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    1. 安科瑞電氣股份有限公司

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      淺談重點用能單位能耗在線監測系統企業端平臺架構與功能實現

      發布時間:2020-08-12   

      摘要:重點用能單位能耗在線監測系統是對全國年用能量在10000噸標煤以上的企業按裝能耗監測企業端設備,并實現企業用能主要指標數據到國家數據接收服務器的及時上傳,再由平臺軟件支持進行宏觀能耗分析的一套在線信息化系統。該系統主要服務于兩類用戶,各級政府節能主管部門和重點用能單位企業。本文通過分析兩類用戶不同需求,提出建設重點用能單位能耗在線監測系統技術路線和實現設想。
      關鍵詞:能耗;在線監測;技術路線
       
      1.建設重點用能單位能耗在線監測系統的必要性
      中國經過改革開放幾十年的快速發展,已經成為一個世界級的能源生產大國和消費大國,據統計,2014年我國能源消耗總量為37.6億噸標煤,占世界總能耗的22%,而我國單位GDP能耗卻是世界平均水平的兩倍,與美國、日本等發達國家甚至達到3-5倍,較低的能效水平,與我國所處的發展階段和國際產業分工格局有關,但也反映了我國發展方式仍相對粗放、能耗和排放缺乏約束,通過技改推進節能減排的空間還比較大。2014年11月,中美雙方在北京發布應對氣候變化的聯合聲明,中國計劃2030年左右二氧化碳排放達到峰值且將努力早日達峰,并計劃到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右。由此可見中國對節能減排工作的力度將持續加大,重點用能單位在線監測系統可以進一步提供企業能耗的實際情況,便于國家做出相應的節能減排目標和措施,因此該項目的實施勢在必行。為實現國家制定的節能目標,必須以能源數據為基礎和依據,提升節能數據收集、分析基礎能力建設,協助政府部門及時掌握節能形勢,隨時跟蹤目標完成進度,開展預測預警,及時研究制定相關政策措施,增強宏觀調控的針對性和主動性。因此,建設重點用能單位能耗在線監測系統,是國務院適應節能減排形勢做出的重要決策。重點用能單位能耗在線監測系統是對全國年用能量在10000噸標煤以上的企業按裝能耗監測企業端設備,并實現企業用能主要指標數據到國家數據接收服務器的及時上傳,再由平臺軟件支持進行宏觀能耗分析的一套在線信息化系統。 
      2.重點用能單位能耗在線監測系統省級平臺的架構與功能實現
      2.1 總體規劃依據及設計原則
      隨著計算機技術及相關技術的快速發展,信息管理系統技術發展已日趨完善和可靠,正逐步形成如下介紹的特點:(1)開放的系統技術:由于各種技術標準的相繼建立,開放性已成為技術發展的方向和潮流。開放就是要求系統的操作系統、網絡環境、數據庫資源及管理、開發工具等均建立在相關的工業標準基礎上,使得用戶的選擇、系統的擴充及維護有更多的方便。(2)分布式瀏覽器/服務器(B/S)結構:進入二十一世紀,以網絡技術為基礎,強調以分布式方式進行信息處理的瀏覽器/服務器(Browser/Server)體系結構,已成為信息處理系統的主流應用環境。(3)系統集成技術:將多平臺、多系統互聯技術進行緊密集成,快速形成企業信息管理體系,是系統開發的一個方向。
      2.2 系統要求概述
      重點用能單位能耗在線監測系統(省級平臺)的設計參考了以往人工方式和計算機方式進行業務處理的若干特點。為了在較短的時間內達到將各項基本工作平滑切換到互聯網上進行的目的,大程度模擬現實中的業務管理流程,系統設立了大量的較為人性化的人機交互操作。這些交互操作在一定程度上方便了系統用戶之間的信息共享。
      2.3 系統總體框架
      重點用能單位能耗在線監測系統(省級平臺)是一套在開放平臺上開發的、基于B/S架構的商用軟件系統。以實現各企業日常能耗管理及各級能源管理機構的能源監管等功能,以提供數據報送、綜合統計、查詢功能為基本目標,以提高用戶工作效率為根本宗旨,為用戶提供現代化的信息管理技術。系統設計采用面向對象的設計思想,以原型法為系統開發方法,使系統成為一個可定制、可擴展的開放性系統,并建立組織機構、系統用戶和企事業單位及許可證等的數據平臺,在此基礎上進行流程管理、數據處理和輔助決策。
      2.4 技術路線
      重點用能單位能耗在線監測系統(省級平臺)作為管理過程信息化、網絡化的典型應用,不僅要考慮實現當前用戶的功能需求,而應該著眼于未來的技術發展和技術更新,開發出具有如下特點的應用系統:(1)采用平臺獨立的多層計算架構,使系統具有廣泛的前端可訪問性;(2)采用工業標準的數據訪問技術;(3)堅固的系統安全體系;(4)良好的擴展、再開發能力;(5)針對本系統的特點,我們計劃采用當前流行的B/S結構,先進的J2EE多層模式技術體系來實現。 
      3.重點用能單位能耗在線監測系統企業端設備平臺的架構功能與功能實現
      3.1 企業端設備平臺建設目標
      通過對典型用能企業的用能需求進行分析,我們認為重點用能單位能耗在線監測系統(企業端平臺)擬達成的建設目標如下:(1)建立和規范企業能耗數據采集方式;(2)建立數據管理的統一規范,將企業全廠、生產工序、工序單元按標準進行組織,并按時生成統計報表,以滿足企業自身管理和數據上報的要求;(3)強化集中管理:建立數據集中存放平臺和分支機構遠程管理平臺,通過設計合理權限配置功能、靈活的系統查詢功能來集中管理各分支機構的業務情況,可以進行實時管理和監控不同業務環節的業務運行狀況。(4)加強工作協同:利用網絡環境,為公司總部、分支機構和各用能部門提供協同工作界面,增進分支機構之間的溝通,強化業務支持和工作協同。(5)規范業務流程:實現業務處理的流程化、規范化、電子化,幫助經營管理者很好的控制企業管理中的環節風險。(6)降低財務風險:通過體系化建立的一系列指標,使得企業能夠及時發現投入、產出、庫存等各環節的問題,保證公司在業務增長的同時控制經營風險,確保穩健經營。(7)形成實時高效的決策分析體系,通過多維度的報表系統,及時、準確、高效的反映公司的整體用能狀況,提高管理效率。(8)提升公司形象:利用計算機、互聯網等新技術手段規范業務,展示和提升公司形象。
      3.2 企業端設備平臺系統要求概述
      重點用能單位能耗在線監測系統(企業端平臺)的設計參考了以往人工方式和計算機方式進行業務處理的若干特點。為了在較短的時間內達到將各項基本工作平滑切換到互聯網上進行的目的,程度模擬現實中的業務管理流程,系統設立了大量的較為人性化的人機交互操作。這些交互操作在一定程度上方便了系統用戶之間的信息共享。
      3.3 企業端設備平臺組織機構
      重點用能單位能耗在線監測系統(企業端平臺)對企業用戶和流程的管理要求系統必須維護一套組織機構來管理用戶信息。并以此為基礎,通過人員上下級關系建立數據錄入、審批、發布等數據流轉路徑。組織機構的設置可由系統使用者根據實際需要進行自由增減,系統將自動適應組織機構的變更,且能保證這些變更不會影響歷史業務的延續和現有業務的展開。
       
      圖1 組織機構
      3.4 不同行業企業的實際需求以及數據采集方法的差異性
      通過我們不同企業的調研,了解到火力發電、鋼鐵(含焦化)、石油石化三個高耗能行業的一些實際情況:(1)火力發電行業:單臺機組規模在30萬千瓦以上的企業,基本都建有生產管理系統,其生產管理系統中能源相關的數據全面。我們需要采集的能源數據基本可以從企業生產管理系統中采集到,但一些老舊的、機組規模不大的企業這方面系統建設還比較薄弱,對于這類企業的數據采集工作,還需要下一定得功夫。(2)鋼鐵行業:只有少數大型鋼鐵企業建立了能源管理中心,并實現了能源實時調度,這類企業的系統中我們可直接獲取所需數據,而多數鋼鐵企業能源管理工作還比較粗放,在鋼鐵企業的數據采集方面,需花大力氣來完成采集工作。(3)石化行業:該行業中隸屬于中石化、中石油的石化企業,由于集團較為重視對各企業的能耗指標的考核,基本都建立能源信息系統,所需數據基本可以從信息系統中采集,而民營企業或中小型石化企業,在自身的能源管理系統建設方面還非常薄弱,這類企業也需要投入較大的精力,來獲取數據。各企業的現場條件是千差萬別的,有些企業生產設施非常先進,實現了能源的精細化管理,本身已將能源數據實時接入到企業的管理信息系統中,而有些企業生產和能源管理還很粗放,有效計量儀表的配備率和國家要求還有較大的差距。企業數據的接入只有要考慮到各種企業的實際情況,才能具有較強可操作性。根據調研了解,企業數據的接入情況有四類:第一類接入,是從企業現有管理信息系統中采集,如企業的MIS,ERP系統。第二類接入,是從企業生產監控管理系統中采集,如火電企業建立的SIS系統、鋼鐵企業的MES系統。第三類接入,是從企業的分布式控制系統,也就是各生產工序的DCS系統采集數據。第四類接入,是從企業現場計量儀表直接采集。另外,數據采集是對企業能效水平評價的關鍵性基礎工作,也是能耗在線監測系統建設的核心。數據采集處理方面,應遵循以下幾點原則:第一點,采集的數據,應該滿足全面、客觀評價企業能效水平的要求。也就是要求采集數據的完整性。第二點,要保證采集數據的真實性、準確性。這就要求在線采集的數據,首先要滿足企業自身使用的要求,如果我們采集的數據企業自身都不直接使用,而是要經過人工調整后才用于指導生產,那么我們的設計可能就存在問題。第三點,保證采集的數據可做到與統計局數據互為驗證的作用;統計局直報系統是按月填報,如要驗證統計局數據,需要在規范設計企業總量數據層面,加入行業相關的采集項,例如回收利用能源,運輸工具能源消耗等。另外,能源采集品種也要覆蓋統計局所填報的能源種類。第四點,要保證數據采集口徑的一致性、數據屬性的統一性。也就是要保證每項數據的監測范圍要一致,數據的名稱、單位、頻率等要統一。 
      4.安科瑞重點用能單位能耗在線監測系統
      4.1系統概述
      多年以來,我國對于企業能耗的收集,大多采用企業定期上報耗能報表的采集方式,企業自行上報的能耗報表,往往因為企業自身經營的需要,帶有或多或少有利于企業的傾向性特征,并非完全客觀反映實際能耗。能耗管理部門也沒有其他直接有效的手段,獲取重點企業的實際能耗信息,因此更無法做到對不同類別耗能指標的有效分析,據此制定針對性的能耗管理政策。也無法進一步提出節能方案,有效降低能耗。
      工業能耗在線監測系統是一個集成Intranet/Internet網絡技術、GPRS無線傳輸技術、Web Service軟件技術、數據庫技術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、瀏覽者提供了一個訪問的網絡通道,搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺。工業能耗在線監測系統的開發應用為政府管理部門、企業生產管理、計量管理、節能管理提高到一個新的高度,是我們對節能減排、節能降耗實現的一種行之有效的解決方案。
      能源組成及監測內容:
       
      2 能源組成
       
       
      圖3 監測內容
       
      用電類:采集采暖、鍋爐、空調、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風機、通風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:采集6kv/10kv配電開關設備、變壓器,狀態信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能質量、電能量等。
      用水:自來水和蒸汽;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4 系統框架
       
      (1)能源消費管理系統:該系統可以對重點用能企業煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質進行定期錄入和實時采集,并將收集到的能耗數據進行整理存儲,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
      重點用能企業可通過該系統將企業本年度的《能源利用狀況報告》,報送至市節能監察中心,經初審核后,上傳至省節能監察總隊審核,而后上報國家有關部門。
      (3)單位能耗水平識別評價系統
      利用重點用能單位能耗數據,對企業用能狀況進行分析評價,查找問題。為政府節能管理部門掌握、分析信息和研究節能改造并制定相關政策措施提供科學的依據和平臺。
      (4)決策服務和專家咨詢服務系統
      系統提供直觀、簡明、快捷的數據信息查詢和決策支持服務。對重點用能企業的能耗進行科學、合理的咨詢指導,幫助重點用能企業做出及時、正確、可行、有效的解決方案。
      (5)能耗預測、能源安全預警系統
      通過系統全面掌握重點用能企業能源購置、使用、消耗及生產情況,對企業的用能情況進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,進行數據挖掘分析,實現能耗的預測分析功能,為政府相關部門的宏觀決策提供支撐體系。
      (6)節能監察及信息發布、法律法規知識培訓系統:
      通過該系統平臺,可對省重點耗能企業做全面節能監察工作;發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的公文、通知、公告等。
      4.3系統網絡結構
       系統把數據信息從各個企業的能源監控中心采集到后臺的數據庫系統,經分析與處理,提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網站、無線終端等手段為省、市領導以及相關委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務。
       
      圖5 系統網絡結構
      4.4能耗監測系統產品選型
      應用場景
      型號
      主要功能
      高壓重要回路
      或低壓進線柜
      APM810
      三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,電流、電壓不平衡度,負載電流柱狀圖顯示,66種報警類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴展記錄,2-63次諧波,2DI+2DO,RS485/Modbus,LCD顯示
      低壓聯絡柜、出線柜
      AEM96
      三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,總正反向有功電能統計,正反向無功電能統計;2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量(電壓、電流、功率);電流規格3×1.5(6)A,有功電能精度0.5S,無功電能精度2
      動力柜
      ACR120EL
      LCD顯示、全電參量測量(U、I、P、Q、PF、F);四象限電能計量;RS485/Modbus;可選復費率電能統計、需量統計;4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus協議
      DTSD1352
      三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,分相正向有功電能統計,總正反向有功電能統計,總正反向無功電能統計;紅外通訊;電流規格:經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A,有功電能精度0.5S,無功電能精度2
      照明箱
      DTSD1352
      三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,分相正向有功電能統計,總正反向有功電能統計,總正反向無功電能統計;紅外通訊;電流規格:經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A,有功電能精度0.5S,無功電能精度2
      DDSD1352
      單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,正反向電能計量;紅外及RS485通訊;電流規格:1060A,有功電能精度1級,無功精度2級;可選配復費率
      DDS1352
      單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,正反向電能計量;RS485通訊;電流規格:1060A,有功電能精度1級,無功精度2級;尺寸:1P
      給水管道
      水表
      計量流經給水管道用水的體積總量,適用于單向水流,采用電子直讀技術,通過RS485總線直接輸出表盤數據
      燃氣管道
      燃氣表
      計量流經燃氣管道用氣的體積總量,具有閥控功能,采用電子直讀技術,通過RS485總線直接輸出表盤數據,計量精度高,無需外部供電。
      集中供冷供熱
      冷熱表
      測量和顯示用戶的暖氣供熱量、中央空調的供冷量,由流量傳感器、微處理器和配對溫度傳感器組成。溫度傳感器斷路、短路時自動報警,電壓低或收到攻擊破壞時自動報警。通過RS485總線直接輸出表盤數據,計量精度高。
       
      5.未來展望與結束語
      5.1 未來展望
      2015年開始,能耗在線監測系統覆蓋至納入萬家企業范圍的全部重點用能單位,包括工業、建筑、交通等。主要內容包括:(1)在試點經驗的基礎上,完成技術規范體系,形成正式的規范文件,通過國家相關部門的審核。(2)全國省級節能主管部門按照地方節點的建設要求,完成地方節點的建設,并與國家節點實現對接;(3)完成全部17000家重點用能單位的能耗數據采集工作;(4)擴大國家數據中心規模、滿足17000家企業數據的存儲和處理能力。(5)進一步完善軟件功能,使其可以對各省能源狀況,以及全國重點用能單位包含的行業做出統計、分析。
      5.2 結束語
      建設重點用能單位能耗在線監測系統平臺,服務對象分為:(1)國家、省級、地市級節能主管單位,是其充分了解本地區各重點行業能源消耗水平,并選出能源消耗的高能耗企業與標桿企業。對高能耗企業與企業建筑進行各項能耗分析,通過對比找出高能耗企業與標桿企業在能源管理、設備運行等方面的差距,提出解決方案。配合國家、地方節能政策的實施,推動高能耗企業進行有針對性的節能改造,從而達到降低單位GDP能耗的宏觀目標。(2)重點用能單位。重點用能單位能耗在線監測系統對于企業來說,實際上搭建或升級了企業能源管理平臺。提高企業內部的能源利用效率,提升企業的競爭力。中國經濟步入中低速發展的階段。在上輪經濟刺激下引發了工業領域的產能嚴重過剩。因此,國務院以及相關部委陸續推出了“兩化融合”、“互聯網+”、中國版“工業4.0”等計劃,旨在推動工業轉型升級、經濟結構調整和發展方式轉變。大力推進建設重點用能單位能耗在線監測系統平臺,將為實現上述目標提供持久的助力。
       
      【參考文獻】
      [1]于辰.重點用能單位能耗在線監測系統建設技術路線[J]科學中國人
      [2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版

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