基于大數據分析的企業能效管理系統

摘要：隨著我國經濟在持續高速增長，能源緊張和環境惡化的巨大壓力，使得節能減排成為多數企業不得不面臨的問題。文章結合節能減排、節能降耗的需求，介紹了基于大數據分析技術的企業能效管理系統的系統構成。 證明了企業能效管理系統在幫助企業優化工藝流程，降低企業能耗成本，提高企業綜合競爭力中的作用。

關鍵詞：J2EE；能效管理；大數據；

1 引言

我國經濟在持續高速增長的同時也伴隨著能源緊張和環境惡化的巨大壓力，節約能源已經作為我國建立節約型社會的基本國策。企業不應該把它僅僅作為約束性指標，而是應該把節能減排融入到長遠發展的戰略中去，這對企業的發展無疑具有巨大的促進作用。面對這一挑戰的最有效和經濟的方法就是建立在高耗能企業能源管控系統，通過技術創新提高能源使用效率。幫助企業實現節能生產的目標。這也是工業結構優化到一定程度的結果。當前，國內多數企業能源管理工作并不規范，方法也不科學，缺少完善的能源信息管理工具，以至于企業節能潛力沒有得到充分挖掘。主要表現：計量表計配置不全、真實性差；能源使用數據缺乏可靠性、連續性；沒有準確的能源統計方法，能源統計信息不能準確與全面統計，算法不夠合理與完善，缺乏能源數據的匯總分析，沒有積累起可用于分析和查詢的能源數據庫。企業能效管理系統簡單的說就是把生產企業的能源消耗如：水、氣（汽）、風，特別是電能的使用過程數據進行在線監測、實時記錄、分析評估和科學治理的一體化計算機信息管理系統。系統能夠實時監控能源使用情況，為節能降耗提供直觀的依據，為促進企業管理水平的提高及運營成本的降低，促使能源合理使用，達到節能減排、節能降耗的目的。

2 系統定位

（1）完善了能效數據的采集、存儲、管理和使用，使企業能源管理水平能夠適應企業的發展需要。在企業能效管理系統的指導下，對能源系統采用集中管理和分散控制。

（2）減少能效管理環節，優化能效管理流程，建立客觀的能效評價體系。能效管理系統的建設，可在信息分的析基礎上，實現能效監控和能效管理的流程優化再造，有效實施以大數據為依據的能效評價體系，計效考核，減少能效管理的成本，實現向能效管理要效益。

（3）減少能效系統管理成本，提高生產率。大型企業的能源系統規模較大，結構復雜。傳統維護管理的成本高、工作量大。能效系統的最終目標可以實現遠程監控，簡化能源運行管理，減少日常維護管理成本，提高勞動生產率。

（4）加快能源系統的異常處理能力，提高企業對能源事故的反應能力。通過能效系統迅速從全局的角度了解運行狀況，發現故障點，以便及時采取措施，降低損失。

3 系統架構

3.1 技術路線

企業能效管理系統基于J2EE架構，實現對跨平臺與跨數據庫的支持，以面向對象的模塊化方式設計，海量數據存儲與分析采用Hadoop框架，以大數據分析為基礎，使用HBase、Spring、Hibernate、HTML5、JavaScript、WebSocket、事務處理等成熟技術實現平臺的功能。圖形展現使用HTML5、JavaScript技術，使得系統軟件的頁面更具表現力。

3.2 總體架構

企業能效管理系統由設備傳感層、采集監測層、支撐平臺層、分析決策層四個層次組成。詳細架構如圖1所示。

設備傳感層主要由監測生產企業能源消耗的各種儀器儀表、監測裝置和治理調節控制設備等組成，采集企業的能源信息，并根據監測分析情況對企業能源進行優化調節，達到節能降耗的效果。

采集監測層是采集監控設備傳感層各種儀表、裝置設備數據信息的數據交互中心，實現了對大量實時用能數據的采集、存儲和下行控制信息的發送。

支撐平臺中服務總線提供了一種服務提供方和使用方之間的快速信息交互機制，支持服務的注冊、發布、請求、訂閱、確認、響應等功能，以及服務代理和服務管理功能，滿足服務功能在系統范圍內的使用和共享。服務總線的設計依據JBI規范，在ServiceMix的基礎上進行二次開發。JBI（Java Business Integration，Java業務集成）是一個用于Java應用組件進行集成的標準規范，其目的在于創建一個用于各種組件服務集成運行的環境。JBI規范及API描述了構建基于插件和基于服務設計的企業級服務總線系統的平臺。而ServiceMix則是一個基于SOA架構和事件驅動的企業服務總線（ESB），其完全實現了JBI 標準并開放源碼。它是一個輕量級的JBI容器，可以作為獨立的ESB提供者，也可以作為另外ESB的服務組件。

海量數據存儲采用Hadoop框架的HBase，系統使用分布式存儲大量數據，然后根據業務對海量數據進行分布式計算。HBase具有非常高的性能。HHBase為每一列數據單獨維護了一套索引規則，對于某一具體條數據的查詢可以非常快速的通過B+樹定位數據存儲的位置并將其取出。HBase通常以集群部署，數據被分散到多個節點存儲，當客戶端發起查詢請求時，集群里面多個節點并行的執行查詢操作，最后將不同節點的查詢結果進行合并返回給客戶端。

4 系統功能

企業能效管理系統包括三大子系統：用能效率分析決策子系統、能效管理支撐平臺子系統和能效數據實時監控子系統。

4.1 用能效率分析決策子系統

系統根據企業海量用能數據，構建企業用能數據模型，提供企業能耗分析、節能情況分析、企業電能質量分析評估與治理決策、能源消耗統計臺賬管理、能源成本分析和臺賬管理等能效分析決策功能。

（1）企業能耗分析

能耗分析是以大數據分析為基礎，根據企業實時用能數據模型對現場各場景的能源使用和消耗情況進行分析，包括：各種能耗指標、產品單位產量可比綜合能耗、產品單位產量綜合能耗、單位產值綜合能耗等。

（2）節能情況分析

系統參照節能效果測驗和驗證規程（IPMVP），實時分析節能行動的效果和完成情況；用戶可以在線分析和統計本歷年能源消耗情況和同期對比節能情況。

（3）企業電能質量分析評估與治理決策

系統實時監測能源系統中電能質量和諧波分量，通過圖表使用戶及時了解用電環境，避免諧波危害和電能質量問題的產生，降低供電系統中的諧波和無功損耗。系統對電能質量數據的整理歸納、統計分析，將電能質量實時監測、分析決策與綜合治理作為一個系統工程，把分析軟件、監測裝置和治理設備有機結合在一起，實現實時監測精確化、分析決策智能化、綜合治理科學化。

（4）能源消耗統計臺賬管理

系統提供能源消耗臺帳管理功能，能按照各監測點或生產設備的臺帳，對能源消耗情況進行統計分析；系統提供豐富的管理報告包括各日報、旬報、周報、月報、季報，根據生產區域和動力介質類型形成報告；系統提供各種圖形化數據查詢報表。

（5）能源成本分析和賬單管理

系統可以通過財務或ERP系統實時獲取能源價格及費率信息；依據能源使用量計算能源成本；分攤后獲取單位產品和分支單元的能源成本信息；企業內部可橫向/縱向比對能源使用費用。在系統中可錄入所有能源數值（電力、煤氣、蒸汽、水等），結合獲取的費率信息生成關聯業務的財務帳單，使成本可考核與監管。

4.2 能效管理支撐平臺子系統

能效管理支撐平臺子系統是實現基于大數據的用能數據分析、計算和歸納整理的處理中心，包括系統的權限管理和安全控制、基礎參數管理、圖形工具、設備信息臺賬、數據存儲、分析技術和決策計算管理、報表服務等功能。

（1）安全控制及權限管理

安全控制及權限管理模塊是軟件平臺的核心基礎模塊之一，主要從安全的角度提供對各業務系統資源訪問權限的通用授權管理機制。根據軟件平臺設置的安全規則及安全策略，使用戶可以訪問而且只能訪問被授權的系統資源。其他應用模塊通過與安全控制模塊集成可以實現身份認證、權限鑒別和資源訪問的安全控制，并通過API方式提供權限相關數據的查詢。

（2）報表服務

報表模塊為系統中的報表提供設計和運行支持。報表模塊由報表編輯器、報表服務組成。用戶在報表編輯器中編輯報表后，可發布到報表服務器上，由報表服務器為報表提供運行環境和提供報表服務的支持，利用平臺的集成設施訪問數據，并且可通過報表統計服務進行數據運算。報表服務同時提供監控管理功能。

4.3 用能數據實時監測子系統

企業能效數據實時監測子系統是能效管理系統的基礎，是用戶配電網絡與用電設備電能運行數據的源泉，也是能效管理可視化的基礎。實時監測子系統通過多種通信方式，實現收集分布在各處的企業能效數據，企業電能質量數據，生產設備用能數據，企業水、氣、風、溫度和濕度等環境數據，利用標準的通信協議，把電能監測儀、電能質量監測裝置及各種監測儀器儀表的數據，以通信服務器、以太網、RS-485通信網絡、WIFI網絡、4G網絡等通信手段，將企業用能數據實時傳送到能效管理平臺，實現數據的存儲、分析和展現。

企業用能數據實時監測子系統實現各種用能表計、裝置、儀器數據的采集、采集任務調度、通信信道管理及響應其他系統的數據交互請求。

5 結語

企業能效管理系統能夠實時監控各種能源的詳細使用情況，為節能降耗提供直觀的依據，為企業查找能耗情況，促進企業降低運營成本提高管理水平，促使能源合理使用，達到節能減排、節能降耗的目的。通過對能效數據的分析，可以幫助企業對主要耗能設備進行實時考核，幫助企業進一步優化工藝流程，以降低單位能耗成本，提高企業綜合競爭力。

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（作者單位：南瑞研究院北京研發中心）

作者簡介：李英吉（1982—），男，遼寧鞍山人，工程碩士，工程師，長期從事電力信息化系統的設計與開發工作。