摘要：本文以典型工業(yè)城市為主要實(shí)施目標，通過(guò)分析其重點(diǎn)用能企業(yè)用能情況，建設重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統，并將該系統應用到齊齊哈爾市。監測系統充分利用了互聯(lián)網(wǎng) +、大數據分析及數據建模等技術(shù)，建立了統一的應用平臺，并取得了顯著(zhù)的效益。通過(guò)項目實(shí)踐，表明重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統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；節能降耗
 
1引言
近年來(lái)，我國工業(yè)化、城鎮化進(jìn)程明顯加快，消費結構快速升級，對能源需求依然旺盛，社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展與資源環(huán)境保護之間的矛盾突出，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)展已成為國家策略和社會(huì )共識。
按照國家“十三五”發(fā)展規劃，到2020年，全*元國內生產(chǎn)總值能耗比2015年下降15%，能源消費總量控制在50億tce以?xún)?，雖然我國在環(huán)境保護方面取得了巨大成就，單位能耗保持持續降低的態(tài)勢，但與先進(jìn)國家相比差距較大，節能減排工作仍然面臨巨大挑戰。
雖然節能形勢嚴峻，但也迎來(lái)難得的歷史發(fā)展機遇。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)人的節能環(huán)保意識不斷提高；二是國家的政策導向，使得企業(yè)不斷加大調整產(chǎn)品結構力度，并突出科技創(chuàng )新能力在其中的作用。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，是目節能領(lǐng)域重點(diǎn)管控對象。為此針對典型工業(yè)城市的能耗現狀，需要開(kāi)發(fā)重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統。在此系統中，主要從以下三個(gè)層面解決當能耗在線(xiàn)監測系統的問(wèn)題。
 
2.1 數據采集層面
企業(yè)能耗數據實(shí)時(shí)采集采取逐步推進(jìn)的建設方式，逐步完善工業(yè)企業(yè)的實(shí)時(shí)采集對象，推進(jìn)主要能源計量器具的智能化覆蓋，實(shí)現能耗數據的在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集。
采用IEEE1888泛在綠色控制網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，完成對工業(yè)企業(yè)能耗數據進(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，傳輸到能耗在線(xiàn)監測預警平臺的數據中心服務(wù)器，同時(shí)具備斷點(diǎn)續傳功能，保證企業(yè)采集能耗數據的實(shí)時(shí)性、可靠性。為此，在企業(yè)內部采用二級采集方式：數據采集網(wǎng)關(guān)直接面向各級生產(chǎn)系統，然后再通過(guò)企業(yè)端設備向上傳輸到上級系統（市級平臺，見(jiàn)圖 1）。
 
 
圖1 數據傳輸拓撲圖
2.2 數學(xué)分析層面
運用大數據技術(shù)、云計算技術(shù)以及數據建模技術(shù)對系統進(jìn)行支撐，解決系統數據量大、運算邏輯復雜、預測數據不準等問(wèn)題。系統數據量巨大，首先要解決好存儲問(wèn)題，然后是查詢(xún)、檢索以及加工（處理）問(wèn)題，因此，系統包含一系列面向大數據處理的工具和方法。通過(guò)大數據研發(fā)，可以將其發(fā)現的問(wèn)題規律應用到相關(guān)領(lǐng)域，通過(guò)解決海量數據處理問(wèn)題促進(jìn)其突破性發(fā)展；另外云計算技術(shù)也將改變信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)環(huán)境，無(wú)論是基礎設施、計算機與網(wǎng)絡(luò )設備制造，還是軟件都會(huì )發(fā)生巨大的變化。
 
2.3 統一平臺層面
通過(guò)重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統，以工業(yè)能耗為重點(diǎn)，納入建筑、交通、公共機構等領(lǐng)域能耗在線(xiàn)監測數據，實(shí)現多領(lǐng)域的數據共享，為全市節能減排工作整體規劃提供數據支撐，提高齊齊哈爾市各職能部門(mén)的辦公效率，降低監管成本，同時(shí)把分析數據通過(guò)系統接口的方式，按需提供給協(xié)同辦公部門(mén)，打破數據孤島壁壘。
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)監測系統。
系統基于管控一體化信息平臺，采用分布式部署方式。在整體需求的基礎上，對系統的業(yè)務(wù)功能及核心數據進(jìn)行統一規劃，以期達到結構清晰和易于擴展。系統設計過(guò)程中，遵循實(shí)用可行、適用易用、安全可靠、先進(jìn)成熟、可擴展、可移植的原則，以保證項目能夠安全、穩定、有效的運行，同時(shí)也能滿(mǎn)足未來(lái) 5年甚至15年的系統擴展需求。
在系統功能方面，采用微服務(wù)的方式，設計了工業(yè)領(lǐng)域能耗動(dòng)態(tài)監管、工業(yè)領(lǐng)域能耗水平識別評價(jià)、重點(diǎn)用能企業(yè)能效對標分析、重點(diǎn)用能企業(yè)節能分析及考核、城市能源預測及預警以及決策支持及專(zhuān)家智能等系統功能，同時(shí)提供了報表分析工具、計算引擎工具、模型分析工具等十多種支持工具，方便對能源數據進(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)監測系統在齊齊哈爾市的實(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)監測系統在工業(yè)城市中的應用

齊齊哈爾市是“一五”期間國家投資興建起來(lái)的重工業(yè)基地，是典型的一市多鎮工業(yè)城市。工業(yè)能源消費量的持續增長(cháng)，給該市的能源管理帶來(lái)了巨大的壓力及挑戰，傳統的能源監測手段已經(jīng)不能滿(mǎn)足能源精細化管理的需求，需要引入新的能源監控平臺及管理手段，而重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統在齊齊哈爾市的應用中達到了預期的效果。
 
3.1 系統調研
由能源管理專(zhuān)業(yè)團隊進(jìn)行專(zhuān)項調研，詳細了解齊齊哈爾市能源管理現狀，在調研過(guò)程中發(fā)現，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(cháng)趨勢，耗能相對集中，管理難度大
2016年全市能源消耗量857.1萬(wàn)tce，其中規模以上工業(yè)綜合能源消費量為510.85萬(wàn)tce，占比 59.6%；電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)能耗240.1萬(wàn)tce，占規模以上能耗比重為46.98%，耗能集中度較為明顯。僅靠各企業(yè)上報的能耗數據，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足能源精細化管理的需求，管理難度大。
（2）缺乏及時(shí)有效的數據及分析工具，管理手段單一
數據獲取滯后，已不能反映當能源消耗和節能的狀況，而能效分析、節能監察、能源宏觀(guān)決策等對能源信息有較高的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)需求，缺乏時(shí)效性的數據難以滿(mǎn)足要求。數據覆蓋面窄，不能形成完整統一的數據體系，無(wú)法全面反映能源消費的情況。缺乏有效的數據分析模型和預測工具，對數據進(jìn)行科學(xué)分析處理的手段不足，缺乏預測和預警的信息支撐，對國民經(jīng)濟發(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)現信息共享
全市能源計量信息、企業(yè)能源消耗信息、節能監察和監測相關(guān)信息等相互獨立，沒(méi)有實(shí)現資源共享，沒(méi)有積累長(cháng)期數據的技術(shù)手段，數據信息的價(jià)值沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，缺乏對城市節能綜合管理的支撐作用。
 
3.2系統設計及實(shí)施
針對調研過(guò)程中發(fā)現的問(wèn)題，我們對“齊齊哈爾市重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監測預警平臺”的邏輯架構設計進(jìn)行了相關(guān)調整和化，以工業(yè)企業(yè)現場(chǎng)數據采集為起點(diǎn)，向上依次包括數據傳輸層、數據存儲層、支撐平臺層、應用層和展示層，清晰的層次結構既滿(mǎn)足了項目的需求，又保證了后續的擴展性。
 
圖 2 能源在線(xiàn)監測系統設計框架
 
3.3項目培訓及交付和運維
項目建成以后形成項目驗收文檔，并交付專(zhuān)家團隊進(jìn)行驗收，驗收內容包括項目過(guò)程文檔、系統設計文檔、系統測試文檔等。項目驗收之后轉入后期運維及技術(shù)工作，此時(shí)運維團隊介入，新的服務(wù)模式開(kāi)啟。
依托于完整的運維體系，實(shí)現7×24h不間斷的服務(wù)，系統問(wèn)題15min內響應，2h出具解決方案的服務(wù)模式，同時(shí)對系統的運行狀態(tài)進(jìn)行監控，提發(fā)現并及時(shí)解決系統問(wèn)題，保證系統的穩定運行；運維全流程狀態(tài)可視，便于管理者及時(shí)跟進(jìn)。
 
3.4系統應用成效
目該系統已經(jīng)完成全市 62 家企業(yè)能耗的實(shí)時(shí)采集工作，通過(guò)對采集數據的分析、預警以及跟蹤，能及時(shí)發(fā)現能耗異常情況并進(jìn)行提干預，提高了齊齊哈爾市能源管理水平，具體體現在以下幾個(gè)方面：
（1）實(shí)現由靜態(tài)監管轉為動(dòng)態(tài)監管的轉變
通過(guò)建立標準化的能耗采集監測體系，規范采集實(shí)際工作中的操作流程，對接入監測的數據進(jìn)行規范處理，確保能耗在線(xiàn)監測數據的有效性，從而根據在線(xiàn)監測的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行分析，對所管轄的企業(yè)進(jìn)行數據的動(dòng)態(tài)分析，及時(shí)干預，保證節能政策的高效、正確的執行。
（2）實(shí)現由單一部門(mén)管理向聯(lián)合辦公的轉變
通過(guò)重點(diǎn)用能單位能耗在線(xiàn)監測系統，以工業(yè)能耗為重點(diǎn)，編入建筑、交通、公共機構等領(lǐng)域能耗在線(xiàn)監測數據，實(shí)現多領(lǐng)域的數據共享，為全市節能減排工作整體規劃提供數據支撐，提高齊齊哈爾市各職能部門(mén)的辦公效率，降低監管成本。
（3）實(shí)現由強制執行變?yōu)橹鲃?dòng)引導的轉變
建立公共服務(wù)平臺，實(shí)現 、用能企業(yè)、節能服務(wù)公司及公眾的緊密連接，通過(guò)平臺發(fā)揮節能減排政策的激勵作用和示范效應，引導企業(yè)提升能源利用效率、加強用能管理。向公眾宣傳節能理念，加大節能宣傳和教育，提高全民節能意識。
（4）實(shí)現由單維度分析向多維度分析的轉變
采用了數據立方體的分析方式，允許在多個(gè)抽象層進(jìn)行數據分析，對于數據量大、維度多的統計分析提供了一個(gè)可泛化通用的工具，實(shí)現按照能源品類(lèi)、區域、行業(yè)、工序等維度的多維度分析，從而實(shí)現對問(wèn)題的精準定位。
（5）實(shí)現由事后分析到預測的轉變
在全面獲取監測范圍內齊齊哈爾市重點(diǎn)區域、行業(yè)、企業(yè)能源使用、消耗、配置及調度情況的基礎上，對歷史能耗數據進(jìn)行數據挖掘，并利用大數據技術(shù)進(jìn)行精準的分析，基于企業(yè)實(shí)時(shí)、歷史用能數據，實(shí)現對全市各個(gè)能源品種的平均日消費量進(jìn)行趨勢分析，對全市工業(yè)領(lǐng)域各個(gè)能源品種的庫存周轉情況進(jìn)行儲備預警，結合大數據技術(shù)和系統計算及化模型，能夠對能源消耗趨勢進(jìn)行精準的預測，提掌握行業(yè)、區域的能源消費趨勢，進(jìn)行提干預，提布局管控政策，從而保證節能政策的高效和準確執行。
 

4安科瑞工業(yè)能耗監測系統介紹（含元件選型）

4.1系統概述
多年以來(lái)，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(yíng)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(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，因此無(wú)法做到對不同類(lèi)別耗能指標的有效分析，據此制定針對性的能耗管理政策。也無(wú)法進(jìn)一步提出節能方案，有效降低能耗。
工業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統是一個(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)、數據庫技術(shù)等于一體的大型數據綜合管理系統。系統為管理者、各級能耗內部用戶(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和管理平臺。工業(yè)能耗在線(xiàn)監測系統的開(kāi)發(fā)應用為 管理部門(mén)、企業(yè)生產(chǎn)管理、計量管理、節能管理提高到一個(gè)新的高度，是我們對節能減排、節能降耗實(shí)現的一種行之有效的解決方案。
 
能源組成及監測內容：
 
圖3 能源組成
 
 
圖4 監測內容
 
用電類(lèi)：采集采暖、鍋爐、空調、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風(fēng)機、通風(fēng)機等耗電設備的用電信息。主要監測其用電量，對于大耗電設備監測其電流、電壓及功率因數等信息。
配電類(lèi)：采集6kv/10kv配電開(kāi)關(guān)設備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、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、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：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調供回水溫度；
 
4.2系統框架
 
圖5 系統框架
 
（1）能源消費管理系統：該系統可以對重點(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據進(jìn)行整理存儲，為匯總分析和上報作數據支持。
（2）能源利用狀況信息報送系統
重點(diǎn)用能企業(yè)可通過(guò)該系統將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節能監察中心，經(jīng)初審核后，上傳至省節能監察總隊審核，而后上報國家有關(guān)部門(mén)。
（3）單位能耗水平識別評價(jià)系統
利用重點(diǎn)用能單位能耗數據，對企業(yè)用能狀況進(jìn)行分析評價(jià)，查找問(wèn)題。為 節能管理部門(mén)掌握、分析信息和研究節能改造并制定相關(guān)政策措施提供科學(xué)的依據和平臺。
（4）決策服務(wù)和專(zhuān)家咨詢(xún)服務(wù)系統
系統提供直觀(guān)、簡(jiǎn)明、快捷的數據信息查詢(xún)和決策支持服務(wù)。對重點(diǎn)用能企業(yè)的能耗進(jìn)行科學(xué)、合理的咨詢(xún)指導，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）能耗預測、能源安全預警系統
通過(guò)系統全面掌握重點(diǎn)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(jìn)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上，進(jìn)行數據挖掘分析，實(shí)現能耗的預測功能，為 相關(guān)部門(mén)的宏觀(guān)決策提供支撐體系。
（6）節能監察及信息發(fā)布、法律法規知識培訓系統：
通過(guò)該系統平臺，可對省重點(diǎn)耗能企業(yè)做全面節能監察工作；發(fā)布節能法律法規標準以及能源基礎知識、能源統計知識、節能監測方法等資料；處理日常節能管理工作相關(guān)的公文、通知、公告等。
 
4.3系統網(wǎng)絡(luò )結構
 系統把數據信息從各個(gè)企業(yè)的能源監控中心采集到后臺的數據庫系統，經(jīng)分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時(shí)通過(guò)門(mén)戶(hù)、無(wú)線(xiàn)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6 系統網(wǎng)絡(luò )結構
 
4.4能耗監測系統產(chǎn)品選型

5總結

“面向典型工業(yè)城市的重點(diǎn)用能企業(yè)能耗在線(xiàn)監測平臺”的建設是信息化與節能工作相結合的一種可行方式，能有效地提高企業(yè)的能源利用效率，挖掘企業(yè)的節能潛力，對提高企業(yè)的能源科學(xué)管理水平具有戰略意義。該系統在齊齊哈爾市應用后，萬(wàn)元產(chǎn)值能耗降低5%左右，達到了預期的效果，而且隨著(zhù)監控系統的持續運行，單位能耗仍然會(huì )有下降的空間。
 
【參考文獻】
[1]“十三五”節能減排綜合工作方案[Z]. 2015.
[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)監測系統及應用實(shí)踐
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版