基于物聯網的公共機構能源管理系統的探索與實踐

姜翠麗，于文蛟

（1.內蒙古化工職業學院，內蒙古 呼和浩特 010070；2.內蒙古成為電能服務有限公司，內蒙古 呼和浩特 010010）

0 引 言

多年來，一些基層公共機構浪費辦公室能源的現象屢見不鮮，辦公室使用能源“浪費多，漏洞大”的現象依然普遍存在。比如，辦公室內日夜燈火通明；熱水器插頭不撥；電腦開了不關；水龍頭長年滴漏等現象比比皆是，在這些細節中浪費的辦公資源數量驚人。出現這些現象的原因主要是相關機構能源管理人員管理意識不強，節能環保宣傳力度不夠，個別領導對公共機構能源管理沒有引起高度重視，談起來很是重要，但做起來卻放在了其他工作的后面，使得能源管理工作很難深入，能源管理效果欠佳。除此之外，公共機構能源管理系統缺乏自上而下統一的能源管理體系，需要明確能源管理制度，加強機構能源管理專業人員隊伍建設，規范其工作職責， 這些因素都嚴重影響了公共機構節能減排整體水平的提高。

因此，迫切需要一套完善的公共機構能源管理系統。該系統以能耗在線監測為基礎，動態、準確地把握公共機構能耗信息。同時結合節能目標、能耗目標、能耗診斷為用能單位提供能效管理服務。用電單位通過本系統能夠實現精細化節能管理，提高能源利用效率，促進節能降耗。節能主管部門通過本系統能夠強化對節能降耗的工作監管，及時研判能源消費趨勢，提高預測預警水平，實現能源消耗動態過程的可視化、可控化和信息化管理。

1 項目建設的必要性

為了加強公共機構節能管理工作，推動“互聯網+”在公共機構能源管理領域的應用，必須建設公共機構能源管理云平臺。實時、準確地把握公共機構能耗，不僅是實現精細化節能管理，促進節能降耗的必然要求，也是各級主管部門把握能源消費趨勢，加強能耗預測、預警，推動綠色發展，構建節約型和環境友好型社會的內在要求。公共機構能源管理系統應用物聯網和云計算技術，利用深入到用戶內部的分類用能信息采集和控制網絡，細致掌握用戶用能特點，引導用戶更為科學、高效地用能，提升用戶用能平衡能力，降低用能成本。

1.1 是智能用能環節的主要發展方向

能源管理系統平臺將用戶范圍內的區域能耗建設成為網絡的一個智能結點 ，通過對用戶高耗能設備進行管理，可有效整合用戶區域內的能耗需求。

1.2 是降低用能成本和提高能效管理水平的重要手段

能源管理系統平臺通過對用戶內部各樓宇、各樓層、各用水網絡的運行狀態和用能數據進行采集和實時監測，并將采集的數據與最優值進行比對，為客戶節能改造提供參考和建議。

1.3 是提高用能設備運行效率的重要途徑

對用戶開展以能耗為主的能源使用管理，對于提升各樓宇、各樓層、各用水環節非常重要。

本項目利用云計算、物聯網和大數據等先進技術建立系統云平臺，形成平臺與重點用能單位之間的互動，為單位管理和服務提供信息化手段和平臺支撐。所以，項目的建設是必要的。

2 項目建設目標與規模

2.1 項目建設目標

本項目依托原有云資源、安全資源及網絡資源等基礎環境資源，利用云計算、物聯網和大數據等信息技術，在各單位能耗環節中部署各類采集設備和智能模塊，從而隨時感知、測量、捕獲和傳遞信息，并將信息通過GPRS無線傳輸網絡，傳遞給各單位的能耗在線監測系統，形成平臺與重點用能單位之間的互動。本次建設目標實現各單位的用電、用水等能耗分析，便于及時發現問題并合理化分析，實現政府對能源利用的全面監管以及安全用電的監督。

2.2 項目建設規模

2.2.1 硬件資源建設

租用虛擬服務器3套，其中數據庫服務器1臺，Web服務器1臺，應用服務器1臺。租用云存儲空間2 TB，2條200 M鏈路。

新增智能電表250套，智能水表20套，智能燃氣流量計20套，智能熱量測試表20套，GPRS運營商通訊卡250張，NB-IOT運營商通信卡20張。

2.2.2 應用系統建設

建設市政府能源管理系統、直屬單位能源管理系統、統一門戶展示系統各1套。

3 項目建設方案

3.1 建設原則

本項目遵循“統籌規劃、頂層設計”建設思想，按照“統一系統開發、減少重復建設、綜合管理應用、分步建設實施”建設原則，充分利用已有基本設施的基礎上，構建公共機構能源管理信息化服務平臺。

本項目建設滿足以下幾個方面原則：

（1）技術先進性原則。本項目是一項綜合性信息化系統工程，在系統設計上具有較高的技術先進性和功能完善性，確保系統能適應信息技術的迅速發展。

（2）功能實用性原則。在項目建設過程中，最大限度地滿足政務服務的需要，堅持實用易操作原則，結合信息系統操作的實際需求，解決工作面臨的實際問題；綜合考慮應用系統操作界面的友好、易于使用、快速響應、便于維護等優點。

（3）資源共享原則。本系統具有與其它系統平臺數據共享、融合工作的能力。

（4）可擴展性原則。由于互聯網技術發展較快，各種信息發布方式和渠道都在不斷變化，同時，社會關注的焦點也在實時發生變化，監控的范圍也在不斷增加，因此在硬件環境架構、軟件系統和數據存儲容量設計等方面，都要考慮冗余，便于擴展。

（5）系統安全性原則。本項目作為一個綜合化信息系統，建立完善的系統運行安全體系是一項十分重要的工作任務。系統通過應用多項現代信息安全技術和安全保障體系，保證系統的網絡安全、信息安全、應用安全和數據安全等。

（6）高可靠性原則。由于系統將成為網絡監管的主要武器，必須具備全天候有保障的持續監測能力，因此，系統必須具備較強的災難處理能力，包括數據備份與災難性恢復，能夠做到系統的高可靠保障。

遵循上述項目建設原則，采用成熟技術和產品快速實施項目的策略，保證項目建設的安全性、高效性和可靠性。

3.2 項目具體建設內容

3.2.1 系統整體架構

公共機構能源管理系統主要由兩個部分組成，其一是 能源管理云平臺，是系統的核心部分；其二是能源數據采集系統。如圖1所示。

圖1 公共機構能源管理系統組成

能源管理系統以能耗在線監測為基礎，可以動態、準確地掌握機構水、電等能耗的實時數據，對機構各種能源系統進行分布式監控與集中管理，從而實現能源消耗動態過程的可視化、可控化和信息化管理。能源管理系統可以為用能單位提供能效管理服務，及時研判能源消費趨勢，提高預測預警水平，為政府未來節能降耗研究、設計與改造提供參考數據。系統結構設計滿足監測數據保存至少三年，為用戶用電及設備運行維護分析提供最有力的數據支撐。

3.2.2 能源數據采集系統

不影響生產辦公的前提下，支持無損安裝，整個過程不需要停電，此外，通過紅外通信技術實現計費總表同步抄讀，可以為電費規劃和分析提供最精確數據支撐。

3.2.3 市政府能源管理系統

市政府能源管理系統包括總體能耗、機構明細、分路用電、用電分析、能耗分析五個部分，其中能耗分析又包括機構能耗分析、業態能耗分析、區域能耗分析、用能構成分析、總體能耗分析、能耗情況、分項能耗和能耗明細八個部分，市政府能源管理系統實際采集界面如圖2所示。

圖2 市政府能源管理系統實際采集圖

3.2.4 直屬單位能源管理系統

直屬單位能源管理系統包括總體能耗、分路用電、用電分析、能耗分析和統計報表五個部分。其中分路用電包括實時用電數據、日用電數據、月用電數據、年用電數據四個部分；用電分析包括電量分析和負荷分析兩個部分；能耗分析包括能耗情況和能耗月數據錄入兩個部分。如圖3所示。

圖3 直屬單位能源管理系統實際采集圖

3.2.5 統一門戶展示系統

（1）Web界面構建。Web界面構建整體體現整合、集成、優化的特點，網站布局做到整體簡約大方，各功能區界定明顯，頁面色彩協調統一，突出了門戶網站的統一性。系統主界面分為三部分：界面上方是標題區、左側顯示功能列表、右側是功能顯示區。標題區：標題欄從左到右分別是：企業系統名稱、登錄賬號、退出系統、使用手冊下載。功能列表：主界面左側顯示系統功能列表，展開功能列表點擊功能菜單查看詳細信息。點擊展開按鈕，展開功能菜單。

（2）用戶權限管理。實現基于角色的權限管理機制，為不同用戶分配不同權限，系統管理員本身也實行對應不同職能的分層管理。系統提供靈活的權限控制功能，建立統一的權限模型，支持業務權限、數據權限、菜單權限等不同的權限類型，支持基于角色來定制權限，從功能和數據兩個方面來控制不同用戶的權限；管理平臺可以審計內容包括用戶接入審計、用戶終端審計、用戶行為審計，同時平臺可以與其它審計系統集成，提供審計數據，而審計策略由第三方審計系統完成；系統支持數據傳輸的可加密性，如https等機制；服務器使用密碼保護，只有授權用戶才能訪問服務器；系統支持內部業務系統實行單點登錄（Single Sign On）以及權限控制的內置機制；提供密鑰管理，通過密鑰和密碼認證等多種方式確保用戶對虛擬服務器資源的安全訪問。

（3）用戶身份認證。為提高應用系統安全性，應用系統進行了一系列的用戶權限管理措施。

（4）報表數據生成。報表是一種基本的業務要求，它能夠訪問、格式化數據，并以有意義的信息方式提供給用戶。

4 經濟效益與社會效益

（1）提升政府監管力度。該系統為政府部門宏觀經濟運行調節、用能監管、執行評價、綜合分析等提供決策依據。

（2）節約能源、降低服務成本、節約行政營運成本、促進政府信息資源的共享。該系統能夠實現能耗數據的全面監測、分析、預警，有助于優化能源利用模式，挖掘節能潛力，提高用能效率，推動節能降耗。

（3）基礎建設方面，實現水電資源的精準控制，在節約能源的同時，減低運營維護成本，實現其經濟效益。

（4）助推建設智能、綠色用能習慣。對用能規范化、智能化發展具有推動作用，打造規范化、數字化、精細化、綠色的用能習慣。

5 結 論

公共機構能源管理系統主要通過云計算、物聯網等先進信息化手段實現了能耗的監測與統計分析等工作，動態、準確地把握公共機構能耗信息，實現了政府對能源利用的全面監管以及安全用電的有效監督。具體表現如下：

（1）自動采集用能數據：自動采集企業用能參數數據，為用能的精細化管理提供基礎數據和信息化分析工具。

（2）精細化的節能進度監管：根據自動采集的用能數據與上級部門下達的指標進行比對，對節能目標的進度進行監管。

（3）合理分解節能指標與量化考核：根據能源使用數據，合理分解節能指標到相關單位，并對節能指標落實情況進行量化考核，為實施問責和表彰獎勵制度提供數據依據。

（4）準確評估單位能效水平和用能總量控制：針對市政府部門等機構，根據能耗使用數據和能效水平，進行能效水平評估，提出節能指導意見。

（5）提升政府能耗管理和服務水平：通過平臺建設，提升政府節能管理和節能監察的信息化水平，加強政府部門的監管力度，提升服務能力。

本項目建設目標明確，技術方案先進，體系結構清晰，建設內容規范，功能齊全完善，實際效益明顯，較好地為用能單位提供了能效管理服務。