摘要：能耗管理系統(tǒng)是對能源消耗的一種監(jiān)控管理系統(tǒng)，它可以實時監(jiān)測各類型能源使用的情況，自動分析各設備的能耗、能效情況并給出合理建議，從而進一步對設備進行優(yōu)化，以實現(xiàn)企業(yè)對能源使用的較好配置，確保所有設備處于高效、節(jié)能、減排的運行狀態(tài)。

關鍵詞：能源管理 能耗采集 能耗分析 用能監(jiān)測

 

1.1 能源管理概述

        能源的消耗是持續(xù)的，沒有規(guī)劃地任意使用是不可取的，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境資源壓力越來越大，節(jié)能減排形勢嚴峻，在中國，持續(xù)高速的經(jīng)濟增長的同時也引發(fā)了能源供應危機等問題。節(jié)能減排、低碳環(huán)保不再只是一個社會的熱點話題，更是我們未來的必經(jīng)之路。認真貫徹落實黨的精神，要求加快推進節(jié)能降耗，加快實施清潔生產(chǎn)，加快資源循環(huán)利用，向節(jié)約、清潔、低碳、高效生產(chǎn)方式轉變，實施節(jié)約與開發(fā)并舉、把節(jié)約放在前位的能源發(fā)展戰(zhàn)略。

       一個企業(yè)建設能耗管理系統(tǒng)不僅能夠滿足公司對能源管理的需求，而且能夠隨企業(yè)的持續(xù)發(fā)展而拓展。利用該系統(tǒng)能夠有效降低企業(yè)因能源消耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、表單維護以及報表、數(shù)據(jù)處理而產(chǎn)生的費用，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行在線分析，幫助企業(yè)進行能源消耗的實時監(jiān)測、準確統(tǒng)計和詳細預測，最終為企業(yè)節(jié)能降耗和自我完善提供確鑿的數(shù)據(jù)基礎和有力的決策支持。

1.2 企業(yè)現(xiàn)狀分析

      能耗數(shù)據(jù)信息是企業(yè)的重要能耗點和關鍵指標，多數(shù)企業(yè)并沒有充分運用信息化集中管理手段，采集某個車間或設備的能耗信息，沒有該信息就無法在生產(chǎn)過程中準確分析能量消耗情況和成本情況，造成了能耗在生產(chǎn)過程中沒有起到關鍵作用和指導作用。大多數(shù)企業(yè)仍然使用的老式儀表并沒有預留數(shù)據(jù)通信接口，儀表無法形成網(wǎng)絡連接，能耗等信息的采集主要靠傳統(tǒng)的人工抄表進行數(shù)據(jù)記錄，工作強度大，人工易出錯造成數(shù)據(jù)不準確，數(shù)據(jù)無法通過結構化存儲，無法在企業(yè)內(nèi)部通過信息化系統(tǒng)之間共享。

1.3 企業(yè)管理需求

1.3.1 用電監(jiān)控

       能耗管理系統(tǒng)主要目標之一是采集與監(jiān)測用電信息，建立企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)中心，為企業(yè)的精細化運營、生產(chǎn)成本的降低提供數(shù)據(jù)管理平臺：通過實時、準確采集電力數(shù)據(jù)，解決原人工完成的電力數(shù)據(jù)采集任務；通過數(shù)據(jù)分析及時發(fā)現(xiàn)電力能耗問題，通過能耗總量走勢分析、電總能耗的偏差分析、電能耗按設備或區(qū)域進行對比、環(huán)比分析等，為企業(yè)生產(chǎn)運營提供有力的決策數(shù)據(jù)；實現(xiàn)設備的智能化用電，提高電能利用率，達到節(jié)能效果；對重點工作流程的電能耗指標、單位產(chǎn)品能耗指標等進行監(jiān)控，對規(guī)定的節(jié)能目標設置警戒線，對未達目標的指標進行自動告警、動態(tài)監(jiān)測及在生產(chǎn)過程中的實時監(jiān)測；

1.3.2 用水監(jiān)控

        可以在廠區(qū)地圖上按照區(qū)域監(jiān)控各個廠區(qū)、車間的工業(yè)用水、生活用水、綠化用水等實時數(shù)據(jù)。實時顯示用水計劃情況，有效監(jiān)督整個廠區(qū)用水管理。

1.3.3 用氣監(jiān)控

       可以實現(xiàn)對整個廠區(qū)的天然氣、壓縮空氣、高溫蒸汽等氣體能耗進行實時監(jiān)控和使用安全進行集中管理，達到有效避免浪費及規(guī)范操作的目的。

1.3.4 能耗分析

       能源成本分析和賬單管理；能源消耗統(tǒng)計臺賬與報表。

1.4解決思路

       通過對原有水、電、氣表進行替換，改用具有通訊遠傳功能的智能監(jiān)測儀表，采集檢測數(shù)據(jù)后，上傳至通訊管理服務器，能耗管理系統(tǒng)對能耗使用情況進行分析與呈現(xiàn)。

1.5 能耗管理系統(tǒng)基本功能

1.5.1 在線監(jiān)測：

實時查看各監(jiān)測點的多種能耗指標，包括電壓、電流、負荷、電量，用水流量、用氣流量等。

1.5.2 統(tǒng)計分析：

        從費用、能耗、指標三部分出發(fā)，分為日、月、年三大模塊，并通過能源消耗軌跡圖、表格等多種形式，反映用能設備的能源消耗情況。且便于操作、查看歷史數(shù)據(jù)。

1.5.3 數(shù)據(jù)分析比較

單臺用能設備不同時間段內(nèi)的能耗指標差異的比較，及同一時間段內(nèi)同類能源設備的能耗指標差異的比較，指導用戶進行能耗使用的管理。

1.5.4 分析結果展現(xiàn)形式：

       能耗管理系統(tǒng)可在服務器界面展示，也可通過 APP 或 微信服務號展示相關信息，用戶可隨時時了解配電室現(xiàn)場運行情況、水、氣能源消耗情況。平臺同時具有故障及時報警、信息推送等功能。

2.1 設計目標

        能耗管理系統(tǒng)是應用物聯(lián)網(wǎng)技術結合現(xiàn)代合理用能管理思想為企業(yè)構建的信息系統(tǒng)，其目標是讓企業(yè)通過智能化能耗管理系統(tǒng)科學用能，實現(xiàn)“安全、可靠、經(jīng)濟、高效、潔凈"的用能目標和用能管理的“可視化"。

        通過用能管理的“可視化"運用，幫助企業(yè)改變用能方式、提升用能效率、優(yōu)化資源配置及改善用能環(huán)境，最終實現(xiàn)：減少能源消耗，降低用能成本。

       能耗管理系統(tǒng)包括能效管理應用層、網(wǎng)絡通訊層、現(xiàn)場設備層。

       能效管理應用層：完成數(shù)據(jù)采集、校驗、分析、處理、輸出、系統(tǒng)維護、授權使用、權限分級控制等；并可將現(xiàn)場運行的重要數(shù)據(jù)、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。

        網(wǎng)絡通訊層：現(xiàn)場采用RS485、以太網(wǎng)、5G、WIFI等傳輸方式，將區(qū)域內(nèi)的能源采集模塊連接至相對的通訊管理機，各通訊管理機通過網(wǎng)絡連接至中央服務器。

       現(xiàn)場設備層：現(xiàn)場設備層負責電、水、氣參數(shù)的采集和上傳?，F(xiàn)場設備層有多功能電力儀表、多功能電能表、水、氣能等采集裝置組成。

2.2 結構設計

2.2.1系統(tǒng)結構

       能耗管理系統(tǒng)包括能效管理應用層、網(wǎng)絡通訊層、現(xiàn)場設備層。

       能效管理應用層：完成數(shù)據(jù)采集、校驗、分析、處理、輸出、系統(tǒng)維護、授權使用、權限分級控制等；并可將現(xiàn)場運行的重要數(shù)據(jù)、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。

        網(wǎng)絡通訊層：現(xiàn)場采用RS485、以太網(wǎng)、5G、WIFI等傳輸方式，將區(qū)域內(nèi)的能源采集模塊連接至相對的通訊管理機，各通訊管理機通過網(wǎng)絡連接至中央服務器。

        現(xiàn)場設備層：現(xiàn)場設備層負責電、水、氣參數(shù)的采集和上傳。現(xiàn)場設備層有多功能電力儀表、多功能電能表、水、氣能等采集裝置組成。

 

 

 

能耗管理系統(tǒng)示意圖

2.2.2功能結構

       數(shù)據(jù)采集結構

       收集分布在企業(yè)配網(wǎng)中的能耗數(shù)據(jù)，如將電壓、電流的模擬信號轉換成數(shù)字信號，將電能數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)主站；主要設備有多功能電力儀表、485通信服務器、485 通信網(wǎng)絡、5G通信網(wǎng)絡等，系統(tǒng)將各種傳感器互聯(lián)成網(wǎng)絡與主站系統(tǒng)連接。

        數(shù)據(jù)中心結構

        包括數(shù)據(jù)主站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與信息發(fā)布系統(tǒng)：

        數(shù)據(jù)主站系統(tǒng): 接收企業(yè)傳感器采集的數(shù)據(jù)進行解析及存儲，同時向企業(yè)傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數(shù)據(jù);

        數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：存儲企業(yè)能耗指標數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理結果;

       數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：完成企業(yè)能耗數(shù)據(jù)加工。系統(tǒng)包括應用服務器、數(shù)據(jù)分析模型、信息展示模型、智能用電模型等;

       信息發(fā)布系統(tǒng)：將企業(yè)管理信息發(fā)布到 Web 服務器，企業(yè)通過登陸互聯(lián)網(wǎng)獲取電能管理信息。系統(tǒng)包括 Web 服務器、Web 應用、信息安全系統(tǒng)等。

3.1 系統(tǒng)概述

       能耗管理系統(tǒng)是采用先進的智能化集成技術，基于B／S架構的能源管理平臺，該平臺采集各個能耗監(jiān)測點的能耗和運行信息，形成能耗的分類、分項、分區(qū)域統(tǒng)計分析，對能源的統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化能源介質平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質量、降低企業(yè)綜合能耗和提高勞動生產(chǎn)率有重要作用，幫助客戶更優(yōu)化的使用能源，從而實現(xiàn)“節(jié)能管理、綠色能效"。

3.2平臺架構

        能耗管理系統(tǒng)采用B／S多層結構。在B／S模式中，客戶端運行標準的瀏覽器軟件，通過HTTP協(xié)議向Web 服務器提出頁面訪問請求，頁面執(zhí)行相應的邏輯程序（一般通過組件訪問數(shù)據(jù)庫），Web服務器再將頁面程序執(zhí)行返回的結果進行轉化，轉變成HTML文檔形式轉發(fā)給客戶端瀏覽器。信息發(fā)布系統(tǒng)：將企業(yè)管理信息發(fā)布到Web服務器，企業(yè)通過登陸互聯(lián)網(wǎng)獲取電能管理信息。系統(tǒng)包括Web服務系統(tǒng)采用三層體系結構，可以滿足用戶個性化需求以及系統(tǒng)安全性等方面的需要；同時保持系統(tǒng)核心架構的穩(wěn)定性，從而可以保證定制系統(tǒng)的質量、穩(wěn)定性、開發(fā)周期和開發(fā)成本等方面的要求。

        能耗管理系統(tǒng)包括能效管理應用層、網(wǎng)絡通訊層、現(xiàn)場設備層。

3.3 系統(tǒng)功能介紹

       （1）用戶登錄認證功能。系統(tǒng)可采用用戶名和登陸密碼認證登錄，進入主界面后會自動彈出新增告警信息，提醒值班及運維人員及時查看和處理。

     （2）能源看板功能。通過能流圖形象的將該企業(yè)各部門主要設備用能情況展示出來。

     （3）能源監(jiān)控功能。能源監(jiān)控展示的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)字表格或圖形曲線的方式將數(shù)據(jù)形象的展示出來。

     （4）能源統(tǒng)計功能。能耗統(tǒng)計包括分項能耗、部門能耗和能耗排名這三部分，將企業(yè)中各部門及各監(jiān)測點實際用能情況，通過不同的展示方式展示出來。

     （5）能耗分析功能。能耗分析包括企業(yè)用能分析、部門綜合能耗、設備用能分析和指標綜合分析這四類，將企業(yè)中各部門及各監(jiān)測點實際用能情況，通過不同的分析方式展現(xiàn)出來。

     （6）報表功能。報表功能分為日報表、月報表和年報表。通過多樣化的報表服務滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的多種多樣需求。報表設有打印功能，可定時自動打印或觸發(fā)條件打印，并可導出到excel 表格中，顯著減少抄表工作的人力成本，提高用戶的經(jīng)濟效益。

       （7）告警功能。可設置和提示設備的能耗等告警信息。

       （8）APP或微信功能。通過APP或微信服務號及時了解設備現(xiàn)場運行情況、能源消耗情況、實現(xiàn)故障及時報警，信息推送等功能。

3.4 網(wǎng)絡傳輸方案

      采用嵌入式低功耗ARM核心的工業(yè)級嵌入式智能網(wǎng)關，作為站端監(jiān)控系統(tǒng)的核心，解決各類現(xiàn)場設備接入、數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議轉換問題，提供完整的協(xié)議層解決方案，支持各種常見電力系統(tǒng)通信規(guī)約，可定制私有協(xié)議，同時具有事件處理功能。 支持數(shù)據(jù)凍結和階段性存儲。支持向云平臺的數(shù)據(jù)傳輸，并可接收云平臺的指令實現(xiàn)就地控制、自動巡檢等功能，支持遠程系統(tǒng)升級。

3.5 服務器部署方案

        選用一臺應用服務器和一臺數(shù)據(jù)庫服務器，實現(xiàn)業(yè)務和數(shù)據(jù)分離的架構，服務器部署在企業(yè)內(nèi)部，企業(yè)內(nèi)需要有互聯(lián)網(wǎng)連接，可將系統(tǒng)訪問接口發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)，便于后期的數(shù)據(jù)訪問。

 

      （1）實現(xiàn)對企業(yè)所使用的各種能源進行全面計量，對企業(yè)的水、氣、電能耗數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠程抄表，能耗數(shù)據(jù)界面化，對比分析能耗報表，實施監(jiān)控和考核。杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象的發(fā)生，分析比較能耗歷史數(shù)據(jù)，為節(jié)能技改提供科學依據(jù)。

      （2）通過手機APP或網(wǎng)頁，生產(chǎn)企業(yè)可以通過能源消耗監(jiān)測及大數(shù)據(jù)分析云計算中心對生產(chǎn)的設備進行遠程加解密、設備故障報警。

      （3）通過采集與監(jiān)測能耗信息，建立企業(yè)的能耗數(shù)據(jù)中心，為企業(yè)的精細化運營、生產(chǎn)成本的降低提供數(shù)據(jù)支撐。

      （4）減少值班人員工作強度，避免人工抄表的數(shù)據(jù)不準確因素，提高事故的反應速度及解決效率。

      （5）通過數(shù)據(jù)分析及時發(fā)現(xiàn)能耗問題，通過能耗總量走勢分析、能耗的偏差分析，能耗按設備或區(qū)域進行對比、環(huán)比分析等，為公司生產(chǎn)運營提供有力的決策數(shù)據(jù)；提高能源利用率，達到節(jié)能效果。

 

5.1概述

       Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務。

       該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

5.2應用場所

       本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

5.3平臺結構

 

 

5.4平臺功能

?電力集抄

       電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設 備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

 

變壓器監(jiān)控

 

配電圖

?能耗分析

        能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數(shù)據(jù)處理與分析技術，進行離線生產(chǎn)分析 與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

 

能耗概況

 

 

 

?預付費管理

          1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

          2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數(shù)進行配置；

          3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

          4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

          5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

          6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

?充電樁管理

        通過物聯(lián)網(wǎng)技術，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

?智能照明

       智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

 

監(jiān)控頁面

?安全用電

        安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。

?智慧消防

        通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。原先針對“九小場所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求。

5.5系統(tǒng)硬件配置

 

 

6 結束語         

        該系統(tǒng)在實時監(jiān)測各種類型能源的能耗，通過相同設備能效指標對比，及時發(fā)現(xiàn)低能效設備，進而對設備進行優(yōu)化，提高設備性能；通過對運行參數(shù)監(jiān)測，讓所有設備節(jié)能高效地運行，以實現(xiàn)企業(yè)對能源使用的配置，最終實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能、減排的目的。

 

參考文獻

1 唐昱佳.基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗管理系統(tǒng)設計計算機應用與軟件.2011（12）

2 李莉.淺談能源管理在節(jié)能降耗中的作用.中國能源，2002年

3 姜萍.能源計量在節(jié)能減排中的應用.低碳世界.2017

4吉朝輝，周軼.淺談能源管理系統(tǒng)在企業(yè)中的應用

5 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

柏為為，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力物聯(lián)網(wǎng)的設計與應用