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

 

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

關鍵詞：能耗在線監(jiān)測；節(jié)能減排；碳中和；碳達峰

       重點用能單位是指年綜合能源消費總量一萬噸標準煤以上的用能單位，以及國務院有關部門或者省（自治區(qū)、直轄市）人民管理節(jié)能工作的部門的年綜合能源消費總量五千噸以上不滿一萬噸標準煤的用能單位。重點用能單位數(shù)量多、涉及面廣，能源消費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)能降碳目標具有關鍵影響。

       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準煤耗為305.5克/千瓦時，較2015年下降3.13%；噸鋼綜合能耗為551千克標準煤，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230千克標準煤/噸，較2015年下降23%；水泥熟料單位產(chǎn)品平均綜合能耗108千克標準煤/噸，較2015年下降3.6%；浮法玻璃單位產(chǎn)品平均綜合能耗為11.56千克標準煤/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。“三星綠建"上海大廈，采用了先進的照明節(jié)能技術及智能照明控制系統(tǒng)，降低大廈的能源消耗；運用渦輪式風力發(fā)電技術，聚集大量風能；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，分布式能源技術大大提高了能源利用效率。

       交通運輸更加綠色高效。2019年，監(jiān)測的城市公交企業(yè)百車公里單耗從2015年的48.9千克標準煤降到38.1千克標準煤，下降了22.1%；公路班線客運企業(yè)百車公里單耗從2015年的28.7千克標準煤降到26.8千克標準煤，下降了6.6%；公路專業(yè)貨運企業(yè)每百噸公里單耗從2015年的1.9千克標準煤降到1.7千克標準煤，下降了10.5%；遠洋和沿海貨運企業(yè)每千噸海里單耗從2015年的5.2千克標準煤降到4.8千克標準煤，下降了7.7%；港口企業(yè)每萬噸單耗從2015年的2.6噸標準煤降到2.1噸標準煤，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)約型公共機構*垂范。與2015年相比，2019年，全國公共機構人均綜合能耗下降9.96%，單位建筑面積能耗下降8.08%。建成3064家節(jié)約型公共機構示范單位，遴選376家公共機構，公共機構運行更加節(jié)能高效。其中，*垂范，與2010年相比，2019年人均用電量、單位建筑面積用電量分別下降了14.04%、24.82%。

       節(jié)能等綠色技術廣泛應用。2019年，鋼鐵行業(yè)大中型企業(yè)中，干熄焦技術普及率從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)電技術從2005年開始起步提高到80%以上，第一代新型干法水泥技術推廣率達99%，目前企業(yè)已研發(fā)示范第二代新型干法水泥技術；電力行業(yè)300MW以上火電機組占火電裝機容量比重由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，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，在前期試點的基礎上，重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)完成升級擴容，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，在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上莊嚴宣告，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。節(jié)能是我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要途徑、基礎手段，重點用能單位廣泛分布于工業(yè)、建筑、交通、公共機構等領域，是提高能源利用效率的重要群體。加強重點用能單位節(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)轉型升級、能源結構優(yōu)化、實現(xiàn)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展等方面也可以發(fā)揮重要作用。進入“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。

       從節(jié)能單一管理向節(jié)能降碳減污系統(tǒng)性管理轉變。按照2030年前碳達峰、2060年前碳中和的工作目標，重點用能單位需要不斷調(diào)整優(yōu)化能源消費結構，逐步降低化石能源消費比重。對于工業(yè)領域的重點用能單位來說，綠色發(fā)展方面的三個關鍵詞是節(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，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等為代表的市場化手段不斷豐富。特別是在綠色技術研發(fā)推廣方面，以《關于構建市場導向的綠色技術創(chuàng)新體系的指導意見》的出臺為契機，綠色技術市場交易將更加活躍，專業(yè)化、市場化的第三方節(jié)能服務機構不斷涌現(xiàn)、不斷發(fā)展，也為重點用能單位應用綠色技術注入了強大的市場動力?！笆?期間開展的用能權交易試點及未來推廣，也將為合理控制能源消費總量提供可行的市場化出路。

       節(jié)能手段需要進行系統(tǒng)集成考慮。適應新形勢的要求，重點用能單位更應統(tǒng)籌考慮節(jié)能、降碳、減污三個目標的要求，采取整體性、系統(tǒng)性、集成化思路，在多目標約束下綜合運用結構優(yōu)化、技術改造、管理提升、行為改進等措施和手段，多途徑挖掘節(jié)能特別是整體系統(tǒng)節(jié)能的潛力，尋求三個目標的有機統(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)，相當一部分是非傳統(tǒng)重點用能單位。預計“十四五"期間，以數(shù)據(jù)、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量1萬噸標準煤以上(含1萬噸)的用能單位以及各省、自治區(qū)、直轄市有關部門的年綜合能源消費量5000噸標準煤以上(含5000噸 )、不足1萬噸標準煤的用能單位。目前在該范圍內(nèi)的重點用能單位全國約17000家，能源消費量占全國能源消費總量的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)改委關于開展重點用能單位“百千萬"行動有關事項的通知》（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），深入推進重點用能單位能源消耗總量和強度“雙控"工作，各省市相關主管部門陸續(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)能主體責任，加強節(jié)能管理，并按照《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設工作方案》（發(fā)改環(huán)資〔2017〕1711 號）等要求，建設接入端系統(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、未配備和使用能源計量器具的，依法依規(guī)責令限期整改，逾期不整改或整改未達到要求的，嚴格按照有關法律法規(guī)進行處罰。

3.2端系統(tǒng)結構

       根據(jù)《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設工作方案》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，由重點用能單位負責建設。

       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、隔離等措施，確保內(nèi)部系統(tǒng)和數(shù)據(jù)；要具備遠程升級維保、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)中采集能耗相關數(shù)據(jù)，考慮到企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡與辦公網(wǎng)絡(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架構的物理隔離裝置--能耗在線監(jiān)測端設備，實現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)絡和辦公網(wǎng)絡之間的物理連接，在數(shù)據(jù)傳遞過程中確保從生產(chǎn)網(wǎng)絡（內(nèi)網(wǎng)）獲取的能耗數(shù)據(jù)以單向傳遞、隔離加密、文件擺渡的形式傳遞到辦公網(wǎng)絡(外網(wǎng))，再通過外網(wǎng)主機側的CA數(shù)字認證證書進行身份認證識別后上傳至省(市）級平臺。結構如圖所示：

3.2.2端設備硬件參數(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“2+1"架構非IP物理隔離；

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

       (6)雙冗余開關電源，互為備用、支持熱插拔，保障端設備的可靠性，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)，并進行匯總生成上報的能耗數(shù)據(jù)；

       (2)支持從能源網(wǎng)關、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)層級結構、計量器具檔案信息、端設備信息、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)技術規(guī)范-端設備接口協(xié)議規(guī)范》的要求往國家或省級平臺上傳數(shù)據(jù)；

       (8)支持斷線緩存，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性；

       (9)端設備平臺方便用戶使用、配置；

       (10)支持人工補錄、遠程升級；

       (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

       ANet系列能源網(wǎng)關，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備，滿足國家辦公、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)等各項參數(shù)信息。

3.3.1能源網(wǎng)關硬件參數(shù)