能源信息化應用初探

文│ 中博信息技術研究院有限公司 吉 慧

1 我國能源現狀

某些學者提出，人類社會三個最基本的要素是物資、能量和信息。能提供能量的物質稱為能源。能源行業(yè)是我國國民經濟的基礎行業(yè)，也是國家的支柱性行業(yè)。

作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國目前能源生產量僅次于美國和俄羅斯，居世界第三位；基本能源消費占世界總消費量的10.4%，僅次于美國，居世界第二位，可見我國已經成為一個能源生產和消費大國。近年來，我國能源緊缺和經濟快速發(fā)展之間的矛盾日趨加劇[1]。從表1、表2中可以看出，我國原煤的產量大約占能源生產總量的70%，石油大約占20%，天然氣大約占2.3%，水電大約占6.5%。而上述種類能源的世界平均水平分別是：26.7%、41%、23.8%、8.5%。可見，我國總的能源狀況是富煤缺油少氣，這導致了我國的能源生產和能源消費的結構不合理，一定程度上制約我國經濟的總體發(fā)展[2]。

21世紀后，面對能源挑戰(zhàn)，美國奧巴馬提出了新能源政策，我國采取相應的應對策略，簡要概括為：開發(fā)新能源與節(jié)能并舉。具體策略為：煤炭行業(yè)大力開發(fā)和推廣潔凈煤技術，充分利用煤層氣；石油行業(yè)加大勘探開發(fā)力度，拓寬石油進口渠道，進行石油戰(zhàn)略儲備；天然氣行業(yè)策略——國內和國外資源開發(fā)利用并重，注意天然氣開發(fā)利用的整體性，合理使用天然氣資源。

表1 中國能源生產總量及構成

表2 中國能源消費總量及構成

2 能源信息化大勢所趨

信息作為一種無形的資源越來越受到人們的重視。能源是工業(yè)化社會經濟發(fā)展過程中的“血液”，沒有充足的能源供應，社會經濟是難以整體持續(xù)發(fā)展的。18世紀中葉以來，世界已進行了三次工業(yè)革命，進入21世紀以后，為應對能源危機和全球氣候變化，人類迎來了第四次工業(yè)革命——綠色工業(yè)革命。

針對我國現狀，能源生產倡導提高生產效率、提高管理水平、降低成本、保證安全生產，加大了對信息化建設的投入力度，能源生產的信息化建設正在加快步伐。能源消費量大、利用效率低已經成為我國經濟社會發(fā)展的“軟肋”，而能源消費的信息化可以建立可持續(xù)的經濟增長方式[3]。能源使用者，對能源的消費過程進行跟蹤、消費量進行統(tǒng)計與分析，并采取節(jié)能措施，以達到消耗最少的能源，發(fā)揮最大的用途?？梢娔茉葱畔⒒ㄔO分為兩部分，一部分是生產信息化，另一部分是消費信息化。

（1）生產信息化，主要指生產現場的生產過程及所用設備控制的自動化，主要包括生產自動化控制和生產設備自動化管理。國有能源生產自動化程度一般較高，有些已達到國外先進水平。大多能源生產過程都在不同程度上實現了機械化和自動化，但在生產的各個環(huán)節(jié)上采用了不同的自動化系統(tǒng)，彼此獨立，難以形成整體。如果采用先進的信息技術加以改造，形成完整的生產綜合自動化系統(tǒng)，將大大提升自動化水平，進一步實現“減人增效”的根本目標，逐步實現信息化。有生產必然存在安全問題，生產信息化也必然帶來安全信息化。部分能源生產的環(huán)境具有特殊性，決定了能源的信息技術應用要把對安全的監(jiān)測和監(jiān)控作為另一重點。在發(fā)生突發(fā)事件情況下實施搶救和救援更需要先進的信息技術支持。包括災害情況下快速建立的信息網絡系統(tǒng)、各種方式組建的通信系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)以及各種探測技術設備等，以及安全生產調度和安全作業(yè)規(guī)程管理等。生產必然伴隨著管理，生產的信息化也必然帶來管理的信息化。在能源生產和環(huán)境安全廣泛采用信息技術的基礎上，中央調度控制室可實現對全生產環(huán)境和設備的監(jiān)視和控制。管理人員通過計算機即可隨時了解安全、生產、人員、運輸等各種信息，對全礦生產經營進行統(tǒng)一調度及統(tǒng)一管理。對各種信息進行分析處理、統(tǒng)計、優(yōu)化，可以為企業(yè)領導決策提供及時準確的數據，從而實現能源各行業(yè)“管、控、營”的一體化建設。企業(yè)管理信息化主要包括人力資源、財務資金、生產、物資供應、設備和運銷等核心業(yè)務管理信息化，以及決策信息化、辦公自動化、能源行業(yè)內部和外部的門戶網站。

（2）消費信息化，主要指能源的使用跟蹤，對使用能源的設備進行跟蹤，并且記錄其使用信息，同時對信息進行分析，方便節(jié)能決策，實現消費過程的透明化，打破了原有消費過程的黑盒效應。

3 能源信息化探索的兩個應用

能源信息化大勢所趨，我們加入此次浪潮，進行了探索，研究出能耗管理平臺和人員定位系統(tǒng)，對應于能源信息化的兩個方向——消費信息化和生產信息化。

3.1 能耗管理平臺

能耗管理平臺廣泛用于城市、企業(yè)、園區(qū)和社區(qū)的能耗采集、分析和節(jié)能管理。能耗管理平臺可以對管理對象的能耗數據進行采集、匯總、處理和能效分析；能夠建立與當地的氣象條件吻合的數據模型，指導建筑物的節(jié)能降耗；能夠根據大樓的能耗數據建立其獨有的能耗模型，實現預測能耗數值，指導節(jié)能工作的開展。

能耗管理平臺具有以下優(yōu)點：

◆ 簡化建筑物能耗管理，提高建筑物能源使用效率；

◆ 采集設備能耗數據，挖掘設備節(jié)能潛力；

◆ 能耗統(tǒng)計與能效管理功能，有效優(yōu)化運營成本；

◆ 系統(tǒng)具備良好的可擴充性能。

如圖1、圖2所示。

3.2 人員/設備定位系統(tǒng)

能源生產多數是高危生產，安全又是生產的要求，安全生產是指在生產過程中的人身安全和設備安全。也就是說，為了使勞動過程在符合安全要求的物質條件和工作秩序下進行，防止傷亡事故、設備事故及各種災害的發(fā)生，保障員工的安全與健康，保障企業(yè)生產的正常進行。安全生產是安全與生產的統(tǒng)一，安全促進生產，生產必須安全。安全生產關系人民群眾的生命財產安全，關系改革發(fā)展和社會大局的穩(wěn)定。安全生產關系到企業(yè)生存與發(fā)展，如果安全生產搞不好，發(fā)生傷亡事故和職業(yè)病，勞動者的安全健康受到危害，生產就會遭受巨大損失，影響工程的竣工時間。

圖1 平臺概述圖

圖2 平臺功能圖

日常生活中經常聽到礦難事故，在這里以煤礦為例，煤礦多為地下作業(yè)，施工易發(fā)生事故為坍方和爆炸。煤礦施工現場人員/設備管理進行需求分析，施工人員考勤、施工現場找人、人員自我報警、獲取傷亡信息、設備情況回饋、決策。

根據需求，我們采取如下解決方案：采用有源卡，利用無線基站進行定位、識別；在密集地增加無線基站個數，發(fā)生緊急情況，可以使用應急基站。主要設備有：有源卡、無線基站。

有源卡：卡上設有緊急按鈕，該卡可固定于腰帶或者鞋子上（不建議固定在安全帽上）。每隔200m設一個無線基站，人員密集的地方設3～4個無線基站，無線基站主要采用自備電（蓄電池），無線基站的數據傳輸主要采用接力傳輸，無線基站的位置是可移動的，尤其是密集地。應急通信無線基站主要是為了加大功率，用于意外事故，它能夠穿透8～10m的巖土，方便查看人員情況（數量、位置、傷亡情況），以便管理人員采取應急措施。

該人員/設備定位系統(tǒng)主要實現功能：

（1）人員/設備定位：能夠準確反應每個人員的位置。

（2）人員識別：20m范圍內，2s鐘內，識別所有人員信息。

（3）自助呼救：有源卡上設有緊急按鈕，可用于自助呼救。

（4）緊急決策與通知：當礦難發(fā)生時，判斷礦難發(fā)生的原因，傷亡人數判斷，傷亡地點判斷，并進行救援決策與實施；當設備情況回饋有問題時，通知人員如何撤退。

1 謝章勇.能源信息化——助解中國能源之困的必由之路［J］.甘肅科技，2008：8-10

2 詹華，姚士洪.對我國能源現狀及未來發(fā)展的幾點思考［J］.研究與探討，2003：1-4

3 白景濤.能源信息化助力山西走可持續(xù)發(fā)展之路［J］.中國信息界，2010（4）：35-36