智慧節能監察系統研究及應用

孫小明

(云南省節能監察中心，昆明 650041)

0 引 言

根據國務院發布的“十三五”節能減排綜合工作方案提出“建立健全節能管理、監察、服務‘三位一體’的節能管理體系”及云南省“十三五”節能減排綜合工作方案中提出“利用信息化手段，加強節能監察建設”的要求，如何在“十三五”現場節能監察工作中利用“互聯網+節能監察”推進云南省節能監察行政執法工作的問題就提上了日程。

1 項目研究的依據和必要性

云南省開展節能監察執法工作起步較早，但實際的工作中面臨以下幾大問題：節能監察工作涉及州市多、行業范圍廣、企業駐地分散、時間緊、任務重和各地新成立的節能監察機構能力建設不足，執法程序不統一，執法內容不統一，執法人員專業水平參差不齊、執行標準容易出錯，執法效率低等困難和特點。為此，通過結合現場節能監察工作的實際情況，創新工作機制，提出利用移動互聯網、物聯網、云計算等技術，展開“互聯網+節能監察” 模式的智慧節能監察系統的研究，運用互聯網、云計算技術提升節能監察能力， 統一執法文書，規范執法程序，減少繁瑣計算，降低工作失誤，提高監察效率，利用該系統借助信息化技術手段來推進云南省節能監察工作的執法程序、核算標準、技術規范的有效統一。

2 項目研究內容

通過調研分析，結合國家頒布的相關節能法律、法規、能耗限額指標等要求，節能監察的工作規范、執法流程、關鍵要素，制定智慧節能監察系統的范圍、系統構架及研究目標，設計開發一套智能化、垂直化管理系統，讓現場節能監察執法人員和后臺數據處理人員跨地域、全程全時互聯互通、實時監督。規范統一執法流程，方便基層人員使用、方便上級部門監督。構建節能監察信息庫、節能監察大數據平臺，提供行業、企業用能信息的大數據分析。

2.1 主要研究目標

利用互聯網技術實現節能監察的信息化、網絡化、互聯化、智慧化。打通節能監察業務垂直化的協同辦公，實現省、州(市)、縣(區)三級共用共享一套系統，數據互聯互通，方便管理，破除信息孤島。節能監察平臺實現“執法依據、流程方法、程序標準、結果處理和執法文書”的五個統一，做到公平公正，規范執法，提高節能監察的質量和效率，提升節能監察的社會滿意度。通過建立專家系統，簡化基層使用，建成“智慧化”、“傻瓜化”的系統，現場監察人員按照監察流程只需將現場收集并核實的數據通過移動端錄入系統，系統會按照各個行業的能耗標準、規范等技術要求自動完成相關能耗數據的計算、分析、上報、匯總，并自動生成相關報表及文書。該系統不僅簡化了業務流程，方便現場監察人員使用，同時也極大提高了現場節能監察數據計算的準確性。系統還能夠讓各級管理者實現對節能監察工作過程的實時監督，并提升節能監察工作效率。通過不斷積累數據，構建節能監察信息庫、節能監察大數據平臺，提供行業、企業用能信息的大數據分析，為相關部門節能形勢分析和預警調控提供及時準確、高效、科學的數據支持。

2.2 智慧節能監察系統功能清單

智慧節能監察系統功能清單，見表1。

表1 智慧節能監察系統功能清單

2.3 系統總體架構

2.3.1 智慧節能監察系統工作流程示意圖

智慧節能監察系統工作流程示意圖，如圖1所示。

(1)由任務管理員錄入節能監察任務書，完成監察任務的下達。

(2)監察組成員接收任務，并實施節能監察任務。

(3)監察報告匯總員，匯總、編輯、輸出《20××年節能監察情況報告》。

(4)部門、機構負責人監督整個監察工作流程。

2.3.2 智慧節能監察系統能源數據流示意圖

智慧節能監察系統能源數據流示意圖，如圖2所示。

2.3.3 智慧節能監察系統軟件架構

智慧節能監察系統軟件架構，包括數據采集層、數據庫、數據接口、單位產品能耗分析和綜合能耗分析，如圖3所示。

2.3.4 智慧節能監察系統的網絡拓撲圖

智慧節能監察系統的網絡拓撲圖，如圖4所示。

2.3.5 智慧節能監察系統邏輯圖

智慧節能監察系統邏輯圖，如圖5所示。

2.3.6 系統角色分配流程圖

系統角色分配流程圖，如圖6所示。

2.3.7 系統任務分配流程圖

系統任務分配流程圖，如圖7所示。

2.3.8 鋼鐵行業檢查實施流程

鋼鐵行業檢查實施流程，如圖8所示。

2.3.9 任務匯總流程圖

任務匯總流程圖，如圖9所示。

3 關鍵技術研究

實體字段化。結合數據庫建模與面向對象開發，使抽象得到的每種實體可以擁有多個類型不同的字段，字段可以在實體本身已有的屬性上進行功能的擴展或具象化。同時引入參考型字段，能夠使實體間相互關聯。

實體視圖化。實體最終將通過互聯網以超文本標記語言的形式呈現給前端用戶，為了便于數據庫和HTML相結合，需要對數據進行渲染，并且需要前端能夠通過動態參數與數據庫進行交互查詢，得到動態的內容展示。

開放服務接口。可以提供跨平臺協議接口，例如通用的基于HTTP的RESTful接口或其它接口，便于實現異構環境的數據傳輸

智慧節能監察系統的關鍵技術是利用互聯網、云計算技術，在充分理解各行業的節能標準、能耗指標及能耗計算的前提下，實現智慧節能監察。對各行業標準的研究和理解是該系統研究和開發的前提，下面以鋼鐵行業為例，涉及的相關標準如下：

3.1 執行標準

《焦炭單位產品能源消耗限額》(GB21342-2013)

《粗鋼生產主要工序單位產品能源消耗限額》(GB21256-2013)

《電弧爐冶煉單位產品能源消耗限額》(GB32050-2015)

《用能單位能源計量器具配備和管理通則》(GB17167-2006)

《鋼鐵企業能源計量器具配備和管理要求》(GB/T21368-2008)

3.2 能耗統計范圍

焦化工序：包括生產系統(備煤工段、煉焦工段和煤氣回收與凈化工段等)和輔助生產系統(生產管理及調度指揮系統和機修、化驗、計量、環保等)消耗的總能源量扣除工序回收的能源量。不包括洗煤、焦油深加工、苯精制、焦爐煤氣資源化利用以及附屬生產系統(食堂、保健站、休息室等)所消耗的能源量。

燒結工序：為生產系統(從熔劑、燃料破碎開始，經配料、原料運輸、工藝過程混料、燒結機、燒結礦破碎、篩分等到成品燒結礦皮帶機離開燒結工序為止的各生產環節)和輔助生產系統(生產管理及調度指揮系統、機修、化驗、計量、水處理、燒結除塵和脫硫等環保設施)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量。不包括附屬生產系統(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

球團工序：為生產系統(經配料、原料運輸、造球、焙燒、篩分等到成品球團礦皮帶機離開球團工序為止的各生產環節)和輔助生產系統(生產管理及調度指揮系統、機修、化驗、計量、環保等)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量。不包括附屬生產系統(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

高爐工序：為生產系統(原燃料供給、鼓風、熱風爐、煤粉干燥及噴吹、高爐本體、渣鐵處理等系統)和輔助生產系統(生產管理及調度指揮系統、機修、化驗、計量、水處理及除塵等環保設施)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量。不包括附屬生產系統(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

轉爐工序：為從鐵水進廠到轉爐出合格鋼水為止的生產系統(鐵水預處理、轉爐本體、渣處理、鋼包烘烤、煤氣回收與處理系統等)和輔助生產系統(生產管理及調度指揮系統和機修、化驗、計量、軟水、環境除塵等設施)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量，不包括精煉、連鑄(澆鑄)、精整的能耗及附屬生產系統(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

電弧爐工序：報告期內，電弧爐冶煉單位合格鋼從冶煉原料入爐后到冶煉鋼包產生合格鋼水過程實際消耗的能源總量，不包括精煉。主要包括電爐冶煉單位產品電耗和電爐冶煉時氧氣、氮氣和燃氣等消耗。

3.3 單位產品能耗計算

焦炭單位產品能耗按照《焦炭單位產品能源消耗限額》(GB21342-2013)計算。燒結工序、球團工序、高爐工序、轉爐工序單位產品能耗按照《粗鋼生產主要工序單位產品能源消耗限額》(GB21256-2013)計算。電弧爐冶煉單位產品能耗按照《電弧爐冶煉單位產品能源消耗限額》(GB32050-2015)計算。

4 應用情況

自2017年開始，系統已完成了18個行業模塊專家系統的開發，在近三年全省的專項節能監察中得到了很好的應用，獲得節能監察機構和人員的一致認可。

2017年全省節能監察機構利用智慧節能監察系統共對云南省148戶重點企業實施了現場節能監察，其中：鋼鐵企業9戶、水泥企業137戶、 其它行業2戶。經監察，共有2戶水泥粉磨站企業的單位產品能耗限額標準超過了國家能耗限額標準。

2018年全省節能監察機構利用智慧節能監察系統共對云南省209戶重點企業實施了現場節能監察，其中：水泥企業92戶、鋼鐵企業21戶、燒堿企業3戶、合成氨企業6戶、尿素企業5戶，獨立焦化企業17戶、電石企業11戶、造紙企業41戶，其它行業企業13戶。在監察的企業中有3戶企業單位產品能耗超過了國家能耗限額標準。

2019年全省節能監察機構利用智慧節能監察系統共對云南省162戶重點企業實施了現場節能監察，其中銅冶煉企業11戶、鉛鋅冶煉企業31戶、工業硅企業3戶、鐵合金企業21戶、磷化工企業61戶、陶瓷企業18戶、其它行業企業17戶。經監察，共有79戶企業的單位產品能耗指標達到了國家相關能耗限額標準的要求，有60戶企業生產的產品沒有國家相關能耗限額標準要求；但有11戶企業的單位產品能耗指標超過了國家能耗限額標準的要求。

5 計劃和目標

(1)繼續完善其他行業標準實現，目前系統主要完成了水泥和鋼鐵行業，煤化工(焦炭)，化工(燒堿、尿素、合成氨、制漿、造紙、乙烯、電石)。建材(建筑衛生陶瓷)、黑色延壓(鐵合金)、化工(磷化工部分工藝)、冶金(鋅冶煉、鉛冶煉、再生鉛、銅冶煉、工業硅)等行業模塊。隨著節能監察工作的進一步深入開展，下一步需要擴展其他行業節能監察專家系統的實現。

(2)加強數據聚集。進一步完善節能監察數據庫，實現監察數據的可閱讀性、可比較性、可視性。進一步完善監察流程和文檔輸出模塊。

(3)加強和其他系統的對接，實現數據的融合共享，開展大數據分析。比如能耗在線監測平臺、能源利用狀況報告系統、能管師在線培訓系統等。

6 結束語

基于“互聯網+節能監察”模式建設云南省智慧節能監察系統，統一了監察工作程序，拓展了監察范圍，縮短了執法流程，也實現了監察數據一站式整合。通過在線填報，實現了用能單位能耗數據和能源利用狀況等大數據的多類型、多維度、多形態數據集合，確保用能單位監察數據的真實有效性。監察人員通過使用該系統進行現場節能監察，不僅提高了節能監察效率，充分發揮節能監察的監督保障作用，還對加強能源管理，提高能源利用水平，促進生態文明建設和綠色發展起到了積極的作用，為今后我省完善能源利用狀況數據庫、能源信息處理分析、能源消耗指標預測預警，為相關部門節能形勢分析和預警調控提供及時準確、高效、科學的數據支持。