利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對城市重點能耗監(jiān)測與管理

蔡華　馮春芳

摘要：能源計量工作是企業(yè)加強能源管理、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要基礎(chǔ)，是企業(yè)貫徹國家節(jié)能法規(guī)、政策、標準，合理用能，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，提高經(jīng)濟效益和市場競爭力的重要保證，是國家依法實施節(jié)能監(jiān)督管理、準確評價企業(yè)能源利用狀況的重要依據(jù)。利用物聯(lián)網(wǎng)，建立城市能源計量數(shù)據(jù)采集與能效監(jiān)測管理，實現(xiàn)對能耗的實施監(jiān)測，為能效利用與監(jiān)管提供有效的信息采集與政府監(jiān)管平臺。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能減排；能耗監(jiān)測；能源信息采集

0 引言

能源、資源是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，加強能源、資源管理，促進節(jié)能降耗，是提高我國經(jīng)濟運行質(zhì)量、改善環(huán)境和增強企業(yè)市場競爭力的重要措施，也是緩解當前經(jīng)濟社會發(fā)展所面臨的能源約束矛盾，建設資源節(jié)約型社會、環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的根本保障。

目前我國高能耗設備運行狀況普遍不理想，能耗高、污染大，迫切需要一種新的技術(shù)手段與方法來解決上述問題，提高能效監(jiān)測的效率，以進一步達到節(jié)能減排工作的目標。

1 存在問題

1.1 難以監(jiān)控、分析、管理

目前城市能耗數(shù)據(jù)來源全部來自企業(yè)自行上報的數(shù)據(jù)，不能保證數(shù)據(jù)的真實性和準確性：

監(jiān)控困難：各能耗企業(yè)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，未與政府部門建立實時數(shù)據(jù)交換，企業(yè)上報的各類數(shù)據(jù)不可靠性，數(shù)據(jù)監(jiān)管困難；

分析困難：各耗能企業(yè)的耗能數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)等，尚未形成統(tǒng)一的系統(tǒng)，未建立數(shù)據(jù)中心，無統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲管理，數(shù)據(jù)分析困難。

管理困難：政府部門缺乏統(tǒng)一的業(yè)務監(jiān)管調(diào)度平臺，問題處理依賴人工及企業(yè)上報，政府與企業(yè)間協(xié)作？率偏低，聯(lián)動性不足，管理困難。

1.2 水、電、油、煤、氣（汽）能源物質(zhì)管理困難

很多企業(yè)對能源計量工作的重要性認識不足，企業(yè)能源計量工作的基礎(chǔ)十分薄弱，普遍存在忽視能源計量管理、能源計量器具的配備不符合國家計量要求、能源計量管理體系不完善、能源計量數(shù)據(jù)不真實準確及能源計量管理機構(gòu)不健全等問題，為了推進重點用能企業(yè)節(jié)能減排工作的開展，必須重視并加強企業(yè)水、電、油、煤、氣（汽）計量數(shù)據(jù)實時在線采集工作，有效發(fā)揮能源計量工作在節(jié)能減排中的基礎(chǔ)保障作用。

1.3 工業(yè)鍋爐運行狀況普遍不理想，能耗高、污染大

工業(yè)鍋爐是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的一個關(guān)鍵設備，同時也是重點耗能特種設備，目前我國工業(yè)鍋爐運行狀況普遍不理想，能耗高、污染大。我國工業(yè)燃煤鍋爐設計的效率應為72%～80%，燃油（氣）鍋爐設計效率應為80～90%。但燃煤鍋爐實際運行效率平均在60%～70%，甚至還有的在50%以下運行；燃油（氣）鍋爐熱效率平均在75%～85%，也低于設計效率。

2 需求分析

城市中涉及的能源包括六類能源物質(zhì)（水、電、油、煤、氣、汽），每類能源所涉及的計量器具近百種；重點耗能設備幾萬臺；工業(yè)鍋爐幾千臺。

2.1 政府職能部門管理需求

為實現(xiàn)職能部門對產(chǎn)業(yè)化管理與能源使用的需求，需要建立和完善節(jié)能減排指標體系、監(jiān)測體系和考核體系。對耗能單位、高耗能設備和污染源進行調(diào)查摸底。建立重點能耗企業(yè)與公共機構(gòu)、高耗能設備的能源使用及利用效率的統(tǒng)計指標體系和調(diào)查體系，實施能耗指標季度核算制度。對重點能耗企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)上直報，加強能源統(tǒng)計巡查，對能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行監(jiān)測與分析。

通過公正的能源監(jiān)測、能效分析系統(tǒng)，建立能源使用以及能效利用的數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計，從而協(xié)助職能部門進一步規(guī)范重點耗能企業(yè)、公共機構(gòu)行為，制定行業(yè)標準，推進高耗能設備的技術(shù)改造，推進全社會節(jié)能減排進程。

2.2 重點能耗企業(yè)與高耗能設備的監(jiān)管需求

通過規(guī)范化、標準化的能耗監(jiān)測系統(tǒng)與企業(yè)上報，獲取企業(yè)實時、非實時（上報）能耗數(shù)據(jù)，并進一步規(guī)范企業(yè)自身行為，加快企業(yè)信息化整體進程，加強對企業(yè)能耗利用的規(guī)范與管理。

2.3 能耗、能效監(jiān)測管理需求

建立整體監(jiān)管運營平臺，通過能耗企業(yè)自行上報能耗數(shù)據(jù)、監(jiān)測企業(yè)能耗實時數(shù)據(jù)，分析設備運行數(shù)據(jù)并進行能效技術(shù)、分析，全面掌握終端的企業(yè)業(yè)務運行狀態(tài)中的能源消耗，以及高耗能設備的能效利用數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行規(guī)范化、標準化，可以及時利用數(shù)據(jù)分析，形成統(tǒng)計分析決策數(shù)據(jù)、報表數(shù)據(jù)、上報數(shù)據(jù)，提供統(tǒng)一化信息展示，提供節(jié)能減排支撐性數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

3 系統(tǒng)建設方案

建設以重點能耗企業(yè)、公共機構(gòu)、重點耗能設備等為主體的能源數(shù)據(jù)監(jiān)管、考核管理系統(tǒng)，形成能耗監(jiān)測體系，建立節(jié)能減排指標體系、考核體系，實現(xiàn)企業(yè)能耗比較分析，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。3.1 基本信息管理

作為基礎(chǔ)信息管理服務，實現(xiàn)對能耗監(jiān)測企業(yè)（重點耗能企業(yè)和公共機構(gòu)）的基本信息以及企業(yè)計量器具基本信息、高耗能設備（包括設備類型、設備參數(shù)、設備屬性、地址、周邊環(huán)境信息等）的錄入、維護與管理。

3.2 能源計量數(shù)據(jù)采集與能耗監(jiān)測管理

主要包括在線監(jiān)測設備的數(shù)據(jù)共享與遠程管理，包括對水、電、油、煤、氣、汽、鍋爐在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)和實時運行數(shù)據(jù)的實時采集、校驗、傳輸與存檔管理。

利用物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)場儀表和設備采集數(shù)據(jù)連接到集中器、并接收中心站的命令對現(xiàn)場設備進行控制和調(diào)節(jié)；集中器通過無線傳輸接收現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)傳輸給計算機并傳送計算機下達的控制命令，并通過強大的內(nèi)部運算進行自動調(diào)節(jié)。

3.3 能效分析管理

通過對高耗能設備的實時運行數(shù)據(jù)采集，采集燃料、鍋爐給水量、煙氣各個成分、測量爐膛溫度、鍋爐排煙溫度、給水溫度、現(xiàn)場環(huán)境溫度、主蒸汽壓力、鍋爐系統(tǒng)輔機耗電且、爐膛負壓表、爐排伺服電機的轉(zhuǎn)速、鍋爐燃煤、爐渣、飛灰、漏煤等物質(zhì)的可燃物元素含量等數(shù)據(jù)。

依據(jù)各個鍋爐運行參數(shù)的同時可以把各個參數(shù)自動輸入到鍋爐效率計算模型里實時顯示出鍋爐實際運行效率。系統(tǒng)可以直觀顯示所有關(guān)鍵參數(shù)，從而可以遠程觀察到鍋爐燃燒參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)鍋爐運行的異常情況。

3.4 數(shù)據(jù)綜合分析和能耗監(jiān)管

對區(qū)域內(nèi)的用能狀況進行統(tǒng)計分析，作為政府區(qū)域經(jīng)濟管理與決策支持的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要包括：

（1）能源消耗網(wǎng)絡。

（2）能源消費結(jié)構(gòu)統(tǒng)計分析。

（3）能耗成本結(jié)構(gòu)統(tǒng)計分析。

（4）能源消耗量統(tǒng)計分析。

（5）能源產(chǎn)出、回收利用情況進行統(tǒng)計分析。

（6）能源消耗走勢的統(tǒng)計分析。

（7）各區(qū)域、行業(yè)、企業(yè)單位自身的能耗對標分析。

（8）各區(qū)域間、同行業(yè)間、同類型企業(yè)間能耗對標分析。

（9）各區(qū)域行業(yè)、企業(yè)單位與先進指標進行能耗對標分析。

（10）能效計算分析、橫向?qū)朔治觥?/p>

（11）綜合能耗分析。

（12）能耗指標完成情況、能源節(jié)約量統(tǒng)計。

4 數(shù)字化采集物聯(lián)網(wǎng)

系統(tǒng)實現(xiàn)需要通過能源物質(zhì)計量器具（水、電、油、煤、氣、汽）和鍋爐（含電、油、煤、氣、汽多種能源物質(zhì)）的設備數(shù)字化采集設備，建立物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集。

4.1 鍋爐數(shù)字化采集終端

對鍋爐的數(shù)字化采集終端至少包括水、電、煤、汽等數(shù)字化采集終端，還應包括溫度、壓力等感應器進行溫度、壓力的數(shù)字化采集，需要對多種能源物質(zhì)進行采集，包括：

（1）進水流量、溫度、壓力。

（2）蒸汽流量、溫度、壓力。

（3）進煤量。

（4）耗電量。

4.2 能源物質(zhì)計量器具數(shù)字化采集

現(xiàn)場能源計量設備包括油、氣、汽這3類能源基本都使用了流量計作為計量器具，按照目前最流行、最廣泛的分類法，可分為：電磁流量計、渦街流量計、浮子流量計、超聲波流量計。對于流量計的設備配備選型方案，根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境，必須對流量計做出不同的配備情況，根據(jù)運載能源介質(zhì)管道的管徑大小而定。

4.3 數(shù)據(jù)集中器

各采集終端在各企業(yè)或公共機構(gòu)集中，通過數(shù)據(jù)集中器實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)上傳，至系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。

5 結(jié)語

能耗數(shù)據(jù)采集管理中心的建立，將把對重點能耗企業(yè)從計量器具的配備及管理、能源資源使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及公共機構(gòu)的能源資源使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一數(shù)據(jù)平臺，在為重點能耗企業(yè)及公共機構(gòu)提供比較分析服務的同時，為政府主管部門能更加全面地對重點能耗企業(yè)及公共機構(gòu)進行監(jiān)控管理提供平臺和監(jiān)測手段。

系統(tǒng)建成后便于政府能源、節(jié)能主管部門隨時掌握企業(yè)的能耗情況、能源利用情況，還可參照重點耗能企業(yè)或行業(yè)在局部地區(qū)的分布情況，為政府部門進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、新上產(chǎn)能合理布局、節(jié)能政策引導、節(jié)能資金扶持以及能源梯次利用提供參考依據(jù)。