基于大数据分析的企业能效管理系统

摘要：随着我国经济在持续高速增长，能源紧张和环境恶化的巨大压力，使得节能减排成为多数企业不得不面临的问题。文章结合节能减排、节能降耗的需求，介绍了基于大数据分析技术的企业能效管理系统的系统构成。 证明了企业能效管理系统在帮助企业优化工艺流程，降低企业能耗成本，提高企业综合竞争力中的作用。

关键词：J2EE；能效管理；大数据；

1 引言

我国经济在持续高速增长的同时也伴随着能源紧张和环境恶化的巨大压力，节约能源已经作为我国建立节约型社会的基本国策。企业不应该把它仅仅作为约束性指标，而是应该把节能减排融入到长远发展的战略中去，这对企业的发展无疑具有巨大的促进作用。面对这一挑战的最有效和经济的方法就是建立在高耗能企业能源管控系统，通过技术创新提高能源使用效率。帮助企业实现节能生产的目标。这也是工业结构优化到一定程度的结果。当前，国内多数企业能源管理工作并不规范，方法也不科学，缺少完善的能源信息管理工具，以至于企业节能潜力没有得到充分挖掘。主要表现：计量表计配置不全、真实性差；能源使用数据缺乏可靠性、连续性；没有准确的能源统计方法，能源统计信息不能准确与全面统计，算法不够合理与完善，缺乏能源数据的汇总分析，没有积累起可用于分析和查询的能源数据库。企业能效管理系统简单的说就是把生产企业的能源消耗如：水、气（汽）、风，特别是电能的使用过程数据进行在线监测、实时记录、分析评估和科学治理的一体化计算机信息管理系统。系统能够实时监控能源使用情况，为节能降耗提供直观的依据，为促进企业管理水平的提高及运营成本的降低，促使能源合理使用，达到节能减排、节能降耗的目的。

2 系统定位

（1）完善了能效数据的采集、存储、管理和使用，使企业能源管理水平能够适应企业的发展需要。在企业能效管理系统的指导下，对能源系统采用集中管理和分散控制。

（2）减少能效管理环节，优化能效管理流程，建立客观的能效评价体系。能效管理系统的建设，可在信息分的析基础上，实现能效监控和能效管理的流程优化再造，有效实施以大数据为依据的能效评价体系，计效考核，减少能效管理的成本，实现向能效管理要效益。

（3）减少能效系统管理成本，提高生产率。大型企业的能源系统规模较大，结构复杂。传统维护管理的成本高、工作量大。能效系统的最终目标可以实现远程监控，简化能源运行管理，减少日常维护管理成本，提高劳动生产率。

（4）加快能源系统的异常处理能力，提高企业对能源事故的反应能力。通过能效系统迅速从全局的角度了解运行状况，发现故障点，以便及时采取措施，降低损失。

3 系统架构

3.1 技术路线

企业能效管理系统基于J2EE架构，实现对跨平台与跨数据库的支持，以面向对象的模块化方式设计，海量数据存储与分析采用Hadoop框架，以大数据分析为基础，使用HBase、Spring、Hibernate、HTML5、JavaScript、WebSocket、事务处理等成熟技术实现平台的功能。图形展现使用HTML5、JavaScript技术，使得系统软件的页面更具表现力。

3.2 总体架构

企业能效管理系统由设备传感层、采集监测层、支撑平台层、分析决策层四个层次组成。详细架构如图1所示。

设备传感层主要由监测生产企业能源消耗的各种仪器仪表、监测装置和治理调节控制设备等组成，采集企业的能源信息，并根据监测分析情况对企业能源进行优化调节，达到节能降耗的效果。

采集监测层是采集监控设备传感层各种仪表、装置设备數据信息的数据交互中心，实现了对大量实时用能数据的采集、存储和下行控制信息的发送。

支撑平台中服务总线提供了一种服务提供方和使用方之间的快速信息交互机制，支持服务的注册、发布、请求、订阅、确认、响应等功能，以及服务代理和服务管理功能，满足服务功能在系统范围内的使用和共享。服务总线的设计依据JBI规范，在ServiceMix的基础上进行二次开发。JBI（Java Business Integration，Java业务集成）是一个用于Java应用组件进行集成的标准规范，其目的在于创建一个用于各种组件服务集成运行的环境。JBI规范及API描述了构建基于插件和基于服务设计的企业级服务总线系统的平台。而ServiceMix则是一个基于SOA架构和事件驱动的企业服务总线（ESB），其完全实现了JBI 标准并开放源码。它是一个轻量级的JBI容器，可以作为独立的ESB提供者，也可以作为另外ESB的服务组件。

海量数据存储采用Hadoop框架的HBase，系统使用分布式存储大量数据，然后根据业务对海量数据进行分布式计算。HBase具有非常高的性能。HHBase为每一列数据单独维护了一套索引规则，对于某一具体条数据的查询可以非常快速的通过B+树定位数据存储的位置并将其取出。HBase通常以集群部署，数据被分散到多个节点存储，当客户端发起查询请求时，集群里面多个节点并行的执行查询操作，最后将不同节点的查询结果进行合并返回给客户端。

4 系统功能

企业能效管理系统包括三大子系统：用能效率分析决策子系统、能效管理支撑平台子系统和能效数据实时监控子系统。

4.1 用能效率分析决策子系统

系统根据企业海量用能数据，构建企业用能数据模型，提供企业能耗分析、节能情况分析、企业电能质量分析评估与治理决策、能源消耗统计台账管理、能源成本分析和台账管理等能效分析决策功能。

（1）企业能耗分析

能耗分析是以大数据分析为基础，根据企业实时用能数据模型对现场各场景的能源使用和消耗情况进行分析，包括：各种能耗指标、产品单位产量可比综合能耗、产品单位产量综合能耗、单位产值综合能耗等。

（2）节能情况分析

系统参照节能效果测验和验证规程（IPMVP），实时分析节能行动的效果和完成情况；用户可以在线分析和统计本历年能源消耗情况和同期对比节能情况。

（3）企业电能质量分析评估与治理决策

系统实时监测能源系统中电能质量和谐波分量，通过图表使用户及时了解用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的产生，降低供电系统中的谐波和无功损耗。系统对电能质量数据的整理归纳、统计分析，将电能质量实时监测、分析决策与综合治理作为一个系统工程，把分析软件、监测装置和治理设备有机结合在一起，实现实时监测精确化、分析决策智能化、综合治理科学化。

（4）能源消耗统计台账管理

系统提供能源消耗台帐管理功能，能按照各监测点或生产设备的台帐，对能源消耗情况进行统计分析；系统提供丰富的管理报告包括各日报、旬报、周报、月报、季报，根据生产区域和动力介质类型形成报告；系统提供各种图形化数据查询报表。

（5）能源成本分析和账单管理

系统可以通过财务或ERP系统实时获取能源价格及费率信息；依据能源使用量计算能源成本；分摊后获取单位产品和分支单元的能源成本信息；企业内部可横向/纵向比对能源使用费用。在系统中可录入所有能源数值（电力、煤气、蒸汽、水等），结合获取的费率信息生成关联业务的财务帐单，使成本可考核与监管。

4.2 能效管理支撑平台子系统

能效管理支撑平台子系统是实现基于大数据的用能数据分析、计算和归纳整理的处理中心，包括系统的权限管理和安全控制、基础参数管理、图形工具、设备信息台账、数据存储、分析技术和决策计算管理、报表服务等功能。

（1）安全控制及权限管理

安全控制及权限管理模块是软件平台的核心基础模块之一，主要从安全的角度提供对各业务系统资源访问权限的通用授权管理机制。根据软件平台设置的安全规则及安全策略，使用户可以访问而且只能访问被授权的系统资源。其他应用模块通过与安全控制模块集成可以实现身份认证、权限鉴别和资源访问的安全控制，并通过API方式提供权限相关数据的查询。

（2）报表服务

报表模块为系统中的报表提供设计和运行支持。报表模块由报表编辑器、报表服务组成。用户在报表编辑器中编辑报表后，可发布到报表服务器上，由报表服务器为报表提供运行环境和提供报表服务的支持，利用平台的集成设施访问数据，并且可通过报表统计服务进行数据运算。报表服务同时提供监控管理功能。

4.3 用能数据实时监测子系统

企业能效数据实时监测子系统是能效管理系统的基础，是用户配电网络与用电设备电能运行数据的源泉，也是能效管理可视化的基礎。实时监测子系统通过多种通信方式，实现收集分布在各处的企业能效数据，企业电能质量数据，生产设备用能数据，企业水、气、风、温度和湿度等环境数据，利用标准的通信协议，把电能监测仪、电能质量监测装置及各种监测仪器仪表的数据，以通信服务器、以太网、RS-485通信网络、WIFI网络、4G网络等通信手段，将企业用能数据实时传送到能效管理平台，实现数据的存储、分析和展现。

企业用能数据实时监测子系统实现各种用能表计、装置、仪器数据的采集、采集任务调度、通信信道管理及响应其他系统的数据交互请求。

5 结语

企业能效管理系统能够实时监控各种能源的详细使用情况，为节能降耗提供直观的依据，为企业查找能耗情况，促进企业降低运营成本提高管理水平，促使能源合理使用，达到节能减排、节能降耗的目的。通过对能效数据的分析，可以帮助企业对主要耗能设备进行实时考核，帮助企业进一步优化工艺流程，以降低单位能耗成本，提高企业综合竞争力。

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（作者单位：南瑞研究院北京研发中心）

作者简介：李英吉（1982—），男，辽宁鞍山人，工程硕士，工程师，长期从事电力信息化系统的设计与开发工作。