现代信息化工业能源监控系统实现分析研究

王丽平++孙石++蔡长青

[摘要]现代信息化社会的发展要求对工业领域的所有能源进行科学的监控和管理，而目前对于工业能源的使用存在诸多突出的问题，缺乏大量的现场数据作为支撑条件，不能科学、全面、准确地管理，需要建立信息化的能源监控系统进行指导。因此，工业能源监控系统的实现需要从客观现状、系统实现分析方法、实现策略等三方面进行分析，才能更好地进行实施，增强系统的实用性。

[关键词]工业能源；信息化；监控系统；实现原则分析

[DOI]1013939/jcnkizgsc201650036

传统形式对工业能源的管理过程一般是基于人工的离线过程，而非实时的。在工业信息化飞速发展的当前，大中型工业能源的用能企业和产能企业的产品设备、生产工艺、控制流程等基本正在向高度自动化和高度信息化的方向发展，只能完成离线能源管理的管理系统已经不能适应大部分企业高速发展的需求，因此迫切地需要实现对工业能源的自动化监控，以能源最优运行为目标，开发企业能源运行的在线实时管理功能。

1客观现状

我国由于能源利用率低而成为能源消耗大国，因此，在“十二五”期间，工业领域转型升级的突破口和重要切入点之一就是工业的节能降耗，提高能源的管理和控制力度，对企业加快以节能降耗为核心的技术改造。所以实现能源的信息化监控管理是一项符合我国中长期发展规划要求的重大决策，本技术一旦实现，可以广泛推广，具有显著的节能效果，在增进企业效益、环保节能方面具有十分重要的意义。

着眼于我国现阶段以及未来中、长期节能发展目标，目前仍以全面管控、技术节能为主，其中采用信息化节能管理是其中非常重要的一种方式，必须从战略和全局的高度，充分认识做好工业节能工作的重要性、艰巨性和紧迫性，切实采取有效措施，大幅提高能源利用效率，突破资源环境瓶颈制约，促进工业发展方式实现根本性转变。[1]

我国积极支持和大力提倡的是以信息化节能监控技术为核心的能源管理方式，该方式实现容易，结构简单，普及速度快，成效显著。因此，为了更高效率地实现节能，不需要不断地改进节能方式，研发节能新技术，逐步推出适应现代工业能源领域的先进的节能控制技术。

目前全球所面临的最大问题是能源紧缺与环境恶化。放眼国际，竞争环境的变化对我国工业节能降耗构成严峻挑战。国际社会应对气候变化博弈日趋激烈，绿色贸易壁垒正在加速形成，一些发达国家对出口国产品的能效水平和碳足迹提出更高要求。我国制造业总体上处于产业价值链中低端，产品资源能源消耗高，出口将面临巨大压力。[2]

我国持续高速的经济增长成为过去几年甚至未来全球经济的最大亮点，但与此同时，我国也承受了巨大的压力，那就是能源供应危机及环境保护。从居室照明和采暖，以及与生活息息相关的水、电、气、油、煤等资源，到工商业所需的电力资源，社会生活所需的各种形式的能源正在被消耗着。能够被有效利用的能源占绝大部分，但也有大量的能源每天被浪費着，因此能源浪费和使用效率低下是当前亟须解决的问题。[3]节能增效已经成为社会经济发展的必然要求，越来越多的企业、机构和个人都投身到节能降耗的工作当中。如何能够更好地管理和使用、控制能源是当前的重中之重，只有通过建立信息化的智能监控系统才能够充分利用能源，达到高效节能的目标。

2系统实现分析

我国是能源消耗大国，因此能源的高效利用和信息化管控是当前的重点，实现社会能源的有效利用需要通过建立信息化的智能监控系统支撑，要实现智能管控，应该从社会可行性、经济可行性和技术可行性三方面来进行分析研究。

21社会可行性

目前，工业企业的节能情况差异非常大，能源管理水平悬殊，当前多数企业存在能源管理问题，具体表现在：缺乏专门的能源管理体系和先进的管理手段，能源管理人员水平参差不齐，行业视野有限；对能源使用的监管不细致，找不到合理的方法，找不到或找不准节能点，没有一个详细的评测手段。概括地讲，就是普遍存在能源信息基础薄弱，能源管控技术水平不高的状况，因而不能及时发现企业存在的某些环节上的能源浪费以及存在的节能潜力。[4]

工业企业是能源消费大户，存在能源浪费现象。降低能源消耗，减少能源浪费，工业企业是重点。目前社会上对能源进行管理和控制的方法技术多种多样，但是大部分都缺乏统一准确的用能情况监测数据做支撑，往往仅凭经验来降低能耗指标，没有做到管理和指导的全面性、科学性和准确性，造成能源的巨大浪费，因此需要建立一套科学合理的信息化能源监控管理系统来减少不必要的能源损耗，并进行有效的管控。

22经济可行性

对工业能源进行信息化管理控制在我国是个新兴产业，既要考虑系统使用的稳定高效，还要考虑供能企业的运营成本及产品设备的升级改造，以及用能用户的改造成本问题。

目前所采用的能源管理机制是借鉴西方经济国家的“合同能源管理”思想引进并逐步发展起来的，至今已经有十几年的历史，虽然没有实现信息化的智能管理，但是在能源服务产业领域也得到了快速发展，特别是“十二五”期间和最近几年，国家在财税、金融、技术等方面相继出台了多个支持能源服务产业发展的扶持政策，进一步地促进了能源管理产业的飞速发展。[5]

目前能源管理服务产业规模逐年大幅递增，2011年能源管理服务产业产值更是首次突破1000亿元，达到1250亿元，2012年达到1653亿元，同比增长32%。预计“十三五”期间，我国能源管理服务产业将步入规模化发展轨道，“十二五”末能源管理服务产业产值可突破3000亿元。能源管理产业已被国家确定为重点培育和发展的七大战略性新兴产业之一，产业发展潜力巨大，拉动经济增长前景广阔。[6]据测算，到2015年，我国技术可行、经济合理的能源管理潜力超过4亿吨标准煤，可带动上万亿元投资。

如果在此基础上能够全面地改进目前的能源管理服务机制，实现全面的智能化、信息化管理控制系统，就可以更大程度地达到能源的高效利用。

23技术可行性

目前的能源管理系统是在普通信息系统和自动化系统基础上的传统模式，缺乏在能效传输和使用中的诊断技术，且大部分基本没有对远程设备采用物联网技术，能效管理力度不高，信息化程度低，节能效果不明显。而新型的能源管理系统通过机理建模和机器学习相结合的方法，以用能设备、耗能工序和能量系统之间的关系为重点建立能效分析模型，确定一种新型的能源管理模型，并进行软件的开发，能够弥补传统模式的不足，增强了系统的实用性。

由于企业工艺装备处于落后水平，企业管理手段也没有达到先进水平，使得我国工业企业的能源利用效率低下。虽然经过十几年的不断努力，工业能耗也有所降低，但与国际先进水平相比我国企业的单位工业产品能耗仍存在较大差距，能源利用效率空间巨大，这就为能源管理系统技术的应用提供了广阔的前景。

随着国家能源节能政策的大力推动，企业的能源利用意识不断提高，以及逐步上涨的能源价格和国家对工业能源使用指标的硬性规定等，这些都为能源高效利用技术的应用提供了很好的环境，具有很强的竞争优势。

3实现策略

作为能源消耗主要群体的工业企业，是实现能源高效利用的主体和重点，国家高度重视工业能源节能技术，曾先后出台了《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《工业转型升级规划（2011—2015 年）》《国务院“十二五”节能减排综合性工作方案》《节能减排规划（2011—2015 年）》等，作为“十二五”全国工业能源利用的指导性文件。[7]我国的工业化、城镇化正处于深入发展阶段，飞速发展的经济社会对能源具有极大的需求，能源资源和环境约束形势越来越严峻。工业发展对能源的需求继续增加，工业和高耗能行业对国内生产总值的贡献率呈下降趋势，国家对能源的节能减排约束性指标要求工业加快转变发展方式，传统的能源资源高消耗的粗放型工业发展道路已经不能适应现代社会的发展，大批量的工业企业的转型升级为能源的高效利用提供了良机。

31系统实现目标

系统的主要目标是实现对能源使用信息的监控管理，为此需要配备完善的能源计量器具，采集精确的能源使用情况数据，使用合理的数据传输技术，建立健全能源计量系统，完善各项能源消耗的监测网络，实现用能单位监测的实时性、准确性和完整性。[8]通过建立一套工业能源信息化管理监控系统来统一地对各项能源消耗进行监测和控制，及时反映用能企业能耗水平，为进一步分析用能效率提供客观、公正和科学的基础数据，为用能企业节能降耗工作提供新的动力。

32系统实现策略

实现系统的能源运行管理包括动力能源管理、能源供应管理、能源消费管理。同时涉及采购、运输、仓储、动力、生产消费等多个环节。数据来源于同一数据库，各个部门围绕统一的信息进行分析和决策。利用能源测量和计量器具采集实时和非实时能源数据，并建立能源信息管理专用数据库，以便进行后期的分析和处理。具体的实现策略主要包括以下几方面。

第一，系统数据库管理层采用双机冗余的数据采集服务器和数据发布服务器模式共存技术；第二，针对信息数据的远程传输及实时显示Web发布技术，采用GPRS无线传输和有线技术相结合的方法；第三，对采集的用能信息进行实时分析诊断、处理和预警；第四，实现集查询、修改、删除和控制于一体的真正面向企业管理的监控系统平台；第五，针对能源数据的采集主要分为实时和非实时两种。实时数据来自于本项目研制的工业能源信息化管理监控系统的在线采集，也可以通过安装数字仪表设备来补充缺少的数据，在预设的时间间隔内实现自动收集，并存储到实时数据库中，从而实现能效指标的在线计算与动态分析。非实时获取的数据可以从用能企业的计算机系统中获取，或者由工作人员直接录入到管理监控系统中；第六，系统数据库采用双机冗余技术的目的是为了防止数据丢失，在一台数据库服务器出现故障时，另一台检测到主机数据库停止后自动采集并存储数据，在主机恢复后，会自动拷贝到主机数据库中；第七，針对数据传输技术的实现，主要依靠当今先进的现场总线技术、网络通信技术、计算机技术，经过网络布线、通信网络、GPRS技术的结合，通过系统软件设计实现信息数据的远程传输及实时显示；有的场合可以使用有线通信技术实现，而有的条件不具备的必须采用GPRS无线传输技术来实现；第八，为了保证采集的用能信息数据的准确有效，需要对数据进行验证。常用的方法是将非同源的数据放在一起进行比较，也可以和历史数据对比来发现异常。对于异常的数据应该进一步分析并解释原因，错误的数据必须剔除，以免对能效分析产生干扰，充分体现能源使用的实时性、可靠性和准确性；实现集数字化、智能化、网络化一体的管理监控系统，采用统一的能源数据仓库技术、完善的数据分析技术、丰富的报表功能、自由数据钻取技术、灵活的算法扩展技术、基于数据层的数据安全技术，并具有良好的接口和兼容性，市场需求巨大，前景非常广阔。

33系统实现前景展望

系统着眼于实施能源消耗总量控制，将对工业发展形成硬约束。加大节能降耗力度，进一步提高工业能源利用效率和能源生产率，改造提升传统制造业，是建立资源节约型、环境友好型产业结构和生产方式的必然选择。全球范围内发展绿色经济、倡导低碳生活越来越受到重视并逐渐成为新趋势，大力发展节能环保低碳产业，成为抢占未来发展制高点的核心价值观。[9]坚持以提升工业能源利用效率为主线，以科技创新为支撑，以政策法规为保障，加快淘汰落后生产能力，大力推进工艺、装备、产品的结构调整和技术进步，加快以节能降耗为核心的企业技术改造，强化重点用能企业节能管理，加强信息通信技术在节能降耗中的应用，必将产生巨大的经济和社会效益。

系统一经实现应用，首先受益的就是企业，随着企业能源节能意识增强，必将为大多数企业所接受，最终也将带来巨大利润；其次可以使企业管理水平提高，可同时应用于机关事业单位，节能效果显著，包括对水、电、气、热等的监控，一经实施可节约大量能源，具有良好的社会和生态效益，应用前景广泛。

4结论

随着原材料和人力成本上涨，我国工业企业产品生产竞争以及能源节能环保的压力日渐增长，工业企业能源管理智能化信息系统得到了越来越多的企业重视并正在着手建设。基于能效分析模块的工业企业能源管理信息系统及应用软件，能够在能效分析方面增强企业能源管理的实用性，开拓了将来企业能源管理信息系统的新思路，转化开发后可有效满足市场的需要，并且市场需求潜力巨大。

基于能效分析模块的工业企业能源管理信息系统适合工业企业并完全可以满足企业能源管理需要，其技术达到国内先进水平。该系统产业化后，将对节能服务产业的发展起到助推作用，同时，也将大大提高企业核心技术实力，增强企业发展后劲，从根本上提升企业的竞争力和节能服务水平，一经应用，会减少能源消耗，对社会环境起到极大的净化作用。

参考文献：

[1] 蒋平，李博，曾文清马钢新区能源中心的建设与探讨[J].冶金能源，2009，28（3）：3-5

[2] 郑士君，黄爱平海运企业能效管理信息系统研发[J].中国航海，2010，33（4）：53-56

[3] 宋小磊，陈贵军，赵书平工业企业能源管理信息系统研究[J].节能，2011（9）：59-62

[4] 张晓丽浅谈企业能源监测管理系统解决方案（下）[J].中国工控，2011

[5] 张凯，姜晓红，闫献国，等中小制造企业ERP系统的设计与实现[J].机械工程与自动化，2011（3）：22-25

[6] 刘慧萍区域分布式能源的智能微网能源管理[J].电力与能源，2012，33（5）：414-417

[7] 朱跃中美国能源管理体系及能源与环境领域发展趋势[J].环球经济，2010（3）：72-74

[8] 刘元明，田伟，单绍磊基于物联网技术的新矿集团能源监测系统平台研究[J].中国煤炭，2012（5）

[9] 李青松，韩真理，李晓华贵州高产高效煤矿能源管理浅析[J].中国煤炭，2011（3）