點(diǎn)用能企業(yè)能效對(duì)標(biāo)分析、重點(diǎn)用能企業(yè)節(jié)能分析及考核、城市能源預(yù)測(cè)及預(yù)警以及決策支持及專(zhuān)家智能等系統(tǒng)功能，同時(shí)提供了報(bào)表分析工具、計(jì)算引擎工具、模型分析工具等十多種支持工具，方便對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析。

       齊齊哈爾市是一個(gè)典型的工業(yè)城市，重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在齊齊哈爾市的實(shí)施具有代表性，本文將以該市為例進(jìn)行說(shuō)明。

 

3 重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)城市中的應(yīng)用

       齊齊哈爾市是“一五”期間國(guó)家投資興建起來(lái)的重工業(yè)基地，是典型的一市多鎮(zhèn)工業(yè)城市。工業(yè)能源消費(fèi)量的持續(xù)增長(zhǎng)，給該市的能源管理帶來(lái)了巨大的壓力及挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的能源監(jiān)測(cè)手段已經(jīng)不能滿(mǎn)足能源精細(xì)化管理的需求，需要引入新的能源監(jiān)控平臺(tái)及管理手段，而重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在齊齊哈爾市的應(yīng)用中達(dá)到了預(yù)期的效果。

 

3.1?系統(tǒng)調(diào)研

       由能源管理專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研，詳細(xì)了解齊齊哈爾市能源管理現(xiàn)狀，在調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該市在能源管理過(guò)程中存在以下特點(diǎn)：

（1）工業(yè)領(lǐng)域能源消耗量高且呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，耗能相對(duì)集中，管理難度大

       2016年全市能源消耗量857.1萬(wàn)tce，其中規(guī)模以上工業(yè)綜合能源消費(fèi)量為510.85萬(wàn)tce，占比 59.6%；電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)能耗240.1萬(wàn)tce，占規(guī)模以上能耗比重為46.98%，耗能集中度較為明顯。僅靠各企業(yè)上報(bào)的能耗數(shù)據(jù)，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足能源精細(xì)化管理的需求，管理難度大。

（2）缺乏及時(shí)有效的數(shù)據(jù)及分析工具，管理手段單一

       數(shù)據(jù)獲取滯后，已不能反映當(dāng)前能源消耗和節(jié)能的狀況，而能效分析、節(jié)能監(jiān)察、能源宏觀(guān)決策等對(duì)能源信息有較高的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)需求，缺乏時(shí)效性的數(shù)據(jù)難以滿(mǎn)足要求。數(shù)據(jù)覆蓋面窄，不能形成完整統(tǒng)一的數(shù)據(jù)體系，無(wú)法**反映能源消費(fèi)的情況。缺乏有效的數(shù)據(jù)分析模型和預(yù)測(cè)工具，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析處理的手段不足，缺乏預(yù)測(cè)和預(yù)警的信息支撐，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源管理決策的支持力度較弱。

（3）存在信息孤島，未能實(shí)現(xiàn)信息共享

       全市能源計(jì)量信息、企業(yè)能源消耗信息、節(jié)能監(jiān)察和監(jiān)測(cè)相關(guān)信息等相互獨(dú)立，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)資源共享，沒(méi)有積累長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，數(shù)據(jù)信息的價(jià)值沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，缺乏對(duì)城市節(jié)能綜合管理的支撐作用。

 

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)施

       針對(duì)調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì)“齊齊哈爾市重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)”的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)調(diào)整和優(yōu)化，以工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集為起點(diǎn)，向上依次包括數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、支撐平臺(tái)層、應(yīng)用層和展示層，清晰的層次結(jié)構(gòu)既滿(mǎn)足了項(xiàng)目的需求，又保證了后續(xù)的擴(kuò)展性。

 

圖 2 能源在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

 

3.3項(xiàng)目培訓(xùn)及交付和運(yùn)維

       項(xiàng)目建成以后形成項(xiàng)目驗(yàn)收文檔，并交付專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收內(nèi)容包括項(xiàng)目過(guò)程文檔、系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔、系統(tǒng)測(cè)試文檔等。項(xiàng)目驗(yàn)收之后轉(zhuǎn)入后期運(yùn)維及技術(shù)工作，此時(shí)運(yùn)維團(tuán)隊(duì)介入，新的服務(wù)模式開(kāi)啟。

依托于完整的運(yùn)維體系，實(shí)現(xiàn)7×24h不間斷的服務(wù)，系統(tǒng)問(wèn)題15min內(nèi)響應(yīng)，2h出具解決方案的服務(wù)模式，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決系統(tǒng)問(wèn)題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；運(yùn)維全流程狀態(tài)可視，便于管理者及時(shí)跟進(jìn)。

 

4安科瑞工業(yè)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹（含元件選型）

4.1系統(tǒng)概述

       多年以來(lái)，我國(guó)對(duì)于企業(yè)能耗的收集，大多采用企業(yè)定期上報(bào)耗能報(bào)表的采集方式，企業(yè)自行上報(bào)的能耗報(bào)表，往往因?yàn)槠髽I(yè)自身經(jīng)營(yíng)的需要，帶有或多或少有利于企業(yè)的傾向性特征，并非完全客觀(guān)反映實(shí)際能耗。能耗管理部門(mén)也沒(méi)有其他直接有效的手段，獲取重點(diǎn)企業(yè)的實(shí)際能耗信息，因此更無(wú)法做到對(duì)不同類(lèi)別耗能指標(biāo)的有效分析，據(jù)此制定針對(duì)性的能耗管理政策。也無(wú)法進(jìn)一步提出節(jié)能方案，有效降低能耗。

       工業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集成Intranet/Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)、Web Service軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(jí)能耗內(nèi)部用戶(hù)、瀏覽者提供了一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)通道，搭建了一個(gè)合理、高效的信息傳輸平臺(tái)和管理平臺(tái)。工業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用為政府管理部門(mén)、企業(yè)生產(chǎn)管理、計(jì)量管理、節(jié)能管理提高到一個(gè)新的高度，是我們對(duì)節(jié)能減排、節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)的一種行之有效的解決方案。

 

能源組成及監(jiān)測(cè)內(nèi)容：

圖3 能源組成

 

圖4 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

       用電類(lèi)：采集采暖、鍋爐、空調(diào)、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)等耗電設(shè)備的用電信息。主要監(jiān)測(cè)其用電量，對(duì)于大耗電設(shè)備監(jiān)測(cè)其電流、電壓及功率因數(shù)等信息。

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

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

       用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃?xì)獗恚?

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

 

4.2系統(tǒng)框架

 

圖5 系統(tǒng)框架

 

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

       （2）能源利用狀況信息報(bào)送系統(tǒng)

重點(diǎn)用能企業(yè)可通過(guò)該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報(bào)告》，報(bào)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(duì)審核，而后上報(bào)國(guó)家有關(guān)部門(mén)。

       （3）單位能耗水平識(shí)別評(píng)價(jià)系統(tǒng)

利用重點(diǎn)用能單位能耗數(shù)據(jù)，對(duì)企業(yè)用能狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，查找問(wèn)題。為政府節(jié)能管理部門(mén)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(xué)的依據(jù)和平臺(tái)。

       （4）決策服務(wù)和專(zhuān)家咨詢(xún)服務(wù)系統(tǒng)

系統(tǒng)提供直觀(guān)、簡(jiǎn)明、快捷的數(shù)據(jù)信息查詢(xún)和決策支持服務(wù)。對(duì)重點(diǎn)用能企業(yè)的能耗進(jìn)行科學(xué)、合理的咨詢(xún)指導(dǎo)，幫助重點(diǎn)用能企業(yè)做出及時(shí)、正確、可行、有效的解決方案。

       （5）能耗預(yù)測(cè)、能源**預(yù)警系統(tǒng)

通過(guò)系統(tǒng)**掌握重點(diǎn)用能企業(yè)能源購(gòu)置、使用、消耗及生產(chǎn)情況，對(duì)企業(yè)的用能情況進(jìn)行綜合的評(píng)判和分析，對(duì)比同期值和限定值，對(duì)能耗超標(biāo)情況予以預(yù)警提示。

在**獲取能源使用的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，實(shí)現(xiàn)能耗的預(yù)測(cè)分析功能，為政府相關(guān)部門(mén)的宏觀(guān)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(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)：

通過(guò)該系統(tǒng)平臺(tái)，可對(duì)省重點(diǎn)耗能企業(yè)做**節(jié)能監(jiān)察工作；發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及能源基礎(chǔ)知識(shí)、能源統(tǒng)計(jì)知識(shí)、節(jié)能監(jiān)測(cè)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(gè)企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，經(jīng)分析與處理，提供分析預(yù)測(cè)和預(yù)警功能。同時(shí)通過(guò)門(mén)戶(hù)網(wǎng)站、無(wú)線(xiàn)終端等手段為省、市領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務(wù)。

圖6 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

 

4.4能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品選型

 

5總結(jié)

       “面向典型工業(yè)城市的重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)”的建設(shè)是信息化與節(jié)能工作相結(jié)合的一種可行方式，能有效地提高企業(yè)的能源利用效率，挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，對(duì)提高企業(yè)的能源科學(xué)管理水平具有戰(zhàn)略意義。該系統(tǒng)在齊齊哈爾市應(yīng)用后，萬(wàn)元產(chǎn)值能耗降低5%左右，達(dá)到了預(yù)期的效果，而且隨著監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，單位能耗仍然會(huì)有下降的空間。

 

【參考文獻(xiàn)】

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[2]王曉雯，姚昆，張杰，于莉敏.面向典型工業(yè)城市重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)踐

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版

 

作者簡(jiǎn)介：張娟，女，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹攸c(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。郵箱: 2885050128@qq.com； 手機(jī)：18701997519（微信同號(hào)）；QQ：2885050128