浅谈重点工业用能企业能耗在线监测系统架构及应用

摘要：本文以典型工业城市为主要实施目标，通过分析其重点用能企业用能情况，建设重点用能企业能耗在线监测系统，并将该系统应用到齐齐哈尔市。监测系统充分利用了互联网 、大数据分析及数据建模等技术，建立了统一的应用平台，并取得了显著的效益。通过项目实践，表明重点用能企业能耗在线监测系统可以在能源管理中起到促进作用，有效提高能源管理水平。

关键词：能源管理；节能降耗

1引言

近年来，我工业化、城镇化进程明显加快，消费结构快速升级，对能源需求依然旺盛，社会经济的发展与资源环境保护之间的矛盾突出，提高能源使用率，在环境友好的情况下进行社会发展已成为家策略和社会共识。

按照家“十三五”发展规划，到2020年，全万元内生产总值能耗比2015年下降15%，能源消费总量控制在50亿tce以内，虽然我在环境保护方面取得了巨大成就，单位能耗保持持续降低的态势，但与进家相比差距较大，节能减排工作仍然面临巨大挑战。

虽然节能形势严峻，但也迎来难得的历史发展机遇。一是由于开展了大量的社会宣传与科学普及活动，使得企业和个人的节能环保意识不断提高；二是家的政策导向，使得企业不断加大调整产品结构力度，并突出科技创新能力在其中的作用。在这样的政策与社会环境下，为进一步推进节能减排创造了有利条件。

2 解决方案

工业化城市能源消耗较大，是目节能领域重点管控对象。为此针对典型工业城市的能耗现状，需要开发重点用能企业能耗在线监测系统。在此系统中，主要从以下三个层面解决当能耗在线监测系统的问题。

2.1 数据采集层面

企业能耗数据实时采集采取逐步推进的建设方式，逐步完善工业企业的实时采集对象，推进主要能源计量器具的智能化覆盖，实现能耗数据的在线实时采集。

采用IEEE1888泛在绿色控制网络协议，完成对工业企业能耗数据进行采集，通过 Internet网络、GPRS/3G无线网络等方式，以压缩加密方式，传输到能耗在线监测预警平台的数据中心服务器，同时具备断点续传功能，保证企业采集能耗数据的实时性、可靠性。为此，在企业内部采用二级采集方式：数据采集网关直接面向各级生产系统，然后再通过企业端设备向上传输到上级系统（市级平台，见图 1）。

图1 数据传输拓扑图

2.2 数学分析层面

运用大数据技术、云计算技术以及数据建模技术对系统进行支撑，解决系统数据量大、运算逻辑复杂、预测数据不准等问题。系统数据量巨大，先要解决好存储问题，然后是查询、检索以及加工（处理）问题，因此，系统包含一系列面向大数据处理的工具和方法。通过大数据研发，可以将其发现的问题规律应用到相关领域，通过解决海量数据处理问题促进其突破性发展；另外云计算技术也将改变信息技术产业的生态环境，无论是基础设施、计算机与网络设备制造，还是软件都会发生巨大的变化。

2.3 统一平台层面

通过重点用能单位能耗在线监测系统，以工业能耗为重点，纳入建筑、交通、公共机构等领域能耗在线监测数据，实现多领域的数据共享，为全市节能减排工作整体规划提供数据支撑，提高齐齐哈尔市各职能部门的办公效率，降低监管成本，同时把分析数据通过系统接口的方式，按需提供给协同办公部门，打破数据孤岛壁垒。

基于以上研究及探讨，开发出了面向典型工业城市的重点用能企业能耗在线监测系统。

系统基于管控一体化信息平台，采用分布式部署方式。在整体需求的基础上，对系统的业务功能及核心数据进行统一规划，以期达到结构清晰和易于扩展。系统设计过程中，遵循实用可行、适用易用、安全可靠、先进成熟、可扩展、可移植的原则，以保证项目能够安全、稳定、有效的运行，同时也能满足未来 5年甚至15年的系统扩展需求。

在系统功能方面，采用微服务的方式，设计了工业领域能耗动态监管、工业领域能耗水平识别评价、重点用能企业能效对标分析、重点用能企业节能分析及考核、城市能源预测及预警以及决策支持及专家智能等系统功能，同时提供了报表分析工具、计算引擎工具、模型分析工具等十多种支持工具，方便对能源数据进行管理和分析。

齐齐哈尔市是一个典型的工业城市，重点用能企业能耗在线监测系统在齐齐哈尔市的实施具有代表性，本文将以该市为例进行说明。

3 重点用能企业能耗在线监测系统在工业城市中的应用

齐齐哈尔市是“一五”期间家投资兴建起来的重工业基地，是典型的一市多镇工业城市。工业能源消费量的持续增长，给该市的能源管理带来了巨大的压力及挑战，传统的能源监测手段已经不能满足能源精细化管理的需求，需要引入新的能源监控平台及管理手段，而重点用能企业能耗在线监测系统在齐齐哈尔市的应用中达到了预期的效果。

3.1 系统调研

由能源管理专业团队进行专项调研，详细了解齐齐哈尔市能源管理现状，在调研过程中发现，该市在能源管理过程中存在以下特点：

（1）工业领域能源消耗量高且呈逐年增长趋势，耗能相对集中，管理难度大

2016年全市能源消耗量857.1万tce，其中规模以上工业综合能源消费量为510.85万tce，占比 59.6%；电力、热力生产和供应业能耗240.1万tce，占规模以上能耗比重为46.98%，耗能集中度较为明显。仅靠各企业上报的能耗数据，已经无法满足能源精细化管理的需求，管理难度大。

（2）缺乏及时有效的数据及分析工具，管理手段单一

数据获取滞后，已不能反映当能源消耗和节能的状况，而能效分析、节能监察、能源宏观决策等对能源信息有较高的实时动态需求，缺乏时效性的数据难以满足要求。数据覆盖面窄，不能形成完整统一的数据体系，无法反映能源消费的情况。缺乏有效的数据分析模型和预测工具，对数据进行科学分析处理的手段不足，缺乏预测和预警的信息支撑，对民经济发展和能源管理决策的支持力度较弱。

（3）存在信息孤岛，未能实现信息共享

全市能源计量信息、企业能源消耗信息、节能监察和监测相关信息等相互独立，没有实现资源共享，没有积累长期数据的技术手段，数据信息的价值没有发挥出来，缺乏对城市节能综合管理的支撑作用。

3.2系统设计及实施

针对调研过程中发现的问题，我们对“齐齐哈尔市重点用能企业能耗在线监测预警平台”的逻辑架构设计进行了相关调整和化，以工业企业现场数据采集为起点，向上依次包括数据传输层、数据存储层、支撑平台层、应用层和展示层，清晰的层次结构既满足了项目的需求，又保证了后续的扩展性。

图 2 能源在线监测系统设计框架

3.3项目培训及交付和运维

项目建成以后形成项目验收文档，并交付专家团队进行验收，验收内容包括项目过程文档、系统设计文档、系统测试文档等。项目验收之后转入后期运维及技术工作，此时运维团队介入，新的服务模式开启。

依托于完整的运维体系，实现7×24h不间断的服务，系统问题15min内响应，2h出具解决方案的服务模式，同时对系统的运行状态进行监控，提发现并及时解决系统问题，保证系统的稳定运行；运维全流程状态可视，便于管理者及时跟进。

3.4系统应用成效

目该系统已经完成全市 62 家企业能耗的实时采集工作，通过对采集数据的分析、预警以及跟踪，能及时发现能耗异常情况并进行提干预，提高了齐齐哈尔市能源管理水平，具体体现在以下几个方面：

（1）实现由静态监管转为动态监管的转变

通过建立标准化的能耗采集监测体系，规范采集实际工作中的操作流程，对接入监测的数据进行规范处理，确保能耗在线监测数据的有效性，从而根据在线监测的实时数据进行分析，对所管辖的企业进行数据的动态分析，及时干预，保证节能政策的高效、正确的执行。

（2）实现由单一部门管理向联合办公的转变

通过重点用能单位能耗在线监测系统，以工业能耗为重点，编入建筑、交通、公共机构等领域能耗在线监测数据，实现多领域的数据共享，为全市节能减排工作整体规划提供数据支撑，提高齐齐哈尔市各职能部门的办公效率，降低监管成本。

（3）实现由强制执行变为主动引导的转变