基于云计算的能耗在线监测平台在节能监察中的应用

基于云计算的能耗在线监测平台在节能监察中的应用

安科瑞王璐月

摘要：建设用能单位能耗在线监测系统，通过在用能单位用能各环节安装智能采集设备

获取能耗数据，通过无线通信网络上传至云服务平台，进行大数据分析与挖掘，及时准确地掌握用能单位能耗情况，为节能监察工作提供数据支撑，为开展能效对标提供科学依据，对增强节能监察的针对性和主动性具有重要意义。通过对能耗在线监测系统的设计、功能目标和建设原则进行探讨，分析该系统在节能监察中应用存在的问题，并就此提出对策建议。

关键词：能耗；在线监测；节能监察；对策建议

引言

随着我国工业化和城镇化进程的加快和消费结构的持续升级，能源消耗呈刚性增长，节能工作面临严峻形势。据我国国家统计局发布的《2016年国民经济和社会发展统计公报》显示，我国2016年全年能源消费总量43. 6亿吨标准煤，比2015年增长1 4°/。。煤炭消费量下降4.7 %。，原油消费量增长5. 5 %。，天然气消费量增长8 % , 电力消费量增长5 % 。煤炭消费量占能源消费总量的6 2 % , 比2015年下降2个百分点；水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量占能源消费总量的19.7 % ,上升17个百分点；全国万元国内生产总值能耗下降5 % 。国家在节能减排“十三五”规划中提出，到2020年单位GDP能耗比2005年下降40% 〜5% ,到2030年单位GDP碳排放比2005年下降60 %〜5 %的目标[1]。

节能监察是实现能源节约，提升政府对能源节约监管职能的重要举措。在这种新形势、新背景下，开展节能监察工作，不能单纯就节能论节能，就监察抓监察，而是要应用新技术、新手段，主动作为；要实现“十三五”提出的节能目标，以能源数据为基础和依据，提升能耗数据收集和分析能力，开展预测预警，及时研究制定相关政策措施，增强节能监察的针对性和主动性[1]。

1 基于节能监察的需求分析

为落实国家“互联网十”智慧能源战略，进一步提升新时期节能监察的效能，加强对工业企业的能效管理，通过信息化技术建设数字化能源管控系统，实现能耗的在线监测、实时、准确掌握企业的能耗，助力企业实现精细化节能管理，促进节能降耗，为各级政府节能主管部门进行经济分析、能耗管理提供技术手段，建设覆盖面较广的能耗在线监测管理平台是必然的选择。

1.1 日常管理需求分析

1) 节能宏观形势预测。通过对用能位进行能源消费情况的在线监测，定期进行全地区能源消费趋势预测，研判辖区内节能及经济发展形势，为各级节能监察部门部署工作提供科学依据。

2) 用能单位能耗预警。节能监察机通过平台可以随时掌握用能单位的能耗状况，及时对能源消耗不合理的行业和企业进行预警和调控，有效控制能源消费，及时控制和减少能耗超限的现象。

3)强化节能管理基础建设。通过能耗在线监测平台使节能监察机构能够实时、多方面、真实地掌握企业综合能源消费的“一手”数据，把能效管理作为各种项目评审、评估的重要依据，开展能效对标，推动企业转型升级。

1.2 节能服务需求分析

新形势下，各级节能监察部门在行使行政执法职能的同时，还要承担面向用能单位和社会公众的节能服务工作。一是提供节能减排相关技术方案和案例。采用同比、环比、对标等方式对用能单位节能状况进行分析管理，使能效管理纳入企业的成本管理工作，结合国家设备能耗标准、单位能耗标准，及时发现用能单位的能耗异常，形成节能排行榜，引导企业合理用能、节约用能。二是建立科学准确的单位用能指标评估体系。对用能单位能耗数据进行多维度的分析，对能耗的指标进行趋势预测，为节能计划提供数据支撑。通过对企业的能耗排名，对高能耗企业的关键及能耗流程、工艺、设备分析，以供业内企业借鉴，降低自身制造成本。三是提高公众节能环保意识。面向公众展示相关能耗数据，大力加强节能减排相关政策和法规、标准的宣贯，普及日常节能知识，推广介绍节能新技术、新产品，逐步提高全社会的节能环保意识。

2 能耗在线监测系统构架

2.1 系统架构设计( 见图1)

能耗在线监测管理平台是基于云计算、物联网技术的工业数据监测系统，由两个部分组成: 一是线上部分云平台系统，是系统的核心部分；二是企业现场的数据采集系统。

图1 能耗在线监测管理系统

数据采集系统采集现场数据，上传至云平台，云平台上运行各种应用，实现不同的功能，包括面向政府、企业、服务商及其他大数据应用。用户可通过网站、手机APP 、微信等多种客户端访问系统。根据用户需求的不同，平台设定不同的权限，用户仅能对授权对象应用授权的功能。

2.2 应用架构设计

基于SOA的设计理念，云计算和GIS等技术，建立统一的信息集成基础平台，为各种应用提供数据存储、共享、安全和数据采集、工具分析等能力，使应用实现资源共享，与企业ERP系统及各级需求侧管理平台、其他专业系统信息交互集成，实现平台管理的社会化、精细化、流程化、有效降低成本，提升服务水平。

2.3 数据采集模式

对多数没有实现数据自动采集的企业，通过在企业用能各环节安装智能采集设备（见图2 ) 随时感知、测量、储存和上传信息。采用不停电安装方式，尽量减低对企业经营的影响。新型的智能采集模块采用全新工业化设计、集成了CT 、计量、通信功能。

安装时不停电，集成了微功率无线通信功能，自主网、智能中继通信，可“即插即用” 具有跳频功能，当前工作频点受到干扰时，自动切换到另一个频点上工作，保证可靠通信。对于已建设有类似功能系统的企业，且现有系统支持标准IEC 6087)—5—101/104协议，可采用与其现有系统对接的方式获取用能信息，并上报至云平台，包括标准IEC 60870—5—101/104协议方式SOA方式，避免重复建设，提高系统利用率。

3 能耗在线监测系统功能设计

能耗在线监测管理平台按照服务企业安全、经济用电、服务政府能效审计，支持大数据综合应用为总目标设计，系统设计主要实现以下5种功能。

3.1 配用电监测

综合应用智能量测技术，在企业内部的配电变压器、主要用电线路和电能耗较大的用电设备上安装用电信息采集装置，细致的掌握企业用电行为、负荷特征、配电网络运行效率、设备能耗状况等，并扩展对水、热、气的测量，将数据上传平台，实时反映企业的用能情况。

3.2 安全管理

系统支持对配用电设备的动态监测，除采集电气量外，还采集包括温度、湿度、噪声、震动等与设备相关的环境和运行状态信息。设置安全监测及巡检管理功能，根据既定策略实现对配用电设备等用能设备进行巡检、用电线路及设备异常状态告警、紧急事故快速响应等功能，支持电能服务的开展。

3.3 实现能效管理

采用同比、环比、对标等方式对用能节能进行分析管理，开放与企业ERP系统的接口，使能效管理纳人企业的成本管理工作，结合国家设备能耗标准、单位能耗标准，及时发现用能单位的能耗异常，形成节能排行榜，引导企业合理用能、节约用能。对能耗数据进行多维度的分析，建立科学准确的单位用能指标评估体系，对能耗的指标进行趋势预测，为节能计划提供数据支撑。通过对企业的能耗排名，对高能耗企业的关键及能耗流程、工艺、设备分析，促进企业节能降耗。

3.4 实现需求响应

系统支持需求响应功能，包括需求响应预案编制、需求响应邀约流程管理、需求响应执行及效果分析统计。支持企业自动需求响应策略的编制及手动和自动执行，通过有效的需求响应，降低综合能源供给需求，优化能源消费、提高用能效率，提升企业盈利能力。

3.5 咨询服务

系统提供节能减排在线咨询服务，用能单位可在线咨询、查询节能技术和设备，节能专家可对用能单位的问题进行解答，及时对接用能服务。

4 存在问题及对策建议

随着信息技术的发展，能耗在线监测系统在数据采集、传输、应用等关键环节已不存在技术障碍，但由于用能单位涉及行业量大面广，生产线和生产用能千差万别，所以将能耗在线监测系统应用于节能监察是一项复杂而且庞大的系统工程，建设要采取统一规范、信息共享、先行试点、逐步推广的原则进行[3]，整合现有系统平台，实现信息共享，避免重复建设，建议从以下4 个方面推进。

4.1 完善法律制度和依据

目前，国务院多项文件以及部委文件都提出要大力加强能耗在线监测系统建设的工作要求，但就推广实施情况看，特别是像云南等一些经济不发达的西部城市，很不理想。为进一步提高节能监察效能，把节能环保打造成战略性新兴产业，应将用能单位建立能耗在线监测系统的义务纳人《中华人民共和国节约能源法》中，省、市级也要在本地的《节约能源条例》中作出同样的要求，从根本上为该项工作的推进扫清制度障碍。

4.2 出台一系列奖惩政策

完善用能单位能源计量器具配备，更新智能化计量仪器仪表是建立能耗在线监测系统的基础。为了减轻用能单位负担，提高系统建设的积极性，各级节能主管部门应制定出台一系列激励奖惩政策，给予用能单位必要的建设补助资金，对于较好完成智能化计量仪器仪表更新和能耗在线监测系统建设的单位给予奖励，对于不按规定开展此项工作的单位在节能监察过程中给予扣分、罚款等惩罚。

4.3 编制统一的技术规范

为了满足节能监察对监测数据的需求，要综合考虑不同企业能耗的差异性和数据上传指标统一性的协调，编制统一的系统技术规范[2]，保证全过程覆盖系统数据采集、传输、处理等各个环节，技术规范内容应包括通信传输、系统安全、企业端建设、各行业数据采集要求等内容。

4.4 建立有效的数据审核机制

在线监测所取得的数据在技术上排出了人工干预的可能，但是由于企业生产的差异性和复杂性，难以避免因系统的技术性原因导致数据的异常，因此对从企业上传到平台的数据需要通过审核来确定其是否合理，所以建立监测数据的审核机制十分必要。要使用技术手段和人工抽查相结合的方式，对企业能耗在线监测数据进行审核才能保证数据的合理与准确。

5、安科瑞能耗监测平台介绍

安科瑞AcrelCloud-5000能耗监测平台是一套完整的用电用水综合管理系统，采用分层分布式结构进行设计，即现场设备层、网络通讯层和站控管理层：

现场设备层

现场设备层主要是连接于网络中用于电参量、用水量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。

网络通讯层

网络通讯层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成。

站控管理层

站控管理层是针对配电网络的管理人员，该层直接面向用户。该层也是系统的上层部分，主要是由能耗监控系统软件和必要的硬件设备如计算机、打印机、UPS等。

平台功能介绍

1.登陆界面

云平台可以根据客户要求定制个性化的系统登录界面，登录界面所用的图片、 Logo等由用户提供。

2.平台概况

平台概况方便用户总览本日本月、上日上月电能消耗，能耗折标、及碳排放等数据。

3.建筑用能

建筑用能统计分析各个建筑用能，对建筑用能从概况，用能统计，复费率报表，同比分析，能源流向图等方面进行分析。

3.1建筑用能概况

用能概况主要展示建筑物基本信息、分类用能、当日用能小时趋势，当月能源消耗日趋势。 

3.2建筑用能统计

用能统计按日、月、年以报表的形式统计建筑水、电、气分类总用能，支持用户所属建筑单个或组合统计，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图； 

3.3复费率报表

复费率报表按日、月、年统计单栋建筑尖、峰、平、谷电能及电费，该功能须表计支持尖、峰、平、谷分时电能计量功能。

3.4同比分析

同比分析按日、月、年以图表结合的方式统计单栋建筑某一类能源的总用能数据。

3.5能源流向图

能源流向图展示单栋建筑制定时段各类能源的流向图，支持按原始值和折标值查看。

2.支路用能

2.1支路用能概况

支路用能概况主要展示选中支路用能环比，日平均负荷曲线，历史趋势支持过去48小时、31天、12月、3年等时段用能概览。

2.2支路用能统计

支路用能统计按日、月、年以报表的形式统计选定支路的水、电、气分类总用能，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

2.3同比分析

支路同比分析按日、月、年以图表结合的方式统计单栋建筑某一类能源的总用能数据。

2.4数据集抄

数据集抄对选择的支路分类能源在指定时段起、止抄表值、能源使用量进行统计。

2.5费用报表

支路费用报表对选择支路或设备的分类能源按、日、月年统计用能费用和成本。

2.6配电监测

配电监测以单线图的形式对选定的用户变配电站开关状态和运行参数进行监视。

2.7夜间能耗

夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在指定时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。

2.8参数查询

参数查询提供选中支路/设备的分类能源对应仪表制定日期选定电流、功率、电压等运行参数趋势曲线、对应时刻数据报表。

3.分项用能

3.1分项用能概况

分项用能概况采用棒图、累积图、饼图按日、过去31天统计某分项用能、并进行日分项用能同比分析，过去31天分项用电用能趋势分析。电能分项包括“照明插座”，“空调”，“动力”，“特殊”选取其中一种类型。

3.2分项用能统计

分项用能统计按日、月、年以报表的形式对建筑统计动力、空调、照明灯等分项用能，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

3.3分项同比分析

同比分析主要统计单栋建筑某分项用能。选中需查看的建筑，分类能耗，分项及日期，选择“日”，“月”，“年”其中一种类型，即可查看该分项的用能数据和图表。

4.部门用能

4.1用能概况

部门用能概况采用棒图、累积图、饼图按日、过去31天统计按部门对某分类用能进行能同比分析、趋势分析。

4.2用能统计

部门用能统计按日、月、年以报表的形式对建筑按部门进行分类用能统计，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

4.3同比分析

部门同比分析按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行同比分析。

4.4费用报表

部门费用报表按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行费用统计。

4.5区域用能

区域用能的使用方法和操作步骤与分项用能模块基本相似，请参考3.4分项用能使用方法。

4.6用能概况

区域用能概况采用棒图、累积图、饼图按日、过去31天统计按部门对某分类用能进行能同比分析、趋势分析。

4.7用能统计

区域用能统计按日、月、年以报表的形式对建筑按部门进行分类用能统计，支持报表数据导出excel，支持选择建筑数据进行生成柱状图。

4.8同比分析

区域同比分析按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行同比分析。

4.9费用报表

费用报表按日、月、年以图表结合的方式对部门某分类能源使用进行费用统计。

4.10系统设置

系统设置包括数据中心、建筑信息、采集器、仪表产品、仪表信息、支路信息、分项信息、区域信息、部门信息、用户设置、用户关联建筑等模块设置。在设置或修改系统设置时，须要使用管理员账号登录，才有设置或修改相关设置的权限；普通用户只能查看相关信息。

5能源管理APP

能源管理云平台APP包括平台概况、能耗用能、趋势统计、同比分析、能耗排名、参数查询、复费率统计、建筑概况、建筑对比、能耗占比等功能模块，为用户提供方便的查询。

6 设备选型

电表选用安科瑞DTSD1352系列和AEW系列，电流互感器选用AKH-0.66/K系列开口式电流互感器：

6.1 DTSD1352导轨式多功能电能表

DTSD1352导轨式多功能电能表是主要针对电力系统，工矿企业，公用设施的电能统 计、管理需求而设计的一款智能仪表，产品具有精度高、体积小、安装方便等优点。集成常见电力参数测量及电能计量及考核管理，提供上48月的各类电能数据统计。具有2~31次分次谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和开关量输出可实现“遥信”和“遥控”功能， 并具备报警输出。带有RS485通信接口，可选用MODBUS-RTU或DL/T645 协议。该电力仪表可广泛应用于各种控制系统，SCADA系统和能源管理系统中。

6.2 AEW100无线计量模块

AEW100无线计量模块主要用于计量低压网络的三相有功电能，具有RS485通讯和470MHz无线通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。

6.3 AKH-0.66/K系列开口式电流互感器

AKH-0.66/K系列开口式电流互感器主要应用于工业中城网、农网改造项目，安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，为用户改造项目节省人力、物力、财力，提高效率。该系列电流互感器可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。

6.3.1 规格尺寸