智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)研究及應(yīng)用

孫小明

(云南省節(jié)能監(jiān)察中心，昆明 650041)

0 引 言

根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案提出“建立健全節(jié)能管理、監(jiān)察、服務(wù)‘三位一體’的節(jié)能管理體系”及云南省“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案中提出“利用信息化手段，加強節(jié)能監(jiān)察建設(shè)”的要求，如何在“十三五”現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察工作中利用“互聯(lián)網(wǎng)+節(jié)能監(jiān)察”推進云南省節(jié)能監(jiān)察行政執(zhí)法工作的問題就提上了日程。

1 項目研究的依據(jù)和必要性

云南省開展節(jié)能監(jiān)察執(zhí)法工作起步較早，但實際的工作中面臨以下幾大問題：節(jié)能監(jiān)察工作涉及州市多、行業(yè)范圍廣、企業(yè)駐地分散、時間緊、任務(wù)重和各地新成立的節(jié)能監(jiān)察機構(gòu)能力建設(shè)不足，執(zhí)法程序不統(tǒng)一，執(zhí)法內(nèi)容不統(tǒng)一，執(zhí)法人員專業(yè)水平參差不齊、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)容易出錯，執(zhí)法效率低等困難和特點。為此，通過結(jié)合現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察工作的實際情況，創(chuàng)新工作機制，提出利用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，展開“互聯(lián)網(wǎng)+節(jié)能監(jiān)察” 模式的智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)的研究，運用互聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)提升節(jié)能監(jiān)察能力， 統(tǒng)一執(zhí)法文書，規(guī)范執(zhí)法程序，減少繁瑣計算，降低工作失誤，提高監(jiān)察效率，利用該系統(tǒng)借助信息化技術(shù)手段來推進云南省節(jié)能監(jiān)察工作的執(zhí)法程序、核算標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范的有效統(tǒng)一。

2 項目研究內(nèi)容

通過調(diào)研分析，結(jié)合國家頒布的相關(guān)節(jié)能法律、法規(guī)、能耗限額指標(biāo)等要求，節(jié)能監(jiān)察的工作規(guī)范、執(zhí)法流程、關(guān)鍵要素，制定智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)的范圍、系統(tǒng)構(gòu)架及研究目標(biāo)，設(shè)計開發(fā)一套智能化、垂直化管理系統(tǒng)，讓現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察執(zhí)法人員和后臺數(shù)據(jù)處理人員跨地域、全程全時互聯(lián)互通、實時監(jiān)督。規(guī)范統(tǒng)一執(zhí)法流程，方便基層人員使用、方便上級部門監(jiān)督。構(gòu)建節(jié)能監(jiān)察信息庫、節(jié)能監(jiān)察大數(shù)據(jù)平臺，提供行業(yè)、企業(yè)用能信息的大數(shù)據(jù)分析。

2.1 主要研究目標(biāo)

利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能監(jiān)察的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、互聯(lián)化、智慧化。打通節(jié)能監(jiān)察業(yè)務(wù)垂直化的協(xié)同辦公，實現(xiàn)省、州(市)、縣(區(qū))三級共用共享一套系統(tǒng)，數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，方便管理，破除信息孤島。節(jié)能監(jiān)察平臺實現(xiàn)“執(zhí)法依據(jù)、流程方法、程序標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果處理和執(zhí)法文書”的五個統(tǒng)一，做到公平公正，規(guī)范執(zhí)法，提高節(jié)能監(jiān)察的質(zhì)量和效率，提升節(jié)能監(jiān)察的社會滿意度。通過建立專家系統(tǒng)，簡化基層使用，建成“智慧化”、“傻瓜化”的系統(tǒng)，現(xiàn)場監(jiān)察人員按照監(jiān)察流程只需將現(xiàn)場收集并核實的數(shù)據(jù)通過移動端錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)會按照各個行業(yè)的能耗標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等技術(shù)要求自動完成相關(guān)能耗數(shù)據(jù)的計算、分析、上報、匯總，并自動生成相關(guān)報表及文書。該系統(tǒng)不僅簡化了業(yè)務(wù)流程，方便現(xiàn)場監(jiān)察人員使用，同時也極大提高了現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察數(shù)據(jù)計算的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)還能夠讓各級管理者實現(xiàn)對節(jié)能監(jiān)察工作過程的實時監(jiān)督，并提升節(jié)能監(jiān)察工作效率。通過不斷積累數(shù)據(jù)，構(gòu)建節(jié)能監(jiān)察信息庫、節(jié)能監(jiān)察大數(shù)據(jù)平臺，提供行業(yè)、企業(yè)用能信息的大數(shù)據(jù)分析，為相關(guān)部門節(jié)能形勢分析和預(yù)警調(diào)控提供及時準(zhǔn)確、高效、科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

2.2 智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)功能清單

智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)功能清單，見表1。

表1 智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)功能清單

2.3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.3.1 智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)工作流程示意圖

智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)工作流程示意圖，如圖1所示。

(1)由任務(wù)管理員錄入節(jié)能監(jiān)察任務(wù)書，完成監(jiān)察任務(wù)的下達。

(2)監(jiān)察組成員接收任務(wù)，并實施節(jié)能監(jiān)察任務(wù)。

(3)監(jiān)察報告匯總員，匯總、編輯、輸出《20××年節(jié)能監(jiān)察情況報告》。

(4)部門、機構(gòu)負責(zé)人監(jiān)督整個監(jiān)察工作流程。

2.3.2 智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)能源數(shù)據(jù)流示意圖

智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)能源數(shù)據(jù)流示意圖，如圖2所示。

2.3.3 智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)軟件架構(gòu)

智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)軟件架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)接口、單位產(chǎn)品能耗分析和綜合能耗分析，如圖3所示。

2.3.4 智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，如圖4所示。

2.3.5 智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)邏輯圖

智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)邏輯圖，如圖5所示。

2.3.6 系統(tǒng)角色分配流程圖

系統(tǒng)角色分配流程圖，如圖6所示。

2.3.7 系統(tǒng)任務(wù)分配流程圖

系統(tǒng)任務(wù)分配流程圖，如圖7所示。

2.3.8 鋼鐵行業(yè)檢查實施流程

鋼鐵行業(yè)檢查實施流程，如圖8所示。

2.3.9 任務(wù)匯總流程圖

任務(wù)匯總流程圖，如圖9所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

實體字段化。結(jié)合數(shù)據(jù)庫建模與面向?qū)ο箝_發(fā)，使抽象得到的每種實體可以擁有多個類型不同的字段，字段可以在實體本身已有的屬性上進行功能的擴展或具象化。同時引入?yún)⒖夹妥侄?，能夠使實體間相互關(guān)聯(lián)。

實體視圖化。實體最終將通過互聯(lián)網(wǎng)以超文本標(biāo)記語言的形式呈現(xiàn)給前端用戶，為了便于數(shù)據(jù)庫和HTML相結(jié)合，需要對數(shù)據(jù)進行渲染，并且需要前端能夠通過動態(tài)參數(shù)與數(shù)據(jù)庫進行交互查詢，得到動態(tài)的內(nèi)容展示。

開放服務(wù)接口?？梢蕴峁┛缙脚_協(xié)議接口，例如通用的基于HTTP的RESTful接口或其它接口，便于實現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸

智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是利用互聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)，在充分理解各行業(yè)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、能耗指標(biāo)及能耗計算的前提下，實現(xiàn)智慧節(jié)能監(jiān)察。對各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究和理解是該系統(tǒng)研究和開發(fā)的前提，下面以鋼鐵行業(yè)為例，涉及的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下：

3.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

《焦炭單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB21342-2013)

《粗鋼生產(chǎn)主要工序單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB21256-2013)

《電弧爐冶煉單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB32050-2015)

《用能單位能源計量器具配備和管理通則》(GB17167-2006)

《鋼鐵企業(yè)能源計量器具配備和管理要求》(GB/T21368-2008)

3.2 能耗統(tǒng)計范圍

焦化工序：包括生產(chǎn)系統(tǒng)(備煤工段、煉焦工段和煤氣回收與凈化工段等)和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮系統(tǒng)和機修、化驗、計量、環(huán)保等)消耗的總能源量扣除工序回收的能源量。不包括洗煤、焦油深加工、苯精制、焦?fàn)t煤氣資源化利用以及附屬生產(chǎn)系統(tǒng)(食堂、保健站、休息室等)所消耗的能源量。

燒結(jié)工序：為生產(chǎn)系統(tǒng)(從熔劑、燃料破碎開始，經(jīng)配料、原料運輸、工藝過程混料、燒結(jié)機、燒結(jié)礦破碎、篩分等到成品燒結(jié)礦皮帶機離開燒結(jié)工序為止的各生產(chǎn)環(huán)節(jié))和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮系統(tǒng)、機修、化驗、計量、水處理、燒結(jié)除塵和脫硫等環(huán)保設(shè)施)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量。不包括附屬生產(chǎn)系統(tǒng)(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

球團工序：為生產(chǎn)系統(tǒng)(經(jīng)配料、原料運輸、造球、焙燒、篩分等到成品球團礦皮帶機離開球團工序為止的各生產(chǎn)環(huán)節(jié))和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮系統(tǒng)、機修、化驗、計量、環(huán)保等)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量。不包括附屬生產(chǎn)系統(tǒng)(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

高爐工序：為生產(chǎn)系統(tǒng)(原燃料供給、鼓風(fēng)、熱風(fēng)爐、煤粉干燥及噴吹、高爐本體、渣鐵處理等系統(tǒng))和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮系統(tǒng)、機修、化驗、計量、水處理及除塵等環(huán)保設(shè)施)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量。不包括附屬生產(chǎn)系統(tǒng)(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

轉(zhuǎn)爐工序：為從鐵水進廠到轉(zhuǎn)爐出合格鋼水為止的生產(chǎn)系統(tǒng)(鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐本體、渣處理、鋼包烘烤、煤氣回收與處理系統(tǒng)等)和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮系統(tǒng)和機修、化驗、計量、軟水、環(huán)境除塵等設(shè)施)消耗的能源量，扣除工序回收的能源量，不包括精煉、連鑄(澆鑄)、精整的能耗及附屬生產(chǎn)系統(tǒng)(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量。

電弧爐工序：報告期內(nèi)，電弧爐冶煉單位合格鋼從冶煉原料入爐后到冶煉鋼包產(chǎn)生合格鋼水過程實際消耗的能源總量，不包括精煉。主要包括電爐冶煉單位產(chǎn)品電耗和電爐冶煉時氧氣、氮氣和燃氣等消耗。

3.3 單位產(chǎn)品能耗計算

焦炭單位產(chǎn)品能耗按照《焦炭單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB21342-2013)計算。燒結(jié)工序、球團工序、高爐工序、轉(zhuǎn)爐工序單位產(chǎn)品能耗按照《粗鋼生產(chǎn)主要工序單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB21256-2013)計算。電弧爐冶煉單位產(chǎn)品能耗按照《電弧爐冶煉單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB32050-2015)計算。

4 應(yīng)用情況

自2017年開始，系統(tǒng)已完成了18個行業(yè)模塊專家系統(tǒng)的開發(fā)，在近三年全省的專項節(jié)能監(jiān)察中得到了很好的應(yīng)用，獲得節(jié)能監(jiān)察機構(gòu)和人員的一致認(rèn)可。

2017年全省節(jié)能監(jiān)察機構(gòu)利用智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)共對云南省148戶重點企業(yè)實施了現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察，其中：鋼鐵企業(yè)9戶、水泥企業(yè)137戶、 其它行業(yè)2戶。經(jīng)監(jiān)察，共有2戶水泥粉磨站企業(yè)的單位產(chǎn)品能耗限額標(biāo)準(zhǔn)超過了國家能耗限額標(biāo)準(zhǔn)。

2018年全省節(jié)能監(jiān)察機構(gòu)利用智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)共對云南省209戶重點企業(yè)實施了現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察，其中：水泥企業(yè)92戶、鋼鐵企業(yè)21戶、燒堿企業(yè)3戶、合成氨企業(yè)6戶、尿素企業(yè)5戶，獨立焦化企業(yè)17戶、電石企業(yè)11戶、造紙企業(yè)41戶，其它行業(yè)企業(yè)13戶。在監(jiān)察的企業(yè)中有3戶企業(yè)單位產(chǎn)品能耗超過了國家能耗限額標(biāo)準(zhǔn)。

2019年全省節(jié)能監(jiān)察機構(gòu)利用智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)共對云南省162戶重點企業(yè)實施了現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察，其中銅冶煉企業(yè)11戶、鉛鋅冶煉企業(yè)31戶、工業(yè)硅企業(yè)3戶、鐵合金企業(yè)21戶、磷化工企業(yè)61戶、陶瓷企業(yè)18戶、其它行業(yè)企業(yè)17戶。經(jīng)監(jiān)察，共有79戶企業(yè)的單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)達到了國家相關(guān)能耗限額標(biāo)準(zhǔn)的要求，有60戶企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品沒有國家相關(guān)能耗限額標(biāo)準(zhǔn)要求；但有11戶企業(yè)的單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)超過了國家能耗限額標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 計劃和目標(biāo)

(1)繼續(xù)完善其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)，目前系統(tǒng)主要完成了水泥和鋼鐵行業(yè)，煤化工(焦炭)，化工(燒堿、尿素、合成氨、制漿、造紙、乙烯、電石)。建材(建筑衛(wèi)生陶瓷)、黑色延壓(鐵合金)、化工(磷化工部分工藝)、冶金(鋅冶煉、鉛冶煉、再生鉛、銅冶煉、工業(yè)硅)等行業(yè)模塊。隨著節(jié)能監(jiān)察工作的進一步深入開展，下一步需要擴展其他行業(yè)節(jié)能監(jiān)察專家系統(tǒng)的實現(xiàn)。

(2)加強數(shù)據(jù)聚集。進一步完善節(jié)能監(jiān)察數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)監(jiān)察數(shù)據(jù)的可閱讀性、可比較性、可視性。進一步完善監(jiān)察流程和文檔輸出模塊。

(3)加強和其他系統(tǒng)的對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合共享，開展大數(shù)據(jù)分析。比如能耗在線監(jiān)測平臺、能源利用狀況報告系統(tǒng)、能管師在線培訓(xùn)系統(tǒng)等。

6 結(jié)束語

基于“互聯(lián)網(wǎng)+節(jié)能監(jiān)察”模式建設(shè)云南省智慧節(jié)能監(jiān)察系統(tǒng)，統(tǒng)一了監(jiān)察工作程序，拓展了監(jiān)察范圍，縮短了執(zhí)法流程，也實現(xiàn)了監(jiān)察數(shù)據(jù)一站式整合。通過在線填報，實現(xiàn)了用能單位能耗數(shù)據(jù)和能源利用狀況等大數(shù)據(jù)的多類型、多維度、多形態(tài)數(shù)據(jù)集合，確保用能單位監(jiān)察數(shù)據(jù)的真實有效性。監(jiān)察人員通過使用該系統(tǒng)進行現(xiàn)場節(jié)能監(jiān)察，不僅提高了節(jié)能監(jiān)察效率，充分發(fā)揮節(jié)能監(jiān)察的監(jiān)督保障作用，還對加強能源管理，提高能源利用水平，促進生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展起到了積極的作用，為今后我省完善能源利用狀況數(shù)據(jù)庫、能源信息處理分析、能源消耗指標(biāo)預(yù)測預(yù)警，為相關(guān)部門節(jié)能形勢分析和預(yù)警調(diào)控提供及時準(zhǔn)確、高效、科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。