利用物联网实现对城市重点能耗监测与管理

    蔡华　冯春芳

    摘要：能源计量工作是企业加强能源管理、实现节能减排的重要基础，是企业贯彻国家节能法规、政策、标准，合理用能，优化能源结构，提高能源利用效率，提高经济效益和市场竞争力的重要保证，是国家依法实施节能监督管理、准确评价企业能源利用状况的重要依据。利用物联网，建立城市能源计量数据采集与能效监测管理，实现对能耗的实施监测，为能效利用与监管提供有效的信息采集与政府监管平台。

    关键词：物联网；节能减排；能耗监测；能源信息采集

    0 引言

    能源、资源是经济社会可持续发展的重要物质基础，加强能源、资源管理，促进节能降耗，是提高我国经济运行质量、改善环境和增强企业市场竞争力的重要措施，也是缓解当前经济社会发展所面临的能源约束矛盾，建设资源节约型社会、环境友好型社会，实现经济社会可持续发展的根本保障。

    目前我国高能耗设备运行状况普遍不理想，能耗高、污染大，迫切需要一种新的技术手段与方法来解决上述问题，提高能效监测的效率，以进一步达到节能减排工作的目标。

    1 存在问题

    1.1 难以监控、分析、管理

    目前城市能耗数据来源全部来自企业自行上报的数据，不能保证数据的真实性和准确性：

    监控困难：各能耗企业的现场数据，未与政府部门建立实时数据交换，企业上报的各类数据不可靠性，数据监管困难；

    分析困难：各耗能企业的耗能数据、基础数据、支撑数据等，尚未形成统一的系统，未建立数据中心，无统一的数据存储管理，数据分析困难。

    管理困难：政府部门缺乏统一的业务监管调度平台，问题处理依赖人工及企业上报，政府与企业间协作？率偏低，联动性不足，管理困难。

    1.2 水、电、油、煤、气（汽）能源物质管理困难

    很多企业对能源计量工作的重要性认识不足，企业能源计量工作的基础十分薄弱，普遍存在忽视能源计量管理、能源计量器具的配备不符合国家计量要求、能源计量管理体系不完善、能源计量数据不真实准确及能源计量管理机构不健全等问题，为了推进重点用能企业节能减排工作的开展，必须重视并加强企业水、电、油、煤、气（汽）计量数据实时在线采集工作，有效发挥能源计量工作在节能减排中的基础保障作用。

    1.3 工业锅炉运行状况普遍不理想，能耗高、污染大

    工业锅炉是现在工业生产中必不可少的一个关键设备，同时也是重点耗能特种设备，目前我国工业锅炉运行状况普遍不理想，能耗高、污染大。我国工业燃煤锅炉设计的效率应为72%～80%，燃油（气）锅炉设计效率应为80～90%。但燃煤锅炉实际运行效率平均在60%～70%，甚至还有的在50%以下运行；燃油（气）锅炉热效率平均在75%～85%，也低于设计效率。

    2 需求分析

    城市中涉及的能源包括六类能源物质（水、电、油、煤、气、汽），每类能源所涉及的计量器具近百种；重点耗能设备几万台；工业锅炉几千台。

    2.1 政府职能部门管理需求

    为实现职能部门对产业化管理与能源使用的需求，需要建立和完善节能减排指标体系、监测体系和考核体系。对耗能单位、高耗能设备和污染源进行调查摸底。建立重点能耗企业与公共机构、高耗能设备的能源使用及利用效率的统计指标体系和调查体系，实施能耗指标季度核算制度。对重点能耗企业数据网上直报，加强能源统计巡查，对能源统计数据进行监测与分析。

    通过公正的能源监测、能效分析系统，建立能源使用以及能效利用的数据采集及统计，从而协助职能部门进一步规范重点耗能企业、公共机构行为，制定行业标准，推进高耗能设备的技术改造，推进全社会节能减排进程。

    2.2 重点能耗企业与高耗能设备的监管需求

    通过规范化、标准化的能耗监测系统与企业上报，获取企业实时、非实时（上报）能耗数据，并进一步规范企业自身行为，加快企业信息化整体进程，加强对企业能耗利用的规范与管理。

    2.3 能耗、能效监测管理需求

    建立整体监管运营平台，通过能耗企业自行上报能耗数据、监测企业能耗实时数据，分析设备运行数据并进行能效技术、分析，全面掌握终端的企业业务运行状态中的能源消耗，以及高耗能设备的能效利用数据，对数据进行规范化、标准化，可以及时利用数据分析，形成统计分析决策数据、报表数据、上报数据，提供统一化信息展示，提供节能减排支撑性数据和决策依据。

    3 系统建设方案

    建设以重点能耗企业、公共机构、重点耗能设备等为主体的能源数据监管、考核管理系统，形成能耗监测体系，建立节能减排指标体系、考核体系，实现企业能耗比较分析，促进产业结构优化调整。3.1 基本信息管理

    作为基础信息管理服务，实现对能耗监测企业（重点耗能企业和公共机构）的基本信息以及企业计量器具基本信息、高耗能设备（包括设备类型、设备参数、设备属性、地址、周边环境信息等）的录入、维护与管理。

    3.2 能源计量数据采集与能耗监测管理

    主要包括在线监测设备的数据共享与远程管理，包括对水、电、油、煤、气、汽、锅炉在线监测、数据采集，以及监测数据和实时运行数据的实时采集、校验、传输与存档管理。

    利用物联网将现场仪表和设备采集数据连接到集中器、并接收中心站的命令对现场设备进行控制和调节；集中器通过无线传输接收现场设备的数据传输给计算机并传送计算机下达的控制命令，并通过强大的内部运算进行自动调节。

    3.3 能效分析管理

    通过对高耗能设备的实时运行数据采集，采集燃料、锅炉给水量、烟气各个成分、测量炉膛温度、锅炉排烟温度、给水温度、现场环境温度、主蒸汽压力、锅炉系统辅机耗电且、炉膛负压表、炉排伺服电机的转速、锅炉燃煤、炉渣、飞灰、漏煤等物质的可燃物元素含量等数据。

    依据各个锅炉运行参数的同时可以把各个参数自动输入到锅炉效率计算模型里实时显示出锅炉实际运行效率。系统可以直观显示所有关键参数，从而可以远程观察到锅炉燃烧参数，及时发现锅炉运行的异常情况。

    3.4 数据综合分析和能耗监管

    对区域内的用能状况进行统计分析，作为政府区域经济管理与决策支持的基础数据，主要包括：

    （1）能源消耗网络。

    （2）能源消费结构统计分析。

    （3）能耗成本结构统计分析。

    （4）能源消耗量统计分析。

    （5）能源产出、回收利用情况进行统计分析。

    （6）能源消耗走势的统计分析。

    （7）各区域、行业、企业单位自身的能耗对标分析。

    （8）各区域间、同行业间、同类型企业间能耗对标分析。

    （9）各区域行业、企业单位与先进指标进行能耗对标分析。

    （10）能效计算分析、横向对标分析。

    （11）综合能耗分析。

    （12）能耗指标完成情况、能源节约量统计。

    4 数字化采集物联网

    系统实现需要通过能源物质计量器具（水、电、油、煤、气、汽）和锅炉（含电、油、煤、气、汽多种能源物质）的设备数字化采集设备，建立物联网，实现数据实时采集。

    4.1 锅炉数字化采集终端

    对锅炉的数字化采集终端至少包括水、电、煤、汽等数字化采集终端，还应包括温度、压力等感应器进行温度、压力的数字化采集，需要对多种能源物质进行采集，包括：

    （1）进水流量、温度、压力。

    （2）蒸汽流量、温度、压力。

    （3）进煤量。

    （4）耗电量。

    4.2 能源物质计量器具数字化采集

    现场能源计量设备包括油、气、汽这3类能源基本都使用了流量计作为计量器具，按照目前最流行、最广泛的分类法，可分为：电磁流量计、涡街流量计、浮子流量计、超声波流量计。对于流量计的设备配备选型方案，根据不同的现场环境，必须对流量计做出不同的配备情况，根据运载能源介质管道的管径大小而定。

    4.3 数据集中器

    各采集终端在各企业或公共机构集中，通过数据集中器实现统一的数据上传，至系统的数据中心。

    5 结语

    能耗数据采集管理中心的建立，将把对重点能耗企业从计量器具的配备及管理、能源资源使用统计数据以及公共机构的能源资源使用统计数据统一到同一数据平台，在为重点能耗企业及公共机构提供比较分析服务的同时，为政府主管部门能更加全面地对重点能耗企业及公共机构进行监控管理提供平台和监测手段。

    系统建成后便于政府能源、节能主管部门随时掌握企业的能耗情况、能源利用情况，还可参照重点耗能企业或行业在局部地区的分布情况，为政府部门进行产业结构调整和能源结构调整、新上产能合理布局、节能政策引导、节能资金扶持以及能源梯次利用提供参考依据。