安科瑞 劉邁

　　摘要：火力發(fā)電是一種應用廣泛的發(fā)電方式，通過燃燒化石燃料來產生電力，但是火力發(fā)電污染嚴重，能源損耗高、效率低。隨著數字化智能化新技術、新模式、新業(yè)態(tài)加速涌現，供給側與需求側之間的“能源"與“數據"兩大要素正在深度融合。實現發(fā)電企業(yè)能耗監(jiān)測數字化，是進一步推動數字技術與產業(yè)的深度融合，提升核心競爭力，支撐發(fā)電行業(yè)高質量發(fā)展的必然選擇，是企業(yè)深挖節(jié)能富礦，提高能源管理精細化水平的客觀需要，是實現“雙碳"目標的重要途徑。

　　關鍵詞：發(fā)電企業(yè)；監(jiān)測；數字化；節(jié)能

　　火力發(fā)電是一種應用廣泛的發(fā)電方式，通過燃燒化石燃料來產生電力，但是火力發(fā)電需要消耗大量的化石燃料，這會導致化石燃料的消耗速度加快，同時也會導致化石燃料資源的枯竭。在資源短缺的情況下，火力發(fā)電的可持續(xù)性和穩(wěn)定性也會受到影響。火力發(fā)電所使用的化石燃料燃燒會產生大量的CO2、SOx、NOx等污染物，嚴重影響空氣質量和環(huán)境。火力發(fā)電企業(yè)的轉型升級迫在眉睫。

　　隨著數字化智能化新技術、新模式、新業(yè)態(tài)加速涌現，供給側與需求側之間的“能源"與“數據"兩大要素正在深度融合。國務院國資委發(fā)布的《關于加快推進國有企業(yè)數字化轉型工作的通知》中明確提出，打造能源類企業(yè)數字化轉型示范，明確國有能源企業(yè)數字化轉型的基礎、方向、重要節(jié)點和舉措，部署能源企業(yè)數字化轉型工作。國務院《“十四五"節(jié)能減排綜合工作方案》的有關規(guī)定明確，將進行國家大數據分析監(jiān)管中心建設項目。嚴格貫徹全國重要節(jié)點用能企業(yè)資金利用狀況報告和管理體系，逐步健全全國能源統(tǒng)計體系，加強國家重要節(jié)點用能企業(yè)能耗實時監(jiān)測系統(tǒng)建設和應用。

　　為了實現“雙碳"目標，踐行“綠水青山就是金山銀山"綠色生態(tài)理念，推動電力企業(yè)商業(yè)模式和價值鏈的變革，火力發(fā)電企業(yè)需要加快數字化轉型步伐，以滿足數字經濟的要求。實現發(fā)電企業(yè)能耗監(jiān)測數字化，是進一步推動數字技術與產業(yè)的深度融合，提升核心競爭力，支撐發(fā)電行業(yè)高質量發(fā)展的必然選擇，是企業(yè)深挖節(jié)能富礦，提高能源管理精細化水平的客觀需要，是實現“雙碳"目標的重要途徑。

　　1 發(fā)電企業(yè)能耗監(jiān)測數字化必要性

　　1.1 發(fā)電企業(yè)自身發(fā)展的需要

　　隨著數字化智能化新技術、新模式、新業(yè)態(tài)加速涌現，當今世界上已經開始進入到大數據經濟時代，而我國政府也高度重視數字化技術，積極賦能經濟社會發(fā)展。作為關系國計民生和保障國家能源安全的重要部門，發(fā)電企業(yè)需要及時抓住數字經濟發(fā)展的浪潮，發(fā)揮新基礎設施的產業(yè)效應，與時俱進，以技術創(chuàng)新驅動發(fā)電企業(yè)數字化轉型升級。

　　1.2 實現新型電力系統(tǒng)建設的需要

　　新型電力系統(tǒng)以風、光、核、生物質能等新能源為主體，多能耦合為手段，支撐整個高度電氣化的電力系統(tǒng)。它是推動能源清潔低碳轉型、支撐“雙碳"目標落地的重要樞紐平臺。在全社會加速推進“雙碳"目標的趨勢下，數字化創(chuàng)新已成為推動清潔能源轉型和構建新型電力系統(tǒng)的關鍵驅動力，是促進新型電力系統(tǒng)的數字化創(chuàng)新和應用，推動數字技術與能源產業(yè)發(fā)展深度融合，實現數字化與綠色化可持續(xù)協同發(fā)展重要引擎。

　　1.3 實現能耗精細化管理的需要

　　實現發(fā)電企業(yè)能耗監(jiān)測數字化是形成指標統(tǒng)計和分析的需要，既能夠及時了解全廠的能耗情況，并考核各能耗裝置設備的能耗指標，也可以及時發(fā)現工廠能耗的薄弱環(huán)節(jié)并采取措施，有效節(jié)約發(fā)電企業(yè)能源消耗。

　　2 發(fā)電企業(yè)能耗監(jiān)測數字化設計原則

　　1）可用性

　　系統(tǒng)的設計要充分考慮其在整個施工環(huán)境中產生的各種影響，以確保系統(tǒng)在經過現場裝配調試后迅速適應和進入穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài)。

　　2）可維護性

　　系統(tǒng)的軟硬件均便于維護，各部分都具有聯機診斷校核和自檢的性能。數據庫系統(tǒng)的存取為用戶程序間留有接口，并提供了二次開發(fā)的數據庫信息，便于用戶自行編寫的應用軟件在系統(tǒng)內運行，應用程序便于推廣，系統(tǒng)軟件可備份，便于工程師安裝使用。

　　3）容錯能力

　　軟硬件系統(tǒng)都擁有容錯功能，在利用各軟硬件系統(tǒng)功能和信息采集技術處理系統(tǒng)的通信錯誤，以及當系統(tǒng)操作人員或工程師在操作過程中出現了一般問題后，都不會干擾系統(tǒng)的正常工作。對于由意外現象所導致的故障，系統(tǒng)也具有恢復能力。

　　4）安全性

　　硬件、軟件裝置的工作都不能威脅變電所的安全平穩(wěn)運轉和人員的生命安全。軟件系統(tǒng)各程序模塊交互界面都通過數據的保密處理和數據有效性校驗處理、防SQL注入等方式保證安全的工作。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和網絡效率，通過專業(yè)局域網實現信息采集傳送，由Web應用服務器建立系統(tǒng)在外網通信端口。客戶的系統(tǒng)信息和資料實行嚴格的客戶身份分級權限控制，注冊客戶僅可以查詢相應的授權方案功能等信息。保證系統(tǒng)信息存取的安全與有效性。

　　3 趨勢

　　發(fā)電企業(yè)數字化未來發(fā)展趨勢大致分為三個階段：

　　1）一階段

　　大量的在建發(fā)電企業(yè)引進了大量智能化設備，使發(fā)電企業(yè)的數字化水平提高到新的高度。在此基礎上，建立了發(fā)電企業(yè)云計算中心。通過云計算數據中心，建立大數據分析系統(tǒng)，找到大數據之間的交叉關系，進而建立不同數據之間的綜合評估系統(tǒng)，預測電站設備、工藝系統(tǒng)、優(yōu)化方法等的優(yōu)化狀況，給出優(yōu)化建議。

　　2）二階段

　　經過發(fā)展各種優(yōu)化模式以及利用人工智能深度學習軟件在不斷地模擬工業(yè)過程，并且通過調整、優(yōu)化各類控制算法，發(fā)電企業(yè)的工作模式已經得到了很大的改善，發(fā)電企業(yè)的人工智能作業(yè)人員已經開始逐步取代傳統(tǒng)作業(yè)人。

　　3）三階段

　　經過對上述兩個階段的逐步發(fā)展，發(fā)電企業(yè)系統(tǒng)已經形成了在能源互聯網上的一個節(jié)點，并真正滲透到了智能電網中。智能發(fā)電企業(yè)的人工智能深度學習軟件模擬了大量運維人員與檢修技師工作經驗，并逐漸開發(fā)出了類似于人腦認知的人工智能體系，為實現由傳統(tǒng)智能工廠向現代智能化發(fā)電企業(yè)的多方位轉型，奠定了基石。

　　4 安科瑞企業(yè)能耗管理系統(tǒng)介紹

　　安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)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(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數據和支持。

　　5 應用場所

　　鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)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(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業(yè)。

　　6 系統(tǒng)結構

　　現場通過廠區(qū)局域網和平臺通訊，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。

　　系統(tǒng)可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

　　現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、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。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、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。

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

　　平臺管理層：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。

　　平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

7 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、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理。實時監(jiān)測企業(yè)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(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數據依據。

　7.1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。

7.2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、產值等相關信息。

7.3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)計數據。

7.4數據監(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)用戶能夠實時的監(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、調整負載等技改措施提供數據支撐。

　　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、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、門禁水浸狀態(tài)及能耗數據。

　　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；

　　數據展示：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；

　　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、系統(tǒng)彈窗等報警提示；

7.5視頻監(jiān)控

　　接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。

7.6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。通過各種運行參數狀態(tài)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，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監(jiān)控

　　展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

　　將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業(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。

7.9用能統(tǒng)計

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

7.10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。

7.11產品單耗統(tǒng)計

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

7.12績效分析

　　對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、規(guī)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)了解內部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。

　　7.13運行監(jiān)測

　　系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數據采集，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據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

7.14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。

7.15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、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

　　7.16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，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發(fā)現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

7.17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。

7.18線損分析

　　根據節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數據，及時發(fā)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，提醒用戶及時進行干預。

7.19碳排放管理

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

　　7.20電能質量監(jiān)測

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

　　7.21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。

7.22報警管理

　　針對于電氣正常開展、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(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。

7.23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。

7.24能耗分析自定義時間抄表

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

7.25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)實現容改需，降低基本電費。

　　7.26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)化成本效益提供數據支持。

7.27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。

7.28 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，可實現分層預覽、轉場展示、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。

7.29 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，可實現動態(tài)的能源流向效果。

7.30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)測數據。

7.31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據及各類統(tǒng)計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數據管理

　　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。

7.33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。

7.34知識產權證書

8 系統(tǒng)硬件配置

　　9 結論

　　推動數字技術與能源產業(yè)發(fā)展深度融合是適應數字經濟發(fā)展的必然選擇。某天然氣發(fā)電企業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的成功實踐，實現了發(fā)電企業(yè)供給側與需求側之間“能源"與“數據"兩大要素深度融合，提升了核心競爭力，支撐了發(fā)電企業(yè)高質量發(fā)展。未來，能源體系與數字技術的加速融合應用，能源數字化的升級迭代，將成為新型電力系統(tǒng)建設的重要支撐。

　　參考文獻

　　[1]王永昌,盧鴻飛,張龍.某天然氣發(fā)電企業(yè)能耗監(jiān)測數字化設計與實踐[J].上海節(jié)能,2025(1):130-138.

　　[2]安科瑞企業(yè)微電網設計與選型手冊.2022.05版.