双碳目标下能耗在线监测系统的应用方向

摘要：能耗在线监测系统作为“双碳”目标重要的手段，本文在总结福建省重点用能单位能耗在线监测 系统应用成效的基础上，研究分析目前存在的问题，提出双碳目标下能耗在线监测系统应用方向。

一、引言

“十四五”作为全面建设社会主义现代化国家新征程的起点，明确碳达峰、碳中和目标愿景为中国经济社会发展全面绿色转型指明了方向，加强重点用能单位管理，持续提升能源利用效率，是实现双碳目标最大和有效的路径。开展重点用能单位能耗数据监测系统建设，是党中央、国务院加快推进生态文明建设部署的一项重要任务，也是实现双碳目标基础且关键的环节。近年来，国家公布的“碳达峰、碳中和”相关工作方案，都把能耗在线监测系统的建设纳入节能 减排制度体系和监测能力建设中，对能源消耗的监测和管理 提出了更高要求。政府主管部门应用系统可实现对重点用能企业各项指标进行集中动态监测和管理，时刻观察各项能源使用变化情况，促进管理决策从粗放定性管理模式转变为可行的定量化管理模式，助力工业领域“双碳”目标实现，而企业则通过建设接入端系统，实现自身企业能源消耗情况、碳排放情况的实时监测，进而帮助企业为建立和完善能耗统计、能效对标、节能诊断、能碳跟踪、数智化管理提供可靠的数据支持。本文将在总结福建省重点用能单位能耗在线监测系统应用成效的基础上，研究分析目前存在的问题，探讨如何通过建设和完善能耗在线监测系统，实现工业能源活动碳排放精细化管理，以推动工业领域的绿色转型和可持续发展。

二、双碳目标与能耗在线监测系统概述

2.1“双碳”目标及其挑战

碳排放受经济发展、产业结构、能源使用、技术水平等诸多因素影响，根源是化石能源的大量使用。目前我国工业能源消耗中化石能源占比大，解决碳排放问题关键要减少能源碳排放，治本之策是转变能源发展方式，加快推进清洁能源替代和电能替代，从源头上消除碳排放。并且要积极发挥数智化能源管理作用，大力推广先进用能技术和智能控制技术，提升重点用能行业用能效率，推进工业领域节能。

2.2碳监测技术

碳中和的目的是平衡温室气体排放和吸收，碳计量、碳监测是实现碳中和碳达峰的重要手段，目前分为碳计量和实测法(CEMS) 两大类方式。在现阶段碳排放计量测试方法和 连续在线监测计量技术尚未成熟的情况下，排放因子法目前仍是我国主要使用的碳核算方法。重点企业的二氧化碳排放主要源自能源活动和工业过程，目前各类能源和物料的计量技术成熟可靠，通过快速、准确地掌握企业各类能源消耗数据，即可核算出企业碳排放情况。

2.3能耗在线监测系统

能耗在线监测系统是一种基于互联网和物联网技术的能源监测系统，它通过实时监测和记录重点用能单位的能源消耗情况，能实时、准确地把握重点行业、重点企业、关键工序以及重点设备的运行和能源消耗情况。2017年由国家发改委和市场监管总局联合在全国推进建设，实现节能主管 部门及相关部门对企业能源消耗情况的动态跟踪和信息共享，支持能源与节能宏观综合决策；并促进企业应用信息化技术实现自身能源使用与节能管理的数字化、网络化和可视化，建立科学完善的能源管理体系，提高能源精细化管理水平，快速发现和解决能源浪费的问题，从而降低能源消耗，提高能源利用效率，进而减少企业的碳排放。

三、能耗在线监测系统的应用现状和存在的问题

福建省重点用能单位能耗在线监测系统于2018年启动建设，目前已接入全省960余家重点用能企业，能源消费监测总量占全省规上工业企业能源消费总量的90%以上，实现全能源品种全覆盖监测，为碳统计核算累积了完备的数据基础。平台采用物联网、云平台、大数据等先进技术，建成能耗监测、能效对标、节能管理、建模预测应用等功能模块，构建了“全省工业能源消费管理大数据平台”。省级平台多维度汇聚节能监察、节能诊断、节能审查、绿色制造、能源利用状况报告等节能全流程信息，形成重点用能企业节能绿色全景画像。

目前系统能实时呈现全省重点地区、园区、企业能源消费变化情况，从而掌握全省重点用能企业能源消费变化情况 和工业企业运行情况，相较于传统统计方法，能耗在线监测系统对掌握具有明显的时效优势和数据颗粒度，但随着国家提出推动能源“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变，目前能耗在线监测系统还无法支撑“双碳”相关应用，需要推动向“碳达峰碳中和管理与服务平台”转变。

图 1 系统直观呈现杜苏芮台风影响福建期间 泉州陶瓷企业能源消费变化情况

3.1数据采集面尚无法支撑碳排放双控管理

从能耗双控转向碳排放双控，改变了能耗双控制度下没有区分化石能源和非化石能源的设计，促进了能源结构优化。新的能耗“双控”政策提出将新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制，为使用能源消费数据核算碳排放总量做好数据准备。目前能耗在线监测系统数据源集中在企业法人边界全能源品种数据采集，缺少过程排放物料的采集，对可再生能源消费数据和原料用能尚未单独采集，还无法实现能耗消耗数据与温室气体排放总量数据直接换算，无法支撑碳排放双控管理的数据需要。

3.2能效监测标准体系还未健全

能耗在线监测系统是用于采集、分析、汇总用能单位能耗数据的物联网系统，国家先后发布了《重点用能单位能耗 在线监测系统技术规范》等一系列建设标准，其中行业数据采集指南仅涉及三个行业，缺少对能效监测管理相关内容。标准的缺失导致重点耗能行业的能效采集、编码规范和计算方法缺少统一的标准约束，导致能耗在线监测系统在能效对标，促进主要工序、主要装置节能增效方面支撑不足。

3.3数据质量保障难度大

数据质量是能耗在线监测系统的核心，只有准确、全面的监测能源消耗数据才能为碳排放双控提供总量数据支撑，也才能为决策提供有力支持。作为一个涉及数百家重点用能企业的物联网系统，涉及数量巨大的计量器具、通信设备、端设备等设备和环节，对于多数工业企业，数据质量难以做到保障，而主管部门更是难做到全覆盖监管，维护系统所需投入的人力、物力比较大。

.       双碳目标下能耗在线监测系统应用方向

在国家政策从能源“双控”向碳排放“双控”,并明确了“双碳”目标这一背景下，目前常用的核算方法，二氧化碳总量主要是能源活动产生的二氧化碳，即化石能源消费产生的排放和电力调入蕴含的排放，所以能耗在线监测系统的应用将更加重要。为了更好地实现能耗在线监测系统对碳核算的数据支撑作用，需要进一步完善几个方面的应用设计， 以适应新时代对“双碳”的管理需求。

4.1拓展采集碳管理相关活动数据

通过制定水泥、陶瓷、玻璃、化纤等行业的数据采集指南，充分利用现有接入端设备的扩展性，将可再生能源、原料用能和过程排放物料量的数据接入，通过规范统一的上传编码和采集边界，同时在省级系统上建设工序级、设备级的能耗和能效对标分析功能，发挥系统积累同行业数据的优势，依托重点企业能源消费全景画像，横向比较各企业能效情况和排放强度，有的放矢地提高能 源利用效率，实施“工业互联网+”的节能降耗、绿色低碳 发展，减少碳排放。

4.2优化数据质量保障功能

为确保数据的完整性、准确性、时效性、可验证性，需将联网数据的质量问题转化为计量器具、数据传输、端设备和应用系统规范运维的管理要求，指导企业加强对企业端系统的建设和运维管理，在省级平台引入一套完整的数据质量跟踪预警系统，通过分析数据偏差原因并逐步改进。同时，还需要完善数据质量评价标准，建立管理体系，从源头上保证数据质量。

智能化管理是未来能源管理的重要方向，靠大量人力投入的高成本运维方式将不可持续。庞大的物联网数据保障需要建设一套完整的自动化运维保障辅助系统，引入智能化管理模式，利用人工智能、大数据等技术手段，建立数据跟 踪模型，建设快捷预警、交互功能模块，提高数据质量监管的自动化程度和精准度。智能化管理还可以帮助信息化程度不高的重点用能企业对重点设备实施实时的监控管理，提高生产效率和经济效益。

图 2 系统数据质量跟踪管理功能模块

4.3完善能碳功能应用

只有充分发挥系统的应用价值，才能延长生命周期。能耗在线监测系统的数据来源于企业端的计量器具，数据质量需要企业保障。系统建设之初，我们就确定福建省能耗在线监测系统的建设要以企业需求出发，只有系统对企业用户有价值，数据源的稳定性和准确性才能 得到保障，也才能延长系统的生命周期。通过制定企业端系 统建设技术方案源头把控建设质量加优秀案例宣贯等方式，引导重点用能企业充分认识建设能耗在线监测系统可切实帮助企业节能降耗增效，而从自身需求出发建好、用好接入端系统，把接入端系统的应用价值提升到小型能管系统的层面；而在省级汇聚系统的层面，也要利用大模型技术对历史能源消费趋势进行建模分析，附加建设能耗预测、多能互补调度等功能，逐步完善能源消耗和节能成效台账，把沉淀的数据应用起来，促进制造与能源数据融合创新，大幅度提高宏观层面能源利用效率和降低碳排放，逐步在现有能耗监测 基础上向“碳”前行，拓展建设碳排放分析核算，碳达峰评估预测、碳项目和碳资产管理的功能，发挥能耗数据要素功能，促进企业节能降碳。

安科瑞企业能源管控系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

五、应用场所

钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。

六、系统结构

现场通过厂区局域网和平台通讯，平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能与局域网联通的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。

网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。

平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

七、系统功能

平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。

7.1平台登录

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

7.2大屏展示

用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。

7.3首页

首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。

7.4数据监控

对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

·       能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

·       能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支持APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；

·       配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。

·       实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

·       数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；

·       检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；

7.5视频监控

接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

7.6变压器监控

展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。

7.7仪表实时监控

展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。

7.8能源中控

将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中，能从多个维度对比分析，实现各个产业线的对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

7.9用能统计

从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

7.1成本分析

统计各个监测节点（工厂、车间）的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用，其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。

7.11产品单耗统计

与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。同时将产品单耗与行业/国家/国际指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

7.12绩效分析

对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力，评定能源消耗是否合理。

7.13运行监测

系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

7.14自定义能耗报表

用户可通过自定义报表头与列，灵活生产各种报表，查看企业各个节点的能耗，单耗，成本，综合能耗等信息，并同比、环比报表，支持导出报表。

7.15同比、环比

提供能耗成本的图形对比分析，包括分时段（日、月、年）的同比、环比分析，分类、分时段、分项（地点、机构、设备）统计图形对比分析（柱状图、饼图、堆积图等）。

同比

环比

7.16分析报告

以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行仔细的统计分析，让用户更加了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。

7.17能耗设备用能

监控耗能设备运行、停机及异常状态，及时解决设备故障停运导致无法正常生产。

7.18线损分析

根据节点、能源分类，查询各个节点线路上的能源损耗数据，及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。

7.19碳排放管理

按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计，并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算，并结合减排指标实现超标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。

7.20电能质量监测

实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等，确保功率因数不低于供电局考核指标，避免被罚款和设备出现故障。

7.21运维管理

系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。

7.22报警管理

针对于电气正常开展、限电和能耗双控，实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗超标报警、限电报警等，帮助企业提前预警，避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支持分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。

7.23能耗抄表

可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值，可自定义抄表的分类分项。

7.24能耗分析自定义时间抄表

可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值，可自定义抄表能耗值的的分类分项。

7.25容需量报表

提供容需量报表，实时展示容量需量价格的变化情况，帮助企业实现容改需，降低基本电费。

7.26复费率报表

对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析，为企业分时用电，优化成本效益提供数据支持。

7.27文档管理

对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档，可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理，支持文件的上传和下载。

7.28 3D可视化大屏

对场景进行虚拟仿真，展示各区域运行及能源消耗情况，可实现分层预览、转场展示、风格切换、智能巡检等效果，支持模型与监测点位的自定义绑定。

7.29 3D子系统

对各动力子系统进行虚拟仿真，展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况，可实现动态的能源流向效果。

7.30工业组态

可通过图形化的编辑方式自定义组态图，展示设备运行状态及能源消耗情况，可上传自定义素材及绑定监测数据。

7.31自定义驾驶舱

可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱，以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据，数据源包括API、数据库查询、MQTT、Excel等方式。

7.32基础数据管理

对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。

7.33手机APP

APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。

7.34知识产权证书

八、系统硬件配置

九、结论

综上所述，能耗在线监测系统是实现双碳目标的重要手段。为了更好地实现这一目标，我们需要解决目前存在的数据收集面不足、能效采集标准缺失、数据质量保障难，应用方向不够清晰的问题，强化企业接入端系统和省级数据汇聚系统的建设和应用，持续提升可再生能源和原料用能分析，强化能效对标应用、推进智能化管理等。充分发挥能耗在线监测系统作用，为碳排放双控管理的决策研判提供足够的数据支撑，这将有助于推动工业领域的绿色转型和可持续发展，落实“双碳”目标要求。

参考文献

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