利用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市重點(diǎn)能耗監(jiān)測(cè)與管理

蔡華　馮春芳

摘要：能源計(jì)量工作是企業(yè)加強(qiáng)能源管理、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要基礎(chǔ)，是企業(yè)貫徹國(guó)家節(jié)能法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要保證，是國(guó)家依法實(shí)施節(jié)能監(jiān)督管理、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)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(jì)量數(shù)據(jù)采集與能效監(jiān)測(cè)管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗的實(shí)施監(jiān)測(cè)，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(tái)。

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

0 引言

能源、資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，加強(qiáng)能源、資源管理，促進(jìn)節(jié)能降耗，是提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量、改善環(huán)境和增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施，也是緩解當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所面臨的能源約束矛盾，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、環(huán)境友好型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的根本保障。

目前我國(guó)高能耗設(shè)備運(yùn)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(lái)解決上述問(wèn)題，提高能效監(jiān)測(cè)的效率，以進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能減排工作的目標(biāo)。

1 存在問(wèn)題

1.1 難以監(jiān)控、分析、管理

目前城市能耗數(shù)據(jù)來(lái)源全部來(lái)自企業(yè)自行上報(bào)的數(shù)據(jù)，不能保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性：

監(jiān)控困難：各能耗企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，未與政府部門建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，企業(yè)上報(bào)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(wú)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(wù)監(jiān)管調(diào)度平臺(tái)，問(wèn)題處理依賴人工及企業(yè)上報(bào)，政府與企業(yè)間協(xié)作？率偏低，聯(lián)動(dòng)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(duì)能源計(jì)量工作的重要性認(rèn)識(shí)不足，企業(yè)能源計(jì)量工作的基礎(chǔ)十分薄弱，普遍存在忽視能源計(jì)量管理、能源計(jì)量器具的配備不符合國(guó)家計(jì)量要求、能源計(jì)量管理體系不完善、能源計(jì)量數(shù)據(jù)不真實(shí)準(zhǔn)確及能源計(jì)量管理機(jī)構(gòu)不健全等問(wèn)題，為了推進(jìn)重點(diǎn)用能企業(yè)節(jié)能減排工作的開(kāi)展，必須重視并加強(qiáng)企業(yè)水、電、油、煤、氣（汽）計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線采集工作，有效發(fā)揮能源計(jì)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(yùn)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(gè)關(guān)鍵設(shè)備，同時(shí)也是重點(diǎn)耗能特種設(shè)備，目前我國(guó)工業(yè)鍋爐運(yùn)行狀況普遍不理想，能耗高、污染大。我國(guó)工業(yè)燃煤鍋爐設(shè)計(jì)的效率應(yīng)為72%～80%，燃油（氣）鍋爐設(shè)計(jì)效率應(yīng)為80～90%。但燃煤鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率平均在60%～70%，甚至還有的在50%以下運(yùn)行；燃油（氣）鍋爐熱效率平均在75%～85%，也低于設(shè)計(jì)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(jì)量器具近百種；重點(diǎn)耗能設(shè)備幾萬(wàn)臺(tái)；工業(yè)鍋爐幾千臺(tái)。

2.1 政府職能部門管理需求

為實(shí)現(xiàn)職能部門對(duì)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(biāo)體系、監(jiān)測(cè)體系和考核體系。對(duì)耗能單位、高耗能設(shè)備和污染源進(jìn)行調(diào)查摸底。建立重點(diǎn)能耗企業(yè)與公共機(jī)構(gòu)、高耗能設(shè)備的能源使用及利用效率的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系和調(diào)查體系，實(shí)施能耗指標(biāo)季度核算制度。對(duì)重點(diǎn)能耗企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)上直報(bào)，加強(qiáng)能源統(tǒng)計(jì)巡查，對(duì)能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。

通過(guò)公正的能源監(jiān)測(cè)、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(jì)，從而協(xié)助職能部門進(jìn)一步規(guī)范重點(diǎn)耗能企業(yè)、公共機(jī)構(gòu)行為，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)高耗能設(shè)備的技術(shù)改造，推進(jìn)全社會(huì)節(jié)能減排進(jìn)程。

2.2 重點(diǎn)能耗企業(yè)與高耗能設(shè)備的監(jiān)管需求

通過(guò)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與企業(yè)上報(bào)，獲取企業(yè)實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)（上報(bào)）能耗數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步規(guī)范企業(yè)自身行為，加快企業(yè)信息化整體進(jìn)程，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)能耗利用的規(guī)范與管理。

2.3 能耗、能效監(jiān)測(cè)管理需求

建立整體監(jiān)管運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，通過(guò)能耗企業(yè)自行上報(bào)能耗數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)企業(yè)能耗實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行能效技術(shù)、分析，全面掌握終端的企業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)中的能源消耗，以及高耗能設(shè)備的能效利用數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，可以及時(shí)利用數(shù)據(jù)分析，形成統(tǒng)計(jì)分析決策數(shù)據(jù)、報(bào)表數(shù)據(jù)、上報(bào)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(shè)方案

建設(shè)以重點(diǎn)能耗企業(yè)、公共機(jī)構(gòu)、重點(diǎn)耗能設(shè)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(cè)體系，建立節(jié)能減排指標(biāo)體系、考核體系，實(shí)現(xiàn)企業(yè)能耗比較分析，促進(jìn)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(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗監(jiān)測(cè)企業(yè)（重點(diǎn)耗能企業(yè)和公共機(jī)構(gòu)）的基本信息以及企業(yè)計(jì)量器具基本信息、高耗能設(shè)備（包括設(shè)備類型、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備屬性、地址、周邊環(huán)境信息等）的錄入、維護(hù)與管理。

3.2 能源計(jì)量數(shù)據(jù)采集與能耗監(jiān)測(cè)管理

主要包括在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)共享與遠(yuǎn)程管理，包括對(duì)水、電、油、煤、氣、汽、鍋爐在線監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集，以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、校驗(yàn)、傳輸與存檔管理。

利用物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備采集數(shù)據(jù)連接到集中器、并接收中心站的命令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；集中器通過(guò)無(wú)線傳輸接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)并傳送計(jì)算機(jī)下達(dá)的控制命令，并通過(guò)強(qiáng)大的內(nèi)部運(yùn)算進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.3 能效分析管理

通過(guò)對(duì)高耗能設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，采集燃料、鍋爐給水量、煙氣各個(gè)成分、測(cè)量爐膛溫度、鍋爐排煙溫度、給水溫度、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、主蒸汽壓力、鍋爐系統(tǒng)輔機(jī)耗電且、爐膛負(fù)壓表、爐排伺服電機(jī)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(gè)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的同時(shí)可以把各個(gè)參數(shù)自動(dòng)輸入到鍋爐效率計(jì)算模型里實(shí)時(shí)顯示出鍋爐實(shí)際運(yùn)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(yuǎn)程觀察到鍋爐燃燒參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行的異常情況。

3.4 數(shù)據(jù)綜合分析和能耗監(jiān)管

對(duì)區(qū)域內(nèi)的用能狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，作為政府區(qū)域經(jīng)濟(jì)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(luò)。

（2）能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析。

（3）能耗成本結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析。

（4）能源消耗量統(tǒng)計(jì)分析。

（5）能源產(chǎn)出、回收利用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（6）能源消耗走勢(shì)的統(tǒng)計(jì)分析。

（7）各區(qū)域、行業(yè)、企業(yè)單位自身的能耗對(duì)標(biāo)分析。

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

（9）各區(qū)域行業(yè)、企業(yè)單位與先進(jìn)指標(biāo)進(jìn)行能耗對(duì)標(biāo)分析。

（10）能效計(jì)算分析、橫向?qū)?biāo)分析。

（11）綜合能耗分析。

（12）能耗指標(biāo)完成情況、能源節(jié)約量統(tǒng)計(jì)。

4 數(shù)字化采集物聯(lián)網(wǎng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)能源物質(zhì)計(jì)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(shè)備數(shù)字化采集設(shè)備，建立物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。

4.1 鍋爐數(shù)字化采集終端

對(duì)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(yīng)包括溫度、壓力等感應(yīng)器進(jìn)行溫度、壓力的數(shù)字化采集，需要對(duì)多種能源物質(zhì)進(jìn)行采集，包括：

（1）進(jìn)水流量、溫度、壓力。

（2）蒸汽流量、溫度、壓力。

（3）進(jìn)煤量。

（4）耗電量。

4.2 能源物質(zhì)計(jì)量器具數(shù)字化采集

現(xiàn)場(chǎng)能源計(jì)量設(shè)備包括油、氣、汽這3類能源基本都使用了流量計(jì)作為計(jì)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(jì)、渦街流量計(jì)、浮子流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。對(duì)于流量計(jì)的設(shè)備配備選型方案，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，必須對(duì)流量計(jì)做出不同的配備情況，根據(jù)運(yùn)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(jī)構(gòu)集中，通過(guò)數(shù)據(jù)集中器實(shí)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(yǔ)

能耗數(shù)據(jù)采集管理中心的建立，將把對(duì)重點(diǎn)能耗企業(yè)從計(jì)量器具的配備及管理、能源資源使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及公共機(jī)構(gòu)的能源資源使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一數(shù)據(jù)平臺(tái)，在為重點(diǎn)能耗企業(yè)及公共機(jī)構(gòu)提供比較分析服務(wù)的同時(shí)，為政府主管部門能更加全面地對(duì)重點(diǎn)能耗企業(yè)及公共機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控管理提供平臺(tái)和監(jiān)測(cè)手段。

系統(tǒng)建成后便于政府能源、節(jié)能主管部門隨時(shí)掌握企業(yè)的能耗情況、能源利用情況，還可參照重點(diǎn)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(jìn)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(dǎo)、節(jié)能資金扶持以及能源梯次利用提供參考依據(jù)。