王麗平++孫石++蔡長青

[摘要]現(xiàn)代信息化社會(huì)的發(fā)展要求對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的所有能源進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)控和管理，而目前對(duì)于工業(yè)能源的使用存在諸多突出的問題，缺乏大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為支撐條件，不能科學(xué)、全面、準(zhǔn)確地管理，需要建立信息化的能源監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)。因此，工業(yè)能源監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要從客觀現(xiàn)狀、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分析方法、實(shí)現(xiàn)策略等三方面進(jìn)行分析，才能更好地進(jìn)行實(shí)施，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)能源；信息化；監(jiān)控系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)原則分析

[DOI]1013939/jcnkizgsc201650036

傳統(tǒng)形式對(duì)工業(yè)能源的管理過程一般是基于人工的離線過程，而非實(shí)時(shí)的。在工業(yè)信息化飛速發(fā)展的當(dāng)前，大中型工業(yè)能源的用能企業(yè)和產(chǎn)能企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)備、生產(chǎn)工藝、控制流程等基本正在向高度自動(dòng)化和高度信息化的方向發(fā)展，只能完成離線能源管理的管理系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)大部分企業(yè)高速發(fā)展的需求，因此迫切地需要實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)能源的自動(dòng)化監(jiān)控，以能源最優(yōu)運(yùn)行為目標(biāo)，開發(fā)企業(yè)能源運(yùn)行的在線實(shí)時(shí)管理功能。

1客觀現(xiàn)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(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破口和重要切入點(diǎn)之一就是工業(yè)的節(jié)能降耗，提高能源的管理和控制力度，對(duì)企業(yè)加快以節(jié)能降耗為核心的技術(shù)改造。所以實(shí)現(xiàn)能源的信息化監(jiān)控管理是一項(xiàng)符合我國中長期發(fā)展規(guī)劃要求的重大決策，本技術(shù)一旦實(shí)現(xiàn)，可以廣泛推廣，具有顯著的節(jié)能效果，在增進(jìn)企業(yè)效益、環(huán)保節(jié)能方面具有十分重要的意義。

著眼于我國現(xiàn)階段以及未來中、長期節(jié)能發(fā)展目標(biāo)，目前仍以全面管控、技術(shù)節(jié)能為主，其中采用信息化節(jié)能管理是其中非常重要的一種方式，必須從戰(zhàn)略和全局的高度，充分認(rèn)識(shí)做好工業(yè)節(jié)能工作的重要性、艱巨性和緊迫性，切實(shí)采取有效措施，大幅提高能源利用效率，突破資源環(huán)境瓶頸制約，促進(jìn)工業(yè)發(fā)展方式實(shí)現(xiàn)根本性轉(zhuǎn)變。[1]

我國積極支持和大力提倡的是以信息化節(jié)能監(jiān)控技術(shù)為核心的能源管理方式，該方式實(shí)現(xiàn)容易，結(jié)構(gòu)簡單，普及速度快，成效顯著。因此，為了更高效率地實(shí)現(xiàn)節(jié)能，不需要不斷地改進(jìn)節(jié)能方式，研發(fā)節(jié)能新技術(shù)，逐步推出適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)能源領(lǐng)域的先進(jìn)的節(jié)能控制技術(shù)。

目前全球所面臨的最大問題是能源緊缺與環(huán)境惡化。放眼國際，競(jìng)爭環(huán)境的變化對(duì)我國工業(yè)節(jié)能降耗構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。國際社會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化博弈日趨激烈，綠色貿(mào)易壁壘正在加速形成，一些發(fā)達(dá)國家對(duì)出口國產(chǎn)品的能效水平和碳足跡提出更高要求。我國制造業(yè)總體上處于產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中低端，產(chǎn)品資源能源消耗高，出口將面臨巨大壓力。[2]

我國持續(xù)高速的經(jīng)濟(jì)增長成為過去幾年甚至未來全球經(jīng)濟(jì)的最大亮點(diǎn)，但與此同時(shí)，我國也承受了巨大的壓力，那就是能源供應(yīng)危機(jī)及環(huán)境保護(hù)。從居室照明和采暖，以及與生活息息相關(guān)的水、電、氣、油、煤等資源，到工商業(yè)所需的電力資源，社會(huì)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(fèi)著，因此能源浪費(fèi)和使用效率低下是當(dāng)前亟須解決的問題。[3]節(jié)能增效已經(jīng)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求，越來越多的企業(yè)、機(jī)構(gòu)和個(gè)人都投身到節(jié)能降耗的工作當(dāng)中。如何能夠更好地管理和使用、控制能源是當(dāng)前的重中之重，只有通過建立信息化的智能監(jiān)控系統(tǒng)才能夠充分利用能源，達(dá)到高效節(jié)能的目標(biāo)。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(dāng)前的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)能源的有效利用需要通過建立信息化的智能監(jiān)控系統(tǒng)支撐，要實(shí)現(xiàn)智能管控，應(yīng)該從社會(huì)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性三方面來進(jìn)行分析研究。

21社會(huì)可行性

目前，工業(yè)企業(yè)的節(jié)能情況差異非常大，能源管理水平懸殊，當(dāng)前多數(shù)企業(yè)存在能源管理問題，具體表現(xiàn)在：缺乏專門的能源管理體系和先進(jìn)的管理手段，能源管理人員水平參差不齊，行業(yè)視野有限；對(duì)能源使用的監(jiān)管不細(xì)致，找不到合理的方法，找不到或找不準(zhǔn)節(jié)能點(diǎn)，沒有一個(gè)詳細(xì)的評(píng)測(cè)手段。概括地講，就是普遍存在能源信息基礎(chǔ)薄弱，能源管控技術(shù)水平不高的狀況，因而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)企業(yè)存在的某些環(huán)節(jié)上的能源浪費(fèi)以及存在的節(jié)能潛力。[4]

工業(yè)企業(yè)是能源消費(fèi)大戶，存在能源浪費(fèi)現(xiàn)象。降低能源消耗，減少能源浪費(fèi)，工業(yè)企業(yè)是重點(diǎn)。目前社會(huì)上對(duì)能源進(jìn)行管理和控制的方法技術(shù)多種多樣，但是大部分都缺乏統(tǒng)一準(zhǔn)確的用能情況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做支撐，往往僅憑經(jīng)驗(yàn)來降低能耗指標(biāo)，沒有做到管理和指導(dǎo)的全面性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性，造成能源的巨大浪費(fèi)，因此需要建立一套科學(xué)合理的信息化能源監(jiān)控管理系統(tǒng)來減少不必要的能源損耗，并進(jìn)行有效的管控。

22經(jīng)濟(jì)可行性

對(duì)工業(yè)能源進(jìn)行信息化管理控制在我國是個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，既要考慮系統(tǒng)使用的穩(wěn)定高效，還要考慮供能企業(yè)的運(yùn)營成本及產(chǎn)品設(shè)備的升級(jí)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(jī)制是借鑒西方經(jīng)濟(jì)國家的“合同能源管理”思想引進(jìn)并逐步發(fā)展起來的，至今已經(jīng)有十幾年的歷史，雖然沒有實(shí)現(xiàn)信息化的智能管理，但是在能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域也得到了快速發(fā)展，特別是“十二五”期間和最近幾年，國家在財(cái)稅、金融、技術(shù)等方面相繼出臺(tái)了多個(gè)支持能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策，進(jìn)一步地促進(jìn)了能源管理產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。[5]

目前能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年大幅遞增，2011年能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值更是首次突破1000億元，達(dá)到1250億元，2012年達(dá)到1653億元，同比增長32%。預(yù)計(jì)“十三五”期間，我國能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)將步入規(guī)?；l(fā)展軌道，“十二五”末能源管理服務(wù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值可突破3000億元。能源管理產(chǎn)業(yè)已被國家確定為重點(diǎn)培育和發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，拉?dòng)經(jīng)濟(jì)增長前景廣闊。[6]據(jù)測(cè)算，到2015年，我國技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的能源管理潛力超過4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可帶動(dòng)上萬億元投資。

如果在此基礎(chǔ)上能夠全面地改進(jìn)目前的能源管理服務(wù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)全面的智能化、信息化管理控制系統(tǒng)，就可以更大程度地達(dá)到能源的高效利用。

23技術(shù)可行性

目前的能源管理系統(tǒng)是在普通信息系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)模式，缺乏在能效傳輸和使用中的診斷技術(shù)，且大部分基本沒有對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能效管理力度不高，信息化程度低，節(jié)能效果不明顯。而新型的能源管理系統(tǒng)通過機(jī)理建模和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法，以用能設(shè)備、耗能工序和能量系統(tǒng)之間的關(guān)系為重點(diǎn)建立能效分析模型，確定一種新型的能源管理模型，并進(jìn)行軟件的開發(fā)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)模式的不足，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。

由于企業(yè)工藝裝備處于落后水平，企業(yè)管理手段也沒有達(dá)到先進(jìn)水平，使得我國工業(yè)企業(yè)的能源利用效率低下。雖然經(jīng)過十幾年的不斷努力，工業(yè)能耗也有所降低，但與國際先進(jìn)水平相比我國企業(yè)的單位工業(yè)產(chǎn)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(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的前景。

隨著國家能源節(jié)能政策的大力推動(dòng)，企業(yè)的能源利用意識(shí)不斷提高，以及逐步上漲的能源價(jià)格和國家對(duì)工業(yè)能源使用指標(biāo)的硬性規(guī)定等，這些都為能源高效利用技術(shù)的應(yīng)用提供了很好的環(huán)境，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。

3實(shí)現(xiàn)策略

作為能源消耗主要群體的工業(yè)企業(yè)，是實(shí)現(xiàn)能源高效利用的主體和重點(diǎn)，國家高度重視工業(yè)能源節(jié)能技術(shù)，曾先后出臺(tái)了《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》、《工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃（2011—2015 年）》《國務(wù)院“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》《節(jié)能減排規(guī)劃（2011—2015 年）》等，作為“十二五”全國工業(yè)能源利用的指導(dǎo)性文件。[7]我國的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化正處于深入發(fā)展階段，飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)能源具有極大的需求，能源資源和環(huán)境約束形勢(shì)越來越嚴(yán)峻。工業(yè)發(fā)展對(duì)能源的需求繼續(xù)增加，工業(yè)和高耗能行業(yè)對(duì)國內(nèi)生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)率呈下降趨勢(shì)，國家對(duì)能源的節(jié)能減排約束性指標(biāo)要求工業(yè)加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，傳統(tǒng)的能源資源高消耗的粗放型工業(yè)發(fā)展道路已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，大批量的工業(yè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)為能源的高效利用提供了良機(jī)。

31系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)能源使用信息的監(jiān)控管理，為此需要配備完善的能源計(jì)量器具，采集精確的能源使用情況數(shù)據(jù)，使用合理的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，建立健全能源計(jì)量系統(tǒng)，完善各項(xiàng)能源消耗的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)用能單位監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性。[8]通過建立一套工業(yè)能源信息化管理監(jiān)控系統(tǒng)來統(tǒng)一地對(duì)各項(xiàng)能源消耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，及時(shí)反映用能企業(yè)能耗水平，為進(jìn)一步分析用能效率提供客觀、公正和科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為用能企業(yè)節(jié)能降耗工作提供新的動(dòng)力。

32系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的能源運(yùn)行管理包括動(dòng)力能源管理、能源供應(yīng)管理、能源消費(fèi)管理。同時(shí)涉及采購、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、動(dòng)力、生產(chǎn)消費(fèi)等多個(gè)環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)來源于同一數(shù)據(jù)庫，各個(gè)部門圍繞統(tǒng)一的信息進(jìn)行分析和決策。利用能源測(cè)量和計(jì)量器具采集實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)能源數(shù)據(jù)，并建立能源信息管理專用數(shù)據(jù)庫，以便進(jìn)行后期的分析和處理。具體的實(shí)現(xiàn)策略主要包括以下幾方面。

第一，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理層采用雙機(jī)冗余的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器模式共存技術(shù)；第二，針對(duì)信息數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及實(shí)時(shí)顯示W(wǎng)eb發(fā)布技術(shù)，采用GPRS無線傳輸和有線技術(shù)相結(jié)合的方法；第三，對(duì)采集的用能信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析診斷、處理和預(yù)警；第四，實(shí)現(xiàn)集查詢、修改、刪除和控制于一體的真正面向企業(yè)管理的監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)；第五，針對(duì)能源數(shù)據(jù)的采集主要分為實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)兩種。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來自于本項(xiàng)目研制的工業(yè)能源信息化管理監(jiān)控系統(tǒng)的在線采集，也可以通過安裝數(shù)字儀表設(shè)備來補(bǔ)充缺少的數(shù)據(jù)，在預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收集，并存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，從而實(shí)現(xiàn)能效指標(biāo)的在線計(jì)算與動(dòng)態(tài)分析。非實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)可以從用能企業(yè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中獲取，或者由工作人員直接錄入到管理監(jiān)控系統(tǒng)中；第六，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用雙機(jī)冗余技術(shù)的目的是為了防止數(shù)據(jù)丟失，在一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)檢測(cè)到主機(jī)數(shù)據(jù)庫停止后自動(dòng)采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，在主機(jī)恢復(fù)后，會(huì)自動(dòng)拷貝到主機(jī)數(shù)據(jù)庫中；第七，針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要依靠當(dāng)今先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)布線、通信網(wǎng)絡(luò)、GPRS技術(shù)的結(jié)合，通過系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及實(shí)時(shí)顯示；有的場(chǎng)合可以使用有線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而有的條件不具備的必須采用GPRS無線傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；第八，為了保證采集的用能信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。常用的方法是將非同源的數(shù)據(jù)放在一起進(jìn)行比較，也可以和歷史數(shù)據(jù)對(duì)比來發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)于異常的數(shù)據(jù)應(yīng)該進(jìn)一步分析并解釋原因，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)必須剔除，以免對(duì)能效分析產(chǎn)生干擾，充分體現(xiàn)能源使用的實(shí)時(shí)性、可靠性和準(zhǔn)確性；實(shí)現(xiàn)集數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化一體的管理監(jiān)控系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的能源數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、完善的數(shù)據(jù)分析技術(shù)、豐富的報(bào)表功能、自由數(shù)據(jù)鉆取技術(shù)、靈活的算法擴(kuò)展技術(shù)、基于數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)安全技術(shù)，并具有良好的接口和兼容性，市場(chǎng)需求巨大，前景非常廣闊。

33系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)前景展望

系統(tǒng)著眼于實(shí)施能源消耗總量控制，將對(duì)工業(yè)發(fā)展形成硬約束。加大節(jié)能降耗力度，進(jìn)一步提高工業(yè)能源利用效率和能源生產(chǎn)率，改造提升傳統(tǒng)制造業(yè)，是建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式的必然選擇。全球范圍內(nèi)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、倡導(dǎo)低碳生活越來越受到重視并逐漸成為新趨勢(shì)，大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保低碳產(chǎn)業(yè)，成為搶占未來發(fā)展制高點(diǎn)的核心價(jià)值觀。[9]堅(jiān)持以提升工業(yè)能源利用效率為主線，以科技創(chuàng)新為支撐，以政策法規(guī)為保障，加快淘汰落后生產(chǎn)能力，大力推進(jìn)工藝、裝備、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進(jìn)步，加快以節(jié)能降耗為核心的企業(yè)技術(shù)改造，強(qiáng)化重點(diǎn)用能企業(yè)節(jié)能管理，加強(qiáng)信息通信技術(shù)在節(jié)能降耗中的應(yīng)用，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

系統(tǒng)一經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，首先受益的就是企業(yè)，隨著企業(yè)能源節(jié)能意識(shí)增強(qiáng)，必將為大多數(shù)企業(yè)所接受，最終也將帶來巨大利潤；其次可以使企業(yè)管理水平提高，可同時(shí)應(yīng)用于機(jī)關(guān)事業(yè)單位，節(jié)能效果顯著，包括對(duì)水、電、氣、熱等的監(jiān)控，一經(jīng)實(shí)施可節(jié)約大量能源，具有良好的社會(huì)和生態(tài)效益，應(yīng)用前景廣泛。

4結(jié)論

隨著原材料和人力成本上漲，我國工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)競(jìng)爭以及能源節(jié)能環(huán)保的壓力日漸增長，工業(yè)企業(yè)能源管理智能化信息系統(tǒng)得到了越來越多的企業(yè)重視并正在著手建設(shè)。基于能效分析模塊的工業(yè)企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件，能夠在能效分析方面增強(qiáng)企業(yè)能源管理的實(shí)用性，開拓了將來企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)的新思路，轉(zhuǎn)化開發(fā)后可有效滿足市場(chǎng)的需要，并且市場(chǎng)需求潛力巨大。

基于能效分析模塊的工業(yè)企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)適合工業(yè)企業(yè)并完全可以滿足企業(yè)能源管理需要，其技術(shù)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。該系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化后，將對(duì)節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到助推作用，同時(shí)，也將大大提高企業(yè)核心技術(shù)實(shí)力，增強(qiáng)企業(yè)發(fā)展后勁，從根本上提升企業(yè)的競(jìng)爭力和節(jié)能服務(wù)水平，一經(jīng)應(yīng)用，會(huì)減少能源消耗，對(duì)社會(huì)環(huán)境起到極大的凈化作用。

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