智慧能源監(jiān)測(cè)體系助力節(jié)能減排

王棟

智慧能源是信息系統(tǒng)與能源系統(tǒng)的深度耦合，是通過(guò)信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、加工轉(zhuǎn)化、傳輸配送、存儲(chǔ)、終端消費(fèi)、回收利用各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)管理與優(yōu)化運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)能源安全、高效、低碳發(fā)展的一種能源管控方式。

浙江省率先在全國(guó)開(kāi)展了智慧能源監(jiān)測(cè)體系建設(shè)工作。2012年，浙江省科技廳委托浙江省技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)中心啟動(dòng)智慧能源監(jiān)測(cè)研究，聯(lián)合浙江中控科技集團(tuán)開(kāi)展技術(shù)實(shí)施，開(kāi)發(fā)建設(shè)了智慧能源監(jiān)測(cè)云平臺(tái)，并于2016年全面完成技術(shù)鋪設(shè)與推廣。目前，平臺(tái)已完成2441家年耗能5000噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上企業(yè)直報(bào)數(shù)據(jù)和100家企業(yè)實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)的接入。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體架構(gòu)

浙江省智慧能源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心按照省、市級(jí)數(shù)據(jù)中心分層規(guī)劃的整體思想進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，包括網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)核心區(qū)、系統(tǒng)管理、安全服務(wù)等，層次和分區(qū)明確，保證數(shù)據(jù)中心建設(shè)的安全、可靠、穩(wěn)定。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

各地市級(jí)數(shù)據(jù)中心與省級(jí)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一搭建，省、市級(jí)智慧能源監(jiān)管平臺(tái)軟件同時(shí)開(kāi)發(fā)，市級(jí)平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)完成后統(tǒng)一下發(fā)，各市應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，能源消費(fèi)采集數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)向市、省數(shù)據(jù)中心發(fā)送，最終實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)從市到省的自動(dòng)上報(bào)，實(shí)現(xiàn)市級(jí)平臺(tái)和省級(jí)平臺(tái)的對(duì)接，便于各部門監(jiān)管與指導(dǎo)，從而建立起覆蓋全省11個(gè)設(shè)區(qū)市的市級(jí)能源數(shù)據(jù)中心。

數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)架構(gòu)由四個(gè)層次組成，包括基礎(chǔ)系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用系統(tǒng)支撐層和應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行層。整個(gè)系統(tǒng)基于統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及安全保障體系，信息安全支撐平臺(tái)滲透到數(shù)據(jù)支撐、應(yīng)用開(kāi)發(fā)支撐和應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行層的各個(gè)單元，其總體架構(gòu)如圖2所示。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

一個(gè)成功高效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅要能為政府能源決策提供數(shù)據(jù)支撐，也要能為企業(yè)綜合能源利用效率的提高提供技術(shù)支持。同時(shí)還要能為社會(huì)公眾的節(jié)能意識(shí)、專家科研數(shù)據(jù)獲取提供開(kāi)放支持。

政府服務(wù)功能

智慧能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為政府在科學(xué)分解節(jié)能減排目標(biāo)、跟蹤節(jié)能目標(biāo)的落實(shí)情況等方面提供數(shù)據(jù)支撐和管理抓手，支持政府在開(kāi)展節(jié)能工作的過(guò)程中形成長(zhǎng)期、深入、持續(xù)見(jiàn)效的關(guān)鍵支撐機(jī)制。主要包括能源消費(fèi)管理功能、能耗監(jiān)測(cè)功能，以及節(jié)能監(jiān)管功能。

在能源消費(fèi)管理方面，通過(guò)實(shí)時(shí)集成全省與各市煤、燃?xì)?、燃油等各類能源的?chǔ)量、運(yùn)量、耗量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲取全省和各市電力生產(chǎn)、電力消耗與電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)浙江省與各市能源供給、能耗狀況的實(shí)時(shí)掌握，提供對(duì)能源消耗趨勢(shì)的預(yù)測(cè)與能源安全的評(píng)價(jià)。

在能耗監(jiān)測(cè)方面，提供對(duì)全省與各市工業(yè)、建筑、公共機(jī)構(gòu)、民用、交通各領(lǐng)域能耗情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)按區(qū)域、行業(yè)的能耗總量、趨勢(shì)的分析統(tǒng)計(jì)，提供對(duì)社會(huì)綜合能耗、工業(yè)產(chǎn)值能耗、GDP能耗等關(guān)鍵能耗數(shù)據(jù)的同、環(huán)比功能，為政府能源管理與節(jié)能業(yè)務(wù)部門提供實(shí)時(shí)的能源消耗狀態(tài)視圖；并針對(duì)電力需求側(cè)，提供針對(duì)性的統(tǒng)計(jì)分析功能，支持負(fù)荷控制與有序用電業(yè)務(wù)的開(kāi)展。

在節(jié)能監(jiān)管方面，通過(guò)能耗數(shù)據(jù)的廣泛收集、計(jì)算和分析，形成各區(qū)域、行業(yè)的能耗基準(zhǔn)，支持對(duì)節(jié)能目標(biāo)的有效分解，并實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)能目標(biāo)完成情況的實(shí)時(shí)跟蹤，同時(shí)為落實(shí)節(jié)能改造重點(diǎn)、淘汰落后產(chǎn)能、優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)提供支撐，為制訂并出臺(tái)能耗限額標(biāo)準(zhǔn)提供決策依據(jù)。

企業(yè)服務(wù)功能

企業(yè)服務(wù)平臺(tái)主要包括重點(diǎn)用能企業(yè)上報(bào)功能、企業(yè)能源實(shí)時(shí)監(jiān)控功能、企業(yè)能源綜合分析功能、企業(yè)能源效率分析功能、企業(yè)能源消費(fèi)優(yōu)化功能。

針對(duì)重點(diǎn)耗能企業(yè)和有能源管理需求的企業(yè)，為企業(yè)提供支持三級(jí)計(jì)量體系的能源實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)多種能源計(jì)量器具的統(tǒng)一采集與數(shù)據(jù)集成，構(gòu)建企業(yè)能流監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)企業(yè)各類能源的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、傳輸和消耗提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控視圖，支撐企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行管理過(guò)程中，同步開(kāi)展能源管控工作。

同時(shí)，基于企業(yè)能源實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)企業(yè)能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品能耗、產(chǎn)值能耗、GDP能耗、工序能耗、關(guān)鍵用能裝置能耗進(jìn)行分析，從管理需求出發(fā)，反映企業(yè)能源系統(tǒng)運(yùn)行全貌，為企業(yè)能源管理提供數(shù)據(jù)基準(zhǔn)和基本的分析功能。

基于企業(yè)能流的模型，結(jié)合智慧能源系統(tǒng)提供的企業(yè)所在行業(yè)的能耗基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與行業(yè)用能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)企業(yè)能源利用進(jìn)行分析診斷，發(fā)現(xiàn)、定位企業(yè)能流中的異常管線損失，定位企業(yè)能源在轉(zhuǎn)換、消耗上的低于同行實(shí)踐與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低效癥結(jié)點(diǎn)，為企業(yè)的節(jié)能工作提供抓手。同時(shí)，為企業(yè)提供與所在行業(yè)能效基準(zhǔn)的橫向?qū)Ρ确治龉δ?，輔助企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策。

企業(yè)能源消費(fèi)優(yōu)化功能是基于企業(yè)的業(yè)務(wù)特性，構(gòu)建企業(yè)用能模型，在對(duì)企業(yè)能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)的持續(xù)跟蹤的基礎(chǔ)上，計(jì)算評(píng)估企業(yè)的能耗成本?；趯＜乙?guī)則和行業(yè)專家的充分參與，為企業(yè)降低能源成本提供優(yōu)化排產(chǎn)方案，定位企業(yè)節(jié)能改造重點(diǎn)，并提供技術(shù)支持。

公眾服務(wù)功能

公眾服務(wù)平臺(tái)是政府平臺(tái)和企業(yè)服務(wù)平臺(tái)的有益且必要的補(bǔ)充，主要提供以下四項(xiàng)功能：

能源公共信息發(fā)布和輿情收集：根據(jù)國(guó)家有關(guān)的信息發(fā)布管理規(guī)范，對(duì)全省能源形勢(shì)、能源消費(fèi)情況、節(jié)能目標(biāo)完成情況等信息進(jìn)行公示。并提供人民群眾關(guān)心的能源政策、價(jià)格動(dòng)向、階梯化能源收費(fèi)等信息，收集人民群眾的意見(jiàn)反饋。

節(jié)能技改信息服務(wù)：面向公眾和企業(yè)發(fā)布具有高性價(jià)比、先進(jìn)、可推廣的節(jié)能產(chǎn)品、技術(shù)與服務(wù)信息，公布節(jié)能產(chǎn)品廠商、節(jié)能服務(wù)公司、合同能源服務(wù)公司信息，為全社會(huì)的節(jié)能行動(dòng)提供資源支持。

技術(shù)交流與人才培訓(xùn)服務(wù)：充分利用多媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為公眾和企業(yè)提供一個(gè)先進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)品和成功案例的學(xué)習(xí)窗口。同時(shí)，定期組織企業(yè)能源管理師與能源咨詢師的培訓(xùn)課程，通過(guò)平臺(tái)發(fā)布培訓(xùn)信息和課件資料，不斷建設(shè)、聚集浙江省的能源管理與節(jié)能業(yè)務(wù)人才隊(duì)伍，在線建立浙江省能源管理與節(jié)能業(yè)務(wù)的多層次人才庫(kù)，為浙江省的節(jié)能工作持續(xù)開(kāi)展提供人才保障。

專家技術(shù)支持服務(wù)：基于智慧能源系統(tǒng)建立的專家支持平臺(tái)，構(gòu)建面向公眾公開(kāi)的專家?guī)欤瑸楣娞峁┽槍?duì)性的節(jié)能專家咨詢服務(wù)。同時(shí)對(duì)接現(xiàn)有的權(quán)威文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成能源領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的知識(shí)庫(kù)，為公眾提供能源相關(guān)的文獻(xiàn)材料查詢窗口，從而提高公眾的能源領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)知識(shí)水平。endprint

用能單位數(shù)據(jù)采集和傳輸

數(shù)據(jù)采集

智慧能源監(jiān)測(cè)既要秉承科學(xué)發(fā)展觀，又要不能放棄傳統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)送方式，因此，結(jié)合現(xiàn)有重點(diǎn)用能企業(yè)能源消費(fèi)月報(bào)制度，充分發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集高效可靠的特性，及時(shí)掌握用能單位能源使用的基本情況，建立完善的能源使用監(jiān)測(cè)體系。

數(shù)據(jù)采集方案實(shí)時(shí)采集與人工報(bào)送。根據(jù)企業(yè)的能耗規(guī)模不同，系統(tǒng)采用不同的實(shí)時(shí)采集策略：針對(duì)年能耗5000噸標(biāo)煤以上的重點(diǎn)耗能企業(yè)，利用自動(dòng)化采集手段對(duì)企業(yè)的各類能耗總量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集，直接傳輸?shù)剿鶎偈屑?jí)能源監(jiān)測(cè)中心。針對(duì)年能耗萬(wàn)噸標(biāo)煤以上的重點(diǎn)耗能企業(yè)中，已經(jīng)建成能源管理中心的，指導(dǎo)與幫助企業(yè)健全能源管控中心系統(tǒng)，形成對(duì)企業(yè)內(nèi)部能源系統(tǒng)的詳細(xì)監(jiān)測(cè)能力，使企業(yè)的綜合能耗、工序能耗、重點(diǎn)耗能設(shè)備能耗、產(chǎn)值能耗、GDP能耗均得到準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的計(jì)量與計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)一的《智慧能源數(shù)據(jù)集成與交換標(biāo)準(zhǔn)》，將企業(yè)詳細(xì)的能流數(shù)據(jù)與各類能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)集成到所屬市級(jí)能源監(jiān)測(cè)中心。同時(shí)，針對(duì)難以實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)以及年能耗5000噸標(biāo)煤以下的企業(yè)，采用數(shù)據(jù)人工報(bào)送方案。針對(duì)企業(yè)“上報(bào)難”，政府“催報(bào)煩”的情況，設(shè)計(jì)新版上報(bào)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)傳輸

智慧能源監(jiān)測(cè)需要海量、頻繁的數(shù)據(jù)傳輸共享體系作為支撐?；凇吨腔勰茉磾?shù)據(jù)集成與交換標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)建設(shè)一套健全的智慧能源數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，包括數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)送數(shù)據(jù)傳輸。

采集數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用于下位機(jī)（采集設(shè)備）向上位機(jī)（數(shù)據(jù)中心）發(fā)送直采數(shù)據(jù)。下位機(jī)與上位機(jī)之間通過(guò)TCP連接以二進(jìn)制協(xié)議進(jìn)行交互。協(xié)議數(shù)據(jù)包由身份驗(yàn)證數(shù)據(jù)包、心跳/校時(shí)數(shù)據(jù)包、能耗遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)包等組成。所有的傳輸數(shù)據(jù)包均為通過(guò)AES強(qiáng)加密后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，同時(shí)雙方在建立連接時(shí)進(jìn)行MD5加密算法匹配，從而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)傳輸端到端的雙向身份認(rèn)證，也確保傳輸數(shù)據(jù)的安全。

而報(bào)送數(shù)據(jù)傳輸是指智慧能源云網(wǎng)絡(luò)中云節(jié)點(diǎn)到云節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，如省市平臺(tái)間的數(shù)據(jù)上報(bào)，以及涉能系統(tǒng)與智慧能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口。報(bào)送數(shù)據(jù)采用符合《智慧能源數(shù)據(jù)集成與交換標(biāo)準(zhǔn)》要求的XML WebService規(guī)范格式。

智慧能源監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)集成范圍涵蓋了一次能源的生產(chǎn)、能源加工轉(zhuǎn)換、能源運(yùn)輸配送和能源終端消費(fèi)的能源全生命周期環(huán)節(jié)，針對(duì)不同能源類型的生產(chǎn)和供給情況，以及不同行業(yè)的能源消費(fèi)特征，需采用針對(duì)性的數(shù)據(jù)集成方法。

安全體系設(shè)計(jì)

浙江省智慧能源中心所涉及到的數(shù)據(jù)，反映了浙江省經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及民生狀況，是政府的重要無(wú)形資產(chǎn)之一，需全面保證數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全。

在計(jì)算安全方面，通過(guò)虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分，充分保證內(nèi)部數(shù)據(jù)的計(jì)算與訪問(wèn)安全。在存儲(chǔ)安全方面，通過(guò)RAID1自動(dòng)存儲(chǔ)備份保證系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全。所有入庫(kù)的數(shù)據(jù)資料需要相應(yīng)的備份策略和安全策略，對(duì)外共享或者對(duì)外提供的數(shù)據(jù)資料要嚴(yán)格按照“用戶級(jí)別及權(quán)限” 的規(guī)定來(lái)授權(quán)用戶對(duì)資料的訪問(wèn)，防止越權(quán)訪問(wèn)。在訪問(wèn)安全控制上，系統(tǒng)采用SSL（安全套接字協(xié)議層）作為傳輸通道，同時(shí)采用了基于區(qū)域的安全體系結(jié)構(gòu)，滿足在多層的區(qū)域組織結(jié)構(gòu)中配置多種權(quán)限的復(fù)雜情況的需求。在數(shù)據(jù)傳輸上，所有采集數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)MD5和AES強(qiáng)加密，確保采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。endprint