破解企業(yè)用能痛點(diǎn)：能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)踐應(yīng)用

 摘要：隨著能源危機(jī)加劇與 “雙碳” 目標(biāo)推進(jìn)，企業(yè)能源管理已從傳統(tǒng)粗放模式向精細(xì)化、智能化轉(zhuǎn)型。能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)作為企業(yè)降本增效、綠色發(fā)展的核心工具，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程涉及硬件部署、軟件開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)整合與策略?xún)?yōu)化等多維度工作。本文結(jié)合當(dāng)前技術(shù)趨勢(shì)與企業(yè)實(shí)踐，從系統(tǒng)建設(shè)背景、核心架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)及應(yīng)用價(jià)值四個(gè)方面，探討企業(yè)能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)的落地路徑，為企業(yè)能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考。

  關(guān)鍵詞:能耗監(jiān)測(cè)；能源管理系統(tǒng)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；數(shù)據(jù)采集；節(jié)能優(yōu)化

一、系統(tǒng)建設(shè)背景與意義

  （一）政策與市場(chǎng)雙重驅(qū)動(dòng)近年來(lái)，我國(guó)先后出臺(tái)《“” 節(jié)能減排綜合工作方案》《重點(diǎn)用能單位節(jié)能管理辦法》等政策，明確要求年綜合能耗 1 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上的重點(diǎn)用能單位安裝能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)與國(guó)家、省級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接。政策壓力倒逼企業(yè)加快能源管理數(shù)字化升級(jí)；同時(shí)，能源價(jià)格波動(dòng)加劇企業(yè)生產(chǎn)成本壓力，通過(guò)系統(tǒng)管控能耗、降低能源浪費(fèi)，成為企業(yè)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。

  （二）傳統(tǒng)能源管理的痛點(diǎn)傳統(tǒng)企業(yè)能源管理多依賴(lài)人工抄表、紙質(zhì)記錄，存在數(shù)據(jù)滯后（如月度數(shù)據(jù)次月統(tǒng)計(jì)）、誤差率高（人工讀數(shù)偏差可達(dá) 5%-10%）、無(wú)法實(shí)時(shí)定位能耗異常等問(wèn)題。例如，某制造企業(yè)曾因設(shè)備老化導(dǎo)致能耗驟增，但因缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，直至月度賬單結(jié)算時(shí)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，造成數(shù)萬(wàn)元不必要的能源支出。能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)的核心價(jià)值，即通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與智能分析，解決 “能耗看不見(jiàn)、浪費(fèi)找不著、優(yōu)化無(wú)依據(jù)” 的點(diǎn)。

二、能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)的核心架構(gòu)

  企業(yè)能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)通常采用 “感知層 - 傳輸層 - 平臺(tái)層 - 應(yīng)用層” 四層架構(gòu)，各層級(jí)協(xié)同實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的全生命周期管理，具體架構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

  （一）感知層：數(shù)據(jù)采集的 “神經(jīng)末梢”感知層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的源頭，核心任務(wù)是采集企業(yè)各用能環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括電力、蒸汽、水、天然氣等。常用采集設(shè)備包括：

  智能計(jì)量?jī)x表：如智能電表（采集電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)）、超聲波流量計(jì)（監(jiān)測(cè)蒸汽 / 水流量）、燃?xì)獗淼龋璺蠂?guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)采樣頻率通常設(shè)置為 15 分鐘 / 次，關(guān)鍵設(shè)備可提升至 1 分鐘 / 次；

  傳感器：針對(duì)生產(chǎn)設(shè)備加裝溫度、壓力、轉(zhuǎn)速傳感器，關(guān)聯(lián)能耗數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn) “能耗 - 工況” 聯(lián)動(dòng)分析；

  邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)：部署于車(chē)間或廠(chǎng)區(qū)，對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（如數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換），過(guò)濾無(wú)效數(shù)據(jù)后上傳至平臺(tái)層，降低傳輸壓力。

  （二）傳輸層：數(shù)據(jù)流通的 “高速公路”傳輸層負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定地傳輸至平臺(tái)層，需根據(jù)企業(yè)廠(chǎng)區(qū)規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇合適的傳輸方式：

  有線(xiàn)傳輸：適用于固定設(shè)備（如配電室、鍋爐房），采用以太網(wǎng)（TCP/IP 協(xié)議）或工業(yè)總線(xiàn)（Modbus、Profinet 等），傳輸速率快、穩(wěn)定性高；

  無(wú)線(xiàn)傳輸：適用于分散設(shè)備（如車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)、戶(hù)外照明），采用 LoRa、NB-IoT 等低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，覆蓋范圍廣（1-10 公里）、部署成本低，且支持電池供電，適合無(wú)電網(wǎng)場(chǎng)景。

  同時(shí)，傳輸層需具備數(shù)據(jù)加密功能（如 SSL/TLS 加密），防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被篡改或泄露，滿(mǎn)足《數(shù)據(jù)安全法》對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)保護(hù)的要求。

  （三）平臺(tái)層：系統(tǒng)運(yùn)行的 “大腦中樞”平臺(tái)層是系統(tǒng)的核心，基于云計(jì)算或本地服務(wù)器構(gòu)建，承擔(dān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算與分析功能，主要包括：

  數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)（如 InfluxDB、TDengine）存儲(chǔ)海量能耗數(shù)據(jù)，支持歷史數(shù)據(jù)快速查詢(xún)（如查詢(xún)某設(shè)備近 3 個(gè)月的能耗趨勢(shì)）；

  數(shù)據(jù)處理模塊：通過(guò) AI 算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，如能耗基線(xiàn)建模（基于歷史數(shù)據(jù)設(shè)定合理能耗基準(zhǔn)）、異常檢測(cè)（當(dāng)實(shí)時(shí)能耗超出基線(xiàn) 10% 以上時(shí)自動(dòng)報(bào)警）、能耗分?jǐn)偅ò窜?chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)或產(chǎn)品分?jǐn)偪偰芎模?

  接口模塊：提供 API 接口，實(shí)現(xiàn)與企業(yè) ERP（如 SAP、用友）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)對(duì)接，將能耗數(shù)據(jù)融入生產(chǎn)管理流程，例如通過(guò)能耗數(shù)據(jù)優(yōu)化生產(chǎn)排程。

  （四）應(yīng)用層：價(jià)值輸出的 “終端窗口”應(yīng)用層面向企業(yè)不同角色（如能源管理員、車(chē)間主任、管理層）提供個(gè)性化功能，通過(guò) Web 端或移動(dòng)端（APP / 小程序）呈現(xiàn)，核心應(yīng)用包括：

  實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：動(dòng)態(tài)展示廠(chǎng)區(qū)、車(chē)間、設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)，支持圖形化呈現(xiàn)（如儀表盤(pán)、折線(xiàn)圖、熱力圖），管理員可實(shí)時(shí)查看某生產(chǎn)線(xiàn)的電流波動(dòng)；

  能耗分析：自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)，分析能耗變化趨勢(shì)、環(huán)比同比差異，例如識(shí)別 “夜間設(shè)備待機(jī)能耗過(guò)高”“周末空調(diào)節(jié)能未關(guān)閉” 等問(wèn)題；

  報(bào)警管理：當(dāng)出現(xiàn)能耗異常（如電壓驟降、管道泄漏）或設(shè)備故障（如電表離線(xiàn)）時(shí)，通過(guò)短信、APP 推送等方式實(shí)時(shí)報(bào)警，支持分級(jí)報(bào)警（如一般報(bào)警、緊急報(bào)警）；

  節(jié)能優(yōu)化：基于數(shù)據(jù)分析提出節(jié)能建議，如通過(guò)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)（如將空壓機(jī)壓力從 0.8MPa 降至 0.75MPa）、優(yōu)化照明開(kāi)關(guān)時(shí)間等，測(cè)算節(jié)能潛力與經(jīng)濟(jì)效益。

三、安科瑞企業(yè)能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)

  系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。

  現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于水、電、氣等參量采集測(cè)量的各類(lèi)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(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。

  網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

  平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

  平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

四、系統(tǒng)功能

  平臺(tái)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)企業(yè)各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助企業(yè)加強(qiáng)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)。

4.1、平臺(tái)登錄

  在瀏覽器打開(kāi)云平臺(tái)鏈接、輸入賬戶(hù)名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

  4.2大屏展示

  用戶(hù)登錄成功之后進(jìn)入大屏展示頁(yè)面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標(biāo)、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點(diǎn)擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類(lèi)能耗、產(chǎn)值等相關(guān)信息。

  4.3首頁(yè)

  首頁(yè)展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢(shì)、單耗趨勢(shì)、分類(lèi)能耗等企業(yè)級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

  4.4數(shù)據(jù)監(jiān)控

  對(duì)企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶(hù)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能更快的掌握點(diǎn)位的報(bào)警，并為企業(yè)削峰填谷、調(diào)整負(fù)載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

  4.5視頻監(jiān)控

  接入攝像頭，實(shí)時(shí)掌控企業(yè)內(nèi)實(shí)際情況。

  4.6變壓器監(jiān)控

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

  4.7、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

  對(duì)系統(tǒng)的項(xiàng)目、探測(cè)器、設(shè)備型號(hào)、電參量、節(jié)點(diǎn)、能源、公示、及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置、修改、刪除等管理、進(jìn)行用戶(hù)添加和授權(quán)管理、合同管理。

  4.8、手機(jī)APP

  APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區(qū)域、車(chē)間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線(xiàn)比對(duì)、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標(biāo)、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

  五、系統(tǒng)硬件配置

六、結(jié)論

  能耗監(jiān)測(cè)與能源管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，是企業(yè)從 “被動(dòng)節(jié)能” 向 “主動(dòng)管控” 轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一步，其核心不僅在于技術(shù)架構(gòu)的搭建，更在于數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘與管理流程的適配。企業(yè)需結(jié)合自身用能特點(diǎn)，制定科學(xué)的建設(shè)方案，突破數(shù)據(jù)孤島、成本投入等瓶頸，充分發(fā)揮系統(tǒng)在降本增效、綠色發(fā)展中的作用。隨著 AI 技術(shù)與新能源的融合，未來(lái)系統(tǒng)將進(jìn)一步升級(jí)為 “智慧能源管理平臺(tái)”，成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的核心支撐工具，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向低碳、高效、可持續(xù)方向發(fā)展。