淺談雙碳目標下能耗在線監測系統的應用方向

顧城

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：能耗在線監測系統作為“雙碳"目標重要的手段，本文在總結福建省重點用能單位能耗在線監測 系統應用成效的基礎上，研究分析目前存在的問題，提出雙碳目標下能耗在線監測系統應用方向。

關鍵詞：雙碳目標；能耗在線監測系統；應用方向

一、引言

“十四五"作為全面建設社會主義現代化國家新征程的起點，明確碳達峰、碳中和目標愿景為中國經濟社會發展全面綠色轉型指明了方向，加強重點用能單位管理，持續提升能源利用效率，是實現雙碳目標最大和有效的路徑。開展重點用能單位能耗數據監測系統建設，是黨中央、國務院加快推進生態文明建設部署的一項重要任務，也是實現雙碳目標基礎且關鍵的環節。近年來，國家公布的“碳達峰、碳中和"相關工作方案，都把能耗在線監測系統的建設納入節能 減排制度體系和監測能力建設中，對能源消耗的監測和管理 提出了更高要求。政府主管部門應用系統可實現對重點用能企業各項指標進行集中動態監測和管理，時刻觀察各項能源使用變化情況，促進管理決策從粗放定性管理模式轉變為可行的定量化管理模式，助力工業領域“雙碳"目標實現，而企業則通過建設接入端系統，實現自身企業能源消耗情況、碳排放情況的實時監測，進而幫助企業為建立和完善能耗統計、能效對標、節能診斷、能碳跟蹤、數智化管理提供可靠的數據支持。本文將在總結福建省重點用能單位能耗在線監測系統應用成效的基礎上，研究分析目前存在的問題，探討如何通過建設和完善能耗在線監測系統，實現工業能源活動碳排放精細化管理，以推動工業領域的綠色轉型和可持續發展。

二、雙碳目標與能耗在線監測系統概述

2.1“雙碳"目標及其挑戰

碳排放受經濟發展、產業結構、能源使用、技術水平等諸多因素影響，根源是化石能源的大量使用。目前我國工業能源消耗中化石能源占比大，解決碳排放問題關鍵要減少能源碳排放，治本之策是轉變能源發展方式，加快推進清潔能源替代和電能替代，擺脫化石能源依賴，從源頭上消除碳排放。并且要積極發揮數智化能源管理作用，大力推廣先進用能技術和智能控制技術，提升重點用能行業用能效率，推進工業領域節能。可以說節約能源和綠能替代是實現“雙碳"目標成效、成本的實現路徑。

2.2碳監測技術

碳中和的目的是平衡溫室氣體排放和吸收，碳計量、碳監測是實現碳中和碳達峰的重要手段，目前分為碳計量和實測法(CEMS) 兩大類方式。在現階段碳排放計量測試方法和 連續在線監測計量技術尚未成熟的情況下，排放因子法目前仍是我國主要使用的碳核算方法。重點企業的二氧化碳排放主要源自能源活動和工業過程，目前各類能源和物料的計量技術成熟可靠，通過快速、準確地掌握企業各類能源消耗數據，即可核算出企業碳排放情況。

2.3能耗在線監測系統

能耗在線監測系統是一種基于互聯網和物聯網技術的能源監測系統，它通過實時監測和記錄重點用能單位的能源消耗情況，能實時、準確地把握重點行業、重點企業、關鍵工序以及重點設備的運行和能源消耗情況。2017年由國家發改委和市場監管總局聯合在全國推進建設，實現節能主管 部門及相關部門對企業能源消耗情況的動態跟蹤和信息共享，支持能源與節能宏觀綜合決策；并促進企業應用信息化技術實現自身能源使用與節能管理的數字化、網絡化和可視化，建立科學完善的能源管理體系，提高能源精細化管理水平，快速發現和解決能源浪費的問題，從而降低能源消耗，提高能源利用效率，進而減少企業的碳排放。

三、能耗在線監測系統的應用現狀和存在的問題

福建省重點用能單位能耗在線監測系統于2018年啟動建設，目前已接入全省960余家重點用能企業，能源消費監測總量占全省規上工業企業能源消費總量的90%以上，實現全能源品種全覆蓋監測，為碳統計核算累積了完備的數據基礎。平臺采用物聯網、云平臺、大數據等先進技術，建成能耗監測、能效對標、節能管理、建模預測應用等功能模塊，構建了“全省工業能源消費管理大數據平臺"。省級平臺多維度匯聚節能監察、節能診斷、節能審查、綠色制造、能源利用狀況報告等節能全流程信息，形成重點用能企業節能綠色全景畫像。

目前系統能實時呈現全省重點地區、園區、企業能源消費變化情況，從而掌握全省重點用能企業能源消費變化情況 和工業企業運行情況，相較于傳統統計方法，能耗在線監測系統對掌握具有明顯的時效優勢和數據顆粒度，但隨著國家提出推動能源“雙控"向碳排放總量和強度“雙控"轉變，目前能耗在線監測系統還無法支撐“雙碳"相關應用，需要推動向“碳達峰碳中和管理與服務平臺"轉變。

圖 1 系統直觀呈現杜蘇芮臺風影響福建期間 泉州陶瓷企業能源消費變化情況

3.1數據采集面尚無法支撐碳排放雙控管理

從能耗雙控轉向碳排放雙控，改變了能耗雙控制度下沒有區分化石能源和非化石能源的設計，促進了能源結構優化。新的能耗“雙控"政策提出將新增可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制，為使用能源消費數據核算碳排放總量做好數據準備。目前能耗在線監測系統數據源集中在企業法人邊界全能源品種數據采集，缺少過程排放物料的采集，對可再生能源消費數據和原料用能尚未單獨采集，還無法實現能耗消耗數據與溫室氣體排放總量數據直接換算，無法支撐碳排放雙控管理的數據需要。

3.2能效監測標準體系還未健全

能耗在線監測系統是用于采集、分析、匯總用能單位能耗數據的物聯網系統，國家先后發布了《重點用能單位能耗 在線監測系統技術規范》等一系列建設標準，其中行業數據采集指南僅涉及三個行業，缺少對能效監測管理相關內容。標準的缺失導致重點耗能行業的能效采集、編碼規范和計算方法缺少統一的標準約束，導致能耗在線監測系統在能效對標，促進主要工序、主要裝置節能增效方面支撐不足。

3.3數據質量保障難度大

數據質量是能耗在線監測系統的核心，只有準確、全面的監測能源消耗數據才能為碳排放雙控提供總量數據支撐，也才能為決策提供有力支持。作為一個涉及數百家重點用能企業的物聯網系統，涉及數量巨大的計量器具、通信設備、端設備等設備和環節，對于多數工業企業，數據質量難以做到的保障，而主管部門更是難做到全覆蓋監管，維護系統所需投入的人力、物力比較大。

1. 雙碳目標下能耗在線監測系統應用方向

在國家政策從能源“雙控"向碳排放“雙控",并明確了“雙碳"目標這一背景下，目前常用的核算方法，二氧化碳總量主要是能源活動產生的二氧化碳，即化石能源消費產生的排放和電力調入蘊含的排放，所以能耗在線監測系統的應用將更加重要。為了更好地實現能耗在線監測系統對碳核算的數據支撐作用，需要進一步完善幾個方面的應用設計， 以適應新時代對“雙碳"的管理需求。

4.1拓展采集碳管理相關活動數據

通過制定水泥、陶瓷、玻璃、化纖等行業的數據采集指南，充分利用現有接入端設備的擴展性，將可再生能源、原料用能和過程排放物料量的數據接入，通過規范統一的上傳編碼和采集邊界，同時在省級系統上建設工序級、設備級的能耗和能效對標分析功能，發揮系統積累同行業數據的優勢，依托重點企業能源消費全景畫像，橫向比較各企業能效情況和排放強度，引導企業向看齊，有的放矢地提高能 源利用效率，實施“工業互聯網+"的節能降耗、綠色低碳 發展，減少碳排放。

4.2優化數據質量保障功能

為確保數據的完整性、準確性、時效性、可驗證性，需將聯網數據的質量問題轉化為計量器具、數據傳輸、端設備和應用系統規范運維的管理要求，指導企業加強對企業端系統的建設和運維管理，在省級平臺引入一套完整的數據質量跟蹤預警系統，通過分析數據偏差原因并逐步改進。同時，還需要完善數據質量評價標準，建立管理體系，從源頭上保證數據質量。

智能化管理是未來能源管理的重要方向，靠大量人力投入的高成本運維方式將不可持續。龐大的物聯網數據保障需要建設一套完整的自動化運維保障輔助系統，引入智能化管理模式，利用人工智能、大數據等技術手段，建立數據跟 蹤模型，建設快捷預警、交互功能模塊，提高數據質量監管的自動化程度和精準度。智能化管理還可以幫助信息化程度不高的重點用能企業對重點設備實施實時的監控管理，提高生產效率和經濟效益。

圖 2 系統數據質量跟蹤管理功能模塊

4.3完善能碳功能應用

只有充分發揮系統的應用價值，才能延長生命周期。能耗在線監測系統的數據來源于企業端的計量器具，數據質量需要企業保障。系統建設之初，我們就確定福建省能耗在線監測系統的建設要以企業需求出發，只有系統對企業用戶有價值，數據源的穩定性和準確性才能 得到保障，也才能延長系統的生命周期。通過制定企業端系 統建設技術方案源頭把控建設質量加優秀案例宣貫等方式，引導重點用能企業充分認識建設能耗在線監測系統可切實幫助企業節能降耗增效，而從自身需求出發建好、用好接入端系統，把接入端系統的應用價值提升到小型能管系統的層面；而在省級匯聚系統的層面，也要利用大模型技術對歷史能源消費趨勢進行建模分析，附加建設能耗預測、多能互補調度等功能，逐步完善能源消耗和節能成效臺賬，把沉淀的數據應用起來，促進制造與能源數據融合創新，大幅度提高宏觀層面能源利用效率和降低碳排放，逐步在現有能耗監測 基礎上向“碳"前行，拓展建設碳排放分析核算，碳達峰評估預測、碳項目和碳資產管理的功能，發揮能耗數據要素功能，促進企業節能降碳。

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、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計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

五、應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、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、木材、工業園區、醫院、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。

六、系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，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：

七、系統功能

平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節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，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、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、分類能耗等企業級統計數據。

7.4數據監控

對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，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、門禁水浸狀態及能耗數據。

• 實時統計：實時統計工廠、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、系統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6變壓器監控

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劃。通過各種運行參數狀態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用能統計

從能源使用種類、監測區域、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用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，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。

7.1成本分析

統計各個監測節點（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產品單耗統計

與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業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、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

7.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監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，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

7.15同比、環比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

7.16分析報告

以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

7.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

7.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發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

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。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，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

7.20電能質量監測

實時監測諧波含量、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，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，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，幫助企業提前預警，避免發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，可對報警進行派發與閉環處理。

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計分析，為企業分時用電，優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，支持模型與監測點位的自定義綁定。

7.29 3D子系統

對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

7.30工業組態

可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

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

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、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，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

7.34知識產權證書

八、系統硬件配置

九、結論

綜上所述，能耗在線監測系統是實現雙碳目標的重要手段。為了更好地實現這一目標，我們需要解決目前存在的數據收集面不足、能效采集標準缺失、數據質量保障難，應用方向不夠清晰的問題，強化企業接入端系統和省級數據匯聚系統的建設和應用，持續提升可再生能源和原料用能分析，強化能效對標應用、推進智能化管理等。充分發揮能耗在線監測系統作用，為碳排放雙控管理的決策研判提供足夠的數據支撐，這將有助于推動工業領域的綠色轉型和可持續發展，落實“雙碳"目標要求。

參考文獻

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