基于企業(yè)應(yīng)用的能源效率管理平臺研究

張丹

摘要：工業(yè)企業(yè)的能源消耗巨大，約占我國能源消耗總量的70%。建立基于企業(yè)應(yīng)用的能源效率管理平臺，可以對工業(yè)企業(yè)的重點能耗系統(tǒng)及設(shè)備能耗水平進行監(jiān)控，為企業(yè)的能耗管理提供準確的數(shù)據(jù)與決策依據(jù)，實現(xiàn)企業(yè)能耗的精細化管理。

關(guān)鍵詞：企業(yè)能耗管理；能源效率管理平臺；能源消耗；重點能耗系統(tǒng)；設(shè)備能耗水平 文獻標識碼：A

中圖分類號：F224 文章編號：1009-2374（2015）19-0101-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.050

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消耗水平也在不斷攀升，而這其中工業(yè)能耗占到了全部能耗的70%以上。目前，我國已是世界最主要的能源生產(chǎn)以及消費國之一。2010年，我國一次能源消費總量已經(jīng)超過美國，躍居世界第一；但是從能源利用率來看，單位GDP能耗卻是主要發(fā)達國家的4倍之多。工業(yè)企業(yè)高污染、高能耗已經(jīng)成為了制約我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要問題。從近期相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果看，技術(shù)進步是能源效率提高的決定因素。從具體的實踐結(jié)果來看，工業(yè)企業(yè)針對能源效率的技

術(shù)改造及加強能源管理是減小能源消耗的重要措施。

目前，我國政府已經(jīng)意識到了工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中的高能耗問題，大力提倡走資源節(jié)約型的經(jīng)濟增長道路，相繼出臺了《節(jié)約能源法》《節(jié)能監(jiān)測技術(shù)通則》《綜合能耗計算通則》等來規(guī)范企業(yè)的能源消耗，大部分企業(yè)也將節(jié)能作為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理的重點，但從實際操作結(jié)果來看，并不盡如人意，還是存在著一些問題：多數(shù)企業(yè)將節(jié)能的目標局限于對設(shè)備或是生產(chǎn)工藝方面的技術(shù)改造，而沒有從企業(yè)的整體用能方面進行監(jiān)測及綜合用能調(diào)控，能源管理方式也相對比較落后，沒能從能源管理的層面來挖掘出企業(yè)的節(jié)能潛力。

電子、計算機以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為工業(yè)企業(yè)能源消耗的監(jiān)測與管理提供了技術(shù)支持。建立基于企業(yè)應(yīng)用的能源效率管理監(jiān)控平臺，通過在企業(yè)各重要能耗點布置測量儀器，可以全面監(jiān)控企業(yè)的能耗水平，為企業(yè)的能耗管理提供準確的信息與決策支持，從而實現(xiàn)企業(yè)能源消耗的精細化管理，達到節(jié)能減排的目的。

1 企業(yè)能效管理監(jiān)控平臺

能效管理監(jiān)控平臺是基于云計算模式和互聯(lián)網(wǎng)平臺，應(yīng)用計算機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)等多種先進科技手段而開發(fā)出的新一代能效信息管理互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過能效管理監(jiān)控平臺能夠統(tǒng)一實時監(jiān)測企業(yè)內(nèi)水、電、氣、熱等能源的實時使用情況，實時展現(xiàn)重點能耗系統(tǒng)和設(shè)備的運行工況，出現(xiàn)異常提供實時報警，保障用能安全；平臺能夠根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)結(jié)果進行能效對標、能效評估并提出節(jié)能建議，為企業(yè)能效監(jiān)控提供管理工具和數(shù)據(jù)支撐；平臺能夠通對生產(chǎn)動力、中央空調(diào)、照明、供暖系統(tǒng)等重點能耗設(shè)備和系統(tǒng)進行控制，通過優(yōu)化策略控制能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)的智能化節(jié)能。

1.1 建立能效管理監(jiān)控平臺的作用

（1）提高能源管理水平，實現(xiàn)管理節(jié)能。能效管理監(jiān)控平臺能夠?qū)崿F(xiàn)能源的自動化、智能化、統(tǒng)一化管理，擺脫傳統(tǒng)人工管理的滯后性、粗放性，真正實現(xiàn)管理節(jié)能；（2）能耗對標。系統(tǒng)對水、電、熱等能耗統(tǒng)計、分析，并按單位產(chǎn)品、萬元產(chǎn)值、企業(yè)面積、人數(shù)進行能耗對標，幫助管理人員隨時了解企業(yè)能耗水平，改進不合理能源使用消耗；（3）節(jié)能核查。通過節(jié)能足跡分析，核查節(jié)能改造前后節(jié)能量，量化節(jié)能經(jīng)濟效益，解決企業(yè)節(jié)能措施效果無法準確評估的問題；（4）用電安全。通過平臺能耗報警和設(shè)備報警功能，既確保了電能的合理消耗，更保證了供配電系統(tǒng)的安全使用；（5）節(jié)能降耗。通過中央空調(diào)、照明等系統(tǒng)節(jié)能控制等手段，大幅度降低企業(yè)能耗；（6）實現(xiàn)能源監(jiān)測、管控一體化。平臺的建立在實現(xiàn)能源實時監(jiān)測的同時，也能實現(xiàn)能耗系統(tǒng)的遠程節(jié)能控制，真正實現(xiàn)能源管控一體化，加強管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的對接。

1.2 建立能效管理監(jiān)控平臺的優(yōu)勢

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)安全性。通過對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的風(fēng)險分析及需要解決的安全問題，制定合理的安全策略及安全方案來確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機密性、完整性、可用性、可控性與可審查性。具體包括以下部分：（1）可用性：授權(quán)實體有權(quán)訪問數(shù)據(jù)；（2）機密性：信息不暴露給未授權(quán)實體或進程；（3）完整性：保證數(shù)據(jù)不被未授權(quán)修改；（4）可控性：控制授權(quán)范圍內(nèi)的信息流向及操作方式；（5）可審查性：對出現(xiàn)的安全問題提供依據(jù)與手段；（6）訪問控制：需要由防火墻將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部不可信任的網(wǎng)絡(luò)隔離，對于外部網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及其主機、所交換的數(shù)據(jù)進行嚴格的訪問控制。同樣，對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，由于不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)以及不同的安全級別，也需要使用防火墻將不同的LAN或網(wǎng)段進行隔離，并實現(xiàn)相互的訪問控制；（7）數(shù)據(jù)加密：數(shù)據(jù)加密是在數(shù)據(jù)傳輸、存儲過程中防止非法竊取、篡改信息的有效手段。

1.2.2 可擴展性。系統(tǒng)設(shè)計能夠適應(yīng)組織機構(gòu)的調(diào)整、能夠適應(yīng)新增功能的需求、能夠適應(yīng)因流程重組而帶來的需求變化，能夠與企業(yè)現(xiàn)有的管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行對接。系統(tǒng)全面采用面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計方法和標準的開發(fā)管理過程；新增模塊無須修改整個系統(tǒng)，可進行軟件的平滑升級；數(shù)據(jù)中心硬件的擴充與運維簡單方便；應(yīng)用服務(wù)的擴充與重組通過配置進行，不需要程序調(diào)整；自動實現(xiàn)客戶端程序升級；可與企業(yè)現(xiàn)有控制系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)企業(yè)統(tǒng)一化管理。

1.2.3 數(shù)據(jù)準確性。采用高精度監(jiān)測終端，可精確采集電、水、熱、氣等能源介質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集間隔可按照管理要求進行設(shè)定，最小可達1分鐘，系統(tǒng)能夠準確捕捉所有能耗拐點及峰值突變，消除因延時而產(chǎn)生的計算誤差；數(shù)據(jù)中心采用事務(wù)安全機制，以最大限度地保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，如果服務(wù)器發(fā)生故障，中心同步事務(wù)日志要產(chǎn)生一個包含所有當(dāng)前數(shù)據(jù)庫變化的記錄，使所有提交的事務(wù)徹底完成或回滾，通過事務(wù)日志，數(shù)據(jù)庫管理員可以通過回滾事務(wù)重新提交。同時，具有各

種防范措施以防止不合規(guī)范的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫。

1.2.4 穩(wěn)定性。系統(tǒng)采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA）進行應(yīng)用開發(fā)和系統(tǒng)集成，具有很好的穩(wěn)定性。采用標準的JavaEE三層架構(gòu)設(shè)計，具有部署靈活、穩(wěn)定安全和高擴展性的優(yōu)點；通過組件化設(shè)計最大程度減少了業(yè)務(wù)模塊之間的耦合程度，使得業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠快速適應(yīng)業(yè)務(wù)規(guī)則的變化。

2 能效管理監(jiān)控平臺的架構(gòu)

能效監(jiān)控服務(wù)平臺的構(gòu)架主要分為三層：末端的能耗數(shù)據(jù)信息采集層，中間的數(shù)據(jù)傳輸層，上端的數(shù)據(jù)處理及展示層。通過數(shù)據(jù)中心處理后的在線監(jiān)測和動態(tài)分析

信息可通過相關(guān)演示終端顯示或直接通過網(wǎng)頁訪問讀取。

2.1 終端數(shù)據(jù)采集層

終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是指利用各種遠傳能耗計量設(shè)備和各種傳感器設(shè)備對各類型能耗數(shù)據(jù)進行實時計量，并將數(shù)據(jù)通過各種協(xié)議方式傳輸給中間數(shù)據(jù)處理網(wǎng)關(guān)設(shè)備，對數(shù)據(jù)進行整理和重新封裝。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸層

從末端計量儀表采集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)RS-485串口匯集到數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)過校驗、數(shù)據(jù)打包解包、數(shù)據(jù)加解密等多處理，形成可以在IP網(wǎng)上傳遞的分組，然后通過能耗監(jiān)測專用網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠端的數(shù)據(jù)中心。

2.3 數(shù)據(jù)處理及展示層

數(shù)據(jù)處理及分析在數(shù)據(jù)中心完成，接收并存儲數(shù)據(jù)傳輸層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，對其進行處理、分析、展示和發(fā)布。數(shù)據(jù)中心具備設(shè)置數(shù)據(jù)更新的時間間隔、訪問歷史數(shù)據(jù)、報警、打印報表、實時與歷史曲線、圖表的繪制、設(shè)備的能耗分析、報表打印、節(jié)能診斷等，并預(yù)留相應(yīng)擴展功能。

圖1

3 平臺數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)

企業(yè)能效管理監(jiān)控平臺的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)可大致分為兩層：

第一層網(wǎng)絡(luò)傳輸從末端電表、水表、氣表等計量設(shè)備到采集器下行端口之間通過RS485通訊線相連，可根據(jù)實際情況采用總線型或星型的布線方式。對于計量點數(shù)較多、計量點位置分散的情況，可采用總線型布線方式，這樣可以大大減少施工和線纜的成本，減少人力、物力的消耗；而對于計量點位置相對集中的情況，可采用星型組網(wǎng)的布線方式，這種方式能最大限度地保證傳輸準確性和故障的即時相應(yīng)等。

第二層網(wǎng)絡(luò)傳輸是數(shù)據(jù)采集器上行端口與采集前置機中的采集系統(tǒng)進行通訊，該層通訊采用以太網(wǎng)TCP/IP進行通訊或者GPRS進行通訊。若企業(yè)計量點數(shù)較多，可按照功能區(qū)域設(shè)置數(shù)據(jù)采集器。企業(yè)可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇GPRS無線通信或者以太網(wǎng)有線通訊方式。平臺通信系統(tǒng)可隨時擴展，可滿足日后企業(yè)發(fā)展對計量設(shè)備增加的要求，通過增加計量儀表和數(shù)據(jù)采集設(shè)備來實現(xiàn)。

4 與企業(yè)其他管理系統(tǒng)對接

企業(yè)能效管理監(jiān)控平臺具備集成管理功能，可與企業(yè)現(xiàn)有的財務(wù)系統(tǒng)、換熱站控制系統(tǒng)、氣體站控制系統(tǒng)等多種系統(tǒng)進行對接，預(yù)留相關(guān)接口，實現(xiàn)公司的統(tǒng)一化平臺管理。通過系統(tǒng)對接，可以實現(xiàn)電耗數(shù)據(jù)采集，利用電力通信規(guī)約，從10kV配電室變電站綜合自動化系統(tǒng)實時采集10kV線路運行狀態(tài)；可實現(xiàn)供熱數(shù)據(jù)采集，從換熱站控制系統(tǒng)采集供回水溫度、壓力、流量，補水流量，換熱站設(shè)備運行狀態(tài)等；可實現(xiàn)供氣數(shù)據(jù)采集，從氣體站控制系統(tǒng)采集各儲罐的液位、壓力、汽化溫度、管網(wǎng)的壓力、流量等參數(shù)，從各空壓站控制系統(tǒng)采集各空壓機運行狀態(tài)、管網(wǎng)壓力、流量等參數(shù)；可實現(xiàn)財務(wù)數(shù)據(jù)采集，從企業(yè)財務(wù)系統(tǒng)或ERP系統(tǒng)獲取采購能效和原材料價格及費率等信息。

參考文獻

[1]肖鵬，余曉曦，李龍，楊春生.面向企業(yè)的能源效率在線管理系統(tǒng)的研究[J].中國測試，2012，（5）.

[2]李嵐紅.論我國基于能源消費的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整[J].山東師范大學(xué)學(xué)報（人文社會科學(xué)版），2010，（2）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）