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技術文章

淺談企業能耗在線監測系統規劃與建設

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淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

 

摘要:企業能耗在線監測系統是應用信息化技術建設數字化能源管控系統,實現能耗在線監測,實時、準確地掌握重點行業、重點企業及關鍵工序的能源消耗情況。文中詳細介紹了企業能耗在線監測系統的建設背景、建設需求、建設原則和目標、主要建設內容,以及產生的經濟和社會效益等。

關鍵詞:能耗;節能管理;用能權;碳排放;在線監測

 

0引言

 

工業是能源消耗的主要領域,工業能耗占全社會能耗比重超過70%。隨著我國工業化、城鎮化進程的加快,“十三五”期間工業節能減排任務更重、壓力更大。應用信息化技術建設數字化能源管控系統、實現能耗在線監測,實時、準確地把握重點行業、重點企業及關鍵工序的能耗,不僅是企業實現精細化節能管理、促進節能降耗的必然要求,也是各級工業和信息化主管部門把握能源消費趨勢、加強能耗預測預警、科學制定產業政策的前提和基礎,更是推動工業轉型升級和綠色發展、構建資源節約型和環境友好型工業體系的內在要求。

 

 

 

1建設背景

 

為了強化重點用能企業單位的節能管理,2011年底,國家發改委、教育部、工信部、財政部、住建部、交通運輸部、商務部、國資委、質檢總局、統計局、銀監會、能源局等12個部委聯合發布的《萬家企業節能低碳行動實施方案》,推動在全國開展萬家企業節能低碳行動。萬家企業能源消費量占全國能源消費總量的60%以上,是節能工作的重點對象。方案中提出要推動建立萬家企業能源利用狀況在線監測系統。

 

2013年2月,國家發展改革委辦公廳印發了《關于開展重點用能單位能耗在線監測試點工作的通知》,正式啟動重點用能單位能耗在線監測系統建設工作。國家節能中心為試點項目建設單位,負責試點工作的具體組織實施。

 

2014年底,試點建設全面完成,搭建了包括國家、河南、北京、陜西的能耗在線監測平臺,實時接人三個試點地區電力、鋼鐵、石油石化行業部分重點用能單位能源消費相關數據。初步實現地區行業用能監測、能源消費趨勢分析、行業能效對標、碳排放趨勢分析、企業服務、公眾服務等功能。

 

 

 

2建設需求分析

 

2.1總體需求分析

 

(1)動態掌握重點用能單位能源消費情況,進行地區能源消費結構、能源利用效率等分析;通過數據采集和分析,輔助制定能源發展戰略,促進經濟結構調整

 

(2)預測節能目標完成情況,動態追蹤節能政策的實施效果,及時做出政策調整,增強調控的主動性。

 

(3)利用在線監測數據,開展國內外能效水平比較,以及行業內能效水平對標。

 

(4)利用在線監測的相對真實、準確的能源消耗數據,及時得出企業用能情況,為企業用能權交易做支撐。

 

(5)為節能執法工作提供線索和支持,增強節能執法的科學性和性。協助節能執法部門及時發現耗能超標的企業,開展節能執法。

 

(6)推動企業提高能源利用效率,實現能源精細化管理

 

(7)提高節能主管部門行政工作效率,通過在線監測系統,整合部門主要工作職責,通過提高辦公信息化水平,提高基層節能管理力量,規范各級節能主管部門的工作程序

 

2.2系統功能需求分析

 

重點用能單位能耗在線監測平臺應包括能源消費監測、節能監察、節能培訓、節能目標責任考核、用能權管理、碳排放管理、節能知識庫、節能報表、節能網站及運維管理等功能。

 

(1)能源在線監測:提供多維度能源消費情況分析,幫助能源管理者了解能源消費結構,制定節能政策的量化考核指標,為節能技術推廣提供全面、精細化的數據支撐。

 

(2)節能監察:對從事能源生產、使用、經營等相關活動的單位執行節能法律、法規、規章和標準的情況進行監督檢查,保障節能法律、法規和節能標準的有效實施。

 

(3)節能培訓:實現對培訓需求、培訓計劃、培訓資源、培訓課程、培訓人員的全過程信息化支撐,實現對培訓效果的分析。

 

(4)節能目標責任考核:實現各級管理部門完成節能量(碳減排量)的目標分解,明確工作任務,同時確定考核辦法,對區域、重點用能單位完成目標責任考核。

 

(5)碳排放管理:支撐國家、地方、企業三級溫室氣體排放核算工作,支持重點企業直接報送溫室氣體排放和能源消費數據制度的實施,實現碳排放部分基礎數據的在線監測和統一采集。

 

(6)用能權管理:確定區域能源消費總量控制目標,通過科學的初始用能權確權方法,合理確定初始用能權。實現對第三方審核機構的管理,及用能單位履約情況的管理,支持用能權交易。

 

(7)節能知識庫:提供多種渠道,有條不紊地存儲知識(節能標準、節能技術、節能經驗等),提供知識分享和傳播渠道,方便查找知識,提供知識清理渠道。

 

(8)報表管理:生成重點用能單位的能源利用狀況報告,包括基本情況表、能源消費結構表、能源消費結構附表、單位產品綜合能耗情況表、進度節能量目標完成情況表、節能改造項目情況表等,并可根據需求自定義報表

 

(9)節能網站:向公眾展示先進的節能技術、新的節能惠民產品、節能宣傳活動、相關節能政策等信息,并提供節能一體化服務(節能技術提供商申請、準人、試點、推廣)。

 

(10)運維管理:為重點用能單位能耗在線監測系統提供運維輔助,包括能耗監測端設備管理、數據質量管理、系統平臺管理等功能。

 

 

 

3建設原則和目標

 

3.1建設原則

 

(1)統籌規劃,分步實施

 

重點用能單位能耗在線監測試點項目的建設涉及到政府節能監督管理部門和重點用能單位,涉及范圍廣,系統建設包括省級平臺和企業端設備,項目實施周期長,因此要進行統籌規劃,制定總體技術方案,按照統一的部署和要求,分步驟進行建設。

 

(2)統一標準,統一規范

 

在建立省級重點用能單位能耗在線監測系統時,要按照統一的國家規范進行規劃和設計,遵循通信、采集等國家標準、規范。要建立和完善能耗在線監測系統業務流程、術語標識和數據共享等標準化體系,以保證重點用能單位能耗在線監測平臺與重點用能單位端設備系統的互聯互通。

 

(3)技術先進,適應發展

 

要充分考慮節能監督管理部門的業務特點,從網絡和系統的整體性出發,選擇先進且成熟的技術和管理措施,既要滿足當前使用,又要適應未來技術和應用的發展。系統采用開放式的架構,以利于今后業務的擴展。

 

(4)安全可靠,高效運行

 

將系統安全、網絡安全、信息安全放在*,按照國家網絡和信息安全的規定,建立完善的安全管理機制、安全防護和容災備份體系,確保系統穩定、安全、可靠、高效地運行。

 

3.2建設目標

 

(1)提供三個層次的服務:為地方節能管理等相關部門提供直觀、簡明、快捷的數據信息查詢和決策支持服務;為省市級節能監察機構提供能耗在線監測和節能監察輔助服務;為用能單位提供能源消耗情況的動態數據和信息共享服務。

 

(2)通過與政府辦公網絡平臺的對接,實現信息快速傳遞、共享、管理和應用。

 

(3)利用數學模型、數據倉庫和數據挖掘等理論方法和技術對有關數據進行深人的加工處理及分析,挖掘系統應用功能,以提高監測數據的應用水平。

 

 

 

4具體建設內容

 

重點用能單位能耗在線監測系統建設主要包括系統平臺建設和企業端系統建設。

 

4.1省級系統平臺建設

 

(1)機房建設

 

按照中華人民共和國國家標準《電子信息系統機房設計規范》GB50174一2008中的規定和其他相關的國家規范進行機房的設計和建設,機房按規范中要求的B級機房實施

 

(2)硬件環境建設

 

根據系統需求,配置服務器、網絡設備、存儲設備、安全設備、終端外設等。

 

(3)軟件環境建設

 

根據系統需求,配置系統軟件、安全軟件、基礎軟件等。

 

(4)網絡環境建設根據系統需求,建設內外網。

 

(5)能耗數據中心(ECDC)建設

 

建設統一的能耗數據中心(ECDC),收集、整理能耗相關的所有數據,統一存儲、統一格式、統一校驗保障質量、統一對外交互,終實現對數據的快速分析、使用。

 

(6)應用軟件開發

 

項目建設單位組織開發重點用能單位能耗在線監測核心應用軟件,開發參照國家節能中心發布的項目建設規范和各省節能管理相關需求,開發的功能模塊主要包含能源消費監測、節能監察、節能培訓、節能目標責任考核、用能權管理、碳交易管理、節能知識庫、報表管理、節能網站和運維管理等功能,每個功能模塊下又分為多個子模塊。

 

(7)監控中心建設

 

監控中心是能耗在線監測的基礎設施平臺,根據能耗在線監測和展示需求,配置大屏幕、一體化工作席(操作臺、指揮席、參觀席、會議套裝等)、智能中控系統、數字音頻系統等,集信息處理、信息交換、設備聯動和運行監控等多項功能于一體。

 

4.2能耗監測企業端系統建設

 

能耗監測企業端系統是國家重點用能單位能耗在線監測項目的核心系統,是采集重點用能單位能耗綜合數據系統。重點用能單位的能耗在線監測系統建設主要參照國家發布的《能耗監測端設備與平臺通訊規范》、《能耗監測端設備功能規范》《基礎數據定義規范》以及各行業的數據采集技術指南。

 

(1)硬件系統

 

能耗監測企業端系統是一個高度集成、多通道、多接口的智能系統,具備將現場儀表數據或現場系統數據鏡像、數據存儲、數據處理、多通道接人網關等功能,是專為各用能單位異構網絡應用設計的產品,用于解決各用能單位能耗信息實時在線監測的現場網絡安全接人問題;實現了用能單位控制網和信息網的隔離功能,它阻斷控制網同信息網的直接連接,完成能耗數據的交換。能耗監測企業端系統作為系統的現場終端,主要起到了能源信息采集、能源數據校驗、信息安全傳輸、輔助能源管理等作用。能耗監測企業端系統功能架構圖如圖1所示,自下而上依次實現數據采集、數據匯聚、安全隔離和業務處理功能。

 

(2)軟件系統

 

按照《能耗監測端設備功能》規范要求,能耗監測企業端系統軟件應包括以下功能:

 

a.數據采集模塊:實現企業現場級(如傳感器)、控制級(如PLC)等數據采集接入,具有接口及協議的歸一化、模塊的動態擴展和裁剪能力;

 

b.數據匯聚模塊:實現監控級(如SCADA)、管理級(如SIS)和數據采集層等的數據匯聚接人,具備數據的統計匯總能力、智能分組能力等,實現底層數據向高層數據的轉換,具備數據的暫存和斷點續傳能力;

 

c.安全隔離模塊:具有標準的三區模型,通過擺渡的方式實現TCP的物理單向隔離,數據吞吐率能夠達到20,000點及其以上;

 

d.業務處理模塊:具備數據的加密傳輸和單/雙向認證功能,能夠對多種主流數據庫系統的安全訪問;具備數據的本地管理功能,支持數據手工填報和接人端軟件通信,具有友好的圖形操作界面,實現了企業能耗分析數據的展現;可進行能源數據整理校驗,具備行業能耗模型,對企業一級計量數據進行校驗;支持JSON格式上傳至數據中心進行數據交換;具有權限設置功能,對主機設置開機密碼、操作系統密碼和數據庫密碼、不同用戶設置不同的密碼,進行身份標識和鑒別;具有數據短期備份和導出功能,歷史數據存儲容量不少于6個月,歷史數據可以方便地導出。

 

 

 

5經濟與社會效益

 

5.1經濟效益

 

重點用能單位能耗在線監測系統項目的實施,可以有效提高各級節能主管部門的能耗監測效率,減少監管、行政管理成本,同時,通過開展數據分析,發現企業節能潛力,再進一步采取措施,促進經濟效益。其主要表現在以下幾方面:

 

(1)降低監測投資,形成整合效益;

 

(2)有效支撐用能權和碳排放權交易;

 

(3)促進資金合理使用,減少重復投資;

 

(4)帶動產業發展,提高增值效益,

 

(5)引導企業投資,帶來經濟效益;

 

(6)節省人力和降低行政經費支出

 

5.2社會效益

 

(1)有利于為各級節能主管部門的正確決策提供科學依據

 

重點用能單位能耗在線監測系統建設將有助于節能工作部署,尤其是省級能源消費量監測、分析等水平的提高,推動節能工作的科學化和規范化。還具有節能監察輔助管理和節能量審核等功能,進一步提高地方節能管理工作的信息化程度和科學化水平。

 

(2)有利于服務經濟社會發展

 

節能網站的建設,能夠有效的服務相關行業、企業、公眾,為行業降低能源消耗水平、企業提高能源利用效率、公眾提高節能意識提供有力的保障。還可以面向社會公眾發布能源和節能相關數據、政策和信息,在增加政府節能工作透明度的同時,讓公眾及時了解各地區、各行業的節能形勢,增強公眾的節能意識。

 

 

 

6安科瑞能耗監測系統介紹

 

Acrel-5000能耗在線監測系統是用戶端能源管理分析系統,在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析,通過對用戶端所有能耗進行細分和統計,以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況,便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣,有效節約能源,為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源審計,分析現狀,查找問題,挖掘節能潛力,提出切實可行的節能措施,并向縣級以上人民政府管理節能工作的部門報送能源審計報告。

 

 

6.1平臺結構

 

Acrel-5000能耗在線監測系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具,根據現場實際情況采用現場總線、光纖環網或無線通訊中的一種或多種結合的組網方式,為大型公共建筑的實時數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺,它可以和檢測設備構成任意復雜的監控系統。開放性、網絡化、單元化、組態化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構:

 

 

 

6.2 平臺功能

 

(1)系統可按使用年份統計建筑物各分類能耗——電、水、氣、集中供熱、集中供冷以及其它能源消耗量,自動折算成相應的標準煤消耗量,從而反映建筑物當年各分類能耗用能和綜合能耗。系統以餅圖形式展示建筑4大用電分項能耗的占比情況。系統以曲線圖形展現各類能耗的消耗的消耗趨勢,便于業主方實時直觀掌握能源消耗情況。

 

(2)系統可以根據分類能耗的支路名稱查詢用能情況,顯示當日和當月的用能峰值。顯示當日用能、當月用能、當年用能與昨日同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。以條形顯示過去48小時、31天、12個月、3年的能耗情況。右上角顯示過去15分鐘曲線(電表顯示功率曲線,流量表顯示流速曲線)。

 

(3)系統依據建筑物能源消耗的分布情況進行能耗計量點的選取和設置,使得能耗監測系統可以覆蓋整個建筑物。系統使用者可通過相關界面調取該建筑物各能耗節點的能耗統計報表,減少用能的“跑、冒、滴、漏”和計量誤差。

 

(4)系統依據住建部分類分項能耗數據采集導則,將建筑物耗電分為照明插座、空調、動力和特殊用電進行計量裝置選型和設置,并按用能區域或功能區域等劃分并進行統計,以報表和同、環比棒圖形式展現該區域的能源消耗。

 

(5)系統可針對能源消耗量大的設備或區域進行準確定位,便于管理層制定節能績效考核制度,推動節能降耗的有效執行。為用能重點設備建立運行記錄檔案,長期跟蹤記錄設備運行過程中的能效分析評估結果,結合設備維護保養記錄,為設備的運行維護提供依據。

 

(6)系統提供分級權限管理功能,對具備權限用戶提供開放的信息維護接口,用戶可自行對建筑和系統監測范圍內計量點的信息進行增、刪、改和查詢,建筑物信息包括建筑類型、建設年代、建筑面積、建筑物人員數量等。系統還對無法自動采集的計量信息提供手動錄入功能,便于使用者掌握建筑物總體能耗情況。

 

6.3 數據上傳

 

安科瑞能耗在線監測系統按照重點用能單位能耗在線監測系統技術規范定義的系統平臺接口協議規范的要求,將用能企業的基礎信息、計量器具信息、用能數據及能效數據上傳至省級或國家平臺,上傳數據經過HTTPS協議加密傳輸。如果數據傳輸失敗或超時(網絡故障),將重發數據,直至接收成功反饋消息。

 

6.4 能源計量表具選型

 

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級,無功電能精度2級

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級,無功電能精度2級

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級,無功電能精度2級

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:10(60)A,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:10(60)A,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

 

6.5通訊網關參數

 

規格型號

網口

串口(485)

建議采集點數

常用采集測通訊協議

常用轉發測通訊規約

ANet-1E2S1

1

2

2000

Modbus

 

CJ/T188(連利、埃美柯、巨靈)

DL/T645-1997

DL/T645-2007

IEC103(國電南自)

Modbus RTU

Modbus Tcp

IEC104

上海公共建筑能耗規約

河池市公共建筑能耗規約

安科瑞預付費云平臺規約

安科瑞電力運維規約

透傳模式

ANet-1E2S1-4G

1

2

2000

ANet-2E4S1

1

4

5000

ANet-2E8S1

2

8

10000

 

【參考文獻】

 

[1]吳曉.企業能耗在線檢測系統規劃與建設[J]

 

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版

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