劉浩，趙偉，黃松嶺

(清華大學 電機工程與應用電子技術系， 北京 100084)

0 引 言

為推進能源互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市建設，構建資源節(jié)約、共享型社會，實現(xiàn)對各種資源的更合理配置和高效利用，國家電網(wǎng)公司提出了集約共建電、水、氣、熱一體化集抄系統(tǒng)的設想。長期以來，國內(nèi)的電、水、氣、熱由不同供應公司分管，各自運營，自成體系，各供應公司分別、獨立建設集抄系統(tǒng)，整體看，顯然存在軟硬件功能重復和資源浪費等現(xiàn)象。為此， 2015年國家發(fā)改委、國家能源局就聯(lián)合下發(fā)了《關于促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導意見》，明確提出“支持電、水、氣、熱等生活需量的集采集抄，鼓勵能源與信息基礎設施共享服務”[1]。隨后，國家電網(wǎng)公司很快啟動了“四表合一”試點建設，探索將電能量、水、燃氣和熱量(簡稱電、水、氣、熱)4種計量表計的數(shù)據(jù)信息，由稍加改造的用電信息采集系統(tǒng)統(tǒng)一采集到集抄系統(tǒng)主站?！八谋砗弦弧笔诫姟⑺?、氣、熱計量數(shù)據(jù)信息集抄系統(tǒng)的建設，將明顯減少電、水、氣、熱等生活需量計量數(shù)據(jù)信息集抄系統(tǒng)的重復建設，為用戶帶來更加便捷的互動服務，提升各供應公司的運維管理水平，同時也為政府制定相關政策提供數(shù)據(jù)支撐[2]。

從電、水、氣、熱4種生活需量集采集抄構想的提出，到“四表合一”政策的出臺，再到“四表合一”的試點建設，一直都是供電公司在牽頭實施，其主要原因是，在遠程集抄領域，供電公司已有多年的建設運營基礎，早已實現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)的用戶全覆蓋，且采集標準統(tǒng)一、計量及監(jiān)測功能豐富。供電公司建成的用電信息采集系統(tǒng)，可遠程自動采集、分析和處理各類用戶的用電量、異常、電能質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息，而且采集系統(tǒng)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸通道多樣，并具有良好的可擴展性[3]。而截至目前，水、氣、熱供應公司采用傳感器、計算機、數(shù)字通信等技術進行計量和數(shù)據(jù)信息采集的占比還不高，不少地區(qū)還未實現(xiàn)遠程自動抄表，且在部分地區(qū)仍停留在使用傳統(tǒng)機械式指針表計、采取人工抄表的階段，不僅制約著供應公司運營管理效率的提升，還會給用戶帶來諸多不便。在現(xiàn)代化建設步伐較快的大中城市和發(fā)達地區(qū)，水、氣、熱供應公司彼此獨立地建設計量和采集系統(tǒng)時，由于都是要完成從非電量到電學量的轉換，且隨后為實現(xiàn)數(shù)字化、采集、數(shù)據(jù)信息集中以及傳輸?shù)人玫?，都是供電公司實現(xiàn)用電量數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化、采集、集中以及傳輸相同的方法和技術實現(xiàn)手段。因此，若能夠由供電公司牽頭實現(xiàn)“四表合一”，則會大大減少“四表合一”推進過程中的技術困難。

然而，自“四表合一”政策出臺到現(xiàn)在已過去快5年了，在全國范圍內(nèi)，真正做成“四表合一”的供電公司仍屈指可數(shù)。從技術實現(xiàn)角度看，實現(xiàn)“四表合一”已基本沒有制約，但在管理層面，卻遇到了諸多障礙，其中，不乏水、氣、熱供應公司對依托供電公司牽頭實現(xiàn)“四表合一”戰(zhàn)略的質(zhì)疑，對自身計量表計數(shù)據(jù)信息私密性能否得到保護的擔憂，以及對參與“四表合一”可能帶來自身管理權益喪失，進而造成相應經(jīng)濟利益損失的顧慮等，這些原因?qū)е滤?、熱供應公司對“四表合一”建設的參與主動性不高，工作協(xié)調(diào)困難。目前，“四表合一”建設在大部分地區(qū)還處于試點階段，僅在少部分地區(qū)取得了階段性成功，還遠未大規(guī)模推廣應用。

1 電、水、氣、熱集約共建集抄系統(tǒng)的可行性

從表1可以看出，電、水、氣、熱供應公司的集抄系統(tǒng)具有很多共同特點，具體地，4種集抄系統(tǒng)都包括集抄主站、數(shù)據(jù)集抄設備和采集終端3個功能單元，都可以實現(xiàn)對用戶生活需量耗用數(shù)據(jù)信息的采集、抄讀、傳輸和儲存[4-7]；而且十分明顯，4種集抄系統(tǒng)中3個功能單元之間的數(shù)據(jù)傳輸方式具有很大的相似性，其中，數(shù)據(jù)集抄設備上行通信普遍采用無線公網(wǎng)，而下行通信則采用RS-485或M-BUS等方式，這就為電、水、氣、熱供應公司的集抄系統(tǒng)共用一個數(shù)據(jù)集抄設備，進而構建一種適用于多種計量表計數(shù)據(jù)集抄的系統(tǒng)提供了可行性[8]。

表1 電、水、氣、熱集抄系統(tǒng)比較

同時，水、氣、熱供應公司采集和抄讀用戶生活需量耗用數(shù)據(jù)信息的流程，大都是通過采集終端的傳感器或流量計，將非電的耗用量先轉換成計量用的電脈沖、電位信號或模擬電信號，并再轉換成數(shù)字化的電信號， 之后，經(jīng)集抄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集抄設備統(tǒng)一抄讀后，再利用表1中所述的通信渠道發(fā)送給集抄主站，然后，集抄主站再將收到的數(shù)字化電信號反算成水、氣、熱的耗用量[9]。相比之下，供電公司集采集抄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸，全都以電信號為載體，并且在電信號傳輸方面擁有更成熟的技術手段。

因此，無論是遠程集抄的經(jīng)驗還是技術，供電公司牽頭實現(xiàn)“四表合一”都具有天然優(yōu)勢。具體地，“四表合一”建設，可依托供電公司已建成的用電信息采集系統(tǒng)，通過升級集中器和無線通信模塊、增加通信接口轉換器、統(tǒng)一通信協(xié)議等技術手段[10-11]，將水、氣、熱供應公司的計量表計都接入到供電公司的用電信息采集系統(tǒng)，進而實現(xiàn)對4種生活需量表計數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一抄讀。如若電、水、氣、熱供應公司的計量表計按“四表合一”原則聯(lián)合起來，共建4種生活需量整合在一起的計量數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)，無疑可避免電、水、氣、熱供應公司彼此獨立建設計量數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)而帶來的數(shù)據(jù)信息采集和傳輸設備的資源浪費，進而節(jié)省大量設備投資和運維成本。

2 “四表合一”發(fā)展現(xiàn)狀

2. 1 阻礙“四表合一”建設實施的主要因素

截止目前，國內(nèi)已有多個省市和地區(qū)的供電公司對“四表合一”建設進行了探索和嘗試[12-16]；而在國外，關于“四表合一”的建設，未見有實質(zhì)性的研究和進展。在國內(nèi)“四表合一”建設過程中，實現(xiàn)的技術手段與文獻[10-11]中的方法基本一致。但同時，會涉及到不同生活需量表計數(shù)據(jù)信息的私密性、運維工作如何協(xié)調(diào)，以及服務管理收益分配等問題，而正是這些問題，阻礙了“四表合一”的推進。文獻[12-13]介紹了青海和舟山供電公司的“四表合一”試點建設工作，具體地，采集過程中，會將電、水、氣、熱四種計量表計的數(shù)據(jù)信息都上傳給供電公司的集抄系統(tǒng)主站，而水、氣、熱供應公司為獲取計量數(shù)據(jù)，需要通過供電公司的集抄系統(tǒng)主站，或直接由供電公司為其推送，而這就可能使水、氣、熱供應公司對自己計量表計數(shù)據(jù)信息的私密性產(chǎn)生擔憂。針對后期運維工作，文獻[14]指出，在“四表合一”式電、水、氣、熱等生活需量計量數(shù)據(jù)信息集抄管理系統(tǒng)建成后，運維工作要由電、水、氣、熱供應公司協(xié)同配合來開展，如此，必然會涉及對不同類型表計的運營維護，這無疑對運維人員的技術要求很高。因此，這種運維工作協(xié)調(diào)方式，很可能會使整個運維工作的協(xié)調(diào)和技術工作量變大，運維成本反而增高。同時，文獻[15]反映出，煙臺供電公司牽頭，聯(lián)合水、氣、熱供應公司共同成立了采集運維小組，各供應公司通過聯(lián)合小組，可實現(xiàn)對“四表合一”集抄設備的共同管理，使協(xié)調(diào)難度降低，但同時也會額外增加各供應公司的人力和物力投入。對服務管理收益分配問題，文獻[15]提出了“先無償服務，后有償服務”的實施原則，即，供電公司前期可為水、氣、熱供應公司提供無償服務，以調(diào)動各方參與“四表合一”建設的積極性，后期，隨著合作關系的建立，供電公司會執(zhí)行有償服務，并且通過協(xié)商，與水、氣、熱供應公司共同探討合作運營新模式。山西沂州供電公司提出了服務費收取的具體標準[16]，即在完成“四表合一”改造后，每個月向水、氣、熱(僅在供暖季相應月份)供應公司提供遠程抄表數(shù)據(jù)，并按照表計1元/戶/月的標準收取水、氣、熱供應公司的服務費。煙臺和沂州的“四表合一”建設均處在試點階段，小規(guī)模實施時，供電公司收取服務費并不會觸及到水、氣、熱供應公司的根本利益，但如果大規(guī)模推廣，就需要對服務管理收益分配問題做謹慎考慮。

2.2 “四表合一” 的成功案例

從根本上來說，推進“四表合一”建設的難點，就在于各種生活需量供應公司之間責權利的協(xié)調(diào)。電、水、氣、熱這四種生活需量被人為地劃定為由不同供應公司監(jiān)管，結果，各供應公司的經(jīng)營理念、技術水平和利益訴求各有不同，如果直接將供電公司執(zhí)行的行業(yè)標準上升為國家層面的“四表”標準，水、氣、熱供應公司通常難以接受。而“四表合一”建設如果由當?shù)卣块T主導、統(tǒng)籌并協(xié)調(diào)，調(diào)動各不同供應公司的參與積極性，并因地制宜制定“四表合一”建設標準，則“四表合一”的推進會較為順暢。在全國范圍內(nèi)，以地方政府為主導，進而實現(xiàn)“四表合一”，做的比較成功的，是江西鷹潭供電公司[17]和山東濟寧供電公司[18]，這兩個地區(qū)“四表合一”覆蓋的用戶都已超過10萬戶，并且江西鷹潭供電公司牽頭建設的“四表合一”集抄系統(tǒng)在2017年底就通過了國家電網(wǎng)公司的正式驗收；山東濟寧供電公司牽頭建設的“四表合一”集抄系統(tǒng)也率先進入了商業(yè)化運營。其中，鷹潭供電公司秉持“政府主導推進、電網(wǎng)主動作為、多方友好協(xié)作、高位推動共建”的思路，得到了鷹潭市政府的大力支持。鷹潭市為此專門成立了由市委常委和多個部門領導為成員的項目建設領導小組，負責協(xié)調(diào)解決“四表合一”建設過程中遇到的各種問題。目前，鷹潭供電公司在已建成的用電信息采集系統(tǒng)基礎上，通過對其進行適當?shù)募夹g改造，已實現(xiàn)了對電、水、氣、熱四種生活需量表計數(shù)據(jù)信息的遠程自動化采集、用戶檔案管理、聯(lián)合抄表、清分結算等多種功能，并為水、氣、熱供應公司提供有償?shù)拇S護、代催代繳等服務；而且從各供應公司抽調(diào)技術人員，成立了“四表合一”集抄系統(tǒng)聯(lián)合運維管控組，統(tǒng)一協(xié)調(diào)解決后期的運維問題[19]。鷹潭供電公司“四表合一”集抄系統(tǒng)的建成，不僅可以幫助水、氣、熱供應公司實現(xiàn)對用戶生活需量耗用數(shù)據(jù)信息的智能化采集和監(jiān)測，還可為供電公司拓展新的業(yè)務，增加供電公司的服務管理收益，而且最為重要的是，用戶可通過手機APP，一次性就繳清耗用電、水、氣、熱四種生活需量的費用，實現(xiàn)了一站式繳費，即給廣大用戶帶去了實實在在的便利。

而山東濟寧供電公司“四表合一”集抄系統(tǒng)的成功建設，則是基于前期濟寧市推廣一卡通業(yè)務，該市電、水、氣、熱供應公司之間已有合作經(jīng)歷，故在推進“四表合一”建設過程中障礙較小，協(xié)調(diào)配合進展順利。同時，濟寧市政府的大力支持，也為“四表合一”建設推進提供了可靠保障。建設初期，部分供應公司參與積極性不高，對自身利益有很大擔憂。針對于此，濟寧供電公司積極爭取政府部門的政策支持，與政府溝通匯報，從多個方面論證“四表合一”集抄系統(tǒng)建設對各方的益處，最終，得到了濟寧市政府的全方位支持，并成立了由市經(jīng)信委主任為組長的領導小組，有序推進該市“四表合一”集抄系統(tǒng)建設。2016年，濟寧供電公司收到了濟寧中山公共水務有限公司支付的首筆代收抄表手續(xù)費15萬元，在全國率先實現(xiàn)了“四表合一”的商業(yè)化運營，并且很快與水務公司簽訂了代抄代收正式合作協(xié)議，明確了12元/戶/年的代抄費和0.3元/筆的代收費用，成為供電行業(yè)內(nèi)第一家收取代抄和代收費用的供電公司。濟寧供電公司牽頭建成的“四表合一”集抄系統(tǒng)，不僅使水、氣、熱供應公司提高了抄表效率、減少了運維人力成本，也為供電公司帶來了收益，真正實現(xiàn)了雙贏。

3 智慧能源網(wǎng)關

基于各省市和地區(qū)供電公司對“四表合一”集抄系統(tǒng)建設的探索和遇到的各類問題，深圳供電公司提出了一種智慧能源網(wǎng)關的概念。按照他們的設計，智慧能源網(wǎng)關可為多種生活需量數(shù)據(jù)信息的集抄免費提供集抄設備和通信傳輸通道，即通過為該網(wǎng)關所管轄范圍內(nèi)的用戶配置多客戶端的接入端口，并允許水、氣、熱供應公司分別給該網(wǎng)關授權IP地址，進而能將水、氣、熱供應公司管轄的計量表計也都集中搭載在該網(wǎng)關上，各供應公司利用自己的網(wǎng)絡化網(wǎng)關管理系統(tǒng)，可直接獲取自己公司計量表計的數(shù)據(jù)信息，而絕不受該智慧能源網(wǎng)關管控。如此，不僅可確保電、水、氣、熱耗用量數(shù)據(jù)信息的實時采集，還能夠保證各供應公司專屬數(shù)據(jù)信息的安全以及推廣應用的經(jīng)濟性。此智慧能源網(wǎng)關的研發(fā)成功，完全規(guī)避了之前“四表合一”集抄系統(tǒng)建設中遇到的多方面問題和障礙，水、氣、熱供應公司各自管轄的計量表計，只是搭載集中在該智慧能源網(wǎng)關上，但其計量表計的數(shù)據(jù)信息，并不會上傳到供電公司的集抄系統(tǒng)主站，而是直接在水、氣、熱供應公司自己的操控下，發(fā)回各自的計算機管理系統(tǒng)去，即對各自計量表計數(shù)據(jù)信息的分析、處理和管理，都僅限于原供應公司。如此，供電公司搭建智慧能源網(wǎng)關這個“橋梁”，不僅可為水、氣、熱供應公司收集、傳輸耗能量數(shù)據(jù)信息，幫助這些供應公司快速實現(xiàn)生活需量耗用數(shù)據(jù)信息采集、管理的智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化，而且解決了水、氣、熱供應公司借助供電公司集抄系統(tǒng)訪問自己行業(yè)專屬計量表計數(shù)據(jù)信息私密性的擔憂。

同時，對智慧能源網(wǎng)關的維護，仍由供電公司完成，水、氣、熱供應公司無需直接參與，只需按其以前的運維路線，對本公司的計量表計及相關設備進行例行維護，如此，就很大程度上解決了集抄系統(tǒng)建設完成后，各供應公司之間運維協(xié)調(diào)困難的問題，進而為水、氣、熱供應公司節(jié)省了計量表計數(shù)據(jù)信息抄讀及運維方面的人力和財力。至于服務管理收益分配問題，對智慧能源網(wǎng)關的利用，供電公司確定不會收取水、氣、熱供應公司任何費用，即供電公司僅充當公益者身份，無償為水、氣、熱供應公司運維管理水平的不斷提升鋪路架橋。從實現(xiàn)“四表合一”的角度講，智慧能源網(wǎng)關的研發(fā)和實際投入使用，可明顯降低電、水、氣、熱這4種生活需量耗用數(shù)據(jù)信息的管理成本，避免供電公司管理部門與水、氣、熱供應公司管理部門之間的矛盾，并且還不用勞煩政府部門出面，就能使“四表合一”在管理層面的實現(xiàn)成為可能。

4 結束語

針對目前國內(nèi)“四表合一”的推進現(xiàn)狀，通過對比各省市和地區(qū)的建設情況，從不同生活需量表計數(shù)據(jù)信息的私密性、運維工作如何協(xié)調(diào)，以及服務管理收益分配等方面進行了分析。可以看出，傳統(tǒng)的“四表合一”推進方法，難以同時滿足各方需求，使“四表合一”的建設和實施面臨種種阻礙。但如果有當?shù)卣块T的大力支持和主導，在電、水、氣、熱供應公司之間進行協(xié)調(diào)，可有效促進“四表合一”建設過程中各種問題的解決，使“四表合一”得以建成落地。同時，還介紹了深圳供電公司研發(fā)出的一款智慧能源網(wǎng)關，通過采用允許多客戶端接入的技術實現(xiàn)方式，從根本上規(guī)避了以往“四表合一”推進過程中遇到的多方面難題和阻礙，給推進“四表合一”建設及其落地應用帶來了新的思路。

在未來的“四表合一”建設中，供電公司要繼續(xù)發(fā)揮引領帶頭作用，結合當?shù)貙嶋H，與當?shù)卣块T聯(lián)合，因地制宜制定政策，以提高水、氣、熱供應公司參與的主動性和積極性；并可參考深圳供電公司提出的解決思路，研發(fā)構建“智能融合終端”，打造全新的突破傳統(tǒng)分行業(yè)各自實施生活需量耗用數(shù)據(jù)信息采集的管理模式，大力推進聯(lián)合協(xié)同共管體制機制的建立，這對整合各行業(yè)的集抄系統(tǒng)硬件資源、提升相關企業(yè)效益和運維管理水平等均具有重大的現(xiàn)實意義。

隨著人們生活水平的日益提高，除電、水、氣、熱等最基本的生活需量外，還會有更多種生活需量接入到千家萬戶，例如熱水、有線電視、網(wǎng)絡光纖，等等。針對于此，不難對智慧能源網(wǎng)關的更廣泛應用做出展望，將更多種生活需量耗用數(shù)據(jù)信息的集中抄讀也納入到智慧能源網(wǎng)關的功能中來，數(shù)字化、智能化地統(tǒng)一管控各種生活需量的清潔高效利用，無疑將成為今后的發(fā)展方向。通過采用這樣的服務管理理念以及相應的技術手段，不僅可以節(jié)省公共服務資源，而且還能更好地服務于民眾生活。