企业能耗在线监测系统规划与建设

吴　晓

(湖北邮电规划设计有限公司 电源设计中心，湖北 武汉 430023)

0　引　言

工业是能源消耗的主要领域，工业能耗占全社会能耗比重超过70%。随着我国工业化、城镇化进程的加快，“十三五”期间工业节能减排任务更重、压力更大。应用信息化技术建设数字化能源管控系统、实现能耗在线监测，实时、准确地把握重点行业、重点企业及关键工序的能耗，不仅是企业实现精细化节能管理、促进节能降耗的必然要求，也是各级工业和信息化主管部门把握能源消费趋势、加强能耗预测预警、科学制定产业政策的前提和基础，更是推动工业转型升级和绿色发展、构建资源节约型和环境友好型工业体系的内在要求。

1　建设背景

为了强化重点用能企业单位的节能管理，2011年底，国家发改委、教育部、工信部、财政部、住建部、交通运输部、商务部、国资委、质检总局、统计局、银监会、能源局等12个部委联合发布的《万家企业节能低碳行动实施方案》，推动在全国开展万家企业节能低碳行动。万家企业能源消费量占全国能源消费总量的60%以上，是节能工作的重点对象。方案中提出要推动建立万家企业能源利用状况在线监测系统。

2013 年2 月，国家发展改革委办公厅印发了《关于开展重点用能单位能耗在线监测试点工作的通知》，正式启动重点用能单位能耗在线监测系统建设工作。国家节能中心为试点项目建设单位，负责试点工作的具体组织实施。

2014年底，试点建设全面完成，搭建了包括国家、河南、北京、陕西的能耗在线监测平台，实时接入三个试点地区电力、钢铁、石油石化行业部分重点用能单位能源消费相关数据。初步实现地区行业用能监测、能源消费趋势分析、行业能效对标、碳排放趋势分析、企业服务、公众服务等功能。

2　建设需求分析

2.1　总体需求分析

(1)动态掌握重点用能单位能源消费情况，进行地区能源消费结构、能源利用效率等分析；通过数据采集和分析，辅助制定能源发展战略，促进经济结构调整。

(2)预测节能目标完成情况，动态追踪节能政策的实施效果，及时做出政策调整，增强调控的主动性。

(3)利用在线监测数据，开展国内外能效水平比较，以及行业内能效水平对标。

(4)利用在线监测的相对真实、准确的能源消耗数据，及时得出企业用能情况，为企业用能权交易做支撑。

(5)为节能执法工作提供线索和支持，增强节能执法的科学性和权威性。协助节能执法部门及时发现耗能超标的企业，开展节能执法。

(6)推动企业提高能源利用效率，实现能源精细化管理。

(7)提高节能主管部门行政工作效率，通过在线监测系统，整合部门主要工作职责，通过提高办公信息化水平，提高基层节能管理力量，规范各级节能主管部门的工作程序。

2.2　系统功能需求分析

重点用能单位能耗在线监测平台应包括能源消费监测、节能监察、节能培训、节能目标责任考核、用能权管理、碳排放管理、节能知识库、节能报表、节能网站及运维管理等十大功能。

(1)能源在线监测：提供全方位多维度能源消费情况分析，帮助能源管理者了解能源消费结构，制定节能政策的量化考核指标，为节能技术推广提供全面、精细化的数据支撑。

(2)节能监察：对从事能源生产、使用、经营等相关活动的单位执行节能法律、法规、规章和标准的情况进行监督检查，保障节能法律、法规和节能标准的有效实施。

(3)节能培训：实现对培训需求、培训计划、培训资源、培训课程、培训人员的全过程信息化支撑，实现对培训效果的分析。

(4)节能目标责任考核：实现各级管理部门完成节能量(碳减排量)的目标分解，明确工作任务，同时确定考核办法，对区域、重点用能单位完成目标责任考核。

(5)碳排放管理：支撑国家、地方、企业三级温室气体排放核算工作，支持重点企业直接报送温室气体排放和能源消费数据制度的实施，实现碳排放部分基础数据的在线监测和统一采集。

(6)用能权管理：确定区域能源消费总量控制目标，通过科学的初始用能权确权方法，合理确定初始用能权。实现对第三方审核机构的管理，及用能单位履约情况的管理，支持用能权交易。

(7)节能知识库：提供多种渠道，有条不紊地存储知识(节能标准、节能技术、节能经验等)，提供知识分享和传播渠道，方便查找知识，提供知识清理渠道。

(8)报表管理：生成重点用能单位的能源利用状况报告，包括基本情况表、能源消费结构表、能源消费结构附表、单位产品综合能耗情况表、进度节能量目标完成情况表、节能改造项目情况表等，并可根据需求自定义报表。

(9)节能网站：向公众展示先进的节能技术、新的节能惠民产品、节能宣传活动、相关节能政策等信息，并提供节能一体化服务(节能技术提供商申请、准入、试点、推广)。

(10)运维管理：为重点用能单位能耗在线监测系统提供运维辅助，包括能耗监测端设备管理、数据质量管理、系统平台管理等功能。

3　建设原则和目标

3.1　建设原则

(1)统筹规划，分步实施

重点用能单位能耗在线监测试点项目的建设涉及到政府节能监督管理部门和重点用能单位，涉及范围广，系统建设包括省级平台和企业端设备，项目实施周期长，因此要进行统筹规划，制定总体技术方案，按照统一的部署和要求，分步骤进行建设。

(2)统一标准，统一规范

在建立省级重点用能单位能耗在线监测系统时，要按照统一的国家规范进行规划和设计，遵循通信、采集等国家标准、规范。要建立和完善能耗在线监测系统业务流程、术语标识和数据共享等标准化体系，以保证重点用能单位能耗在线监测平台与重点用能单位端设备系统的互联互通。

(3)技术先进，适应发展

要充分考虑节能监督管理部门的业务特点，从网络和系统的整体性出发，选择先进且成熟的技术和管理措施，既要满足当前使用，又要适应未来技术和应用的发展。系统采用开放式的架构，以利于今后业务的扩展。

(4)安全可靠，高效运行

将系统安全、网络安全、信息安全放在首位，按照国家网络和信息安全的规定，建立完善的安全管理机制、安全防护和容灾备份体系，确保系统稳定、安全、可靠、高效地运行。

3.2　建设目标

(1)提供三个层次的服务：为地方节能管理等相关部门提供直观、简明、快捷的数据信息查询和决策支持服务；为省市级节能监察机构提供能耗在线监测和节能监察辅助服务；为用能单位提供能源消耗情况的动态数据和信息共享服务。

(2)通过与政府办公网络平台的对接，实现信息快速传递、共享、管理和应用。

(3)利用数学模型、数据仓库和数据挖掘等理论方法和技术对有关数据进行深入的加工处理及分析，挖掘系统应用功能，以提高监测数据的应用水平。

4　具体建设内容

重点用能单位能耗在线监测系统建设主要包括系统平台建设和企业端系统建设。

4.1　省级系统平台建设

(1)机房建设

按照中华人民共和国国家标准《电子信息系统机房设计规范》GB50174—2008中的规定和其他相关的国家规范进行机房的设计和建设，机房按规范中要求的B级机房实施。

(2)硬件环境建设

根据系统需求，配置服务器、网络设备、存储设备、安全设备、终端外设等。

(3)软件环境建设

根据系统需求，配置系统软件、安全软件、基础软件等。

(4)网络环境建设

根据系统需求，建设内外网。

(5)能耗数据中心(ECDC)建设

建设统一的能耗数据中心(ECDC)，收集、整理能耗相关的所有数据，统一存储、统一格式、统一校验保障质量、统一对外交互，最终实现对数据的快速分析、使用。

(6)应用软件开发

项目建设单位组织开发重点用能单位能耗在线监测核心应用软件，开发参照国家节能中心发布的项目建设规范和各省节能管理相关需求，开发的功能模块主要包含能源消费监测、节能监察、节能培训、节能目标责任考核、用能权管理、碳交易管理、节能知识库、报表管理、节能网站和运维管理等功能，每个功能模块下又分为多个子模块。

(7)监控中心建设

监控中心是能耗在线监测的基础设施平台，根据能耗在线监测和展示需求，配置大屏幕、一体化工作席(操作台、指挥席、参观席、会议套装等)、智能中控系统、数字音频系统等，集信息处理、信息交换、设备联动和运行监控等多项功能于一体。

4.2　能耗监测企业端系统建设

能耗监测企业端系统是国家重点用能单位能耗在线监测项目的核心系统，是采集重点用能单位能耗综合数据系统。重点用能单位的能耗在线监测系统建设主要参照国家发布的《能耗监测端设备与平台通讯规范》、《能耗监测端设备功能规范》《基础数据定义规范》以及各行业的数据采集技术指南。

图1　能耗监测企业端系统功能架构图

(1)硬件系统

能耗监测企业端系统是一个高度集成、多通道、多接口的智能系统，具备将现场仪表数据或现场系统数据镜像、数据存储、数据处理、多通道接入网关等功能，是专为各用能单位异构网络应用设计的产品，用于解决各用能单位能耗信息实时在线监测的现场网络安全接入问题；实现了用能单位控制网和信息网的隔离功能，它阻断控制网同信息网的直接连接，完成能耗数据的交换。能耗监测企业端系统作为系统的现场终端，主要起到了能源信息采集、能源数据校验、信息安全传输、辅助能源管理等作用。能耗监测企业端系统功能架构图如图1所示，自下而上依次实现数据采集、数据汇聚、安全隔离和业务处理功能。

(2)软件系统

按照《能耗监测端设备功能》规范要求，能耗监测企业端系统软件应包括以下功能：

a. 数据采集模块：实现企业现场级(如传感器)、控制级(如PLC)等数据采集接入，具有接口及协议的归一化、模块的动态扩展和裁剪能力；

b. 数据汇聚模块：实现监控级(如SCADA)、管理级(如SIS)和数据采集层等的数据汇聚接入，具备数据的统计汇总能力、智能分组能力等，实现底层数据向高层数据的转换，具备数据的暂存和断点续传能力；

c. 安全隔离模块：具有标准的三区模型，通过摆渡的方式实现TCP的物理单向隔离，数据吞吐率能够达到20 000点及其以上；

d. 业务处理模块：具备数据的加密传输和单/双向认证功能，能够对多种主流数据库系统的安全访问；具备数据的本地管理功能，支持数据手工填报和接入端软件通信，具有友好的图形操作界面，实现了企业能耗分析数据的展现；可进行能源数据整理校验，具备行业能耗模型，对企业一级计量数据进行校验；支持JSON格式上传至数据中心进行数据交换；具有权限设置功能，对主机设置开机密码、操作系统密码和数据库密码、不同用户设置不同的密码，进行身份标识和鉴别；具有数据短期备份和导出功能，历史数据存储容量不少于6个月，历史数据可以方便地导出。

5　经济与社会效益

5.1　经济效益

重点用能单位能耗在线监测系统项目的实施，可以有效提高各级节能主管部门的能耗监测效率，减少监管、行政管理成本，同时，通过开展数据分析，发现企业节能潜力，再进一步采取措施，促进经济效益。其主要表现在以下几方面：

(1)降低监测投资，形成整合效益；

(2)有效支撑用能权和碳排放权交易；

(3)促进资金合理使用，减少重复投资；

(4)带动产业发展，提高增值效益；

(5)引导企业投资，带来经济效益；

(6)节省人力和降低行政经费支出。

5.2　社会效益

(1) 有利于为各级节能主管部门的正确决策提供科学依据

重点用能单位能耗在线监测系统建设将有助于节能工作部署，尤其是省级能源消费量监测、分析等水平的提高，推动节能工作的科学化和规范化。还具有节能监察辅助管理和节能量审核等功能，进一步提高地方节能管理工作的信息化程度和科学化水平。

(2) 有利于服务经济社会发展

节能网站的建设，能够有效的服务相关行业、企业、公众，为行业降低能源消耗水平、企业提高能源利用效率、公众提高节能意识提供有力的保障。还可以面向社会公众发布能源和节能相关数据、政策和信息，在增加政府节能工作透明度的同时，让公众及时了解各地区、各行业的节能形势，增强公众的节能意识。