安科瑞IT配电事业部

重点用能单位能耗在线监测系统架构研究及应用功能

缪建梅
安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要:文章阐述了重点用能单位能耗在线监测系统通过在用能单位部署采集端设备获取能耗数据,通过互联网将数据上传至核心平台,实现对企业能耗的在线监测与分析,为节能主管部门的管理工作提供数据支撑,为用能单位开展能效对标工作提供帮助,为社会公众提供节能宣传服务。 在系统建设中,需要把握管理与服务的需求,充分考虑数据采集、数据承载及系统安全等方面的要求。


关键词:重点用能单位;能耗采集段设备;节能综合管理

0 引言
       随着工业化和城镇化进程加快及消费结构持续升级,我国能源需求呈刚性增长,节能工作面临严峻形势。2015 年全年能源消费总量 43.0 亿吨标准煤,比上年增长 0.9%。 煤炭消费量下降 3.7%,原油消费量增长 5.6%,天然气消费量增长 3.3%,电力消费量增长 0.5%。 煤炭消费量占能源消费总量的 64.0%,水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量占能源
消费总量的 17.9%。 全国万元国内生产总值能耗下降 5.6%。国家在节能减排“十三五”规划中提出了到2020 年单位 GDP(国内生产总值)能耗比 2005 年下降 40% ~ 45%,到 2030 年单位 GDP 碳排放比 2005年下降 60% ~ 65%的目标。 
       《重点用能单位节能管理办法》规定,重点用能单位包括年综合能源消费量 1 万吨标准煤以上 (含1 万吨)的用能单位以及各省、自治区、直辖市有关部门指定的年综合能源消费量 5000 吨标准煤以上(含 5000 吨)、不足 1 万吨标准煤的用能单位。 目前在该范围内的重点用能单位全国约 17 000 家,能源消费量占全国能源消费总量的 60%,是节能工作的重点对象。因此,国家各级相关节能主管部门从“十二五” 期间就已经逐步展开重点用能单位能耗在线监测工作,旨在及时准确掌握能源消耗情况,以便更好了解全社会用能数据。

1 需求分析
1.1 管理需求分析
       各级节能主管部门应开展以下工作: a ) 定期进行节能宏观形势分析。通过监测能源消费情况,预测能源消费趋势,研究判定全国或全省节能形势,为相关各级领导部署节能工作和制定节能政策措施提供科学依据。 b )建立节能目标责任评价考核制度。按照《中华人民共和国节约能源法》、《“十三五”节能减排综合性工作方案》、《万家企业节能低碳行动实施方案》等要求,负责建立所管辖区域节能目标责任评价考核制度, 并对重点用能单位年度节能目标完成情况进行统计和公告。 c )推广节能减排市场化机制。积极组织开展用能权交易、碳排放权交易研究,探索推动节能减排市场化途径。 d )加快节能减排技术开发和推广应用。建立节能减排技术遴选、评定及推广机制。 e )强化节能管理基础建设,提高节能信息化水平,提高数据的及时性和有效性。
1.2 服务需求分析
       各级节能主管部门在行使管理职能的同时,还要承担面向重点用能单位和公众的服务。面向重点用能单位的服务包括为重点用能单位提供能耗数据展示及基础分析,提供节能减排的相关技术方案和案例,以供行业内的优秀企业借鉴,降低自身的工业制造成本。
       面向公众的服务包括展示相关能耗数据,提供政务公开、政策公开,宣传节能减排相关政策和法规,推送日常节能知识和手段,提高公众节能环保意识。

2 重点用能单位能耗在线监测系统架构 
2.1 分级部署 
       国家节能主管部门和省级节能主管部门各自的政务职能和管理范围不同,国家节能主管部门侧重宏观管理及政策研究制定,省级节能主管部门侧重各省的节能管理及对企业节能的直接管理,因此应 考虑建设两级能耗在线监测平台,即国家平台和省级平台,分别为国家部委和省级政府部门提供管理工作支撑,同时为用能单位、社会公众提供与节能相关的服务和知识宣传等。 
2.2 数据采集 
       重点用能单位能耗在线监测系统的数据来自用能单位能源的消耗数据,因此需要在用能单位设置能耗采集端设备,在本地采集数据后定时通过互联网分别上传至国家平台和省级平台。
能耗采集端设备可以从用能单位现场监控仪表、分布式控制系统、生产监控管理系统以及管理信,息系统等多渠道获取能耗数据,因此能耗采集端设备应提供丰富的接口类型,以适应企业用能设备和能源计量器具采集接口的多样性以及与用能单位的各种设备对接。 
2.3 数据承载 
       重点用能单位能耗在线监测系统的数据包括采集数据和访问数据。采集数据来源于用能单位,主要通过互联网承载访问数据包括节能主管部门、用能单位和社会公众对平台的访问数据,节能主管部门的访问数据由电子政务外网承载,用能单位和社会公众的访问数据由互联网承载。 
2.4 系统安全 
       系统安全包括平台安全、数据采集安全以及数据承载安全。
       国家级和省级两级平台均存储了相关行业的汇集数据,应该按照不低于安全等保三级的要求进行安全防护。
       数据采集安全要考虑能耗数据安全,也要考虑能耗采集端设备接入用能单位的仪表或系统时存在的安全风险。因此,能耗采集端设备需要具备本地存 储功能,需要具备重传机制,还必须具备安全隔离功能,保证互联网与企业生产内网的隔离。
       数据承载安全需要考虑采集数据的传输安全, 采用 VPN(虚拟专用网)技术互联网传输提供安全保证。

3 重点用能单位能耗在线监测系统架构设计 
3.1 总体架构 
       国家级平台与省级平台通过电子政务外网实现互通,各用能单位能耗采集端设备采集到的能耗数据通过互联网上传至国家级平台和省级平台,并通过互联网在其权限内访问省级平台。部级用户通过政务外网访问国家级平台,省、市级用户通过政务外网或互联网访问归属省级平台。重点用能单位能耗在线监测系统总体架构如图 1 所示。


 

                                                            图1重点用能单位能耗在线监测系统总体架构
3.2 系统功能 
       重点用能单位能耗在线监测系统为节能主管部门、用能单位及社会公众服务,需要提供在线监测、总量控制、节能目标考核、碳排放管理等节能综合管理功能,提供能效水平分析、能源利用状况报告上报、节能标准及技术展示等企业服务功能,同时还需要提供节能法规政策、节能技术产品推广等公众服务功能。
1)节能综合管理功能 
a)在线监测在线监测是为重点用能单位进行能耗数据在线采集、监测和统计分析,为用能单位部署能耗采集端设备提供接入测试。通过地图展示用能单位的分布情况和能耗数据。在地图上展示的全省能耗数据包括能耗排名、能源消费强度、电力消费情况、能源消费构成、各品种能源消费量、区域能效数据等关键数据。针对地区、行业、用能单位的用能状况生成各种统计报表,对用能状况进行监测。在线监测为用能单位部署能耗采集端设备,并在正式接入平台前提供一个实时、可视化的调试界面可以查看当前和历史上传的数据,并进行在线数据联调。 
b)总量控制 
       总量控制功能是对所管辖区域能源消费总量、各能源品种消费总量(煤炭消费总量)进行跟踪监测、预测预警、总量考核和调整,并以图表进行展示。将能耗总量与既定的限额进行对比,对各种能源的能耗总量实现预警功能,可根据消费趋势及限额完成情况,动态调整各区域总量控制的限额目标。 
c)节能目标考核 
       节能目标考核主要对省、省辖市、省直管县及重点用能单位节能目标完成情况和任务落实情况进行考核,考核系统分为自查评分、考核评价两部分。 
d)碳排放管理 
       碳排放管理实现温室气体数据报送、碳强度下降目标考核评估等功能。 温室气体数据报送要实现对报送用能单位、第三方核查机构两类直报主体进行数据报送、核查、发布及碳排放管理等功能。碳强度下降目标考核评估主要对所管辖区域碳强度降低目标完成情况和任务落实情况进行考核。
2)企业服务功能 
a)能效水平分析 
       由用能单位采集上报数据,直观展示企业产值能效、产品能效的变化趋势。数据包括产值能效指 标、产值能效趋势、行业产值能效、产品能效趋势四部分,以列表、柱状图或曲线图的形式进行展示,并与行业内其他企业进行相应指标的对比分析。 
b)能源利用状况报告上报 
       用能单位每年或每季度上传一次能源利用状况报告,系统可查看上报情况。 
c)节能标准与技术展示 
       企业可查询国家级、省级主管部门发布的节能标准、节能技术和节能产品信息。 
3)公众服务功能 
a)节能法规政策 
       提供节能法规政策的查看功能,帮助公众更好了解节能知识,提高全社会的节能意识。 
b)节能技术产品推广 
       向公众宣传和推广经过认证的节能技术产品。

4 安科瑞重点用能单位能耗在线监测系统架构及应用功能
4.1 平台的架构
       重点用能单位能耗在线监测系统采用“国家平台+省级平台+重点用能单位接入端系统”的架构,重点用能单位端能耗监测数据上传到省级平台,再由省级平台上传至国家平台。没有建设省级平台的,重点用能单位端能耗监测数据直接上传到国家平台。
       重点用能单位“接入端系统”部署在重点用能单位内部,由重点用能单位负责建设。主要功能是,通过计量仪表、工控系统等采集、汇总本单位能耗数据,将数据上传至省级平台,或直接上传至国家平台。 
 
图2 安科瑞能耗监测系统的架构组成示意图
4.2 平台的应用功能
       重点用能单位能耗在线监测系统为节能主管部门、用能单位及社会公众服务,需要提供在线监测、总量控制、节能目标考核、碳排放管理等节能综合管理功能, 提供能效水平分析、 能源利用状况报告上报、节能标准及技术展示等企业服务功能,同时还需要提供节能法规政策、 节能技术产品推广等公众服务功能。
2.2.1数据采集
       可通过Modbus(GB/T19582)、DL/T645、CJ/T188等协议,从现场仪表采集需要的能耗实时数据;可从数据采集器获取数据:通过Modbus TCP(GB/T19582)、MQTT、HTTPS等标准通讯协议从数据采集器获取能耗实时数据;可从自动化信息系统获取数据:通过OPC协议从重点用能单位的自动化信息系统采集需要的能耗实时数据;支持手工填报数据:对于不具备在线采集条件的数据,应提供手工填报数据上传的模式。能耗在线监测端设备应提供数据接入的软件配置工具,支持上述多种标准通讯协议的软件配置界面,配置完毕后,在能耗在线监测端设备可运行基于SQL、OPC、Modbus、DL/T645、CJ/T188协议的数据接入执行模块,按照配置制定的规则,定时从数据采集点获取数据,送入数据处理模块,进行必要的运算处理,生成符合规范要求的上传数据,再送入数据上传模块进行编码上传。
2.2.2数据上传
       按照重点用能单位能耗在线监测系统技术规范定义的系统平台接口协议规范的要求,将用能企业的基础信息、计量器具信息、用能数据及能效数据上传至省级或国家平台,上传数据经过HTTPS协议加密传输。如果数据传输失败或超时(网络故障),将重发数据,直至接收成功反馈消息。
2.2.3数据处理及存储
       实时数据及历史数据可按照企业要求的时长、周期进行存储、备份并保证数据存储的安全性和可靠性;可按照企业管理需要进行分类查询,方便快捷;本地历史数据应存储6个月以上,并可以方便导出。

 

                                                                             图3 安科瑞能耗监控系统平台功能示意图
2.2.5安科瑞能耗监测系统设备选型


 
图4 安科瑞能耗监测系统设备选型示意图

 

5 结束语
       建设重点用能单位能耗在线监测系统对政府部门、用能单位和社会公众都有积极的意义。对政府部门而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于政府部门准确及时获取能源数据,掌握自身能源消费总量和各行业能效情况, 是政府有关部门研究制定节能和能效相关政策、 开展能源领域宏观调控的基础, 是了解我国主要耗能行业和产品能效水平在世界所处的位置, 应对国际气候谈判的重要抓手。对用能单位而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于用能单位更好地了解自身用能情况及行业能效水平,优化能源管理,提高能效水平,发现节能潜力,为其加强节能管理提供帮助。对社会公众而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于公众及时便捷获取准确可靠的节能信息,进行节能知识的咨询和宣传,增强全社会的节能意识。

【参考文献】
[1]安科瑞企业微电网设计与应用手册.[J]2019.11版
[2]卢 苗, 孙恒超, 李 猛重点用能单位能耗在线监测系统架构研究.[J]电信快报,2017.(2):43-46

刘单单
安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要:文章阐述了重点用能单位能耗在线监测系统通过在用能单位部署采集端设备获取能耗数据,通过互联网将数据上传至核心平台,实现对企业能耗的在线监测与分析,为节能主管部门的管理工作提供数据支撑,为用能单位开展能效对标工作提供帮助,为社会公众提供节能宣传服务。 在系统建设中,需要把握管理与服务的需求,充分考虑数据采集、数据承载及系统安全等方面的要求。


关键词:重点用能单位;能耗采集段设备;节能综合管理

0 引言
       随着工业化和城镇化进程加快及消费结构持续升级,我国能源需求呈刚性增长,节能工作面临严峻形势。2015 年全年能源消费总量 43.0 亿吨标准煤,比上年增长 0.9%。 煤炭消费量下降 3.7%,原油消费量增长 5.6%,天然气消费量增长 3.3%,电力消费量增长 0.5%。 煤炭消费量占能源消费总量的 64.0%,水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量占能源
消费总量的 17.9%。 全国万元国内生产总值能耗下降 5.6%。国家在节能减排“十三五”规划中提出了到2020 年单位 GDP(国内生产总值)能耗比 2005 年下降 40% ~ 45%,到 2030 年单位 GDP 碳排放比 2005年下降 60% ~ 65%的目标。 
       《重点用能单位节能管理办法》规定,重点用能单位包括年综合能源消费量 1 万吨标准煤以上 (含1 万吨)的用能单位以及各省、自治区、直辖市有关部门指定的年综合能源消费量 5000 吨标准煤以上(含 5000 吨)、不足 1 万吨标准煤的用能单位。 目前在该范围内的重点用能单位全国约 17 000 家,能源消费量占全国能源消费总量的 60%,是节能工作的重点对象。因此,国家各级相关节能主管部门从“十二五” 期间就已经逐步展开重点用能单位能耗在线监测工作,旨在及时准确掌握能源消耗情况,以便更好了解全社会用能数据。

1 需求分析
1.1 管理需求分析
       各级节能主管部门应开展以下工作: a ) 定期进行节能宏观形势分析。通过监测能源消费情况,预测能源消费趋势,研究判定全国或全省节能形势,为相关各级领导部署节能工作和制定节能政策措施提供科学依据。 b )建立节能目标责任评价考核制度。按照《中华人民共和国节约能源法》、《“十三五”节能减排综合性工作方案》、《万家企业节能低碳行动实施方案》等要求,负责建立所管辖区域节能目标责任评价考核制度, 并对重点用能单位年度节能目标完成情况进行统计和公告。 c )推广节能减排市场化机制。积极组织开展用能权交易、碳排放权交易研究,探索推动节能减排市场化途径。 d )加快节能减排技术开发和推广应用。建立节能减排技术遴选、评定及推广机制。 e )强化节能管理基础建设,提高节能信息化水平,提高数据的及时性和有效性。
1.2 服务需求分析
       各级节能主管部门在行使管理职能的同时,还要承担面向重点用能单位和公众的服务。面向重点用能单位的服务包括为重点用能单位提供能耗数据展示及基础分析,提供节能减排的相关技术方案和案例,以供行业内的优秀企业借鉴,降低自身的工业制造成本。
       面向公众的服务包括展示相关能耗数据,提供政务公开、政策公开,宣传节能减排相关政策和法规,推送日常节能知识和手段,提高公众节能环保意识。

2 重点用能单位能耗在线监测系统架构 
2.1 分级部署 
       国家节能主管部门和省级节能主管部门各自的政务职能和管理范围不同,国家节能主管部门侧重宏观管理及政策研究制定,省级节能主管部门侧重各省的节能管理及对企业节能的直接管理,因此应 考虑建设两级能耗在线监测平台,即国家平台和省级平台,分别为国家部委和省级政府部门提供管理工作支撑,同时为用能单位、社会公众提供与节能相关的服务和知识宣传等。 
2.2 数据采集 
       重点用能单位能耗在线监测系统的数据来自用能单位能源的消耗数据,因此需要在用能单位设置能耗采集端设备,在本地采集数据后定时通过互联网分别上传至国家平台和省级平台。
能耗采集端设备可以从用能单位现场监控仪表、分布式控制系统、生产监控管理系统以及管理信,息系统等多渠道获取能耗数据,因此能耗采集端设备应提供丰富的接口类型,以适应企业用能设备和能源计量器具采集接口的多样性以及与用能单位的各种设备对接。 
2.3 数据承载 
       重点用能单位能耗在线监测系统的数据包括采集数据和访问数据。采集数据来源于用能单位,主要通过互联网承载访问数据包括节能主管部门、用能单位和社会公众对平台的访问数据,节能主管部门的访问数据由电子政务外网承载,用能单位和社会公众的访问数据由互联网承载。 
2.4 系统安全 
       系统安全包括平台安全、数据采集安全以及数据承载安全。
       国家级和省级两级平台均存储了相关行业的汇集数据,应该按照不低于安全等保三级的要求进行安全防护。
       数据采集安全要考虑能耗数据安全,也要考虑能耗采集端设备接入用能单位的仪表或系统时存在的安全风险。因此,能耗采集端设备需要具备本地存 储功能,需要具备重传机制,还必须具备安全隔离功能,保证互联网与企业生产内网的隔离。
       数据承载安全需要考虑采集数据的传输安全, 采用 VPN(虚拟专用网)技术互联网传输提供安全保证。

3 重点用能单位能耗在线监测系统架构设计 
3.1 总体架构 
       国家级平台与省级平台通过电子政务外网实现互通,各用能单位能耗采集端设备采集到的能耗数据通过互联网上传至国家级平台和省级平台,并通过互联网在其权限内访问省级平台。部级用户通过政务外网访问国家级平台,省、市级用户通过政务外网或互联网访问归属省级平台。重点用能单位能耗在线监测系统总体架构如图 1 所示。


 

                                                            图1重点用能单位能耗在线监测系统总体架构
3.2 系统功能 
       重点用能单位能耗在线监测系统为节能主管部门、用能单位及社会公众服务,需要提供在线监测、总量控制、节能目标考核、碳排放管理等节能综合管理功能,提供能效水平分析、能源利用状况报告上报、节能标准及技术展示等企业服务功能,同时还需要提供节能法规政策、节能技术产品推广等公众服务功能。
1)节能综合管理功能 
a)在线监测在线监测是为重点用能单位进行能耗数据在线采集、监测和统计分析,为用能单位部署能耗采集端设备提供接入测试。通过地图展示用能单位的分布情况和能耗数据。在地图上展示的全省能耗数据包括能耗排名、能源消费强度、电力消费情况、能源消费构成、各品种能源消费量、区域能效数据等关键数据。针对地区、行业、用能单位的用能状况生成各种统计报表,对用能状况进行监测。在线监测为用能单位部署能耗采集端设备,并在正式接入平台前提供一个实时、可视化的调试界面可以查看当前和历史上传的数据,并进行在线数据联调。 
b)总量控制 
       总量控制功能是对所管辖区域能源消费总量、各能源品种消费总量(煤炭消费总量)进行跟踪监测、预测预警、总量考核和调整,并以图表进行展示。将能耗总量与既定的限额进行对比,对各种能源的能耗总量实现预警功能,可根据消费趋势及限额完成情况,动态调整各区域总量控制的限额目标。 
c)节能目标考核 
       节能目标考核主要对省、省辖市、省直管县及重点用能单位节能目标完成情况和任务落实情况进行考核,考核系统分为自查评分、考核评价两部分。 
d)碳排放管理 
       碳排放管理实现温室气体数据报送、碳强度下降目标考核评估等功能。 温室气体数据报送要实现对报送用能单位、第三方核查机构两类直报主体进行数据报送、核查、发布及碳排放管理等功能。碳强度下降目标考核评估主要对所管辖区域碳强度降低目标完成情况和任务落实情况进行考核。
2)企业服务功能 
a)能效水平分析 
       由用能单位采集上报数据,直观展示企业产值能效、产品能效的变化趋势。数据包括产值能效指 标、产值能效趋势、行业产值能效、产品能效趋势四部分,以列表、柱状图或曲线图的形式进行展示,并与行业内其他企业进行相应指标的对比分析。 
b)能源利用状况报告上报 
       用能单位每年或每季度上传一次能源利用状况报告,系统可查看上报情况。 
c)节能标准与技术展示 
       企业可查询国家级、省级主管部门发布的节能标准、节能技术和节能产品信息。 
3)公众服务功能 
a)节能法规政策 
       提供节能法规政策的查看功能,帮助公众更好了解节能知识,提高全社会的节能意识。 
b)节能技术产品推广 
       向公众宣传和推广经过认证的节能技术产品。

4 安科瑞重点用能单位能耗在线监测系统架构及应用功能
4.1 平台的架构
       重点用能单位能耗在线监测系统采用“国家平台+省级平台+重点用能单位接入端系统”的架构,重点用能单位端能耗监测数据上传到省级平台,再由省级平台上传至国家平台。没有建设省级平台的,重点用能单位端能耗监测数据直接上传到国家平台。
       重点用能单位“接入端系统”部署在重点用能单位内部,由重点用能单位负责建设。主要功能是,通过计量仪表、工控系统等采集、汇总本单位能耗数据,将数据上传至省级平台,或直接上传至国家平台。 
 
图2 安科瑞能耗监测系统的架构组成示意图
4.2 平台的应用功能
       重点用能单位能耗在线监测系统为节能主管部门、用能单位及社会公众服务,需要提供在线监测、总量控制、节能目标考核、碳排放管理等节能综合管理功能, 提供能效水平分析、 能源利用状况报告上报、节能标准及技术展示等企业服务功能,同时还需要提供节能法规政策、 节能技术产品推广等公众服务功能。
2.2.1数据采集
       可通过Modbus(GB/T19582)、DL/T645、CJ/T188等协议,从现场仪表采集需要的能耗实时数据;可从数据采集器获取数据:通过Modbus TCP(GB/T19582)、MQTT、HTTPS等标准通讯协议从数据采集器获取能耗实时数据;可从自动化信息系统获取数据:通过OPC协议从重点用能单位的自动化信息系统采集需要的能耗实时数据;支持手工填报数据:对于不具备在线采集条件的数据,应提供手工填报数据上传的模式。能耗在线监测端设备应提供数据接入的软件配置工具,支持上述多种标准通讯协议的软件配置界面,配置完毕后,在能耗在线监测端设备可运行基于SQL、OPC、Modbus、DL/T645、CJ/T188协议的数据接入执行模块,按照配置制定的规则,定时从数据采集点获取数据,送入数据处理模块,进行必要的运算处理,生成符合规范要求的上传数据,再送入数据上传模块进行编码上传。
2.2.2数据上传
       按照重点用能单位能耗在线监测系统技术规范定义的系统平台接口协议规范的要求,将用能企业的基础信息、计量器具信息、用能数据及能效数据上传至省级或国家平台,上传数据经过HTTPS协议加密传输。如果数据传输失败或超时(网络故障),将重发数据,直至接收成功反馈消息。
2.2.3数据处理及存储
       实时数据及历史数据可按照企业要求的时长、周期进行存储、备份并保证数据存储的安全性和可靠性;可按照企业管理需要进行分类查询,方便快捷;本地历史数据应存储6个月以上,并可以方便导出。

 

                                                                             图3 安科瑞能耗监控系统平台功能示意图
2.2.5安科瑞能耗监测系统设备选型


 
图4 安科瑞能耗监测系统设备选型示意图

 

5 结束语
       建设重点用能单位能耗在线监测系统对政府部门、用能单位和社会公众都有积极的意义。对政府部门而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于政府部门准确及时获取能源数据,掌握自身能源消费总量和各行业能效情况, 是政府有关部门研究制定节能和能效相关政策、 开展能源领域宏观调控的基础, 是了解我国主要耗能行业和产品能效水平在世界所处的位置, 应对国际气候谈判的重要抓手。对用能单位而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于用能单位更好地了解自身用能情况及行业能效水平,优化能源管理,提高能效水平,发现节能潜力,为其加强节能管理提供帮助。对社会公众而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于公众及时便捷获取准确可靠的节能信息,进行节能知识的咨询和宣传,增强全社会的节能意识。

【参考文献】
[1]安科瑞企业微电网设计与应用手册.[J]2019.11版
[2]卢 苗, 孙恒超, 李 猛重点用能单位能耗在线监测系统架构研究.[J]电信快报,2017.(2):43-46

刘单单
安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要:文章阐述了重点用能单位能耗在线监测系统通过在用能单位部署采集端设备获取能耗数据,通过互联网将数据上传至核心平台,实现对企业能耗的在线监测与分析,为节能主管部门的管理工作提供数据支撑,为用能单位开展能效对标工作提供帮助,为社会公众提供节能宣传服务。 在系统建设中,需要把握管理与服务的需求,充分考虑数据采集、数据承载及系统安全等方面的要求。


关键词:重点用能单位;能耗采集段设备;节能综合管理

0 引言
       随着工业化和城镇化进程加快及消费结构持续升级,我国能源需求呈刚性增长,节能工作面临严峻形势。2015 年全年能源消费总量 43.0 亿吨标准煤,比上年增长 0.9%。 煤炭消费量下降 3.7%,原油消费量增长 5.6%,天然气消费量增长 3.3%,电力消费量增长 0.5%。 煤炭消费量占能源消费总量的 64.0%,水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量占能源
消费总量的 17.9%。 全国万元国内生产总值能耗下降 5.6%。国家在节能减排“十三五”规划中提出了到2020 年单位 GDP(国内生产总值)能耗比 2005 年下降 40% ~ 45%,到 2030 年单位 GDP 碳排放比 2005年下降 60% ~ 65%的目标。 
       《重点用能单位节能管理办法》规定,重点用能单位包括年综合能源消费量 1 万吨标准煤以上 (含1 万吨)的用能单位以及各省、自治区、直辖市有关部门指定的年综合能源消费量 5000 吨标准煤以上(含 5000 吨)、不足 1 万吨标准煤的用能单位。 目前在该范围内的重点用能单位全国约 17 000 家,能源消费量占全国能源消费总量的 60%,是节能工作的重点对象。因此,国家各级相关节能主管部门从“十二五” 期间就已经逐步展开重点用能单位能耗在线监测工作,旨在及时准确掌握能源消耗情况,以便更好了解全社会用能数据。

1 需求分析
1.1 管理需求分析
       各级节能主管部门应开展以下工作: a ) 定期进行节能宏观形势分析。通过监测能源消费情况,预测能源消费趋势,研究判定全国或全省节能形势,为相关各级领导部署节能工作和制定节能政策措施提供科学依据。 b )建立节能目标责任评价考核制度。按照《中华人民共和国节约能源法》、《“十三五”节能减排综合性工作方案》、《万家企业节能低碳行动实施方案》等要求,负责建立所管辖区域节能目标责任评价考核制度, 并对重点用能单位年度节能目标完成情况进行统计和公告。 c )推广节能减排市场化机制。积极组织开展用能权交易、碳排放权交易研究,探索推动节能减排市场化途径。 d )加快节能减排技术开发和推广应用。建立节能减排技术遴选、评定及推广机制。 e )强化节能管理基础建设,提高节能信息化水平,提高数据的及时性和有效性。
1.2 服务需求分析
       各级节能主管部门在行使管理职能的同时,还要承担面向重点用能单位和公众的服务。面向重点用能单位的服务包括为重点用能单位提供能耗数据展示及基础分析,提供节能减排的相关技术方案和案例,以供行业内的优秀企业借鉴,降低自身的工业制造成本。
       面向公众的服务包括展示相关能耗数据,提供政务公开、政策公开,宣传节能减排相关政策和法规,推送日常节能知识和手段,提高公众节能环保意识。

2 重点用能单位能耗在线监测系统架构 
2.1 分级部署 
       国家节能主管部门和省级节能主管部门各自的政务职能和管理范围不同,国家节能主管部门侧重宏观管理及政策研究制定,省级节能主管部门侧重各省的节能管理及对企业节能的直接管理,因此应 考虑建设两级能耗在线监测平台,即国家平台和省级平台,分别为国家部委和省级政府部门提供管理工作支撑,同时为用能单位、社会公众提供与节能相关的服务和知识宣传等。 
2.2 数据采集 
       重点用能单位能耗在线监测系统的数据来自用能单位能源的消耗数据,因此需要在用能单位设置能耗采集端设备,在本地采集数据后定时通过互联网分别上传至国家平台和省级平台。
能耗采集端设备可以从用能单位现场监控仪表、分布式控制系统、生产监控管理系统以及管理信,息系统等多渠道获取能耗数据,因此能耗采集端设备应提供丰富的接口类型,以适应企业用能设备和能源计量器具采集接口的多样性以及与用能单位的各种设备对接。 
2.3 数据承载 
       重点用能单位能耗在线监测系统的数据包括采集数据和访问数据。采集数据来源于用能单位,主要通过互联网承载访问数据包括节能主管部门、用能单位和社会公众对平台的访问数据,节能主管部门的访问数据由电子政务外网承载,用能单位和社会公众的访问数据由互联网承载。 
2.4 系统安全 
       系统安全包括平台安全、数据采集安全以及数据承载安全。
       国家级和省级两级平台均存储了相关行业的汇集数据,应该按照不低于安全等保三级的要求进行安全防护。
       数据采集安全要考虑能耗数据安全,也要考虑能耗采集端设备接入用能单位的仪表或系统时存在的安全风险。因此,能耗采集端设备需要具备本地存 储功能,需要具备重传机制,还必须具备安全隔离功能,保证互联网与企业生产内网的隔离。
       数据承载安全需要考虑采集数据的传输安全, 采用 VPN(虚拟专用网)技术互联网传输提供安全保证。

3 重点用能单位能耗在线监测系统架构设计 
3.1 总体架构 
       国家级平台与省级平台通过电子政务外网实现互通,各用能单位能耗采集端设备采集到的能耗数据通过互联网上传至国家级平台和省级平台,并通过互联网在其权限内访问省级平台。部级用户通过政务外网访问国家级平台,省、市级用户通过政务外网或互联网访问归属省级平台。重点用能单位能耗在线监测系统总体架构如图 1 所示。


 

                                                            图1重点用能单位能耗在线监测系统总体架构
3.2 系统功能 
       重点用能单位能耗在线监测系统为节能主管部门、用能单位及社会公众服务,需要提供在线监测、总量控制、节能目标考核、碳排放管理等节能综合管理功能,提供能效水平分析、能源利用状况报告上报、节能标准及技术展示等企业服务功能,同时还需要提供节能法规政策、节能技术产品推广等公众服务功能。
1)节能综合管理功能 
a)在线监测在线监测是为重点用能单位进行能耗数据在线采集、监测和统计分析,为用能单位部署能耗采集端设备提供接入测试。通过地图展示用能单位的分布情况和能耗数据。在地图上展示的全省能耗数据包括能耗排名、能源消费强度、电力消费情况、能源消费构成、各品种能源消费量、区域能效数据等关键数据。针对地区、行业、用能单位的用能状况生成各种统计报表,对用能状况进行监测。在线监测为用能单位部署能耗采集端设备,并在正式接入平台前提供一个实时、可视化的调试界面可以查看当前和历史上传的数据,并进行在线数据联调。 
b)总量控制 
       总量控制功能是对所管辖区域能源消费总量、各能源品种消费总量(煤炭消费总量)进行跟踪监测、预测预警、总量考核和调整,并以图表进行展示。将能耗总量与既定的限额进行对比,对各种能源的能耗总量实现预警功能,可根据消费趋势及限额完成情况,动态调整各区域总量控制的限额目标。 
c)节能目标考核 
       节能目标考核主要对省、省辖市、省直管县及重点用能单位节能目标完成情况和任务落实情况进行考核,考核系统分为自查评分、考核评价两部分。 
d)碳排放管理 
       碳排放管理实现温室气体数据报送、碳强度下降目标考核评估等功能。 温室气体数据报送要实现对报送用能单位、第三方核查机构两类直报主体进行数据报送、核查、发布及碳排放管理等功能。碳强度下降目标考核评估主要对所管辖区域碳强度降低目标完成情况和任务落实情况进行考核。
2)企业服务功能 
a)能效水平分析 
       由用能单位采集上报数据,直观展示企业产值能效、产品能效的变化趋势。数据包括产值能效指 标、产值能效趋势、行业产值能效、产品能效趋势四部分,以列表、柱状图或曲线图的形式进行展示,并与行业内其他企业进行相应指标的对比分析。 
b)能源利用状况报告上报 
       用能单位每年或每季度上传一次能源利用状况报告,系统可查看上报情况。 
c)节能标准与技术展示 
       企业可查询国家级、省级主管部门发布的节能标准、节能技术和节能产品信息。 
3)公众服务功能 
a)节能法规政策 
       提供节能法规政策的查看功能,帮助公众更好了解节能知识,提高全社会的节能意识。 
b)节能技术产品推广 
       向公众宣传和推广经过认证的节能技术产品。

4 安科瑞重点用能单位能耗在线监测系统架构及应用功能
4.1 平台的架构
       重点用能单位能耗在线监测系统采用“国家平台+省级平台+重点用能单位接入端系统”的架构,重点用能单位端能耗监测数据上传到省级平台,再由省级平台上传至国家平台。没有建设省级平台的,重点用能单位端能耗监测数据直接上传到国家平台。
       重点用能单位“接入端系统”部署在重点用能单位内部,由重点用能单位负责建设。主要功能是,通过计量仪表、工控系统等采集、汇总本单位能耗数据,将数据上传至省级平台,或直接上传至国家平台。 
 
图2 安科瑞能耗监测系统的架构组成示意图
4.2 平台的应用功能
       重点用能单位能耗在线监测系统为节能主管部门、用能单位及社会公众服务,需要提供在线监测、总量控制、节能目标考核、碳排放管理等节能综合管理功能, 提供能效水平分析、 能源利用状况报告上报、节能标准及技术展示等企业服务功能,同时还需要提供节能法规政策、 节能技术产品推广等公众服务功能。
2.2.1数据采集
       可通过Modbus(GB/T19582)、DL/T645、CJ/T188等协议,从现场仪表采集需要的能耗实时数据;可从数据采集器获取数据:通过Modbus TCP(GB/T19582)、MQTT、HTTPS等标准通讯协议从数据采集器获取能耗实时数据;可从自动化信息系统获取数据:通过OPC协议从重点用能单位的自动化信息系统采集需要的能耗实时数据;支持手工填报数据:对于不具备在线采集条件的数据,应提供手工填报数据上传的模式。能耗在线监测端设备应提供数据接入的软件配置工具,支持上述多种标准通讯协议的软件配置界面,配置完毕后,在能耗在线监测端设备可运行基于SQL、OPC、Modbus、DL/T645、CJ/T188协议的数据接入执行模块,按照配置制定的规则,定时从数据采集点获取数据,送入数据处理模块,进行必要的运算处理,生成符合规范要求的上传数据,再送入数据上传模块进行编码上传。
2.2.2数据上传
       按照重点用能单位能耗在线监测系统技术规范定义的系统平台接口协议规范的要求,将用能企业的基础信息、计量器具信息、用能数据及能效数据上传至省级或国家平台,上传数据经过HTTPS协议加密传输。如果数据传输失败或超时(网络故障),将重发数据,直至接收成功反馈消息。
2.2.3数据处理及存储
       实时数据及历史数据可按照企业要求的时长、周期进行存储、备份并保证数据存储的安全性和可靠性;可按照企业管理需要进行分类查询,方便快捷;本地历史数据应存储6个月以上,并可以方便导出。

 

                                                                             图3 安科瑞能耗监控系统平台功能示意图
2.2.5安科瑞能耗监测系统设备选型


 
图4 安科瑞能耗监测系统设备选型示意图

 

5 结束语
       建设重点用能单位能耗在线监测系统对政府部门、用能单位和社会公众都有积极的意义。对政府部门而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于政府部门准确及时获取能源数据,掌握自身能源消费总量和各行业能效情况, 是政府有关部门研究制定节能和能效相关政策、 开展能源领域宏观调控的基础, 是了解我国主要耗能行业和产品能效水平在世界所处的位置, 应对国际气候谈判的重要抓手。对用能单位而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于用能单位更好地了解自身用能情况及行业能效水平,优化能源管理,提高能效水平,发现节能潜力,为其加强节能管理提供帮助。对社会公众而言, 建设重点用能单位能耗在线监测系统有利于公众及时便捷获取准确可靠的节能信息,进行节能知识的咨询和宣传,增强全社会的节能意识。

【参考文献】
[1]安科瑞企业微电网设计与应用手册.[J]2019.11版
[2]卢 苗, 孙恒超, 李 猛重点用能单位能耗在线监测系统架构研究.[J]电信快报,2017.(2):43-46

作者简介:缪建梅,女,本科,现就职于安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为重点用能单位能耗在线监测。邮箱: 2880157864@qq.com; 手机:18702112007;QQ:2880157864

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