重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)架構研究及應用功能

時間：2020-06-12作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：356

摘要：文章闡述了重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)通過在用能單位部署采集端設備獲取能耗數(shù)據(jù),通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至核心平臺,實現(xiàn)對企業(yè)能耗的在線監(jiān)測與分析，為節(jié)能主管部門的管理工作提供數(shù)據(jù)支撐，為用能單位開展能效對標工作提供幫助，為社會公眾提供節(jié)能宣傳服務。 在系統(tǒng)建設中，需要把握管理與服務的需求，充分考慮數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)承載及系統(tǒng)安全等方面的要求。


關鍵詞：重點用能單位；能耗采集端設備；節(jié)能綜合管理

0 引言
       隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程加快及消費結構持續(xù)升級,我國能源需求呈剛性增長,節(jié)能工作面臨嚴峻形勢。2015 年全年能源消費總量 43.0 億噸標準煤,比上年增長 0.9%。 煤炭消費量下降 3.7%,原油消費量增長 5.6%,天然氣消費量增長 3.3%,電力消費量增長 0.5%。 煤炭消費量占能源消費總量的 64.0%,水電、風電、核電、天然氣等清潔能源消費量占能源
消費總量的 17.9%。 全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降 5.6%。國家在節(jié)能減排“十三五”規(guī)劃中提出了到2020 年單位 GDP(國內(nèi)生產(chǎn)總值)能耗比 2005 年下降 40% ~ 45%,到 2030 年單位 GDP 碳排放比 2005年下降 60% ~ 65%的目標。 
       《重點用能單位節(jié)能管理辦法》規(guī)定,重點用能單位包括年綜合能源消費量 1 萬噸標準煤以上 (含1 萬噸)的用能單位以及各省、自治區(qū)、直轄市有關部門指定的年綜合能源消費量 5000 噸標準煤以上(含 5000 噸)、不足 1 萬噸標準煤的用能單位。 目前在該范圍內(nèi)的重點用能單位全國約 17 000 家,能源消費量占全國能源消費總量的 60%,是節(jié)能工作的重點對象。因此，國家各級相關節(jié)能主管部門從“十二五” 期間就已經(jīng)逐步展開重點用能單位能耗在線監(jiān)測工作，旨在及時準確掌握能源消耗情況，以便更好了解全社會用能數(shù)據(jù)。

1 需求分析
1.1 管理需求分析
       各級節(jié)能主管部門應開展以下工作： a ） 定期進行節(jié)能宏觀形勢分析。通過監(jiān)測能源消費情況，預測能源消費趨勢，研究判定全國或全省節(jié)能形勢，為相關各級**部署節(jié)能工作和制定節(jié)能政策措施提供科學依據(jù)。 b ）建立節(jié)能目標責任評價考核制度。按照《*人民共和國節(jié)約能源法》、《“十三五”節(jié)能減排綜合性工作方案》、《萬家企業(yè)節(jié)能低碳行動實施方案》等要求，負責建立所管轄區(qū)域節(jié)能目標責任評價考核制度， 并對重點用能單位年度節(jié)能目標完成情況進行統(tǒng)計和公告。 c ）推廣節(jié)能減排市場化機制。積組織開展用能權交易、碳排放權交易研究，探索推動節(jié)能減排市場化途徑。 d ）加快節(jié)能減排技術開發(fā)和推廣應用。建立節(jié)能減排技術遴選、評定及推廣機制。 e ）強化節(jié)能管理基礎建設，提高節(jié)能信息化水平，提高數(shù)據(jù)的及時性和有效性。
1.2 服務需求分析
       各級節(jié)能主管部門在行使管理職能的同時，還要承擔面向重點用能單位和公眾的服務。面向重點用能單位的服務包括為重點用能單位提供能耗數(shù)據(jù)展示及基礎分析，提供節(jié)能減排的相關技術方案和案例，以供行業(yè)內(nèi)的優(yōu)秀企業(yè)借鑒，降低自身的工業(yè)制造成本。
       面向公眾的服務包括展示相關能耗數(shù)據(jù)，提供政務公開、政策公開，宣傳節(jié)能減排相關政策和法規(guī)，推送日常節(jié)能知識和手段,提高公眾節(jié)能環(huán)保意識。

2 重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)架構 
2.1 分級部署 
       國家節(jié)能主管部門和省級節(jié)能主管部門各自的政務職能和管理范圍不同，國家節(jié)能主管部門側重宏觀管理及政策研究制定，省級節(jié)能主管部門側重各省的節(jié)能管理及對企業(yè)節(jié)能的直接管理，因此應 考慮建設兩級能耗在線監(jiān)測平臺，即國家平臺和省級平臺，分別為國家部委和省級部門提供管理工作支撐，同時為用能單位、社會公眾提供與節(jié)能相關的服務和知識宣傳等。 
2.2 數(shù)據(jù)采集 
       重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來自用能單位能源的消耗數(shù)據(jù)，因此需要在用能單位設置能耗采集端設備，在本地采集數(shù)據(jù)后定時通過互聯(lián)網(wǎng)分別上傳至國家平臺和省級平臺。
能耗采集端設備可以從用能單位現(xiàn)場監(jiān)控儀表、分布式控制系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)以及管理信，息系統(tǒng)等多渠道獲取能耗數(shù)據(jù)，因此能耗采集端設備應提供豐富的接口類型，以適應企業(yè)用能設備和能源計量器具采集接口的多樣性以及與用能單位的各種設備對接。 
2.3 數(shù)據(jù)承載 
       重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括采集數(shù)據(jù)和訪問數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)來源于用能單位，主要通過互聯(lián)網(wǎng)承載訪問數(shù)據(jù)包括節(jié)能主管部門、用能單位和社會公眾對平臺的訪問數(shù)據(jù)，節(jié)能主管部門的訪問數(shù)據(jù)由電子政務外網(wǎng)承載，用能單位和社會公眾的訪問數(shù)據(jù)由互聯(lián)網(wǎng)承載。 
2.4 系統(tǒng)安全 
       系統(tǒng)安全包括平臺安全、數(shù)據(jù)采集安全以及數(shù)據(jù)承載安全。
       **和省級兩級平臺均存儲了相關行業(yè)的匯集數(shù)據(jù)，應該按照不**安全等保三級的要求進行安全防護。
       數(shù)據(jù)采集安全要考慮能耗數(shù)據(jù)安全，也要考慮能耗采集端設備接入用能單位的儀表或系統(tǒng)時存在的安全風險。因此，能耗采集端設備需要具備本地存 儲功能，需要具備重傳機制，還必須具備安全隔離功能，保證互聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)生產(chǎn)內(nèi)網(wǎng)的隔離。
       數(shù)據(jù)承載安全需要考慮采集數(shù)據(jù)的傳輸安全， 采用 *（虛擬**網(wǎng)）技術互聯(lián)網(wǎng)傳輸提供**。

3 重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)架構設計 
3.1 總體架構 
       **平臺與省級平臺通過電子政務外網(wǎng)實現(xiàn)互通，各用能單位能耗采集端設備采集到的能耗數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至**平臺和省級平臺，并通過互聯(lián)網(wǎng)在其權限內(nèi)訪問省級平臺。部級用戶通過政務外網(wǎng)訪問**平臺，省、市級用戶通過政務外網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)訪問歸屬省級平臺。重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)總體架構如圖 1 所示。 


 

                                                            圖1重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)總體架構
3.2 系統(tǒng)功能 
       重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)為節(jié)能主管部門、用能單位及社會公眾服務，需要提供在線監(jiān)測、總量控制、節(jié)能目標考核、碳排放管理等節(jié)能綜合管理功能，提供能效水平分析、能源利用狀況報告上報、節(jié)能標準及技術展示等企業(yè)服務功能，同時還需要提供節(jié)能法規(guī)政策、節(jié)能技術產(chǎn)品推廣等公眾服務功能。
1）節(jié)能綜合管理功能 
a）在線監(jiān)測在線監(jiān)測是為重點用能單位進行能耗數(shù)據(jù)在線采集、監(jiān)測和統(tǒng)計分析，為用能單位部署能耗采集端設備提供接入測試。通過地圖展示用能單位的分布情況和能耗數(shù)據(jù)。在地圖上展示的全省能耗數(shù)據(jù)包括能耗排名、能源消費強度、電力消費情況、能源消費構成、各品種能源消費量、區(qū)域能效數(shù)據(jù)等關鍵數(shù)據(jù)。針對地區(qū)、行業(yè)、用能單位的用能狀況生成各種統(tǒng)計報表，對用能狀況進行監(jiān)測。在線監(jiān)測為用能單位部署能耗采集端設備，并在正式接入平臺前提供一個實時、可視化的調(diào)試界面可以查看當前和歷史上傳的數(shù)據(jù),并進行在線數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào)。 
b）總量控制 
       總量控制功能是對所管轄區(qū)域能源消費總量、各能源品種消費總量（煤炭消費總量）進行跟蹤監(jiān)測、預測預警、總量考核和調(diào)整，并以圖表進行展示。將能耗總量與既定的限額進行對比，對各種能源的能耗總量實現(xiàn)預警功能，可根據(jù)消費趨勢及限額完成情況，動態(tài)調(diào)整各區(qū)域總量控制的限額目標。 
c）節(jié)能目標考核 
       節(jié)能目標考核主要對省、省轄市、省直管縣及重點用能單位節(jié)能目標完成情況和任務落實情況進行考核，考核系統(tǒng)分為自查評分、考核評價兩部分。 
d）碳排放管理 
       碳排放管理實現(xiàn)溫室氣體數(shù)據(jù)報送、碳強度下降目標考核評估等功能。 溫室氣體數(shù)據(jù)報送要實現(xiàn)對報送用能單位、三方核查機構兩類直報主體進行數(shù)據(jù)報送、核查、發(fā)布及碳排放管理等功能。碳強度下降目標考核評估主要對所管轄區(qū)域碳強度降低目標完成情況和任務落實情況進行考核。
2）企業(yè)服務功能 
a）能效水平分析 
       由用能單位采集上報數(shù)據(jù)，直觀展示企業(yè)產(chǎn)值能效、產(chǎn)品能效的變化趨勢。數(shù)據(jù)包括產(chǎn)值能效指 標、產(chǎn)值能效趨勢、行業(yè)產(chǎn)值能效、產(chǎn)品能效趨勢四部分，以列表、柱狀圖或曲線圖的形式進行展示，并與行業(yè)內(nèi)其他企業(yè)進行相應指標的對比分析。 
b）能源利用狀況報告上報 
       用能單位每年或每季度上傳一次能源利用狀況報告，系統(tǒng)可查看上報情況。 
c）節(jié)能標準與技術展示 
       企業(yè)可查詢**、省級主管部門發(fā)布的節(jié)能標準、節(jié)能技術和節(jié)能產(chǎn)品信息。 
3）公眾服務功能 
a）節(jié)能法規(guī)政策 
       提供節(jié)能法規(guī)政策的查看功能，幫助公眾更好了解節(jié)能知識，提高全社會的節(jié)能意識。 
b）節(jié)能技術產(chǎn)品推廣 
       向公眾宣傳和推廣經(jīng)過認證的節(jié)能技術產(chǎn)品。

4 安科瑞重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)架構及應用功能
4.1 平臺的架構
       重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)采用“國家平臺+省級平臺+重點用能單位接入端系統(tǒng)”的架構，重點用能單位端能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到省級平臺，再由省級平臺上傳至國家平臺。沒有建設省級平臺的，重點用能單位端能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)直接上傳到國家平臺。
       重點用能單位“接入端系統(tǒng)”部署在重點用能單位內(nèi)部，由重點用能單位負責建設。主要功能是，通過計量儀表、工控系統(tǒng)等采集、匯總本單位能耗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺。 
 
圖2 安科瑞能耗監(jiān)測系統(tǒng)的架構組成示意圖
4.2 平臺的應用功能
       重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)為節(jié)能主管部門、用能單位及社會公眾服務，需要提供在線監(jiān)測、總量控制、節(jié)能目標考核、碳排放管理等節(jié)能綜合管理功能， 提供能效水平分析、 能源利用狀況報告上報、節(jié)能標準及技術展示等企業(yè)服務功能，同時還需要提供節(jié)能法規(guī)政策、 節(jié)能技術產(chǎn)品推廣等公眾服務功能。
2.2.1數(shù)據(jù)采集
       可通過Modbus(GB/T19582)、DL/T645、CJ/T188等協(xié)議，從現(xiàn)場儀表采集需要的能耗實時數(shù)據(jù)；可從數(shù)據(jù)采集器獲取數(shù)據(jù)：通過Modbus TCP（GB/T19582）、MQTT、HTTPS等標準通訊協(xié)議從數(shù)據(jù)采集器獲取能耗實時數(shù)據(jù)；可從自動化信息系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)：通過OPC協(xié)議從重點用能單位的自動化信息系統(tǒng)采集需要的能耗實時數(shù)據(jù)；支持手工填報數(shù)據(jù)：對于不具備在線采集條件的數(shù)據(jù)，應提供手工填報數(shù)據(jù)上傳的模式。能耗在線監(jiān)測端設備應提供數(shù)據(jù)接入的軟件配置工具，支持上述多種標準通訊協(xié)議的軟件配置界面，配置完畢后，在能耗在線監(jiān)測端設備可運行基于SQL、OPC、Modbus、DL/T645、CJ/T188協(xié)議的數(shù)據(jù)接入執(zhí)行模塊，按照配置制定的規(guī)則，定時從數(shù)據(jù)采集點獲取數(shù)據(jù)，送入數(shù)據(jù)處理模塊，進行必要的運算處理，生成符合規(guī)范要求的上傳數(shù)據(jù)，再送入數(shù)據(jù)上傳模塊進行編碼上傳。
2.2.2數(shù)據(jù)上傳
       按照重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范定義的系統(tǒng)平臺接口協(xié)議規(guī)范的要求，將用能企業(yè)的基礎信息、計量器具信息、用能數(shù)據(jù)及能效數(shù)據(jù)上傳至省級或國家平臺，上傳數(shù)據(jù)經(jīng)過HTTPS協(xié)議加密傳輸。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗或時（網(wǎng)絡故障），將重發(fā)數(shù)據(jù)，直至接收成功反饋消息。
2.2.3數(shù)據(jù)處理及存儲
       實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)可按照企業(yè)要求的時長、周期進行存儲、備份并保證數(shù)據(jù)存儲的安全性和可靠性；可按照企業(yè)管理需要進行分類查詢，方便快捷；本地歷史數(shù)據(jù)應存儲6個月以上，并可以方便導出。

 

                                                                             圖3 安科瑞能耗監(jiān)控系統(tǒng)平臺功能示意圖
2.2.5安科瑞能耗監(jiān)測系統(tǒng)設備選型


 
圖4 安科瑞能耗監(jiān)測系統(tǒng)設備選型示意圖

 

5 結束語
       建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)對部門、用能單位和社會公眾都有積的意義。對部門而言， 建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)有利于部門準確及時獲取能源數(shù)據(jù)，掌握自身能源消費總量和各行業(yè)能效情況， 是有關部門研究制定節(jié)能和能效相關政策、 開展能源領域宏觀調(diào)控的基礎， 是了解我國主要耗能行業(yè)和產(chǎn)品能效水平在世界所處的位置， 應對**氣候談判的重要抓手。對用能單位而言， 建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)有利于用能單位更好地了解自身用能情況及行業(yè)能效水平，優(yōu)化能源管理，提高能效水平，發(fā)現(xiàn)節(jié)能潛力，為其加強節(jié)能管理提供幫助。對社會公眾而言， 建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)有利于公眾及時便捷獲取準確可靠的節(jié)能信息，進行節(jié)能知識的咨詢和宣傳，增強全社會的節(jié)能意識。

【參考文獻】
[1]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.[J]2019.11版
[2]盧 苗, 孫恒, 李 猛重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)架構研究.[J]電信快報，2017.(2)：43-46


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