淺談能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)助力重點用能單位做好降碳工作

安科瑞電氣股份有限公司

 

摘要：本文闡述了重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)背景、思路、內(nèi)容和架構(gòu)，從為政府相關(guān)部門節(jié)能減排以及實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐，論述系統(tǒng)建設(shè)的必要性。

關(guān)鍵詞：能耗在線監(jiān)測；節(jié)能減排；碳中和；碳達(dá)峰

       重點用能單位是指年綜合能源消費(fèi)總量一萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上的用能單位，以及國務(wù)院有關(guān)部門或者?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）人民政府管理節(jié)能工作的部門zhi定的年綜合能源消費(fèi)總量五千噸以上不滿一萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的用能單位。重點用能單位數(shù)量多、涉及面廣，能源消費(fèi)量和碳排放量約占全社會的三分之二左右，對能否實現(xiàn)我國節(jié)能降碳目標(biāo)具有關(guān)鍵影響。

       主要工業(yè)產(chǎn)品單耗持續(xù)下降?！笆?期間，我國工業(yè)領(lǐng)域主要高耗能產(chǎn)品單位能耗大幅下降，有力推動了工業(yè)綠色發(fā)展。2020年是大幅下降年，我國6000千瓦及以上電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為305.5克/千瓦時，較2015年下降3.13%；噸鋼綜合能耗為551千克標(biāo)準(zhǔn)煤，較2015年下降3.7%；鋁液交流電耗13186千瓦時/噸，較2015年下降1.2%；銅冶煉單位產(chǎn)品綜合能耗約230千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，較2015年下降23%；水泥熟料單位產(chǎn)品平均綜合能耗108千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，較2015年下降3.6%；浮法玻璃單位產(chǎn)品平均綜合能耗為11.56千克標(biāo)準(zhǔn)煤/重量箱，較2015年下降11.7%。

       綠色建筑添彩美麗中國。一批示范項目的建成，為建筑行業(yè)綠色發(fā)展樹立了標(biāo)gan?！叭蔷G建biao桿"上海中心大廈，采用了先進(jìn)的照明節(jié)能技術(shù)及智能照明控制系統(tǒng)，降低大廈的能源消耗；運(yùn)用渦輪式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，聚集大量風(fēng)能；收集、貯存、凈化、利用4個環(huán)節(jié)保證雨水能夠按清潔程度分層次用于大廈不同地點，分布式能源技術(shù)大大提高了能源利用效率。

       交通運(yùn)輸更加綠色高效。2019年，監(jiān)測的城市公交企業(yè)百車公里單耗從2015年的48.9千克標(biāo)準(zhǔn)煤降到38.1千克標(biāo)準(zhǔn)煤，下降了22.1%；公路班線客運(yùn)企業(yè)百車公里單耗從2015年的28.7千克標(biāo)準(zhǔn)煤降到26.8千克標(biāo)準(zhǔn)煤，下降了6.6%；公路專業(yè)貨運(yùn)企業(yè)每百噸公里單耗從2015年的1.9千克標(biāo)準(zhǔn)煤降到1.7千克標(biāo)準(zhǔn)煤，下降了10.5%；遠(yuǎn)洋和沿海貨運(yùn)企業(yè)每千噸海里單耗從2015年的5.2千克標(biāo)準(zhǔn)煤降到4.8千克標(biāo)準(zhǔn)煤，下降了7.7%；港口企業(yè)每萬噸單耗從2015年的2.6噸標(biāo)準(zhǔn)煤降到2.1噸標(biāo)準(zhǔn)煤，下降了19.2%。2019年，全國擁有公共汽電車69.33萬輛，其中純電動車占比從2016年的15.6%提高到46.8%，綠色公交普惠民生。

       節(jié)約型公共機(jī)構(gòu)*垂范。與2015年相比，2019年，全國公共機(jī)構(gòu)人均綜合能耗下降9.96%，單位建筑面積能耗下降8.08%。建成3064家節(jié)約型公共機(jī)構(gòu)示范單位，遴選376家公共機(jī)構(gòu)，公共機(jī)構(gòu)運(yùn)行更加節(jié)能高效。其中，中央國家機(jī)關(guān)*垂范，與2010年相比，2019年中央國家機(jī)關(guān)人均用電量、單位建筑面積用電量分別下降了14.04%、24.82%。

       節(jié)能等綠色技術(shù)廣泛應(yīng)用。2019年，鋼鐵行業(yè)大中型企業(yè)中，干熄焦技術(shù)普及率從2005年不足30%提高到92%以上；水泥行業(yè)中，低溫余熱回收發(fā)電技術(shù)從2005年開始起步提高到80%以上，第一代新型干法水泥技術(shù)推廣率達(dá)99%，目前企業(yè)已研發(fā)示范第二代新型干法水泥技術(shù)；電力行業(yè)300MW以上火電機(jī)組占火電裝機(jī)容量比重由2005年的47%上升到81%，鋼鐵行業(yè)1000m3以上大型高爐比重由2005年的21%上升到50%，建材行業(yè)新型干法水泥熟料產(chǎn)量比重由2005年的39%上升到99%。

       信息化水平持續(xù)提升。2014年以來，我國組織實施重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，鋼鐵、電力、石化等三個行業(yè)的重點用能單位*實現(xiàn)能耗信息化管理。2017年，在前期試點的基礎(chǔ)上，重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)完成升級擴(kuò)容，具備全國重點用能單位能耗數(shù)據(jù)接入能力。至“十三五"末，系統(tǒng)已接入重點用能單位6000余家，除港澳臺地區(qū)外初步實現(xiàn)了所有省份都有重點用能單位接入在線監(jiān)測系統(tǒng)。

       2020年9月22日，*總書ji在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上莊嚴(yán)宣告，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。節(jié)能是我國實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要途徑、基礎(chǔ)手段，重點用能單位廣泛分布于工業(yè)、建筑、交通、公共機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域，是提高能源利用效率的重要群體。加強(qiáng)重點用能單位節(jié)能管理，不僅可以幫助企業(yè)實現(xiàn)降本增效、提升競爭力，而且在推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展等方面也可以發(fā)揮重要作用。進(jìn)入“十四五"，重點用能單位節(jié)能管理工作面臨著新形勢、新任務(wù)。

       從節(jié)能單一管理向節(jié)能降碳減污系統(tǒng)性管理轉(zhuǎn)變。按照2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的工作目標(biāo)，重點用能單位需要不斷調(diào)整優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，逐步降低化石能源消費(fèi)比重。對于工業(yè)領(lǐng)域的重點用能單位來說，綠色發(fā)展方面的三個關(guān)鍵詞是節(jié)能、降碳、減污。企業(yè)不僅要節(jié)能，同時要降碳；基于污染防治要求，還要實現(xiàn)減污。為此，必須“三管"齊下，統(tǒng)籌推進(jìn)，努力實現(xiàn)節(jié)能、降碳、減污協(xié)同發(fā)展，產(chǎn)生推動綠色發(fā)展的整體效果。

       節(jié)能市場化進(jìn)程提速。隨著企業(yè)節(jié)能降本增效作用的不斷加大以及企業(yè)節(jié)能意識的不斷提升，以合同能源管理和綜合能源服務(wù)等為代表的市場化手段不斷豐富。特別是在綠色技術(shù)研發(fā)推廣方面，以《關(guān)于構(gòu)建市場導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》的出臺為契機(jī)，綠色技術(shù)市場交易將更加活躍，專業(yè)化、市場化的第三方節(jié)能服務(wù)機(jī)構(gòu)不斷涌現(xiàn)、不斷發(fā)展，也為重點用能單位應(yīng)用綠色技術(shù)注入了強(qiáng)大的市場動力?！笆?期間開展的用能權(quán)交易試點及未來推廣，也將為合理控制能源消費(fèi)總量提供可行的市場化出路。

       節(jié)能手段需要進(jìn)行系統(tǒng)集成考慮。適應(yīng)新形勢的要求，重點用能單位更應(yīng)統(tǒng)籌考慮節(jié)能、降碳、減污三個目標(biāo)的要求，采取整體性、系統(tǒng)性、集成化思路，在多目標(biāo)約束下綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、技術(shù)改造、管理提升、行為改進(jìn)等措施和手段，多途徑挖掘節(jié)能特別是整體系統(tǒng)節(jié)能的潛力，尋求三個目標(biāo)的有機(jī)統(tǒng)一。

       非傳統(tǒng)重點用能單位逐步增多。從“十一五"時期的千家企業(yè)節(jié)能行動到“十二五"時期的萬家企業(yè)節(jié)能低碳行動，再到“十三五"時期分級開展的“百千萬"節(jié)能低碳行動，重點用能單位構(gòu)成在不斷發(fā)展變化，行業(yè)范圍不斷拓展，“新面孔"不斷出現(xiàn)，相當(dāng)一部分是非傳統(tǒng)重點用能單位。預(yù)計“十四五"期間，以數(shù)據(jù)中心、5G基站等新興產(chǎn)業(yè)為代表的非傳統(tǒng)重點用能單位將越來越多，行業(yè)構(gòu)成將更加豐富多樣，這對新形勢下節(jié)能管理提出了新的更高要求。

3.1建設(shè)意義

       《重點用能單位節(jié)能管理辦法》規(guī)定，重點用能單位包括年綜合能源消費(fèi)量1萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上(含1萬噸)的用能單位以及各省、自治區(qū)、直轄市有關(guān)部門指zong的年綜合能源消費(fèi)量5000噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上(含5000噸 )、不足1萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的用能單位。目前在該范圍內(nèi)的重點用能單位全國約17000家，能源消費(fèi)量占全國能源消費(fèi)總量的60％，是節(jié)能工作的重點對象。

       為貫徹落實《重點用能單位節(jié)能管理辦法》（國家發(fā)改委2018年第15號令）、《國家發(fā)改委關(guān)于開展重點用能單位“百千萬"行動有關(guān)事項的通知》（發(fā)改環(huán)資〔2017〕1909號）和國家發(fā)改委辦公廳《關(guān)于發(fā)布“百家"重點用能單位名單的通知》（發(fā)改辦環(huán)資〔2019〕351號），深入推進(jìn)重點用能單位能源消耗總量和強(qiáng)度“雙控"工作，各省市相關(guān)主管部門陸續(xù)發(fā)出通知，要求納入“百千萬"行動的重點用能單位落實節(jié)能主體責(zé)任，加強(qiáng)節(jié)能管理，并按照《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設(shè)工作方案》（發(fā)改環(huán)資〔2017〕1711 號）等要求，建設(shè)接入端系統(tǒng)并按時接入省級重點用能單位能耗在線監(jiān)測平臺，對未按要求開展重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)、未配備和使用能源計量器具的，依法依規(guī)責(zé)令限期整改，逾期不整改或整改未達(dá)到要求的，嚴(yán)格按照有關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行處罰。

3.2端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

       根據(jù)《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設(shè)工作方案》的要求，重點用能單位接入端系統(tǒng)部署在重點用能單位內(nèi)部，由重點用能單位負(fù)責(zé)建設(shè)。

       主要功能:通過計量儀表、工控系統(tǒng)等采集、匯總本單位能耗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至省級平臺，或直接上傳至國家平臺；重點用能單位接入端系統(tǒng)要通過網(wǎng)閘、防火墻、隔離等安全措施，確保內(nèi)部系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全；要具備遠(yuǎn)程升級維保、一端多傳、接收國家和省級平臺推送信息和用能單位自身能源管理所需的功能。

安科瑞可為企業(yè)接入端系統(tǒng)提供完整解決方案：

3.2.1端設(shè)備

       企業(yè)接入端系統(tǒng)需要從生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中采集能耗相關(guān)數(shù)據(jù)，考慮到企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng))之間并不互通的實際情況，企業(yè)接入端系統(tǒng)將通過具備2+1架構(gòu)的物理隔離裝置--能耗在線監(jiān)測端設(shè)備，實現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)之間的物理連接，在數(shù)據(jù)傳遞過程中確保從生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)（內(nèi)網(wǎng)）獲取的能耗數(shù)據(jù)以單向傳遞、隔離加密、文件擺渡的形式安全傳遞到辦公網(wǎng)絡(luò)(外網(wǎng))，再通過外網(wǎng)主機(jī)側(cè)的CA數(shù)字認(rèn)證證書進(jìn)行身份認(rèn)證識別后上傳至省(市）級平臺。結(jié)構(gòu)如圖所示：

3.2.2端設(shè)備硬件參數(shù)

       (1)單主板采用低功耗處理器；

       (2)單主板內(nèi)存大小4G；

       (3)硬盤：64G固態(tài)硬盤；

       (4)獨立雙主機(jī)“2+1"架構(gòu)非IP物理隔離；

       (5)帶VGA接口，可外接顯示器，便于現(xiàn)場維護(hù)操作；

       (6)雙冗余開關(guān)電源，互為備用、支持熱插拔，保障端設(shè)備的可靠性，具有電源故障聲光報警功能；

       (7)8路RS485串口；

       (8)4路千兆以太網(wǎng)；

       (9)4個USB接口，可用于CA證書接口；

3.2.3端設(shè)備軟件功能

       (1)支持從現(xiàn)場的儀表通過Modbus（GB/T19582）、DL/T645、CJ/T188等協(xié)議采集需要的能耗實時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行匯總生成上報的能耗數(shù)據(jù)；

       (2)支持從能源網(wǎng)關(guān)、DTU、SCADA通過ModbusTCP（GB/T19582）、能耗協(xié)議等上傳的能耗實時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行匯總生成上報的能耗數(shù)據(jù)；

       (3)支持從自動化信息系統(tǒng)通過OPC協(xié)議采集需要的能耗實時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行匯總生成上報的能耗數(shù)據(jù)；

       (4)支持手工填報數(shù)據(jù)：對于不具備在線采集條件的數(shù)據(jù)，提供手工填報數(shù)據(jù)上傳；

       (5)具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理、本地存儲功能，本地歷史數(shù)據(jù)可存儲6個月以上；

       (6)可根據(jù)項目情況錄入企業(yè)基本信息、企業(yè)生產(chǎn)層級結(jié)構(gòu)、計量器具檔案信息、端設(shè)備信息、數(shù)據(jù)采集項信息等各類基本信息；

       (7)按照《NHJC-04-2018重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范-端設(shè)備接口協(xié)議規(guī)范》的要求往國家或省級平臺上傳數(shù)據(jù)；

       (8)支持?jǐn)嗑€緩存，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性；

       (9)端設(shè)備平臺方便用戶使用、配置；

       (10)支持人工補(bǔ)錄、遠(yuǎn)程升級；

       (11)用能數(shù)據(jù)集抄；

       (12)數(shù)據(jù)上傳日志。

3.3 ANet系列能源網(wǎng)關(guān)

       ANet系列能源網(wǎng)關(guān)，可將企業(yè)內(nèi)分散的能源計量器具集中采集后上傳至端設(shè)備，滿足國家辦公機(jī)關(guān)、大型公共建筑、工業(yè)企業(yè)等能源管理系統(tǒng)中對于水、電、氣、油、冷量、熱量等各種形式的能耗計量及分項數(shù)據(jù)采集需求，搭配簡單易用的數(shù)據(jù)配置軟件工具，可以快速配置所需采集數(shù)據(jù)及上傳數(shù)據(jù)中心等各項參數(shù)信息。

3.3.1能源網(wǎng)關(guān)硬件參數(shù)