現代信息化工業能源監控系統實現分析研究

王麗平++孫石++蔡長青

[摘要]現代信息化社會的發展要求對工業領域的所有能源進行科學的監控和管理，而目前對于工業能源的使用存在諸多突出的問題，缺乏大量的現場數據作為支撐條件，不能科學、全面、準確地管理，需要建立信息化的能源監控系統進行指導。因此，工業能源監控系統的實現需要從客觀現狀、系統實現分析方法、實現策略等三方面進行分析，才能更好地進行實施，增強系統的實用性。

[關鍵詞]工業能源；信息化；監控系統；實現原則分析

[DOI]1013939/jcnkizgsc201650036

傳統形式對工業能源的管理過程一般是基于人工的離線過程，而非實時的。在工業信息化飛速發展的當前，大中型工業能源的用能企業和產能企業的產品設備、生產工藝、控制流程等基本正在向高度自動化和高度信息化的方向發展，只能完成離線能源管理的管理系統已經不能適應大部分企業高速發展的需求，因此迫切地需要實現對工業能源的自動化監控，以能源最優運行為目標，開發企業能源運行的在線實時管理功能。

1客觀現狀

我國由于能源利用率低而成為能源消耗大國，因此，在“十二五”期間，工業領域轉型升級的突破口和重要切入點之一就是工業的節能降耗，提高能源的管理和控制力度，對企業加快以節能降耗為核心的技術改造。所以實現能源的信息化監控管理是一項符合我國中長期發展規劃要求的重大決策，本技術一旦實現，可以廣泛推廣，具有顯著的節能效果，在增進企業效益、環保節能方面具有十分重要的意義。

著眼于我國現階段以及未來中、長期節能發展目標，目前仍以全面管控、技術節能為主，其中采用信息化節能管理是其中非常重要的一種方式，必須從戰略和全局的高度，充分認識做好工業節能工作的重要性、艱巨性和緊迫性，切實采取有效措施，大幅提高能源利用效率，突破資源環境瓶頸制約，促進工業發展方式實現根本性轉變。[1]

我國積極支持和大力提倡的是以信息化節能監控技術為核心的能源管理方式，該方式實現容易，結構簡單，普及速度快，成效顯著。因此，為了更高效率地實現節能，不需要不斷地改進節能方式，研發節能新技術，逐步推出適應現代工業能源領域的先進的節能控制技術。

目前全球所面臨的最大問題是能源緊缺與環境惡化。放眼國際，競爭環境的變化對我國工業節能降耗構成嚴峻挑戰。國際社會應對氣候變化博弈日趨激烈，綠色貿易壁壘正在加速形成，一些發達國家對出口國產品的能效水平和碳足跡提出更高要求。我國制造業總體上處于產業價值鏈中低端，產品資源能源消耗高，出口將面臨巨大壓力。[2]

我國持續高速的經濟增長成為過去幾年甚至未來全球經濟的最大亮點，但與此同時，我國也承受了巨大的壓力，那就是能源供應危機及環境保護。從居室照明和采暖，以及與生活息息相關的水、電、氣、油、煤等資源，到工商業所需的電力資源，社會生活所需的各種形式的能源正在被消耗著。能夠被有效利用的能源占絕大部分，但也有大量的能源每天被浪費著，因此能源浪費和使用效率低下是當前亟須解決的問題。[3]節能增效已經成為社會經濟發展的必然要求，越來越多的企業、機構和個人都投身到節能降耗的工作當中。如何能夠更好地管理和使用、控制能源是當前的重中之重，只有通過建立信息化的智能監控系統才能夠充分利用能源，達到高效節能的目標。

2系統實現分析

我國是能源消耗大國，因此能源的高效利用和信息化管控是當前的重點，實現社會能源的有效利用需要通過建立信息化的智能監控系統支撐，要實現智能管控，應該從社會可行性、經濟可行性和技術可行性三方面來進行分析研究。

21社會可行性

目前，工業企業的節能情況差異非常大，能源管理水平懸殊，當前多數企業存在能源管理問題，具體表現在：缺乏專門的能源管理體系和先進的管理手段，能源管理人員水平參差不齊，行業視野有限；對能源使用的監管不細致，找不到合理的方法，找不到或找不準節能點，沒有一個詳細的評測手段。概括地講，就是普遍存在能源信息基礎薄弱，能源管控技術水平不高的狀況，因而不能及時發現企業存在的某些環節上的能源浪費以及存在的節能潛力。[4]

工業企業是能源消費大戶，存在能源浪費現象。降低能源消耗，減少能源浪費，工業企業是重點。目前社會上對能源進行管理和控制的方法技術多種多樣，但是大部分都缺乏統一準確的用能情況監測數據做支撐，往往僅憑經驗來降低能耗指標，沒有做到管理和指導的全面性、科學性和準確性，造成能源的巨大浪費，因此需要建立一套科學合理的信息化能源監控管理系統來減少不必要的能源損耗，并進行有效的管控。

22經濟可行性

對工業能源進行信息化管理控制在我國是個新興產業，既要考慮系統使用的穩定高效，還要考慮供能企業的運營成本及產品設備的升級改造，以及用能用戶的改造成本問題。

目前所采用的能源管理機制是借鑒西方經濟國家的“合同能源管理”思想引進并逐步發展起來的，至今已經有十幾年的歷史，雖然沒有實現信息化的智能管理，但是在能源服務產業領域也得到了快速發展，特別是“十二五”期間和最近幾年，國家在財稅、金融、技術等方面相繼出臺了多個支持能源服務產業發展的扶持政策，進一步地促進了能源管理產業的飛速發展。[5]

目前能源管理服務產業規模逐年大幅遞增，2011年能源管理服務產業產值更是首次突破1000億元，達到1250億元，2012年達到1653億元，同比增長32%。預計“十三五”期間，我國能源管理服務產業將步入規?；l展軌道，“十二五”末能源管理服務產業產值可突破3000億元。能源管理產業已被國家確定為重點培育和發展的七大戰略性新興產業之一，產業發展潛力巨大，拉動經濟增長前景廣闊。[6]據測算，到2015年，我國技術可行、經濟合理的能源管理潛力超過4億噸標準煤，可帶動上萬億元投資。

如果在此基礎上能夠全面地改進目前的能源管理服務機制，實現全面的智能化、信息化管理控制系統，就可以更大程度地達到能源的高效利用。

23技術可行性

目前的能源管理系統是在普通信息系統和自動化系統基礎上的傳統模式，缺乏在能效傳輸和使用中的診斷技術，且大部分基本沒有對遠程設備采用物聯網技術，能效管理力度不高，信息化程度低，節能效果不明顯。而新型的能源管理系統通過機理建模和機器學習相結合的方法，以用能設備、耗能工序和能量系統之間的關系為重點建立能效分析模型，確定一種新型的能源管理模型，并進行軟件的開發，能夠彌補傳統模式的不足，增強了系統的實用性。

由于企業工藝裝備處于落后水平，企業管理手段也沒有達到先進水平，使得我國工業企業的能源利用效率低下。雖然經過十幾年的不斷努力，工業能耗也有所降低，但與國際先進水平相比我國企業的單位工業產品能耗仍存在較大差距，能源利用效率空間巨大，這就為能源管理系統技術的應用提供了廣闊的前景。

隨著國家能源節能政策的大力推動，企業的能源利用意識不斷提高，以及逐步上漲的能源價格和國家對工業能源使用指標的硬性規定等，這些都為能源高效利用技術的應用提供了很好的環境，具有很強的競爭優勢。

3實現策略

作為能源消耗主要群體的工業企業，是實現能源高效利用的主體和重點，國家高度重視工業能源節能技術，曾先后出臺了《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》、《工業轉型升級規劃（2011—2015 年）》《國務院“十二五”節能減排綜合性工作方案》《節能減排規劃（2011—2015 年）》等，作為“十二五”全國工業能源利用的指導性文件。[7]我國的工業化、城鎮化正處于深入發展階段，飛速發展的經濟社會對能源具有極大的需求，能源資源和環境約束形勢越來越嚴峻。工業發展對能源的需求繼續增加，工業和高耗能行業對國內生產總值的貢獻率呈下降趨勢，國家對能源的節能減排約束性指標要求工業加快轉變發展方式，傳統的能源資源高消耗的粗放型工業發展道路已經不能適應現代社會的發展，大批量的工業企業的轉型升級為能源的高效利用提供了良機。

31系統實現目標

系統的主要目標是實現對能源使用信息的監控管理，為此需要配備完善的能源計量器具，采集精確的能源使用情況數據，使用合理的數據傳輸技術，建立健全能源計量系統，完善各項能源消耗的監測網絡，實現用能單位監測的實時性、準確性和完整性。[8]通過建立一套工業能源信息化管理監控系統來統一地對各項能源消耗進行監測和控制，及時反映用能企業能耗水平，為進一步分析用能效率提供客觀、公正和科學的基礎數據，為用能企業節能降耗工作提供新的動力。

32系統實現策略

實現系統的能源運行管理包括動力能源管理、能源供應管理、能源消費管理。同時涉及采購、運輸、倉儲、動力、生產消費等多個環節。數據來源于同一數據庫，各個部門圍繞統一的信息進行分析和決策。利用能源測量和計量器具采集實時和非實時能源數據，并建立能源信息管理專用數據庫，以便進行后期的分析和處理。具體的實現策略主要包括以下幾方面。

第一，系統數據庫管理層采用雙機冗余的數據采集服務器和數據發布服務器模式共存技術；第二，針對信息數據的遠程傳輸及實時顯示Web發布技術，采用GPRS無線傳輸和有線技術相結合的方法；第三，對采集的用能信息進行實時分析診斷、處理和預警；第四，實現集查詢、修改、刪除和控制于一體的真正面向企業管理的監控系統平臺；第五，針對能源數據的采集主要分為實時和非實時兩種。實時數據來自于本項目研制的工業能源信息化管理監控系統的在線采集，也可以通過安裝數字儀表設備來補充缺少的數據，在預設的時間間隔內實現自動收集，并存儲到實時數據庫中，從而實現能效指標的在線計算與動態分析。非實時獲取的數據可以從用能企業的計算機系統中獲取，或者由工作人員直接錄入到管理監控系統中；第六，系統數據庫采用雙機冗余技術的目的是為了防止數據丟失，在一臺數據庫服務器出現故障時，另一臺檢測到主機數據庫停止后自動采集并存儲數據，在主機恢復后，會自動拷貝到主機數據庫中；第七，針對數據傳輸技術的實現，主要依靠當今先進的現場總線技術、網絡通信技術、計算機技術，經過網絡布線、通信網絡、GPRS技術的結合，通過系統軟件設計實現信息數據的遠程傳輸及實時顯示；有的場合可以使用有線通信技術實現，而有的條件不具備的必須采用GPRS無線傳輸技術來實現；第八，為了保證采集的用能信息數據的準確有效，需要對數據進行驗證。常用的方法是將非同源的數據放在一起進行比較，也可以和歷史數據對比來發現異常。對于異常的數據應該進一步分析并解釋原因，錯誤的數據必須剔除，以免對能效分析產生干擾，充分體現能源使用的實時性、可靠性和準確性；實現集數字化、智能化、網絡化一體的管理監控系統，采用統一的能源數據倉庫技術、完善的數據分析技術、豐富的報表功能、自由數據鉆取技術、靈活的算法擴展技術、基于數據層的數據安全技術，并具有良好的接口和兼容性，市場需求巨大，前景非常廣闊。

33系統實現前景展望

系統著眼于實施能源消耗總量控制，將對工業發展形成硬約束。加大節能降耗力度，進一步提高工業能源利用效率和能源生產率，改造提升傳統制造業，是建立資源節約型、環境友好型產業結構和生產方式的必然選擇。全球范圍內發展綠色經濟、倡導低碳生活越來越受到重視并逐漸成為新趨勢，大力發展節能環保低碳產業，成為搶占未來發展制高點的核心價值觀。[9]堅持以提升工業能源利用效率為主線，以科技創新為支撐，以政策法規為保障，加快淘汰落后生產能力，大力推進工藝、裝備、產品的結構調整和技術進步，加快以節能降耗為核心的企業技術改造，強化重點用能企業節能管理，加強信息通信技術在節能降耗中的應用，必將產生巨大的經濟和社會效益。

系統一經實現應用，首先受益的就是企業，隨著企業能源節能意識增強，必將為大多數企業所接受，最終也將帶來巨大利潤；其次可以使企業管理水平提高，可同時應用于機關事業單位，節能效果顯著，包括對水、電、氣、熱等的監控，一經實施可節約大量能源，具有良好的社會和生態效益，應用前景廣泛。

4結論

隨著原材料和人力成本上漲，我國工業企業產品生產競爭以及能源節能環保的壓力日漸增長，工業企業能源管理智能化信息系統得到了越來越多的企業重視并正在著手建設?；谀苄Х治瞿K的工業企業能源管理信息系統及應用軟件，能夠在能效分析方面增強企業能源管理的實用性，開拓了將來企業能源管理信息系統的新思路，轉化開發后可有效滿足市場的需要，并且市場需求潛力巨大。

基于能效分析模塊的工業企業能源管理信息系統適合工業企業并完全可以滿足企業能源管理需要，其技術達到國內先進水平。該系統產業化后，將對節能服務產業的發展起到助推作用，同時，也將大大提高企業核心技術實力，增強企業發展后勁，從根本上提升企業的競爭力和節能服務水平，一經應用，會減少能源消耗，對社會環境起到極大的凈化作用。

參考文獻：

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