淺談能耗在線監測系統在企業節能管理中的研究與應用

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要:開展能耗在線監測系統建設，對加強政府部門節能管理、推動能源消費精細化管理、實現能耗“雙控"和“碳達峰碳中和"目標具有重要意義。本文在總結福建省用能單位能耗在線監測系統建設進展的基礎上，研究能耗在線監測系統在政府部門和企業節能管理中的應用前景，分析系統在能源消費預測分析、能效對標、節能監察、能源精細化管理、用能權交易、宣傳推廣等方面的應用成效，為進一步提升系統應用價值提供參考。

關鍵詞:能耗在線監測;節能管理;能源消費;用能單位

0、引言

開展用能單位能耗在線監測系統建設，是黨、國務院加快推進生態文明建設部署的一項重要任務。根據《福建省節約能源條例》《用能單位節能管理辦法》等規定，用能單位應當建立健全能源管理制度，實施節能技術改造，按照相關要求開展能耗在線監測系統建設，提升能源管理信息化水平。2017 年以來，國家發展和改革委員會、市場監管總局先后印發《用能單位能耗在線監測系統推廣建設工作方案》等多項政策文件，推進全國用能單位能耗在線監測系統建設。

福建省于2018年4月啟動能耗在線監測系統建設工作，截至2022年3月，已有820余家用能企業完成接入端系統建設并與省級平臺聯網，將能源消費數據實時上傳至升級平臺，基本達到用能企業全覆蓋監測。目前所監測的用能企業能源消費量已占到全省規上工業企業能源消費總量的90%以上。本文在總結福建省用能單位能耗在線監測系統建設進展的基礎上，研究分析在系統在政府部門和企業中的應用方向和初步成效，為促進能耗在線監測系統應用得到進一步發展提出有益的思考。

1、福建省能耗在線監測系統建設進展

1.1 加強創新設計，推動省級平臺建設

在省級平臺建設上，福建省結合自身實際，探索“互聯網+節能"服務新模式，采用物聯網、云計算等技術，完成能耗監測、能效對標、節能管理、計量管理、數據質量評價、建模分析應用、能源數據可視化等功能模塊開發并部署上線運行，初步建成一套集數據采集、統計分析、建模預測、流程管理、圖譜展示等功能為一體的全省“能源管理大數據平臺"。省級平臺已于2021年9 月完成全部建設內容，并通過了省發改委的竣工驗收評審。

1.2 推進制度建設，保障系統穩定運行

能耗在線監測系統建設是一項系統性工程，涉及企業、第三方機構、政府部門等各方面職責要求，因此加強制度建設是保障系統穩定運行的基礎環節"。2018 年起，福建省就制定了《福建省用能單位能耗在線監測系統建設實施方案》，按照“分批推進"的原則，要求在“十三五"期間全省所有的用能企業建成接入端系統。2021 年 9 月，福建省又出臺了《福建省能耗在線監測系統管理暫行辦法》成為全國相關的地方規范性文件，明確政府部門、技術支撐機構、用能單位和第三方服務機構等各方職責和法律責任，保障系統長期穩定運行圍。

1.3強化技術支撐，提升監測數據質量

為保障上傳至省級平臺的在線監測數據質量，福建省首先做好事前接入端系統源頭監管，編制了《企業端系統建設技術方案》，并建立完善方案評審工作機制，嚴格技術方案評審，確保方案設計的科學性和合理性,從監測邊界、監測方式、軟硬件配置、運維管理等方面統一了接入端建設的標準化和合規性，夯實數據質量建設基礎。同時，強化事后監管，在全國制定了《工業企業能耗在線監測數據質量評價技術規范》的地方標準，從完整性、準確性、時效性、可驗證性、有效性、規范性等六方面對聯網數據的質量進行評價，督促不符合要求的企業及時整改，保障各企業上傳數據的質量。

圖1福建省能耗在線監測系統總體功能結構

2、能耗在線監測系統在節能管理中的應用

福建省用能單位能耗在線監測系統主要建設包括政府子系統、用能單位子系統和公眾子系統。其中政府子系統為節能主管部門提供能耗監測、能效管理、監督管理等服務;用能單位子系統為接入系統的用能單位提供在線能源監測、計量器具管理和數據填報等服務;公眾子系統將依托省級政府網站統一技術平臺提供的架構，為社會公眾提供節能和計量宣傳服務。本文對于系統的部分功能在節能管理中的應用進行分析。

2.1服務于政府部門能耗雙控工作

以往節能主管部門一般只能通過企業填報能源利用狀況報告、節能監察、能源審計、節能診斷等方式掌握企業歷史能源消費數據，具有嚴重的滯后性和局限性。能耗在線監測系統的建立，使政府部門可以實時掌握主要用能單位的能源消費數據，分地區、分行業、分園區對能耗雙控形勢的分析和研判，為科學制定和調整能耗雙控政策提供有力的數據支撐。以泉州市陶瓷行業為例，通過系統監測數據可以發現，2022 年1月到4月份泉州陶瓷行業受春節假期影響，行業總能耗呈U型波動趨勢，其中2月份總能耗相比1月份環比下降約60%，3月份開始逐步恢復到1月初能耗水平。

圖 2 —季度泉州陶瓷行業能耗趨勢分析圖

2.2 服務于政府部門能源消費預測分析工作

通過匯聚各用能企業能源消費的海量大數據，能耗在線監測系統利用人工智能技術構建多種模型，可以用于全省、行業、地區、企業間的能耗和能效數據預測分析。模型的有效性依賴于用于模型訓練的數據總量和數據本身的質量，所以在構建模型之前，需要系統提供足夠多和足夠好的數據。圖3是系統對某周期性生產企業能源消費的預測趨勢圖，可以看出該模型較好地預測了企業未來能源消費趨勢。

圖 3 某周期性生產企業能源消費預測分析

2.3 服務于企業間能效對標工作

能耗在線監測系統的建立，打破單一企業能效指標的信息壁壘，通過采集各企業能源消費數據，測算不同企業單位產品能耗等指標，并進行對標分析，為能效水平較低的企業查找原因，提出節能診斷意見建議。圖4顯示我省3家鋼鐵企業在2021年10月燒結工序單位產品能耗在線監測數據，并與工信部公布的2021年鋼鐵行業能效“領者"寶鋼湛江鋼鐵有限公司進行對標分析。對標結果可以看出，我省 3家鋼鐵企業與能效“領者"仍有一定的差距，其中優企業劣于能效“領者"0.1kgce/t，差企業劣于能效“領者"5 kgce/t。

圖 4 福建省部分鋼鐵企業燒結工序能效在線對標分析

2.4服務于企業能源精細化管理

在推進企業能源精細化管理方面，福建省通過專項資金引導，已幫扶50余家企業開展二級、三級能耗在線監測建設,助力企業提升能源管理精細化水平，深挖自身節能潛力。隨著能耗在線監測系統建設的不斷深入，各用能企業的信息化節能意識不斷提高，節能改造意愿不斷增強。如福建省某有色金屬冶煉企業按照自己的需求展開系統應用，購置配備大量智能化采集儀表設備，把能耗在線監測系統作為能源管理支撐系統，指導日常生產和管理考核;某水泥生產企業在新能耗在線監測系統推進過程中，建設符合自身需求的智慧工業能源管理系統，實現水泥的燒成溫度、窯尾溫度、系統壓力等關鍵參數實時調整，有效地提高生產效率和能源利用效率，單位熟料綜合能耗下降21kgce/t，年節約能耗達到4000噸標準煤。通過能耗在線監測系統推動，越來越多的用能企業逐漸接受了信息化節能的理念，將持續加大投入，構建更加完善的能源管理平臺。

2 . 5 服務于節能監督管理工作

圖 5 利用能耗在線監測系統開展節能監察流程圖

通過能耗在線監測系統建立了政府部門與企業之間的互動橋梁，政府部門可在系統中開展在線監督管理，對企業上傳的資料進行在線審查，結合在線監測數據，對其用能情況進行評價，改變了以往需要前往企業開展現場監察的步驟，減輕企業負擔。如2021年至2022年，福建省通過能耗在線監測系統開展了100余家次的書面監察任務，企業按要求提供節能監察自查資料，政府監管部門通過企業上報材料，及時、便捷地完成了書面監察工作。

2.6服務于用能權交易和碳排放交易工作

當前，全國碳排放交易和部分用能權交易試點省份的能源消費數據主要來源于企業自查和第三方機構核查，存在人為影響因素和數據造假隱患，如生態環境部在2022年3月底公布的部分第三方機構碳排放報告數據弄虛作假等典型問題案例。能耗在線監測系統的數據來源于企業基礎能源計量器具采集的數據，可以有效地減少人為干預影響，較大地降低數據造假的可行性和數據核查成本，使用能權交易和碳排放交易市場更加公平、公正、透明。

2.7 服務于節能宣傳培訓工作

通過能耗在線監測系統還可以開展節能法律法規、標準規范、節能動態等宣傳;推廣節能產品技術;征集企業意見建議等。

3、推進系統應用的思考

在“碳達峰碳中和"背景下，節能管理工作將越來越重要，在其中應用信息化技術也已經成為必然趨勢。盡管福建省能耗在線監測系統的建設和應用已取得初步成效，但也依然存在一些問題，如企業主體責任意識不夠強、數據質量不夠高、技術規范不夠標準、政策法規宣傳不夠到位等問題，需要進一步推進解決。

3.1 持續提升在線監測數據質量

數據質量是能耗在線監測系統的生命線，也是系統應用的基礎。從相關法律法規、部門規章等規定均要求用能企業落實主體責任。用能企業應提升對能耗在線監測系統的認識，建立健全系統管理制度，按要求做好系統的日常維護，確保接入端設備正常運行,自動監測數據真實、完整、準確。政府部門應持續加強系統運維力度，采用能源計量審查、節能監察等手段，依法依規督促數據質量異常的企業及時整改，督促用能企業按要求配齊能源計量器具。

3.2 健全能耗在線監測技術標準

為了規范和指導用能單位能耗在線監測系統建設工作，國家已推出電力、鋼鐵、石油化工等三個行業的采集指南，但其他行業的采集指南仍然缺失。我省能耗在線監測建設工作涉及行業較多，如化工、化纖、紡織、印染等用能行業仍缺乏行業采集指南，對相關行業推廣二、三級能耗在線監測系統建設和應用產生了技術壁壘。建議持續推進相關行業能耗在線監測技術標準制定工作，為推進用能企業能源精細化管理提供統一的技術支撐。

3.3加強系統建設應用的宣傳推廣

加強能耗在線監測系統應用宣傳，開展能耗在線監測典型案例征集工作，遴選行業監測數據質量好、系統應用成效顯著的企業，形成一批可借鑒、可復制、可推廣的經驗，及時進行宣傳推介，帶動全省能耗在線監測系統建設示范帶頭作用，營造政策引導、全社會參與的良好氛圍，共同推進系統建設。

4、安科瑞企業能源管控系統概述

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

5、應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

6、系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7、系統功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

7.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

7.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

7.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業級統計數據。

7.4數據監控

對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

• 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗報警提示等；

• 配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

• 實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

• 數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

• 檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監控

展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統計

從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

7.1成本分析

統計各個監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

7.11產品單耗統計

與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

7.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

7.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視?？芍苯訌膭討B監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

7.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

7.15同比、環比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

7.16分析報告

以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

7.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

7.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

7.19碳排放管理

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

7.20電能質量監測

實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

7.21運維管理

系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

7.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

7.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

7.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

7.25容需量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

7.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

7.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

7.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

7.29 3D子系統

對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

7.30工業組態

可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

7.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數據管理

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

7.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

7.34知識產權證書

8、系統硬件配置

9、結語

建設用能單位能耗在線監測系統是貫徹落實黨國務院決策部署、加快推進生態文明建設的重要舉措，也是政府部門加強節能管理、用能單位提高能源管理精細化水平的重要途徑。通過近4年來的不斷推動，福建省已基本建成了覆蓋全省用能企業的能耗在線監測系統，并在能耗雙控、能源消費預測分析、企業能效對標、企業能源精細化管理、節能監督、用能權交易、節能宣傳培訓等方面得到了初步應用，取得了一定的成效。下一步，應著力解決企業主體責任意識不強、監測數據質量不夠高等問題，進一步提升能耗在線監測系統應用水平，服務于全省節能工作大局。

參考文獻

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