摘要：由于管理不到位，能源浪費現(xiàn)象很嚴重，管理層面的節(jié)能有很大的節(jié)能空間。管理層面的節(jié)能主要手段是對能耗實行監(jiān)管，對中小型企業(yè)來講，采用能源管理中心模式投入較大，技術要求較高，無法獲得推廣應用。本文提出應用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術，建立面向中小型企業(yè)能耗管理“云"服務公共平臺，企業(yè)無需投入服務器、軟件和技術性維護，僅僅需要加裝能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，將能耗計量數(shù)據(jù)傳送到公共云端。公共平臺采用軟件服務化（SaaS）模式，實現(xiàn)資源共享，達到節(jié)能效果。本文還介紹了中小型企業(yè)能耗管理“云"服務公共平臺架構(gòu)和實際應用情況。

關鍵詞：能耗管理；云計算；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；公共服務平臺；軟件服務化

一、引言

隨著云計算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，建立面向中小型企業(yè)的能耗管理公共數(shù)據(jù)服務平 臺（以下簡稱平臺），是非常必要的。平臺資源共享，企業(yè)無需投入服務器，無需購 置管理軟件，無需投入技術和人力維護系統(tǒng)，技術門檻低。平臺對企業(yè)能耗計量規(guī)模不設限制， 可以是一個能耗計量表，也可以是數(shù)百個能耗計量表，覆蓋所有中小型企業(yè)。平臺在企業(yè)實現(xiàn)節(jié) 能和精細化管理的基礎上，采用 SaaS（Soft as a Server，軟件即是一個服務）模式收取服務費，企業(yè)節(jié)能獲利，國家節(jié)能減排，實現(xiàn)雙贏。

能耗管理公共數(shù)據(jù)服務平臺運營方式是典型的“互聯(lián)網(wǎng) + "模式，是一個眾創(chuàng)空間，各行各業(yè)可以通過獲取的能耗大數(shù)據(jù)，優(yōu)化能源配置，監(jiān)測設備能效，監(jiān)督用能行為，監(jiān)控能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能和精細化管理。正如“以綠色 低碳為方向，分類推動技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新，并同其他領域高新技術緊密結(jié)合，把能源技術及其關聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動我國產(chǎn)業(yè)升級的新增長點 "。

本文首先分析了中小型企業(yè)能耗管理現(xiàn)狀，提出并構(gòu)建了基于云計算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術的能耗管理“云"服務公共平臺，并列舉了一些企業(yè)通過平臺獲取的能耗數(shù)據(jù)分析，達到節(jié)能和管理效果的案例。

二、中小型企業(yè)能耗管理現(xiàn)狀

企業(yè)對能耗管理認識高度有待進一步提高。大部分中小型企業(yè)認識到節(jié)能對企業(yè)發(fā)展的重要性，尤其是能源成本較高的企業(yè)，但是，并沒有很好的意識到節(jié)能是一項社會責任，認識高度不夠。因此，對能耗管理過于急功近利，在推動節(jié)能項目時，比較傾向于技術節(jié)能層面，不重視管理層面的節(jié)能。

能耗數(shù)據(jù)采集技術手段落后。大部分中小型企業(yè)都制定了節(jié)能措施，執(zhí)行每天或每月抄表制度，統(tǒng)計能源消耗，納入成本計算。但是，由于缺乏技術手段，大部分企業(yè)還是采用人工抄表，數(shù)據(jù)誤差大，精細度不夠，能耗監(jiān)管和節(jié)能流于形式。有以下幾個比較突出的問題：（1）沒有針對能耗設備進行分類分項采集能耗數(shù)據(jù)，無法反映到單個設備的用能情況，精細度不夠；（2）人工采集能耗數(shù)據(jù)，周期長，誤差大，時間不能統(tǒng)一到同一個時間節(jié)點上，時間跨度大，無法反映設備的能耗過程和設備間的能耗關聯(lián)；（3）部分計量表是傳統(tǒng)的機械表，不能滿足數(shù)據(jù)實時采集要求， 即便是數(shù)字化表具，不同廠家生產(chǎn)，數(shù)據(jù)通信協(xié)議五花八門。

能耗數(shù)據(jù)分析和應用不夠深入。大部分中小型企業(yè)采集的能耗數(shù)據(jù)主要是用來核算成本，并沒有應用到節(jié)能管理，更不要說應用到優(yōu)化能源配置和決策上。能耗大數(shù)據(jù)可以通過同比、環(huán)比、產(chǎn)能比等各種分析方法，應用于設備的能效評估和故障診斷、工藝過程優(yōu)化和能源配置、能耗考 核和碳排放交易等各種場合。

針對上述的現(xiàn)狀，實現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)精度和實時性采集，對中小型企業(yè)來講，是企業(yè)能耗管理的基礎和前提，意義重大。其中關鍵性問題 是低成本實現(xiàn)高精度和實時性能耗數(shù)據(jù)采集功能，利用能耗管理“云"服務公共平臺解決企業(yè)的能源監(jiān)管問題。

三、能耗管理“云"服務公共平臺架構(gòu)和關鍵性技術問題

能耗監(jiān)管公共數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)為瀏覽器/服務器（B/S）架構(gòu)，主要由數(shù)字計量表具、數(shù)據(jù)采集器（或稱網(wǎng)關設備）、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、服務器群及云計算應用組成。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

平臺是一個典型的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)：傳感層 是水、電、氣、油等各種能耗計量表具，通信層可以是有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡甚至是衛(wèi)星通信，應用層是各行各業(yè)的能耗管理實際需求。 能耗數(shù)據(jù)采集物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是平臺的關鍵性設備，它承接各種能耗計量表數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)通過各種網(wǎng)絡發(fā)送到云端。

“能耗云"是由分布在全國各地的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關、客戶端以及服務器群構(gòu)成的龐大的能耗實時在線服務系統(tǒng)?！澳芎脑?又是一個大數(shù)據(jù)及其應用系統(tǒng)，負責源源不斷上傳到服務器的數(shù)據(jù)存取，預先處理，分發(fā)和維護。在能耗“云"上，可以開發(fā)基于WEB的各種能耗管理應用，用戶登錄門戶網(wǎng)站，通過權限，可以查詢到只屬于自己的數(shù)據(jù)，可以做各種分析和報表。

平臺高度資源共享，可以快速擴展，平臺用極低的成本，為用戶贏得優(yōu)質(zhì)服務，其本身符合節(jié)能減排理念，以1萬只計量表在線為例，年服務成本大約10元錢左右。

能耗數(shù)據(jù)采集是平臺關鍵性技術問題之一。能耗數(shù)據(jù)采集要滿足3個要求：精度、實時性和分類分項。精度是指能耗數(shù)據(jù)寬度（字節(jié)數(shù)）滿足能耗計量表精度需求，精度還包括數(shù)據(jù)采集在同一個時間節(jié)點上，這是人工采集做不到的事情。實時性是指能耗數(shù)據(jù)采集能在設定的采集周期內(nèi)采集到數(shù)據(jù)，設定周期可根據(jù)實際需要來確定，有時候采集周期設置很短，如1s，主要用來反映設備用能的變化規(guī)律。分類分項是指采集到的數(shù)據(jù)能夠區(qū)分出不同的設備和不同類型的能耗，所以增加計量表具，細化采集能耗數(shù)據(jù)至關重要。

標準和規(guī)范是平臺的另一個關鍵性技術問題。能耗管理“云"服務公共平臺要求能耗計量表具、能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關、服務器和應用，在數(shù)據(jù)傳輸、保存和處理過程中有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)庫格式。實際情況是，各種計量表采用各自獨立的協(xié)議，網(wǎng)關的作用就是盡可能解釋來自不同計量表的協(xié)議，并盡可能的采用標準的數(shù)據(jù)包和通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送到服務器端。標準和規(guī)范影響到平臺的廣泛應用。

四、應用場所

“云"平臺由4個數(shù)據(jù)服務器、2個WEB 服務器、1個“云"主機（門戶網(wǎng)站 ）構(gòu)成，通過壓力測試，可以滿足10萬只在線能耗計量表和1千個在線用戶應用訪問。用戶登錄門戶網(wǎng)站，輸入賬號和密碼，便可進入公司的能耗管理系統(tǒng)。

本文列舉4個案例，以說明能耗管理“云"平臺的應用效果。

案例一：通過優(yōu)化工藝過程節(jié)能。某企業(yè)為一家食品加工企業(yè)，消耗大量能源制冷，通過一 系列實驗，獲取能耗實時數(shù)據(jù)，根據(jù)冷藏量，制定合理的能源消耗指標，并以此制定空壓機低能耗運行策略，還特別考慮電價峰谷運行策略。僅空壓機站一個月節(jié)省電費10萬多元，一個月收回投入。

案例二：細化管理，節(jié)約成本。某企業(yè)是將廢舊塑料再制成顆粒的再生資源公司，傳統(tǒng)的管理方式是按產(chǎn)量結(jié)算工人工資。工人只追求產(chǎn)量，不考慮能源利用率，不考慮機器壽命，造成很大浪費。應用能耗管理“云"服務平臺，很方便將能耗納入結(jié)算指標，僅僅改變了一項管理制度使得成本顯著降低，經(jīng)濟效益明顯提升。

案例三：通過同比，分析異常能耗原因。某遠洋捕撈企業(yè)，有6條同型號漁船，通過能耗數(shù) 據(jù)采集和同比分析，發(fā)現(xiàn)有一條船能耗相比其他船舶較高，不在操作性誤差范圍，分析應該是推進系統(tǒng)效率問題，通過檢查發(fā)現(xiàn)螺旋槳被漁網(wǎng)纏住，偏離正確位置，如果不及時糾正，油耗要多出 20%。

案例四：監(jiān)督和規(guī)范操作人員行為。某陶瓷企業(yè)兩條同樣的生產(chǎn)線，燒制同樣產(chǎn)品，由于不 同技師操作，設置參數(shù)不同，得出的能耗曲線不同，糾正后其中一爐窯節(jié)省能耗近10%。

五、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過有權限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設備層：主要是連接于網(wǎng)絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監(jiān)測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關、網(wǎng)絡交換機等設備。智能網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器，智能網(wǎng)關可在網(wǎng)絡故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數(shù)據(jù)服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設計，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

六、系統(tǒng)功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

6.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、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信息。

6.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產(chǎn)值等相關信息。

6.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(yè)級統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

6.4數(shù)據(jù)監(jiān)控

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調(diào)整負載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

能源實時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網(wǎng)絡圖、能源計量網(wǎng)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(shù)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、系統(tǒng)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、電水氣等儀表的實時參數(shù)、門禁水浸狀態(tài)及能耗數(shù)據(jù)。

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

數(shù)據(jù)展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設備的不同的能耗參數(shù)；

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處理操作，可以對報警參數(shù)進行在線設置，當能源參數(shù)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、系統(tǒng)彈窗等報警提示；

6.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內(nèi)實際情況。

6.6變壓器監(jiān)控

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

6.7儀表實時監(jiān)控

展示各個水電氣儀表的實時參數(shù)變化，以曲線圖的方式展示。

6.8能源中控

將所有有關能源的能源參數(shù)集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個產(chǎn)業(yè)線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

6.9用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)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(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

6.10 分析

統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)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、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

6.11產(chǎn)品單耗統(tǒng)計

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。同時將產(chǎn)品單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

6.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設備等進行日、周、月、年、指定時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。

6.13運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視。可直接從動態(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

6.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產(chǎn)各種報表，查看企業(yè)各個節(jié)點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報表，支持導出報表。

6.15同比、環(huán)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(huán)比分析，分類、分時段、分項（地點、機構(gòu)、設備）統(tǒng)計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環(huán)比

6.16分析報告

以年、月、日對企業(yè)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(tǒng)計分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎，方便用戶發(fā)現(xiàn)設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

6.17能耗設備用能

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

6.18線損分析

根據(jù)節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

6.19碳排放管理

按照區(qū)域?qū)μ寂欧趴偭康淖兓厔葸M行統(tǒng)計，并進行同環(huán)比分析。對單位產(chǎn)值碳排放量進行計算，并結(jié)合減排指標實現(xiàn)超標預警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達峰目標實現(xiàn)。

6.20電能質(zhì)量監(jiān)測

實時監(jiān)測諧波含量、三相不平衡度、功率因數(shù)等，確保功率因數(shù)不低于供電局考核指標，避免被罰款和設備出現(xiàn)故障。

6.21運維管理

系統(tǒng)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制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)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(yǎng)需要。

6.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現(xiàn)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(yè)提前預警，避免發(fā)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(fā)與閉環(huán)處理。

6.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

6.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內(nèi)各個拓撲節(jié)點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

6.25容需量報表

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

6.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統(tǒng)計分析，為企業(yè)分時用電，優(yōu)化成本效益提供數(shù)據(jù)支持。

6.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。

6.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區(qū)域運行及能源消耗情況，可實現(xiàn)分層預覽、轉(zhuǎn)場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監(jiān)測點位的自定義綁定。

6.29 3D子系統(tǒng)

對各動力子系統(tǒng)進行虛擬仿真，展示子系統(tǒng)的動力管線、設備的實時狀態(tài)及能源消耗情況，可實現(xiàn)動態(tài)的能源流向效果。

6.30工業(yè)組態(tài)

可通過圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設備運行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監(jiān)測數(shù)據(jù)。

6.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數(shù)據(jù)及各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源包括API、數(shù)據(jù)庫查詢、MQTT、Excel等方式。

6.32基礎數(shù)據(jù)管理

對系統(tǒng)的項目、探測器、設備型號、電參量、節(jié)點、能源、公示、及相關參數(shù)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。

6.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、事件記錄、運行監(jiān)視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

6.34知識產(chǎn)權證書

七、系統(tǒng)硬件配置

八、結(jié)論

在能耗管理“云"服務公共平臺，適合各行各業(yè)，它通過物聯(lián)網(wǎng)技術將能耗數(shù)據(jù)集中管理和應用，使得資源的利用率達到大化，可以滿足中小型企業(yè)對能耗管理的實際需求。這僅僅是個開始，面對各行各業(yè)的實際需求，數(shù)據(jù)的挖掘應用是不近相同的，還有大量的工作要做，它是一個眾創(chuàng)空間，需要各行各業(yè)的有心人士來拓展和推廣它的應用。

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