基于云計算的能耗在線監測平臺在節能監察中的應用
更新時間：2024-02-22 點擊次數：70次
基于云計算的能耗在線監測平臺在節能監察中的應用
摘要：建設用能單位能耗在線監測系統，通過在用能單位用能各環節安裝智能采集設備
獲取能耗數據，通過無線通信網絡上傳至云服務平臺，進行大數據分析與挖掘，及時準確地掌握用能單位能耗情況，為節能監察工作提供數據支撐，為開展能效對標提供科學依據，對增強節能監察的針對性和主動性具有重要意義。通過對能耗在線監測系統的設計、功能目標和建設原則進行探討，分析該系統在節能監察中應用存在的問題，并就此提出對策建議。
關鍵詞：能耗；在線監測；節能監察；對策建議
引言
隨著我國工業化和城鎮化進程的加快和消費結構的持續升級，能源消耗呈剛性增長，節能工作面臨嚴峻形勢。據我國國家統計局發布的《2016年國民經濟和社會發展統計公報》顯示，我國2016年全年能源消費總量43. 6億噸標準煤，比2015年增長1 4°/。。煤炭消費量下降4.7 %。，原油消費量增長5. 5 %。，天然氣消費量增長8 % , 電力消費量增長5 % 。煤炭消費量占能源消費總量的6 2 % , 比2015年下降2個百分點；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19.7 % ,上升17個百分點；全元國內生產總值能耗下降5 % 。國家在節能減排“十三五”規劃中提出，到2020年單位GDP能耗比2005年下降40% ?5% ,到2030年單位GDP碳排放比2005年下降60 %?5 %的目標[1]。
節能監察是實現能源節約，提升政府對能源節約監管職能的重要舉措。在這種新形勢、新背景下，開展節能監察工作，不能單純就節能論節能，就監察抓監察，而是要應用新技術、新手段，主動作為；要實現“十三五”提出的節能目標，以能源數據為基礎和依據，提升能耗數據收集和分析能力，開展預測預警，及時研究制定相關政策措施，增強節能監察的針對性和主動性[1]。
1 基于節能監察的需求分析
為落實國家“互聯網十”智慧能源戰略，進一步提升新時期節能監察的效能，加強對工業企業的能效管理，通過信息化技術建設數字化能源管控系統，實現能耗的在線監測、實時、準確掌握企業的能耗，助力企業實現精細化節能管理，促進節能降耗，為各級政府節能主管部門進行經濟分析、能耗管理提供技術手段，建設覆蓋面較廣的能耗在線監測管理平臺是必然的選擇。
1.1 日常管理需求分析
1) 節能宏觀形勢預測。通過對用能位進行能源消費情況的在線監測，定期進行全地區能源消費趨勢預測，研判轄區內節能及經濟發展形勢，為各級節能監察部門部署工作提供科學依據。
2) 用能單位能耗預警。節能監察機通過平臺可以隨時掌握用能單位的能耗狀況，及時對能源消耗不合理的行業和企業進行預警和調控，有效控制能源消費，及時控制和減少能耗超限的現象。
3)強化節能管理基礎建設。通過能耗在線監測平臺使節能監察機構能夠實時、多方面、真實地掌握企業綜合能源消費的“一手”數據，把能效管理作為各種項目評審、評估的重要依據，開展能效對標，推動企業轉型升級。
1.2 節能服務需求分析
新形勢下，各級節能監察部門在行使行政執法職能的同時，還要承擔面向用能單位和社會公眾的節能服務工作。一是提供節能減排相關技術方案和案例。采用同比、環比、對標等方式對用能單位節能狀況進行分析管理，使能效管理納入企業的成本管理工作，結合國家設備能耗標準、單位能耗標準，及時發現用能單位的能耗異常，形成節能排行榜，引導企業合理用能、節約用能。二是建立科學準確的單位用能指標評估體系。對用能單位能耗數據進行多維度的分析，對能耗的指標進行趨勢預測，為節能計劃提供數據支撐。通過對企業的能耗排名，對高能耗企業的關鍵及能耗流程、工藝、設備分析，以供業內企業借鑒，降低自身制造成本。三是提高公眾節能環保意識。面向公眾展示相關能耗數據，大力加強節能減排相關政策和法規、標準的宣貫，普及日常節能知識，推廣介紹節能新技術、新產品，逐步提高全社會的節能環保意識。
2 能耗在線監測系統構架
2.1 系統架構設計( 見圖1)
能耗在線監測管理平臺是基于云計算、物聯網技術的工業數據監測系統，由兩個部分組成: 一是線上部分云平臺系統，是系統的核心部分；二是企業現場的數據采集系統。
圖1 能耗在線監測管理系統
數據采集系統采集現場數據，上傳至云平臺，云平臺上運行各種應用，實現不同的功能，包括面向政府、企業、服務商及其他大數據應用。用戶可通過網站、手機APP 、微信等多種客戶端訪問系統。根據用戶需求的不同，平臺設定不同的權限，用戶僅能對授權對象應用授權的功能。
2.2 應用架構設計
基于SOA的設計理念，云計算和GIS等技術，建立統一的信息集成基礎平臺，為各種應用提供數據存儲、共享、安全和數據采集、工具分析等能力，使應用實現資源共享，與企業ERP系統及各級需求側管理平臺、其他專業系統信息交互集成，實現平臺管理的社會化、精細化、流程化、有效降低成本，提升服務水平。
2.3 數據采集模式
對多數沒有實現數據自動采集的企業，通過在企業用能各環節安裝智能采集設備（見圖2 ) 隨時感知、測量、儲存和上傳信息。采用不停電安裝方式，盡量減低對企業經營的影響。新型的智能采集模塊采用全新工業化設計、集成了CT 、計量、通信功能。
安裝時不停電，集成了微功率無線通信功能，自主網、智能中繼通信，可“即插即用” 具有跳頻功能，當前工作頻點受到干擾時，自動切換到另一個頻點上工作，保證可靠通信。對于已建設有類似功能系統的企業，且現有系統支持標準IEC 6087)—5—101/104協議，可采用與其現有系統對接的方式獲取用能信息，并上報至云平臺，包括標準IEC 60870—5—101/104協議方式SOA方式，避免重復建設，提高系統利用率。
3 能耗在線監測系統功能設計
能耗在線監測管理平臺按照服務企業安全、經濟用電、服務政府能效審計，支持大數據綜合應用為總目標設計，系統設計主要實現以下5種功能。
3.1 配用電監測
綜合應用智能量測技術，在企業內部的配電變壓器、主要用電線路和電能耗較大的用電設備上安裝用電信息采集裝置，細致的掌握企業用電行為、負荷特征、配電網絡運行效率、設備能耗狀況等，并擴展對水、熱、氣的測量，將數據上傳平臺，實時反映企業的用能情況。
3.2 安全管理
系統支持對配用電設備的動態監測，除采集電氣量外，還采集包括溫度、濕度、噪聲、震動等與設備相關的環境和運行狀態信息。設置安全監測及巡檢管理功能，根據既定策略實現對配用電設備等用能設備進行巡檢、用電線路及設備異常狀態告警、緊急事故快速響應等功能，支持電能服務的開展。
3.3 實現能效管理
采用同比、環比、對標等方式對用能節能進行分析管理，開放與企業ERP系統的接口，使能效管理納人企業的成本管理工作，結合國家設備能耗標準、單位能耗標準，及時發現用能單位的能耗異常，形成節能排行榜，引導企業合理用能、節約用能。對能耗數據進行多維度的分析，建立科學準確的單位用能指標評估體系，對能耗的指標進行趨勢預測，為節能計劃提供數據支撐。通過對企業的能耗排名，對高能耗企業的關鍵及能耗流程、工藝、設備分析，促進企業節能降耗。
3.4 實現需求響應
系統支持需求響應功能，包括需求響應預案編制、需求響應邀約流程管理、需求響應執行及效果分析統計。支持企業自動需求響應策略的編制及手動和自動執行，通過有效的需求響應，降低綜合能源供給需求，優化能源消費、提高用能效率，提升企業盈利能力。
3.5 咨詢服務
系統提供節能減排在線咨詢服務，用能單位可在線咨詢、查詢節能技術和設備，節能專家可對用能單位的問題進行解答，及時對接用能服務。
4 存在問題及對策建議
隨著信息技術的發展，能耗在線監測系統在數據采集、傳輸、應用等關鍵環節已不存在技術障礙，但由于用能單位涉及行業量大面廣，生產線和生產用能千差萬別，所以將能耗在線監測系統應用于節能監察是一項復雜而且龐大的系統工程，建設要采取統一規范、信息共享、先行試點、逐步推廣的原則進行[3]，整合現有系統平臺，實現信息共享，避免重復建設，建議從以下4 個方面推進。
4.1 完善法律制度和依據
目前，國務院多項文件以及部委文件都提出要大力加強能耗在線監測系統建設的工作要求，但就推廣實施情況看，特別是像云南等一些經濟不發達的西部城市，很不理想。為進一步提高節能監察效能，把節能環保打造成戰略性新興產業，應將用能單位建立能耗在線監測系統的義務納人《中華人民共和國節約能源法》中，省、市級也要在本地的《節約能源條例》中作出同樣的要求，從根本上為該項工作的推進掃清制度障礙。
4.2 出臺一系列獎懲政策
完善用能單位能源計量器具配備，更新智能化計量儀器儀表是建立能耗在線監測系統的基礎。為了減輕用能單位負擔，提高系統建設的積極性，各級節能主管部門應制定出臺一系列激勵獎懲政策，給予用能單位必要的建設補助資金，對于較好完成智能化計量儀器儀表更新和能耗在線監測系統建設的單位給予獎勵，對于不按規定開展此項工作的單位在節能監察過程中給予扣分、罰款等懲罰。
4.3 編制統一的技術規范
為了滿足節能監察對監測數據的需求，要綜合考慮不同企業能耗的差異性和數據上傳指標統一性的協調，編制統一的系統技術規范[2]，保證全過程覆蓋系統數據采集、傳輸、處理等各個環節，技術規范內容應包括通信傳輸、系統安全、企業端建設、各行業數據采集要求等內容。
4.4 建立有效的數據審核機制
在線監測所取得的數據在技術上排出了人工干預的可能，但是由于企業生產的差異性和復雜性，難以避免因系統的技術性原因導致數據的異常，因此對從企業上傳到平臺的數據需要通過審核來確定其是否合理，所以建立監測數據的審核機制十分必要。要使用技術手段和人工抽查相結合的方式，對企業能耗在線監測數據進行審核才能保證數據的合理與準確。
5、安科瑞能耗監測平臺介紹
安科瑞AcrelCloud-5000能耗監測平臺是一套完整的用電用水綜合管理系統，采用分層分布式結構進行設計，即現場設備層、網絡通訊層和站控管理層：
現場設備層
現場設備層主要是連接于網絡中用于電參量、用水量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電系統必要的基本組成元素。
網絡通訊層
網絡通訊層主要是由通訊服務器、接口轉換器件及總線網絡等組成。
站控管理層
站控管理層是針對配電網絡的管理人員，該層直接面向用戶。該層也是系統的上層部分，主要是由能耗監控系統軟件和必要的硬件設備如計算機、打印機、UPS等。
平臺功能介紹
1.登陸界面
云平臺可以根據客戶要求定制個性化的系統登錄界面，登錄界面所用的圖片、 Logo等由用戶提供。
2.平臺概況
平臺概況方便用戶總覽本日本月、上日上月電能消耗，能耗折標、及碳排放等數據。
3.建筑用能
建筑用能統計分析各個建筑用能，對建筑用能從概況，用能統計，復費率報表，同比分析，能源流向圖等方面進行分析。
3.1建筑用能概況
用能概況主要展示建筑物基本信息、分類用能、當日用能小時趨勢，當月能源消耗日趨勢。
3.2建筑用能統計
用能統計按日、月、年以報表的形式統計建筑水、電、氣分類總用能，支持用戶所屬建筑單個或組合統計，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖；
3.3復費率報表
復費率報表按日、月、年統計單棟建筑尖、峰、平、谷電能及電費，該功能須表計支持尖、峰、平、谷分時電能計量功能。
3.4同比分析
同比分析按日、月、年以圖表結合的方式統計單棟建筑某一類能源的總用能數據。
3.5能源流向圖
能源流向圖展示單棟建筑制定時段各類能源的流向圖，支持按原始值和折標值查看。
2.支路用能
2.1支路用能概況
支路用能概況主要展示選中支路用能環比，日平均負荷曲線，歷史趨勢支持過去48小時、31天、12月、3年等時段用能概覽。
2.2支路用能統計
支路用能統計按日、月、年以報表的形式統計選定支路的水、電、氣分類總用能，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。
2.3同比分析
支路同比分析按日、月、年以圖表結合的方式統計單棟建筑某一類能源的總用能數據。
2.4數據集抄
數據集抄對選擇的支路分類能源在時段起、止抄表值、能源使用量進行統計。
2.5費用報表
支路費用報表對選擇支路或設備的分類能源按、日、月年統計用能費用和成本。
2.6配電監測
配電監測以單線圖的形式對選定的用戶變配電站開關狀態和運行參數進行監視。
2.7夜間能耗
夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在時段工作時間與非工作時間用能統計對比，支持導出報表。
2.8參數查詢
參數查詢提供選中支路/設備的分類能源對應儀表制定日期選定電流、功率、電壓等運行參數趨勢曲線、對應時刻數據報表。
3.分項用能
3.1分項用能概況
分項用能概況采用棒圖、累積圖、餅圖按日、過去31天統計某分項用能、并進行日分項用能同比分析，過去31天分項用電用能趨勢分析。電能分項包括“照明插座”，“空調”，“動力”，“特殊”選取其中一種類型。
3.2分項用能統計
分項用能統計按日、月、年以報表的形式對建筑統計動力、空調、照明燈等分項用能，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。
3.3分項同比分析
同比分析主要統計單棟建筑某分項用能。選中需查看的建筑，分類能耗，分項及日期，選擇“日”，“月”，“年”其中一種類型，即可查看該分項的用能數據和圖表。
4.部門用能
4.1用能概況
部門用能概況采用棒圖、累積圖、餅圖按日、過去31天統計按部門對某分類用能進行能同比分析、趨勢分析。
4.2用能統計
部門用能統計按日、月、年以報表的形式對建筑按部門進行分類用能統計，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。
4.3同比分析
部門同比分析按日、月、年以圖表結合的方式對部門某分類能源使用進行同比分析。
4.4費用報表
部門費用報表按日、月、年以圖表結合的方式對部門某分類能源使用進行費用統計。
4.5區域用能
區域用能的使用方法和操作步驟與分項用能模塊基本相似，請參考3.4分項用能使用方法。
4.6用能概況
區域用能概況采用棒圖、累積圖、餅圖按日、過去31天統計按部門對某分類用能進行能同比分析、趨勢分析。
4.7用能統計
區域用能統計按日、月、年以報表的形式對建筑按部門進行分類用能統計，支持報表數據導出excel，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。
4.8同比分析
區域同比分析按日、月、年以圖表結合的方式對部門某分類能源使用進行同比分析。
4.9費用報表
費用報表按日、月、年以圖表結合的方式對部門某分類能源使用進行費用統計。
4.10系統設置
系統設置包括數據中心、建筑信息、采集器、儀表產品、儀表信息、支路信息、分項信息、區域信息、部門信息、用戶設置、用戶關聯建筑等模塊設置。在設置或修改系統設置時，須要使用管理員賬號登錄，才有設置或修改相關設置的權限；普通用戶只能查看相關信息。
5能源管理APP
能源管理云平臺APP包括平臺概況、能耗用能、趨勢統計、同比分析、能耗排名、參數查詢、復費率統計、建筑概況、建筑對比、能耗占比等功能模塊，為用戶提供方便的查詢。
6 設備選型
電表選用安科瑞DTSD1352系列和AEW系列，電流互感器選用AKH-0.66/K系列開口式電流互感器：
6.1 DTSD1352導軌式多功能電能表
DTSD1352導軌式多功能電能表是主要針對電力系統，工礦企業，公用設施的電能統 計、管理需求而設計的一款智能儀表，產品具有精度高、體積小、安裝方便等優點。集成常見電力參數測量及電能計量及考核管理，提供上48月的各類電能數據統計。具有2~31次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關量輸入和開關量輸出可實現“遙信”和“遙控”功能， 并具備報警輸出。帶有RS485通信接口，可選用MODBUS-RTU或DL/T645 協議。該電力儀表可廣泛應用于各種控制系統，SCADA系統和能源管理系統中。
6.2 AEW100無線計量模塊
AEW100無線計量模塊主要用于計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。
6.3 AKH-0.66/K系列開口式電流互感器
AKH-0.66/K系列開口式電流互感器主要應用于工業中城網、農網改造項目，安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，為用戶改造項目節省人力、物力、財力，提高效率。該系列電流互感器可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。
6.3.1 規格尺寸
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