淺析綜合能耗監測係統在大型園區的應用

hth下载地址 陳聰

摘要：大型綜合園區已經成為(wei) 多種能源消耗的重要區域，為(wei) 了探索適用於(yu) 大型綜合園區的綜合能耗監測係統，建立了綜合能耗監測係統整體(ti) 框架，提出了綜合能耗網絡、能耗關(guan) 係集合、能耗均衡度等概念，並以某大型綜合園區為(wei) 例對綜合能耗監測係統的采集網絡進行詳細設計，為(wei) 大型綜合園區綜合能耗評估分析提供一種新的模式。

關(guan) 鍵詞：綜合園區 多能源 能耗 監測

1、引言

進入2l世紀以來，我國整體(ti) 經濟發展迅速，然而經濟的快速發展伴隨著能源供應日趨緊張。經過十幾年高能耗推動的發展時期，能源供需失衡日益嚴(yan) 重的現實己嚴(yan) 重製約著我國社會(hui) 經濟的可持續發展。2022年1月24日，國務院以國發[2021)33號印發《“十四五”節能減排綜合工作方案》將“園區節能環保提升工程”列為(wei) “十四五”*大重點工程。“《方案》明確，到2025年，全國單位國內(nei) 生產(chan) 總值能源消耗比2020年下降13．5％，能源消費總量得到合理控製，化學需氧量、氨氮、氮氧化物、揮發性有機物排放總量比2020年分別下降8％、8％、10％以上、10％以上。節能減排政策機製更加健全，重點行業(ye) 能源利用效率和主要汙染物排放控製水平基本達到*先進水平，經濟社會(hui) 發展綠色轉型取得顯著成效。”的目標。預計到2025年，我國城市生活人口將達到總人口數的65％以上，建築能耗的大幅度增加將不可避免。

目前，建築耗能已與(yu) 工業(ye) 耗能、交通耗能並列，成為(wei) 我國能源消耗的3大“耗能大戶”，其中建築能耗約占全社會(hui) 能耗的三分之一。在建築能耗中，共性問題是能耗總量大、增長速度快、能耗指標高、終端用能設備總體(ti) 能效水平低等。大型綜合園區作為(wei) 高能耗建築的集中區域，亟需合理有效的綜合能耗監測係統對其綜合能耗情況進行掌握，這對支持我國社會(hui) 健康可持續性發展具有重要意義(yi) 。到2025年，建成一批節能環保示範園區。

2、大型綜合園區中綜合能耗監測係統應用

大型綜合園區匯聚了多種生產(chan) 要素，正常運轉需要電、水、冷熱等多種能源消耗，各種能源消耗具有消耗範圍廣、消耗時間不規律、消耗量大等特點。做好科學的能源管理工作，可以大大地提高能源使用效率，減少能源消費支出。大型綜合園區中的綜合能耗監測係統以園區內(nei) 各用能設備運行和能耗特征為(wei) 基礎條件，依據各類用能設備運行中所采集的反映其能源傳(chuan) 輸、變換與(yu) 消耗的特征，采用能效協調控製策略實現能源優(you) 化使用。係統將建築內(nei) 各用能係統的能耗信息予以采集、顯示、分析、診斷，並在滿足用戶舒適度的前提下能對能耗的異常波動及時發送預警，查找問題根源，提供解決(jue) 方案，為(wei) 企業(ye) 節能增資提供保障。有效加強建築能耗統計分析和能效管理的係統性、科學性，提高終端能源利用效率，提高企業(ye) 經濟效益，減少能源支出成本。綜合能耗監測係統針對園區內(nei) 各建築用電、用水及冷／熱量等進行能效綜合管理，包括建築能耗綜合管理係統和水電冷熱表采集係統。水電冷熱表采集係統實現對園區各建築各類用能數據的實時采集與(yu) 上傳(chuan) ；建築能耗綜合管理係統接收水電冷熱表采集係統上傳(chuan) 的用能數據，實現對園區各建築各類用能數據的存儲(chu) 、計算及應用，將分析展現的結果通過園區局域網進行訪問。

3、主要研究內(nei) 容

綜合能耗監測係統框架包括應用業(ye) 務層、數據采集控製層、數據感知層三層架構。

1)功能應用業(ye) 務層

能源監測、能效分析、能效診斷、輔助決(jue) 策以及檔案維護、係統管理等用戶功能，通過多維度、可視化的係統功能界麵實現與(yu) 用戶的信息互動；通過建立能耗評估模型，並利用數據挖掘、統計計算、多維分析等手段對能耗數據進行分析，為(wei) 功能應用層提供直接的數據支持；數據存儲(chu) 層利用主流結構化數據庫對能耗數據進行分類存儲(chu) ，提高邏輯處理層的處理性能；

2)數據采集控製層

利用終端采集設備實現對智能電表、智能水表和智能冷熱計量表等遠傳(chuan) 終端的數據源采集，為(wei) 整個(ge) 綜合能耗監測係統提供基礎數據支撐和控製依據。

3)數據感知層：

數據感知層作為(wei) 整個(ge) 係統平台的底層，用來采集信息，主要由各類傳(chuan) 感器組成，用來連接個(ge) 能耗設備，實施采集能耗數據。

4、監測網絡設計

綜合能耗監測係統需要海量且數據支撐，因此監測網絡的設計尤其重要。本小節以某大型綜合園區為(wei) 例詳細描述監測網絡的設計原則及實現方式。

監測網絡設計原則：

1)主幹線路優(you) 先

首先，監測網絡的設計首先應滿足主幹線路優(you) 先的原則，智慧園區主幹線路的監測數據往往直觀的展示了園區整體(ti) 的能耗情況，能夠為(wei) 從(cong) 園區整體(ti) 上進行能耗分析提供直接的數據支持

2)重要區域優(you) 先

其次，監測網絡的設計應滿足重要區域優(you) 先的原則，所謂重要區域直接影響智慧園區正常運行的區域，例如智慧園區變配電站的用電監測、供水站的用水監測等。

3)經濟性原則

根據實際情況，對於(yu) 不重要且可以通過計算得到節點，可以盡量不安裝或少安裝表計，以便節省實施費用。需要匯總的數據如果可以通過分表計計算得到，就無需再安裝總表計，

4)節能潛力大優(you) 先

能耗監測的目的是進行節能，因此應著重選取高耗能、節能潛力較大的設備進行監測。高耗能設備一般是指耗能量大、在用數量多、節能潛力較大的中央空調、各種泵類以及鍋爐、換熱壓力容器、電梯、起重機械等特種設備。

5、能耗監控係統設計

能耗在線監測係統是用戶端能源管理分析係統，在電能管理係統的基礎上增加了對水、電、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與(yu) 分析，通過對用戶端所有能耗進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決(jue) 策層展示各類能源的使用消耗情況，便於(yu) 找出高耗能點或不合理的耗能習(xi) 慣，有效節約能源，為(wei) 用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關(guan) 規定實施能源審計，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，並向縣級以上人民政府管理節能工作的部門報送能源審計報告。

6、平台介紹

 6.1、hth下载地址企業(ye) 能源管控係統概述

hth下载地址企業(ye) 能源管控係統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(ye) 的生產(chan) 、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業(ye) 電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(ye) 針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產(chan) 品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chan) 線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為(wei) 企業(ye) 加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

6.2、應用場所

  鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業(ye) 、木材、工業(ye) 園區、醫院、學校、酒店、寫(xie) 字樓以及汽車製造、機電設備、電器產(chan) 品、工器具製造等離散製造業(ye) 。

6.3、係統結構

現場通過廠區局域網和平台通訊，平台搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之後，客戶可以在任意能與(yu) 局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

  係統可分為(wei) 三層：即現場設備層、網絡通訊層和平台管理層。

  現場設備層：主要是連接於(yu) 網絡中用於(yu) 水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀(yi) 表等，也是構建該配電、耗水、耗氣係統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為(wei) 本公司各係列帶通訊網絡電力儀(yi) 表、溫濕度控製器、開關(guan) 量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

  網絡通訊層：包含現場智能網關(guan) 、網絡交換機等設備。智能網關(guan) 主動采集現場設備層設備的數據，並可進行規約轉換，數據存儲(chu) ，並通過網絡把數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器，智能網關(guan) 可在網絡故障時將數據存儲(chu) 在本地，待網絡恢複時從(cong) 中斷的位置繼續上傳(chuan) 數據，保證服務器端數據不丟(diu) 失。

   平台管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

   平台采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

6.4、工業(ye) 企業(ye) 能耗監測係統功能

   平台采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(ye) 的生產(chan) 、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業(ye) 各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(ye) 加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為(wei) 節能改造提供數據依據。

（1）平台登錄

   在瀏覽器打開雲(yun) 平台鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guan) 信息。

（2）大屏展示

   用戶登錄成功之後進入大屏展示頁麵，展示企業(ye) 及各區域的能耗折標、產(chan) 值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產(chan) 值等相關(guan) 信息。

（3）首頁

   首頁展示峰穀平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(ye) 級統計數據。

（4）數據監控

   對企業(ye) 各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業(ye) 用戶能夠實時的監測各個(ge) 點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，並為(wei) 企業(ye) 削峰填穀、調整負載等技改措施提供數據支撐。

   能源實時監控：對於(yu) 水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

   能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、係統彈窗報警提示等；

   配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀(yi) 表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

   實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

   數據展示：通過實時曲線和曆史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

   檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關(guan) 處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、係統彈窗等報警提示；

（5）視頻監控

  接入攝像頭，實時掌控企業(ye) 內(nei) 實際情況。

（6）變壓器監控

  展示各電壓器的負載情況，從(cong) 而可以為(wei) 變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從(cong) 而降低用電單耗，使電能損失降低。

（7）儀(yi) 表實時監控

  展示各個(ge) 水電氣儀(yi) 表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

（8）能源中控

  將所有有關(guan) 能源的能源參數集中在一個(ge) 看板中，能從(cong) 多個(ge) 維度對比分析，實現各個(ge) 產(chan) 業(ye) 線的對比，幫助領導掌控整個(ge) 工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

（9）用能統計

  從(cong) 能源使用種類、監測區域、車間、生產(chan) 工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(ye) 用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產(chan) 品能耗、單位產(chan) 值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從(cong) 而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

（10）成本分析

  統計各個(ge) 監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、穀電量、穀電費以及平均電量和平均電費。

（11）產(chan) 品單耗統計

  與(yu) 企業(ye) MES係統對接，通過產(chan) 品產(chan) 量以及係統采集的能耗數據，在產(chan) 品單耗中生成產(chan) 品單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析。同時將產(chan) 品單耗與(yu) 行業(ye) /國家/國際指標對標，以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。

（12）績效分析

  對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產(chan) 線、工段、設備等進行日、周、月、年、*定時段績效統計按照能源計劃或定額製定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(ye) 了解內(nei) 部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

（13）運行監測

   係統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，並支持變配電係統一次運行監視。可直接從(cong) 動態監測平麵圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guan) 能源用量。

（14）自定義(yi) 能耗報表

   用戶可通過自定義(yi) 報表頭與(yu) 列，靈活生產(chan) 各種報表，查看企業(ye) 各個(ge) 節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，並同比、環比報表，支持導出報表。

（15）同比、環比

   提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

（16）分析報告

   以年、月、日對企業(ye) 的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解係統的運行情況，並為(wei) 用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從(cong) 而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

（17）能耗設備用能

   監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決(jue) 設備故障停運導致無法正常生產(chan) 。 

（18）線損分析

   根據節點、能源分類，查詢各個(ge) 節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行幹預。

（19）碳排放管理

   按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，並進行同環比分析。對單位產(chan) 值碳排放量進行計算，並結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

（20）電能質量監測

   實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低於(yu) 供電局考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

（21）運維管理

   係統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的製定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養(yang) 需要。

（22）報警管理

   針對於(yu) 電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業(ye) 提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與(yu) 閉環處理。

（23）能耗抄表

   可自定義(yi) 時間段抄儀(yi) 表的抄表值以及差值，可自定義(yi) 抄表的分類分項。

（24）能耗分析自定義(yi) 時間抄表

   可自定義(yi) 時間段內(nei) 各個(ge) 拓撲節點的能耗值，可自定義(yi) 抄表能耗值的的分類分項。

（25）容需量報表

   提供容需量報表，實時展示容量需量價(jia) 格的變化情況，幫助企業(ye) 實現容改需，降低基本電費。

（26）複費率報表

   對尖、峰、平、穀用電量及成本費用進行統計分析，為(wei) 企業(ye) 分時用電，優(you) 化成本效益提供數據支持。

（27）文檔管理

   對國標、能源管理製度、能源指標體(ti) 係等文件進行歸檔，可快速查詢相關(guan) 文檔。對儀(yi) 表台賬進行係統管理，支持文件的上傳(chuan) 和下載。

（28）3D可視化大屏

   對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與(yu) 監測點位的自定義(yi) 綁定。

（29）3D子係統

   對各動力子係統進行虛擬仿真，展示子係統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

（30）工業(ye) 組態

   可通過圖形化的編輯方式自定義(yi) 組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳(chuan) 自定義(yi) 素材及綁定監測數據。

（31）自定義(yi) 駕駛艙

   可通過圖形化的操作方式自定義(yi) 駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

（32）基礎數據管理

   對係統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關(guan) 參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

（33）手機APP

  APP支持androids、ioses操作係統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(ye) 能源消耗、產(chan) 線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

（34）知識產(chan) 權證書(shu)

6.5係統硬件配置

7、結論

本文結合目前大型綜合園區中多種能源消耗量大、結構複雜等特點，設計了綜合能耗監測係統框架，並在能耗網絡的基礎上，所設計的綜合能耗監測係統，提出了監測網絡的設計原則並以大型綜合園區為(wei) 例詳細闡述了監測網絡的架構設計。未來的主要研究包括以實際數據為(wei) 支撐，進行深入的實驗，探索影響大型綜合園區能耗水平的主要因素，建立綜合能耗評估模型，實現對大型綜合園區各種能耗水平進行客觀的評估。在係統完成後將為(wei) 降低園區管理的人力和運營成本和園區創造更好的經濟效益和社會(hui) 效益。

參考文獻：

[1]楊培研.綜合能耗監測係統在大型綜合園區研究和設計

[2]吳曉.企業(ye) 能耗在線檢測係統規劃與(yu) 建設

[3]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版