淺析能耗管理系統在企業(yè)中的應用

摘要：能耗管理系統是對能源消耗的一種監控管理系統，它可以實(shí)時(shí)監測各類(lèi)型能源使用的情況，自動(dòng)分析各設備的能耗、能效情況并給出合理建議，從而進(jìn)一步對設備進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現企業(yè)對能源使用的較好配置，確保所有設備處于高效、節能、減排的運行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：能源管理 能耗采集 能耗分析 用能監測

 

1.1 能源管理概述

        能源的消耗是持續的，沒(méi)有規劃地任意使用是不可取的，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境資源壓力越來(lái)越大，節能減排形勢嚴峻，在中國，持續高速的經(jīng)濟增長(cháng)的同時(shí)也引發(fā)了能源供應危機等問(wèn)題。節能減排、低碳環(huán)保不再只是一個(gè)社會(huì )的熱點(diǎn)話(huà)題，更是我們未來(lái)的必經(jīng)之路。認真貫徹落實(shí)黨的精神，要求加快推進(jìn)節能降耗，加快實(shí)施清潔生產(chǎn)，加快資源循環(huán)利用，向節約、清潔、低碳、高效生產(chǎn)方式轉變，實(shí)施節約與開(kāi)發(fā)并舉、把節約放在前位的能源發(fā)展戰略。

       一個(gè)企業(yè)建設能耗管理系統不僅能夠滿(mǎn)足公司對能源管理的需求，而且能夠隨企業(yè)的持續發(fā)展而拓展。利用該系統能夠有效降低企業(yè)因能源消耗數據統計、表單維護以及報表、數據處理而產(chǎn)生的費用，通過(guò)對監測數據進(jìn)行在線(xiàn)分析，幫助企業(yè)進(jìn)行能源消耗的實(shí)時(shí)監測、準確統計和詳細預測，最終為企業(yè)節能降耗和自我完善提供確鑿的數據基礎和有力的決策支持。

1.2 企業(yè)現狀分析

      能耗數據信息是企業(yè)的重要能耗點(diǎn)和關(guān)鍵指標，多數企業(yè)并沒(méi)有充分運用信息化集中管理手段，采集某個(gè)車(chē)間或設備的能耗信息，沒(méi)有該信息就無(wú)法在生產(chǎn)過(guò)程中準確分析能量消耗情況和成本情況，造成了能耗在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有起到關(guān)鍵作用和指導作用。大多數企業(yè)仍然使用的老式儀表并沒(méi)有預留數據通信接口，儀表無(wú)法形成網(wǎng)絡(luò )連接，能耗等信息的采集主要靠傳統的人工抄表進(jìn)行數據記錄，工作強度大，人工易出錯造成數據不準確，數據無(wú)法通過(guò)結構化存儲，無(wú)法在企業(yè)內部通過(guò)信息化系統之間共享。

1.3 企業(yè)管理需求

1.3.1 用電監控

       能耗管理系統主要目標之一是采集與監測用電信息，建立企業(yè)的能耗數據中心，為企業(yè)的精細化運營(yíng)、生產(chǎn)成本的降低提供數據管理平臺：通過(guò)實(shí)時(shí)、準確采集電力數據，解決原人工完成的電力數據采集任務(wù)；通過(guò)數據分析及時(shí)發(fā)現電力能耗問(wèn)題，通過(guò)能耗總量走勢分析、電總能耗的偏差分析、電能耗按設備或區域進(jìn)行對比、環(huán)比分析等，為企業(yè)生產(chǎn)運營(yíng)提供有力的決策數據；實(shí)現設備的智能化用電，提高電能利用率，達到節能效果；對重點(diǎn)工作流程的電能耗指標、單位產(chǎn)品能耗指標等進(jìn)行監控，對規定的節能目標設置警戒線(xiàn)，對未達目標的指標進(jìn)行自動(dòng)告警、動(dòng)態(tài)監測及在生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監測；

1.3.2 用水監控

        可以在廠(chǎng)區地圖上按照區域監控各個(gè)廠(chǎng)區、車(chē)間的工業(yè)用水、生活用水、綠化用水等實(shí)時(shí)數據。實(shí)時(shí)顯示用水計劃情況，有效監督整個(gè)廠(chǎng)區用水管理。

1.3.3 用氣監控

       可以實(shí)現對整個(gè)廠(chǎng)區的天然氣、壓縮空氣、高溫蒸汽等氣體能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和使用安全進(jìn)行集中管理，達到有效避免浪費及規范操作的目的。

1.3.4 能耗分析

       能源成本分析和賬單管理；能源消耗統計臺賬與報表。

1.4解決思路

       通過(guò)對原有水、電、氣表進(jìn)行替換，改用具有通訊遠傳功能的智能監測儀表，采集檢測數據后，上傳至通訊管理服務(wù)器，能耗管理系統對能耗使用情況進(jìn)行分析與呈現。

1.5 能耗管理系統基本功能

1.5.1 在線(xiàn)監測：

實(shí)時(shí)查看各監測點(diǎn)的多種能耗指標，包括電壓、電流、負荷、電量，用水流量、用氣流量等。

1.5.2 統計分析：

        從費用、能耗、指標三部分出發(fā)，分為日、月、年三大模塊，并通過(guò)能源消耗軌跡圖、表格等多種形式，反映用能設備的能源消耗情況。且便于操作、查看歷史數據。

1.5.3 數據分析比較

單臺用能設備不同時(shí)間段內的能耗指標差異的比較，及同一時(shí)間段內同類(lèi)能源設備的能耗指標差異的比較，指導用戶(hù)進(jìn)行能耗使用的管理。

1.5.4 分析結果展現形式：

       能耗管理系統可在服務(wù)器界面展示，也可通過(guò) APP 或 微信服務(wù)號展示相關(guān)信息，用戶(hù)可隨時(shí)時(shí)了解配電室現場(chǎng)運行情況、水、氣能源消耗情況。平臺同時(shí)具有故障及時(shí)報警、信息推送等功能。

2.1 設計目標

        能耗管理系統是應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結合現代合理用能管理思想為企業(yè)構建的信息系統，其目標是讓企業(yè)通過(guò)智能化能耗管理系統科學(xué)用能，實(shí)現“安全、可靠、經(jīng)濟、高效、潔凈"的用能目標和用能管理的“可視化"。

        通過(guò)用能管理的“可視化"運用，幫助企業(yè)改變用能方式、提升用能效率、優(yōu)化資源配置及改善用能環(huán)境，最終實(shí)現：減少能源消耗，降低用能成本。

       能耗管理系統包括能效管理應用層、網(wǎng)絡(luò )通訊層、現場(chǎng)設備層。

       能效管理應用層：完成數據采集、校驗、分析、處理、輸出、系統維護、授權使用、權限分級控制等；并可將現場(chǎng)運行的重要數據、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。

        網(wǎng)絡(luò )通訊層：現場(chǎng)采用RS485、以太網(wǎng)、5G、WIFI等傳輸方式，將區域內的能源采集模塊連接至相對的通訊管理機，各通訊管理機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接至中央服務(wù)器。

       現場(chǎng)設備層：現場(chǎng)設備層負責電、水、氣參數的采集和上傳?，F場(chǎng)設備層有多功能電力儀表、多功能電能表、水、氣能等采集裝置組成。

2.2 結構設計

2.2.1系統結構

       能耗管理系統包括能效管理應用層、網(wǎng)絡(luò )通訊層、現場(chǎng)設備層。

       能效管理應用層：完成數據采集、校驗、分析、處理、輸出、系統維護、授權使用、權限分級控制等；并可將現場(chǎng)運行的重要數據、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。

        網(wǎng)絡(luò )通訊層：現場(chǎng)采用RS485、以太網(wǎng)、5G、WIFI等傳輸方式，將區域內的能源采集模塊連接至相對的通訊管理機，各通訊管理機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接至中央服務(wù)器。

        現場(chǎng)設備層：現場(chǎng)設備層負責電、水、氣參數的采集和上傳?，F場(chǎng)設備層有多功能電力儀表、多功能電能表、水、氣能等采集裝置組成。

 

 

 

能耗管理系統示意圖

2.2.2功能結構

       數據采集結構

       收集分布在企業(yè)配網(wǎng)中的能耗數據，如將電壓、電流的模擬信號轉換成數字信號，將電能數據傳輸到數據主站；主要設備有多功能電力儀表、485通信服務(wù)器、485 通信網(wǎng)絡(luò )、5G通信網(wǎng)絡(luò )等，系統將各種傳感器互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò )與主站系統連接。

        數據中心結構

        包括數據主站系統、數據庫系統和數據處理系統與信息發(fā)布系統：

        數據主站系統: 接收企業(yè)傳感器采集的數據進(jìn)行解析及存儲，同時(shí)向企業(yè)傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數據;

        數據庫系統：存儲企業(yè)能耗指標數據和數據處理系統的處理結果;

       數據處理系統：完成企業(yè)能耗數據加工。系統包括應用服務(wù)器、數據分析模型、信息展示模型、智能用電模型等;

       信息發(fā)布系統：將企業(yè)管理信息發(fā)布到 Web 服務(wù)器，企業(yè)通過(guò)登陸互聯(lián)網(wǎng)獲取電能管理信息。系統包括 Web 服務(wù)器、Web 應用、信息安全系統等。

3.1 系統概述

       能耗管理系統是采用先進(jìn)的智能化集成技術(shù)，基于B／S架構的能源管理平臺，該平臺采集各個(gè)能耗監測點(diǎn)的能耗和運行信息，形成能耗的分類(lèi)、分項、分區域統計分析，對能源的統一調度、優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低企業(yè)綜合能耗和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有重要作用，幫助客戶(hù)更優(yōu)化的使用能源，從而實(shí)現“節能管理、綠色能效"。

3.2平臺架構

        能耗管理系統采用B／S多層結構。在B／S模式中，客戶(hù)端運行標準的瀏覽器軟件，通過(guò)HTTP協(xié)議向Web 服務(wù)器提出頁(yè)面訪(fǎng)問(wèn)請求，頁(yè)面執行相應的邏輯程序（一般通過(guò)組件訪(fǎng)問(wèn)數據庫），Web服務(wù)器再將頁(yè)面程序執行返回的結果進(jìn)行轉化，轉變成HTML文檔形式轉發(fā)給客戶(hù)端瀏覽器。信息發(fā)布系統：將企業(yè)管理信息發(fā)布到Web服務(wù)器，企業(yè)通過(guò)登陸互聯(lián)網(wǎng)獲取電能管理信息。系統包括Web服務(wù)系統采用三層體系結構，可以滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化需求以及系統安全性等方面的需要；同時(shí)保持系統核心架構的穩定性，從而可以保證定制系統的質(zhì)量、穩定性、開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)成本等方面的要求。

        能耗管理系統包括能效管理應用層、網(wǎng)絡(luò )通訊層、現場(chǎng)設備層。

3.3 系統功能介紹

       （1）用戶(hù)登錄認證功能。系統可采用用戶(hù)名和登陸密碼認證登錄，進(jìn)入主界面后會(huì )自動(dòng)彈出新增告警信息，提醒值班及運維人員及時(shí)查看和處理。

     （2）能源看板功能。通過(guò)能流圖形象的將該企業(yè)各部門(mén)主要設備用能情況展示出來(lái)。

     （3）能源監控功能。能源監控展示的實(shí)時(shí)數據和歷史數據，通過(guò)數字表格或圖形曲線(xiàn)的方式將數據形象的展示出來(lái)。

     （4）能源統計功能。能耗統計包括分項能耗、部門(mén)能耗和能耗排名這三部分，將企業(yè)中各部門(mén)及各監測點(diǎn)實(shí)際用能情況，通過(guò)不同的展示方式展示出來(lái)。

     （5）能耗分析功能。能耗分析包括企業(yè)用能分析、部門(mén)綜合能耗、設備用能分析和指標綜合分析這四類(lèi)，將企業(yè)中各部門(mén)及各監測點(diǎn)實(shí)際用能情況，通過(guò)不同的分析方式展現出來(lái)。

     （6）報表功能。報表功能分為日報表、月報表和年報表。通過(guò)多樣化的報表服務(wù)滿(mǎn)足生產(chǎn)現場(chǎng)的多種多樣需求。報表設有打印功能，可定時(shí)自動(dòng)打印或觸發(fā)條件打印，并可導出到excel 表格中，顯著(zhù)減少抄表工作的人力成本，提高用戶(hù)的經(jīng)濟效益。

       （7）告警功能?？稍O置和提示設備的能耗等告警信息。

       （8）APP或微信功能。通過(guò)APP或微信服務(wù)號及時(shí)了解設備現場(chǎng)運行情況、能源消耗情況、實(shí)現故障及時(shí)報警，信息推送等功能。

3.4 網(wǎng)絡(luò )傳輸方案

      采用嵌入式低功耗ARM核心的工業(yè)級嵌入式智能網(wǎng)關(guān)，作為站端監控系統的核心，解決各類(lèi)現場(chǎng)設備接入、數據傳輸和協(xié)議轉換問(wèn)題，提供完整的協(xié)議層解決方案，支持各種常見(jiàn)電力系統通信規約，可定制私有協(xié)議，同時(shí)具有事件處理功能。 支持數據凍結和階段性存儲。支持向云平臺的數據傳輸，并可接收云平臺的指令實(shí)現就地控制、自動(dòng)巡檢等功能，支持遠程系統升級。

3.5 服務(wù)器部署方案

        選用一臺應用服務(wù)器和一臺數據庫服務(wù)器，實(shí)現業(yè)務(wù)和數據分離的架構，服務(wù)器部署在企業(yè)內部，企業(yè)內需要有互聯(lián)網(wǎng)連接，可將系統訪(fǎng)問(wèn)接口發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)，便于后期的數據訪(fǎng)問(wèn)。

 

      （1）實(shí)現對企業(yè)所使用的各種能源進(jìn)行全面計量，對企業(yè)的水、氣、電能耗數據實(shí)現遠程抄表，能耗數據界面化，對比分析能耗報表，實(shí)施監控和考核。杜絕跑、冒、滴、漏現象的發(fā)生，分析比較能耗歷史數據，為節能技改提供科學(xué)依據。

      （2）通過(guò)手機APP或網(wǎng)頁(yè)，生產(chǎn)企業(yè)可以通過(guò)能源消耗監測及大數據分析云計算中心對生產(chǎn)的設備進(jìn)行遠程加解密、設備故障報警。

      （3）通過(guò)采集與監測能耗信息，建立企業(yè)的能耗數據中心，為企業(yè)的精細化運營(yíng)、生產(chǎn)成本的降低提供數據支撐。

      （4）減少值班人員工作強度，避免人工抄表的數據不準確因素，提高事故的反應速度及解決效率。

      （5）通過(guò)數據分析及時(shí)發(fā)現能耗問(wèn)題，通過(guò)能耗總量走勢分析、能耗的偏差分析，能耗按設備或區域進(jìn)行對比、環(huán)比分析等，為公司生產(chǎn)運營(yíng)提供有力的決策數據；提高能源利用率，達到節能效果。

 

5.1概述

       Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。 用戶(hù)僅需購買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

       該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

5.2應用場(chǎng)所

       本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

5.3平臺結構

 

 

5.4平臺功能

?電力集抄

       電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設 備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

 

變壓器監控

 

配電圖

?能耗分析

        能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng) 化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用先進(jìn)的數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析 與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

 

能耗概況

 

 

 

?預付費管理

          1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

          2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

          3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

          4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

          5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

          6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

?充電樁管理

        通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

?智能照明

       智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

 

監控頁(yè)面

?安全用電

        安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現第一時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

?智慧消防

        通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

5.5系統硬件配置

 

 

6 結束語(yǔ)         

        該系統在實(shí)時(shí)監測各種類(lèi)型能源的能耗，通過(guò)相同設備能效指標對比，及時(shí)發(fā)現低能效設備，進(jìn)而對設備進(jìn)行優(yōu)化，提高設備性能；通過(guò)對運行參數監測，讓所有設備節能高效地運行，以實(shí)現企業(yè)對能源使用的配置，最終實(shí)現企業(yè)節能、減排的目的。

 

參考文獻

1 唐昱佳.基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗管理系統設計計算機應用與軟件.2011（12）

2 李莉.淺談能源管理在節能降耗中的作用.中國能源，2002年

3 姜萍.能源計量在節能減排中的應用.低碳世界.2017

4吉朝輝，周軼.淺談能源管理系統在企業(yè)中的應用

5 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡(jiǎn)介：

柏為為，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力物聯(lián)網(wǎng)的設計與應用