基于云計算的能耗數(shù)據(jù)采集在線監(jiān)測平臺的介紹

隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快和消費結(jié)構(gòu)的持續(xù)升級，能源消耗呈剛性增長，節(jié)能工作面臨嚴峻形勢。據(jù)我國國家統(tǒng)計局發(fā)布的《2016年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，我國2016年全年能源消費總量43. 6億噸標準煤，比2015年增長1 4°/。。煤炭消費量下降4.7 %。，原油消費量增長5. 5 %。，氣消費量增長8 % , 電力消費量增長5 % 。煤炭消費量占能源消費總量的6 2 % , 比2015年下降2個百分點;水電、風(fēng)電、核電、氣等清潔能源消費量占能源消費總量的19.7 % ,上升17個百分點;全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降5 % 。國家在節(jié)能減排“十三五”規(guī)劃中提出，到2020年單位GDP能耗比2005年下降40% ?5% ,到2030年單位GDP碳排放比2005年下降60 %?5 %的目標。

節(jié)能監(jiān)察是實現(xiàn)能源節(jié)約，提升政府對能源節(jié)約監(jiān)管職能的重要舉措。在這種新形勢、新背景下，開展節(jié)能監(jiān)察工作，不能單純就節(jié)能論節(jié)能，就監(jiān)察抓監(jiān)察，而是要應(yīng)用新技術(shù)、新手段，主動作為;要實現(xiàn)“十三五”提出的節(jié)能目標，以能源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)和依據(jù)，提升能耗數(shù)據(jù)收集和分析能力，開展預(yù)測預(yù)警，及時研究制定相關(guān)政策措施，增強節(jié)能監(jiān)察的針對性和主動性。

1 基于節(jié)能監(jiān)察的需求分析

為落實國家“互聯(lián)網(wǎng)十”智慧能源戰(zhàn)略，進一步提升新時期節(jié)能監(jiān)察的效能，加強對工業(yè)企業(yè)的能效管理，通過信息化技術(shù)建設(shè)數(shù)字化能源管控系統(tǒng)，實現(xiàn)能耗的在線監(jiān)測、實時、準確掌握企業(yè)的能耗，助力企業(yè)實現(xiàn)精細化節(jié)能管理，促進節(jié)能降耗，為各級政府節(jié)能主管部門進行經(jīng)濟分析、能耗管理提供技術(shù)手段，建設(shè)覆蓋面較廣的能耗在線監(jiān)測管理平臺是必然的選擇。

1.1 日常管理需求分析

1) 節(jié)能宏觀形勢預(yù)測。通過對用能位進行能源消費情況的在線監(jiān)測，定期進行全地區(qū)能源消費趨勢預(yù)測，研判轄區(qū)內(nèi)節(jié)能及經(jīng)濟發(fā)展形勢，為各級節(jié)能監(jiān)察部門部署工作提供科學(xué)依據(jù)。2) 用能單位能耗預(yù)警。節(jié)能監(jiān)察機通過平臺可以隨時掌握用能單位的能耗狀況，及時對能源消耗不合理的行業(yè)和企業(yè)進行預(yù)警和調(diào)控，有效控制能源消費，及時控制和減少能耗超限的現(xiàn)象。3)強化節(jié)能管理基礎(chǔ)建設(shè)。通過能耗在線監(jiān)測平臺使節(jié)能監(jiān)察機構(gòu)能夠?qū)崟r、多方面、真實地掌握企業(yè)綜合能源消費的“一手”數(shù)據(jù)，把能效管理作為各種項目評審、評估的重要依據(jù)，開展能效對標，推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

1.2 節(jié)能服務(wù)需求分析

新形勢下，各級節(jié)能監(jiān)察部門在行使行政執(zhí)法職能的同時，還要承擔(dān)面向用能單位和社會公眾的節(jié)能服務(wù)工作。一是提供節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)方案和案例。采用同比、環(huán)比、對標等方式對用能單位節(jié)能狀況進行分析管理，使能效管理納入企業(yè)的成本管理工作，結(jié)合國家設(shè)備能耗標準、單位能耗標準，及時發(fā)現(xiàn)用能單位的能耗異常，形成節(jié)能排行榜，引導(dǎo)企業(yè)合理用能、節(jié)約用能。二是建立科學(xué)準確的單位用能指標評估體系。對用能單位能耗數(shù)據(jù)進行多維度的分析，對能耗的指標進行趨勢預(yù)測，為節(jié)能計劃提供數(shù)據(jù)支撐。通過對企業(yè)的能耗排名，對高能耗企業(yè)的關(guān)鍵及能耗流程、工藝、設(shè)備分析，以供業(yè)內(nèi)企業(yè)借鑒，降低自身制造成本。三是提高公眾節(jié)能環(huán)保意識。面向公眾展示相關(guān)能耗數(shù)據(jù)，大力加強節(jié)能減排相關(guān)政策和法規(guī)、標準的宣貫，普及日常節(jié)能知識，推廣介紹節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品，逐步提高全社會的節(jié)能環(huán)保意識。

2 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計( 見圖1)

能耗在線監(jiān)測管理平臺是基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，由兩個部分組成: 一是線上部分云平臺系統(tǒng)，是系統(tǒng)的核心部分;二是企業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

圖1 能耗在線監(jiān)測管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，上傳至云平臺，云平臺上運行各種應(yīng)用，實現(xiàn)不同的功能，包括面向政府、企業(yè)、服務(wù)商及其他大數(shù)據(jù)應(yīng)用。用戶可通過網(wǎng)站、手機APP 、微信等多種客戶端訪問系統(tǒng)。根據(jù)用戶需求的不同，平臺設(shè)定不同的權(quán)限，用戶僅能對授權(quán)對象應(yīng)用授權(quán)的功能。

2.2 應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

基于SOA的設(shè)計理念，云計算和GIS等技術(shù)，建立統(tǒng)一的信息集成基礎(chǔ)平臺，為各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)存儲、共享、安全和數(shù)據(jù)采集、工具分析等能力，使應(yīng)用實現(xiàn)資源共享，與企業(yè)ERP系統(tǒng)及各級需求側(cè)管理平臺、其他專業(yè)系統(tǒng)信息交互集成，實現(xiàn)平臺管理的社會化、精細化、流程化、有效降低成本，提升服務(wù)水平。

2.3 數(shù)據(jù)采集模式

對多數(shù)沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集的企業(yè)，通過在企業(yè)用能各環(huán)節(jié)安裝智能采集設(shè)備(見圖2 ) 隨時感知、測量、儲存和上傳信息。采用不停電安裝方式，盡量減低對企業(yè)經(jīng)營的影響。新型的智能采集模塊采用全新工業(yè)化設(shè)計、集成了CT 、計量、通信功能。

安裝時不停電，集成了微功率無線通信功能，自主網(wǎng)、智能中繼通信，可“即插即用” 具有跳頻功能，當(dāng)前工作頻點受到干擾時，自動切換到另一個頻點上工作，保證可靠通信。對于已建設(shè)有類似功能系統(tǒng)的企業(yè)，且現(xiàn)有系統(tǒng)支持標準IEC 6087)—5—101/104協(xié)議，可采用與其現(xiàn)有系統(tǒng)對接的方式獲取用能信息，并上報至云平臺，包括標準IEC 60870—5—101/104協(xié)議方式SOA方式，避免重復(fù)建設(shè)，提高系統(tǒng)利用率。

3 能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計

能耗在線監(jiān)測管理平臺按照服務(wù)企業(yè)安全、經(jīng)濟用電、服務(wù)政府能效審計，支持大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用為總目標設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計主要實現(xiàn)以下5種功能。

3.1 配用電監(jiān)測

綜合應(yīng)用智能量測技術(shù)，在企業(yè)內(nèi)部的配電變壓器、主要用電線路和電能耗較大的用電設(shè)備上安裝用電信息采集裝置，細致的掌握企業(yè)用電行為、負荷特征、配電網(wǎng)絡(luò)運行效率、設(shè)備能耗狀況等，并擴展對水、熱、氣的測量，將數(shù)據(jù)上傳平臺，實時反映企業(yè)的用能情況。

3.2 安全管理

系統(tǒng)支持對配用電設(shè)備的動態(tài)監(jiān)測，除采集電氣量外，還采集包括溫度、濕度、噪聲、震動等與設(shè)備相關(guān)的環(huán)境和運行狀態(tài)信息。設(shè)置安全監(jiān)測及巡檢管理功能，根據(jù)既定策略實現(xiàn)對配用電設(shè)備等用能設(shè)備進行巡檢、用電線路及設(shè)備異常狀態(tài)告警、緊急事故快速響應(yīng)等功能，支持電能服務(wù)的開展。

3.3 實現(xiàn)能效管理

采用同比、環(huán)比、對標等方式對用能節(jié)能進行分析管理，開放與企業(yè)ERP系統(tǒng)的接口，使能效管理納人企業(yè)的成本管理工作，結(jié)合國家設(shè)備能耗標準、單位能耗標準，及時發(fā)現(xiàn)用能單位的能耗異常，形成節(jié)能排行榜，引導(dǎo)企業(yè)合理用能、節(jié)約用能。對能耗數(shù)據(jù)進行多維度的分析，建立科學(xué)準確的單位用能指標評估體系，對能耗的指標進行趨勢預(yù)測，為節(jié)能計劃提供數(shù)據(jù)支撐。通過對企業(yè)的能耗排名，對高能耗企業(yè)的關(guān)鍵及能耗流程、工藝、設(shè)備分析，促進企業(yè)節(jié)能降耗。

3.4 實現(xiàn)需求響應(yīng)

系統(tǒng)支持需求響應(yīng)功能，包括需求響應(yīng)預(yù)案編制、需求響應(yīng)邀約流程管理、需求響應(yīng)執(zhí)行及效果分析統(tǒng)計。支持企業(yè)自動需求響應(yīng)策略的編制及手動和自動執(zhí)行，通過有效的需求響應(yīng)，降低綜合能源供給需求，優(yōu)化能源消費、提高用能效率，提升企業(yè)盈利能力。

3.5 咨詢服務(wù)

系統(tǒng)提供節(jié)能減排在線咨詢服務(wù)，用能單位可在線咨詢、查詢節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，節(jié)能專家可對用能單位的問題進行解答，及時對接用能服務(wù)。

4 存在問題及對策建議

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)已不存在技術(shù)障礙，但由于用能單位涉及行業(yè)量大面廣，生產(chǎn)線和生產(chǎn)用能千差萬別，所以將能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于節(jié)能監(jiān)察是一項復(fù)雜而且龐大的系統(tǒng)工程，建設(shè)要采取統(tǒng)一規(guī)范、信息共享、先行試點、逐步推廣的原則進行[3]，整合現(xiàn)有系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)信息共享，避免重復(fù)建設(shè)，建議從以下4 個方面推進。

4.1 完善法律制度和依據(jù)

目前，國務(wù)院多項文件以及部委文件都提出要大力加強能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的工作要求，但就推廣實施情況看，特別是像云南等一些經(jīng)濟不發(fā)達的西部城市，很不理想。為進一步提高節(jié)能監(jiān)察效能，把節(jié)能環(huán)保打造成戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，應(yīng)將用能單位建立能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的義務(wù)納人《人民共和國節(jié)約能源法》中，省、市級也要在本地的《節(jié)約能源條例》中作出同樣的要求，從根本上為該項工作的推進掃清制度障礙。

4.2 出臺一系列獎懲政策

完善用能單位能源計量器具配備，更新智能化計量儀器儀表是建立能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。為了減輕用能單位負擔(dān)，提高系統(tǒng)建設(shè)的積極性，各級節(jié)能主管部門應(yīng)制定出臺一系列激勵獎懲政策，給予用能單位必要的建設(shè)補助資金，對于較好完成智能化計量儀器儀表更新和能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的單位給予獎勵，對于不按規(guī)定開展此項工作的單位在節(jié)能監(jiān)察過程中給予扣分、罰款等懲罰。

4.3 編制統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范

為了滿足節(jié)能監(jiān)察對監(jiān)測數(shù)據(jù)的需求，要綜合考慮不同企業(yè)能耗的差異性和數(shù)據(jù)上傳指標統(tǒng)一性的協(xié)調(diào)，編制統(tǒng)一的系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[2]，保證全過程覆蓋系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理等各個環(huán)節(jié)，技術(shù)規(guī)范內(nèi)容應(yīng)包括通信傳輸、系統(tǒng)安全、企業(yè)端建設(shè)、各行業(yè)數(shù)據(jù)采集要求等內(nèi)容。

4.4 建立有效的數(shù)據(jù)審核機制

在線監(jiān)測所取得的數(shù)據(jù)在技術(shù)上排出了人工干預(yù)的可能，但是由于企業(yè)生產(chǎn)的差異性和復(fù)雜性，難以避免因系統(tǒng)的技術(shù)性原因?qū)е聰?shù)據(jù)的異常，因此對從企業(yè)上傳到平臺的數(shù)據(jù)需要通過審核來確定其是否合理，所以建立監(jiān)測數(shù)據(jù)的審核機制十分必要。要使用技術(shù)手段和人工抽查相結(jié)合的方式，對企業(yè)能耗在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行審核才能保證數(shù)據(jù)的合理與準確。

fqj