浅谈建设能耗在线监测系统助推碳达峰碳中和
徐悦
摘要：*点用能单位能耗在线监测系统是实现碳达峰碳中和的重要政策工具之一。目前，各地区基本实现将*点用能单位能耗数据上传至平台，但仍需要强化数据质量保障体系、业务功能体系、数据处理技术体系等问题。结合碳达峰碳中和以及能耗在线监测系统的目标要求，提出构建数据质量管理评价指标体系，落实监测数据质量主体责任，提升数据质量保障体系，丰富完善业务功能体系，增强数据处理技术体系建设水平等建议。对助推我国双碳目标具有重要意义。
关键词：电能耗在线监测系统；能耗数据；碳达峰；碳中和
0引言
能耗数据在线监测是实现碳达峰碳中和目标的基础环节之一。我国推行建设的*点用能单位能耗在线监测系统，是响应碳达峰碳中和目标的*一步。辽宁省大数据管理专注于工业建筑、交通领域的能耗在线监测系统的建设，助力*点用能单位减少能耗浪费的管理提供可靠的、准确的数据。根据加快推进*点用能单位能耗在线监测系统建设的通知相关文件，据统计，辽宁省已有近万家*点用能单位能耗数据上传至平台但能耗在线监测系统仍需进一步强化数据质量保障体系业务功能体系、数据处理技术体系。因此，有必要系统性地梳理问题，总体构思设计，提出解决方案，以助推我国碳达峰碳中和目标的实现
1能耗在线监测系统总体构成
能耗在线监测系统以准确、有效的计量器具为基础，结合计算机和网络通信技术，实时监测用能单位的能源运行数据，形成各个行业的能源运行图，把握*点行业、*点企业及关键工序的能耗，实现“物联网”技术在能源计量工作中的实际应用任务。*点用能单位监测系统主要由*点用能单位接入端系统、省级平台系统和系统等3部分组成。*点用能单位监测系统的基础数据主要来自企业采集的能耗数据，上传至省级平台，通过省级平台上传至平台，能耗在线监测系统整体架构模式如图1所示。
图1能耗在线监测系统整体架构模式
2能耗在线监测系统需要强化的关键点
2.1数据质量保障体系
能耗在线监测系统功能依托企业准确、可靠的能耗数据，对系统的推广应用起着至关重要的作用。
能耗在线监测。我国要求的计量器具年检标准合格率为97%。目前，*点用能单位的部分计量器具的年检合格率低于97%，致使能耗情况监测与实际数据存在偏差。另外，*点用能单位原有的计量仪表普遍没有预留给接入端系统的通信接口，但能够提供vwin 量信号，接入端系统建设过程中需要加装接收原计量仪表模拟信号的二次仪表，得到的数据与原始数据存在偏差。
计量器具。*点用能单位普遍为用能大户，生产中需要能源不断地输送与运转，强行改造计量器具，需要断能停产，因而改造器具受到限制;部分企业原有计量仪表产权单位对仪表的更换没有自主权:部分企业因更换费用问题，降低计量器具改造的积极性。因此，*点用能单位主动与接入端系统链接的积极性受到限制。
行业采集技术规范。随着能耗在线监测系统建设的推进，部分行业、部分环节的数据采集情况等问题逐步凸显，如信息资源、数据交换、数据采集指南、应用支撑系统、应用系统、信息安全和工程管理等标准尚未发布。尤其冶金、水泥等行业，采集边界不一致，采集品种不统一，致使同行业采集的数据与准确度存在偏差，影响数据的有效价值。
手工填报数据。多数*点用能单位的基础能耗数据存在沉睡现象:每月需要在不同账套、不同系统和模块、各级主管部门下发的表格中对数据进行清洗。人工处理这些数据容易出现纰漏，且数据更新速度较慢。人工填报数据，数据上传的准确性受到影响。
2.2业务功能需求体系
部分能耗在线监测系统省级平台主要业务功能概况如表1所示。
由表1可知，省级平台主要业务功能包括能耗在线监测功能、“双控管理”、能耗数据分析、能效对标、能耗预测预警、节能目标管理、节能潜力分析、能耗在线填报、GIS展示和系统运维等功能模块，能够满足节能主管单位的业务需求。但目前省级平台暂未设置“两高项目综合管理、碳达峰碳中和管理、用能权交易管理能源消费预算管理等功能模块，而这些功能将是落实关于碳达峰碳中和目标，进一步做好双控指标分解“两高”项目监管，深入挖掘能源消费存量和碳减排潜力的具体举措，因此，应加强完善这些功能模块。
2.3数据处理技术体系
*点用能单位在线监测数据集中上传易造成数据洪峰。按照能耗在线监测的接口协议规范，每一个用能单位将每日指标和实时指标(采集频率为15min)汇总打包，每日上传至省级平台。一般做到三级计量的*点用能单位的采集指标约100~3000个，每个采集指标的单条数据传输时大小约0.5kB。
假如1个企业每天的数据大小测算公式为：
式中:M-每天的数据大小;n-每日采集指标的个数，个;i-实时采集指标的个数，个;k-采集频率，min;m-每个采集指标的单条数据传输时的大小。
按每日采集指标、实时采集指标各300个，采集频率按15min计算，1个企业每日传输的数据大小约为:(300+24x60/15x300)x0.5kB=14550kB=14.2MB，共29100条数据。全省能耗万吨以上的*点用能单位按500家测算，省平台每天处理6.9GB、1455万条数据对系统的网络带宽、平台的数据处理能力、数据库的实时存储均产生很大的影响。如平台数据处理能力饱和，内存占用率偏高，易引起请求无法响应的情况;数据库的实时存储无法满足，造成数据积压，甚至数据丢失缺失的情况；平台处理这些数据时，耗费较大的运算能力，运行缓慢，长时间才能够展示需要的统计数据。
3系统建设的对策与建议
3.1数据质量保障体系
(1)加强能源计量器具管理。*点用能单位应配备和使用符合要求的能源计量器具，加强能源计量数据的管理和使用。构建闭环管理制度，实施动态管理，确保测量数据准确可靠，定期检定、校准计量器具。对计量器具更换迟疑的企业，建议相关单位适当给予政策倾斜、资金扶持，鼓励计量器具三方供应商能够与企业建立长久合作机制，推进计量器具的更新换代。
(2)完善能耗在线监测系统技术规范。制定指导性的技术标准，统筹推进全国能耗在线监测系统建设。尤其需要尽快建立统一的、覆盖多个行业的、*点工序的技术规范体系，确保同一行业、同一*点工序的数据采集标准一致，这是实现系统建设质量管理的前提，是保障监测结果准确、可靠的重要手段吗。
(3)构建数据质量管理评价指标。接入端系统建成后，应建立在线监测数据的自动评审机制，构建以完整准确、有效、规范等多个指标为一体的数据联网质量评审体系，结合各地区实际妥善设置各项比例权重，准确评价上传数据质量，追溯数据质量偏差原因。采用基于案例推理(CBR)技术，对数据异常点进行自动检测和识别，提高数据质量管控的效率与有效性。
(4)落实监测数据质量主体责任。人工填报方式构建*点用能单位将能源报送责任到人、审核措施到位的上报管理体系。建立责任追溯制度，确保*点用能单位及其负责人对人工填报数据的真实性和准确性负责。尝试推进能源管理人员的月度审核，优化市县(区)节能主管部门数据审核管理机制，加大数据上报审核节点进一步秀实数据基础。
3.2业务功能需求体系
结合我国相关文件，在充分吸纳省份建设经验基础上，辽宁省应进一步将节能降碳业务工作与能耗在线监测系统深度融合，新增“两高”项目综合管理、碳达峰碳中和管理、用能权交易管理、能源消费预算管理等功能模块。
3.2.1“两高”项目综合管理
该功能模块指对未开工拟建、在建、已建项目的相关信息进行综合比对、分析，实现“两高”项目统一管理，包括“两高”项目节能监察管理、“两高”项目能耗在线监管管理、“两高”企业“双控”管理、“两高”*点企业用能情况管理、“两高”项目大数据分析、“两高项目预警预测等功能。
3.2.2碳达峰碳中和管理
该功能模块指碳达峰碳中和统计，支持按月度、年度录入和修改各地区下发的区域/企业的碳排放指标/配额数据(排放总量、减排指标等)，支持根据区域/企业能耗数据匡算区域/企业碳排放量，并按不同周期展示碳排放量趋势，展示同比、环比信息。
3.2.3用能权交易管理
该功能模块指对企业的用能权进行确权审核管理日常监测、查询统计分析等。辅助节能主管部门，完成能耗增量配额分配和划拨，实现节能收储指标记账)管理。根据省能源消费总量和强度双控目标要求，节能主管部门推动各地区企业采取措施形成能源消费削减量对能源替代项目实行记账管理，构建省、市项目储备库。
3.2.4能源消费预算管理
该功能模块指基于历史基期数据，对辖区内市县及*点用能单位等进行GDP不同增长情景下的“能源消费总量测算”“能源消费强度测算”和“基于能源消费的碳达峰分析”的能源消费“五年计划”总体预算，实现指标测算、指标分配、预算平衡分析、预算跟踪预警等功能。
3.3数据处理技术体系
对*点用能单位在线监测数据集中上传引起的数据洪峰问题，省级平台每天需要处理1455万条、6.9GB数据，可从资源、策略、技术方面解决此问题。
(1)资源方面。在合理预算的前提下，尽可能增加系统的硬件性能和网络资源，如网络带宽、CPU性能内存容量、读写速度、硬盘空间等，通过提升性能提高应对数据洪峰的能力。(2)策略方面。采用分时上传.削减数据洪峰，约定不同地市企业不同时间段上传数据区域内企业尽量避开同一时间段上传，利用哈希算法错峰传输。(3)技术层面。通过实时数据库软件、负载均衡框架、数据库集群等技术，实现变化的数据及具有时间限制的事务处理，并平衡负载(工作任务)、分摊到多个操作单元，协同完成工作任务。
4安科瑞建筑能耗分析系统
4.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。
4.2应用场所
适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。
4.3系统功能
4.3.1系统概况
平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。
4.3.2用能概况
对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。
4.3.3用能统计
对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。
4.3.4复费率统计
复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。
4.3.5同比分析
对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。
4.3.6能源流向图
能源流向图展示单栋建筑选定时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。
4.3.7夜间能耗分析
夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在选定时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。
4.3.8设备管理
设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。
4.3.9用户报告
用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。
5系统硬件配置
| 应用场景 | 型号 | 图 片 | 保护功能 |
| 建筑能耗管理系统 | Acrel-5000web |
 |
采用泛在物联、云计算、大数据、移动通讯、智能传感等技术手段可为用户提供能源数据采集、统计分析、能效分析、用能预警、设备管理等服务，平台可以广泛应用于多种领域。 |
| 智能网关 | ANet-1E2S1 |
 |
采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，作为信息采集系统中采集终端与平台系统间的桥梁，能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总，并使用相应的规约转发现场设备的数据给平台系统。 |
| 高压重要回路或低压进线柜 | APM810 |
 |
具有全电量测量，电能统计，电能质量分析及网络通讯等功能，主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理。该系列仪表采用了模块化设计，当客户需要增加开关量输入输出，模拟量输入输出，SD卡记录，以太网通讯时，只需在背部插入对应模块即可。 |
| APM520 |
 |
三相全电量测量，2-63次谐波，不平衡度，支持付费率，越限告警，SOE，4-20mA输出。 | |
| 低压联络柜、出线柜 | AEM96 |
 |
三相多功能电能表，均集成三相电力参数测量及电能计量及考核管理，提供上24时、上31日以及上12月的电能数据统计。具有63次分次谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和继电器输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备告警输出，可广泛应用于多种控制系统，SCADA系统和能源管理系统中。 |
| 动力柜 | ACR120EL |
 |
测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度，谐波等，并具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统。 |
| DTSD1352 |
 |
DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。 | |
| AEW100 |
 |
三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。 |
| 照明箱 | DTSD1352 |
 |
DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。 |
| DDSD1352 |
 |
DDSD1352单相电子式电能表主要用于计量低压网络的单相有功电能，同时可测量电压、电流、功率等电量，具有红外通讯功能，并可选配RS485通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。 | |
| DDS1352 |
 |
单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量，红外及RS485通讯，电流规格10（60）A，有功电能精度1级。无功精度2级，尺寸：1P | |
| ADW300/4G |
 |
计量低压网络的三相有功电能，具有RS485通讯和470MHz无线通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。 | |
| ARCM300T-Z-4G |
 |
三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。 | |
| 给水管道 | 水表 |
 |
计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据。 |
6结语
*点用能单位能耗在线监测系统采集的是用能单位相对真实的、准确的能源消耗数据。平台根据接收的能耗数据，及时分析用能单位的用能情况，为实现公平公正碳排放交易、用能权交易提供有效支撑。通过剖析*点用能单位存在的问题，从数据质量、业务功能、数据处理方面提出强化完善能耗在线监测系统的对策及建议提高*点用能单位节能降碳意识，助力碳达峰碳中和目标的完成。
参考文献：
[1]李志娟,陈雪雷.云南省加快推进*点用能单位能耗在线监测系统建设[J].中国能源,2021,43(3):80-82.
[2]河南省节能监察局.河南省*点用能单位能耗在线监测试点建设工作经验[J].中国能源,2018,40(4):10-12.
[3]吴孟辉.标准化框架下的能耗在线监测系统建设[]].中国标准化2020(13):89-92
[4]杨绍鹏,王璐,时希杰.工业企业能耗在线监测通用技术研究I.应用能源技术,2021(8):38-41.
[5]张丽霞,王磊,孙义.建设能耗在线监测系统助推碳达峰碳中和[J].节能监测,2022,41(6):69-71.
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.
作者简介：
徐悦，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司。手机：18702111076（微信同号），QQ：2885206556
邮箱：2885206556@qq.com
审核编辑 黄宇
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