企业能源管理解决方案分析

■张永亮

保护环境、节能减排已经成为全球关注的热点问题，工业是消费能源的主要载体，本文从系统组网、系统组成、软件功能、硬件功能等方面详细阐述了企业能源管理的整体解决方案。通过对企业的能源管理，促进企业节能减排，达到节能减排的效果。

前言

全球都在倡导环境保护、减低能耗。目前能源短缺现象日益突出，节能降耗已经成为全社会普遍关注的热点问题。“十一五”规划《纲要》中提出“十一五”期间我国要实现单位GDP能耗下降20%的目标。国家也相继出台了相关政策法规，鼓励各企事业采用较好的方式监控能源的使用并落实节能减排的有效措施。

系统建设的目标是建立重点耗能企业信息库，及时、准确的掌握各耗能企业的能源消费情况，为能源发展战略及节能降耗政策的制定提供依据，具体可以从以下三个方面进行阐释。

（1）建立重点耗能企业、工艺和设备的基础档案，收集和保存重点耗能企业的能源利用基础数据；

（2）通过横、纵向对比方法及其它科学地数据分析方法，结合国家、行业标准，对被监测的企业、工艺和设备的耗能情况做出评估，为政府制定节能减排的政策提供数据支持，为企业实现精细化管理提供数据支持；

（3）通过对重点企业能源库存和能源消耗情况的持续跟踪，为政府在特殊时期制定与能源相关的应急措施提供决策依据。

总体方案

整个系统组成

系统由前端采集设备、传输设备、传输资源、网络设备、服务器、中心软件组成，整个系统的连接图如图1所示：

图1

底端采集设备负责采集各种能源的使用情况，通过传输设备，利用无线（GPRS/TD/CDMA/CDMA2000/WCDMA）、有线（IP、2M）将数据上传到监控中心。

传输设备需要支持有线与无线方式。对实时性要求较高，有条件的企业部署IP、2M等传输资源，通过有线的传输方式采集数据。对一些实时性要求不高，比较偏远，没有安装有线传输条件或安装成本很高的企业，采用GPRS、TD、CDMA、CDMA2000、WCDMA等无线传输资源。

监控中心把各个企业的能源数据统一采集、处理、存储，各企业、主管部门等通过Internet网络访问数据。

硬件方案

IT硬件设备包括：数据库服务器、应用服务器、前置机服务器、磁盘阵列、防火墙、交换机、客户端PC等。IT硬件及网络结构图如图2所示：

图2

数据库服务器采用双机热备的方式，两台服务器与磁盘阵列配合使用，用于存储数据。应用服务器负责对数据进行处理、入库、转发等。前置机服务器负责采集、解析各个企业采集设备的数据。增加防火墙保证系统的网络环境安全。

系统应用软件功能结构

能耗监测系统从逻辑上可以划分为数据采集、数据传输和数据加工三个层次，每一层完成相对独立的任务。数据采集层完成从能耗企业收集所需数据的工作。数据传输层负责把从企业收集到的数据安全、可靠地上传到中心服务器。数据加工层负责对收集到的原始数据进行统计分析，实现预测、报警等更高级的业务需求。

系统功能分为：用户管理、配置管理、数据采集、数据呈现和统计分析报表五大部分，如图3所示：

图3

系统与其它相关系统的接口

系统设计统一的向下接口，从企业现有的能耗管理系统、ERP系统等系统中获取能耗相关数据，将企业上送的数据格式统一。向下的统一接口采用Web Service格式，并对所有企业、能源类型、采集点等统一编码，周期性采集企业能源数据。

系统采用编码方式进行管理，保护企业信息，便于系统处理：

（1）企业名称编码

企业名称编码由8位数字表示，00000000。第1、2位表示地市编码，取值范围01～99；第3、4位表示区县编码，取值范围01～99；第5、6位表示行业编码，取值范围01～99；第7、8位表示企业，取值范围01～99。如，某企业编码可以为：01100101。

（2）原料、能源、产品编码

用两位数字区分表示企业的原料、能源、及产品。01表示原料、02表示能源、03表示产品。

（3）原料、能源、产品的种类编码

企业的原料及产品种类众多，根据实际情况定义编码。能源种类主要有煤、电、水、油、天然气、水蒸汽，对应编码分别为：01、02、03、04、05、06，如有新的能源种类增加新的编码。

（4）买入使用编码

能源及原料买入进厂时以1表示，能源使用以2表示。

（5）企业分厂、生产线编码

企业有很多分厂，多条生产线。根据企业的实际情况为每个分厂，每条生产线编码，以两位数字表示。

（6）采集点编码

对每条生产线上的各个采集点，采集的设备对象编码，区分能耗是在哪个点产生的，是哪个设备用的。

（7）XML格式

表示含意：XX市XX县XX行业XX企业XX分厂XX生产线，2010-12-31使用煤29吨。

系统支持对外的接口，将系统数据发送给其它系统，可与第三方系统厂家协商，确定接口规范后开发。

系统管理方案

系统默认一个超级管理员用户，对系统进行管理，分配其它用户的权限等。其它用户只能根据管理员分配的权限对系统进行操作。

系统带有自检测功能，实时检测各台服务器及各程序的运行情况。

人工定期对系统进行检查，将问题消除在萌芽状态。

系统安全方案

硬件方面，系统的数据库采用双机热备的方式，应用服务器及前置机服务器采用负载均衡技术。服务器都采用冗余电源进行保护。硬件防火墙保证系统网络环境安全。

软件方面，对系统的所有操作均有日志记录，对系统的一些故障可找出原因并恢复。数据库采用自动备份技术。另外部署服务器监测程序，实时检测各台服务器的运行情况及各程序的运行情况，及时发现问题。

系统关联性资源分析

系统可通过短信发送告警给相关的人员，短信发送量视企业能源消耗、设备稳定性而定。

系统支持手机客户端，用户可以通过手机直接访问系统，查询数据。此操作需要消耗流量，一般报表的流量不超过10K。

系统扩展性分析

系统采用SOA架构，采用模块化设计，对于新增加的功能，只需要开发新的功能模块，不会对原有功能模块产生影响，系统扩展性好。同时系统支持第三方系统接口，可灵活与第三方系统对接，也增强了系统的灵活性。

能耗监测平台功能

系统设计思路

系统采用面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture，SOA），它将应用程序的不同功能单元通过服务之前定义好的接口和契约联系起来。采用这种体系使系统更安全可靠，便于安装、维护。

系统功能介绍

1、用户管理功能

系统设置一个超级用户，由超级用户创建用户，并为其分配功能权限、数据权限。

功能权限针对系统所有功能，细化到每个功能大项的每个功能点，均可配置用户权限，控制用户是否具备此功能。

数据权限分为省级用户，可看到全省所有企业的信息；市级用户权限，可看到本市所有企业的信息；区县级权限，可看到本区县内所有企业的信息；企业级权限，只能看到本企业的信息；另外可以选取部分企业，组成数据权限。

所有功能权限、数据权限均可自由组合，灵活配置。

2、配置管理功能

配置管理是对系统基础数据的维护，包括企业信息、系统运行参数、告警参数等。每个用户可调整的参数，都需要有操作界面给用户操作。包括单条记录数据的维护（增加、删除、修改），批量信息导入、导出功能。

3、数据采集功能

中心平台数据从企业端获取，通过数据接口，从企业的能源采集系统获取数据。

从企业获取的原始数据包括能耗、成本和产值等，不同类型的数据有不同的特点，从不同的角度对这些数据进行分类。

（1）从消耗的能源类型来分，可以分为水、电、煤、气和油等。

（2）从计量的级别来分，可以分为一级计量（企业级）、二级计量（车间、生产线）、三级计量（设备）等。

（3）从数据采集的对象来分，重点耗能设备能耗、主要生产工序能耗、主要生产工艺能耗。

（4）从采集对象类型来分，可以分为能源、原料、产品等。

系统要有手工录入功能，对一些暂时没有条件实现自动采集的企业，采用手工录入的方式完成数据的采集。

4、数据存储功能

企业基本信息存储，包括：企业名称、成立时间、企业类型、所属行业、所属地市、企业地址、邮政编码、行政区域代码、行政区号、法人代码、法人代表姓名、传真、企业能耗范围等；

企业主要生产线生产工序信息存储，包括企业有多少条生产线，每条生产线使用原料、能源、产品是什么，每个工序的输入、输出是什么等；

企业主要耗能设备信息存储，包括设备名称、设备型号、设备生产厂家、采购时间、投入使用时间、设备寿命、设备用能类型等。

5、数据呈现功能

系统数据，通过图表、电子地图、组态图呈现，包括企业基本信息、企业能源数据等。

（1）图表

所有数据均可以按条件查询，生成报表。生的报表每列可点击排序，按数值和字符串的属性排序。

以曲线图呈现数据变化的趋势；以柱状图呈现数据的同比、环比分析；以饼图呈现数据的占比分析。

（2）电子地图

利用电子地图，对各市、区/县、企业进行全视图能耗监控。在电子地图上查看各企业的分布情况，可根据企业性质、地区、年能源使用量、告警信息等条件查询显示。

对各企业的各项能源使用量加以限制，规定正常生产所用的能源的量。当超过规定标准，加以告警提示。当一项超标，在电子地图上以蓝色表示；两项超标，在电子地图上以黄色显示；三项超标，在电子地图上以橙色表示；四项超标，在电子地图上以粉色显示；五项及以上超标，在电子地图上以红色显示。

（3）组态图

系统开发企业及生产线两种组态图，企业组态图呈现企业各种能源及原料的库存信息、实时使用情况，产品的产量等数据；

生产线组态呈现整条生产线上各个工序的能源输入及输出情况，实时、直观关注能源使用情况。

6、统计分析报表

以报表形式，实现对企业用电的统一管理。所有报表均可以根据各种条件组合查询，报表数据可导出到EXCEL文件或PDF文件，系统需要具备以下基本报表：

（1）统计类报表

按地市、区/县、企业类型统计企业的月、年各种能源的消耗量，生成统计报表；

以区/县为单位，统计每个区/县的月、年各种能源的消耗量；

以企业类型为单位，统计不同类型的各企业的月、年各种能源消耗量；

以市为单位，统计每个市月、年各种能源的消耗量；

（2）对比分析类报表

同一企业不同时间段的各种能源消耗的同比报表；

不同企业同一时间段内各种能源消耗的环比报表；

不同类型企业，同一时间段，同一能源消耗量占比报表；

同类型企业，同一时间段，不同企业各种能源消耗占比报表；

同企业，同一时间段，不同能源占比报表（折算成标准煤）；

（3）单位能耗分析表

根据同类型企业的数量、同类型企业的不同能源的各自总量，计算各种能源在每个企业的平均能耗量；

根据同一地市企业的数量、该地市企业的不同能源的各自总量，计算各种能源在每个企业的平均能耗量；

根据全省企业的数量、全省不同能源的各自总量，计算各种能源在每个企业的平均能耗量；

（4）效益分析报表

根据企业的产值，能耗的用量（折算成钱），计算每个企业单位产值的能源消耗量；

除以上基本报表，系统需支持自定义报表，用户可以根据自己的需求，选择查询字段，编辑数据公式，查询报表。

7、节能分析功能

（1）能源利用指示分析

结合国家能源利用指标，对企业的单位产量、产值能源利用率进行评价，判断企业能耗利用率是否超标，超标比例多少，并找出超标最严重的10家企业作为重点关注企业。以图表的方式呈现数据。

细化能源使用过程的监测，统计能源在生产各环节的使用情况，利用率，找出能源损失最严重的环节，重点考虑节能措施。

（2）节能潜力分析

同行业，对生产相同产品的生产线进行对比，分析不同的生产线的能源利用效率，给出更节能的生产线数据。类似生产线的能源使用情况，产品产量分析对比，分析不同的管理措施，带来的节能效果。通过多重数据分析，判断企业或生产线的节能潜力。

（3）节能效果分析

分析采用节能措施前后的能耗利用率，分析节能措施的节能效果。

配合企业进行先进设备采购测试工作，模拟使用新设备，新的生产工艺的节能效果，分析企业的投资回报比例，给企业技术改造提供参考数据。

8、信息发布功能

（1）政府公共网站发布

系统可将企业节能信息、节能措施，在政府公共网站发布，提升政府形象。

（2）手机短信、邮件发布

将定制的企业能源报表，以短信的方式发送到相关负责人的手机上；或以邮件方式发送给相关负责人。

9、系统安全管理

操作日志：所有用户对系统的操作均记录日志，日志可查询。

系统自检功能：系统对自身重要功能模块进行监控，如：接口、WebService等。当出现问题时，在客户端给出告警，提示用户处理。

数据库自动重连:当出现数据库中断时，系统提示数据库告警，且能够在数据库恢复后自动连接。

10、移动客户端

手机、平板电脑。可通过移动终端直接访问系统，实时查看企业能源数据。支持主流移动终端操作系统，如：Android、iOS等。

各硬件设备说明

智能电表

实时测量（总/A/B/C）有功功率值、无功功率值及视在功率、瞬时功率因数；各相电压、电流有效值；电网瞬时频率值。

计量正、反向有功电能，正、反向无功电能，四象限无功电能，以及A、B、C三相的分相正向有功电能；各种电能均可以按尖、峰、平、谷费率时段进行分时计量，得出不同费率的电能。

记录正、反向有功，四象限无功，正、反向无功，尖、峰、平、谷各时段的最大需量及该需量出现的日期、时间。

记录失压、全失压、失流、断相等事件。

采用RS485通讯接口进行实时通信，默认波特率为9600。

兼容DL/T645-1997电表通讯协议和Modbus通讯协议。根据测量要求，选配不同规格的电表及互感器。

智能水表

实时采集用水量，采用RS485通讯接口进行实时通信，默认波特率为2400，采用Modbus通信协议。

智能水表分冷水表、热水表两种，根据实际测量点的水管口径大小，选择适合的水表。

智能气表

实时采用用气量,具有485通讯总线接口，默认波特率为2400，采用Modbus通信协议。

根据实际测量点的管道口径大小，选择适合的气表。

传输采集器

高性能、高度集成化的一体化传输接入设备，支持2M、IP、PTN、GPRS、CDMA、TD、WCDMA、CDMA2000等多种传输组网模式。默认支持10路串口，其中3路RS485，7路RS232，可增加扩展板对串口数量进行扩展，最大可扩展8路串口，扩展串口可根据实际情况选择RS232或RS485模式。

设备支持本地串口网管和远程网管，方便参数配置。

结束语

能源是国民经济的基础，是制约经济和社会发展的重要因素。抓好重点耗能行业和企业节能，对加快节约型社会建设具有重大意义。企业能源管理解决方案能使企业更好的完成资源调配、组织生产，可以对能源供应进行监测，对能源信息进行合理的分析和利用，同时方便企业的计量和成本核算工作。通过企业能耗监测，促进企业节能技改的发展，达到节能的目的，从而起到保护环境的作用。