基于物聯(lián)網(wǎng)的公共機構(gòu)能源管理系統(tǒng)的探索與實踐

姜翠麗，于文蛟

（1.內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070；2.內(nèi)蒙古成為電能服務(wù)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

0 引 言

多年來，一些基層公共機構(gòu)浪費辦公室能源的現(xiàn)象屢見不鮮，辦公室使用能源“浪費多，漏洞大”的現(xiàn)象依然普遍存在。比如，辦公室內(nèi)日夜燈火通明；熱水器插頭不撥；電腦開了不關(guān)；水龍頭長年滴漏等現(xiàn)象比比皆是，在這些細節(jié)中浪費的辦公資源數(shù)量驚人。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因主要是相關(guān)機構(gòu)能源管理人員管理意識不強，節(jié)能環(huán)保宣傳力度不夠，個別領(lǐng)導(dǎo)對公共機構(gòu)能源管理沒有引起高度重視，談起來很是重要，但做起來卻放在了其他工作的后面，使得能源管理工作很難深入，能源管理效果欠佳。除此之外，公共機構(gòu)能源管理系統(tǒng)缺乏自上而下統(tǒng)一的能源管理體系，需要明確能源管理制度，加強機構(gòu)能源管理專業(yè)人員隊伍建設(shè)，規(guī)范其工作職責(zé)， 這些因素都嚴(yán)重影響了公共機構(gòu)節(jié)能減排整體水平的提高。

因此，迫切需要一套完善的公共機構(gòu)能源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以能耗在線監(jiān)測為基礎(chǔ)，動態(tài)、準(zhǔn)確地把握公共機構(gòu)能耗信息。同時結(jié)合節(jié)能目標(biāo)、能耗目標(biāo)、能耗診斷為用能單位提供能效管理服務(wù)。用電單位通過本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精細化節(jié)能管理，提高能源利用效率，促進節(jié)能降耗。節(jié)能主管部門通過本系統(tǒng)能夠強化對節(jié)能降耗的工作監(jiān)管，及時研判能源消費趨勢，提高預(yù)測預(yù)警水平，實現(xiàn)能源消耗動態(tài)過程的可視化、可控化和信息化管理。

1 項目建設(shè)的必要性

為了加強公共機構(gòu)節(jié)能管理工作，推動“互聯(lián)網(wǎng)+”在公共機構(gòu)能源管理領(lǐng)域的應(yīng)用，必須建設(shè)公共機構(gòu)能源管理云平臺。實時、準(zhǔn)確地把握公共機構(gòu)能耗，不僅是實現(xiàn)精細化節(jié)能管理，促進節(jié)能降耗的必然要求，也是各級主管部門把握能源消費趨勢，加強能耗預(yù)測、預(yù)警，推動綠色發(fā)展，構(gòu)建節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的內(nèi)在要求。公共機構(gòu)能源管理系統(tǒng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)，利用深入到用戶內(nèi)部的分類用能信息采集和控制網(wǎng)絡(luò)，細致掌握用戶用能特點，引導(dǎo)用戶更為科學(xué)、高效地用能，提升用戶用能平衡能力，降低用能成本。

1.1 是智能用能環(huán)節(jié)的主要發(fā)展方向

能源管理系統(tǒng)平臺將用戶范圍內(nèi)的區(qū)域能耗建設(shè)成為網(wǎng)絡(luò)的一個智能結(jié)點 ，通過對用戶高耗能設(shè)備進行管理，可有效整合用戶區(qū)域內(nèi)的能耗需求。

1.2 是降低用能成本和提高能效管理水平的重要手段

能源管理系統(tǒng)平臺通過對用戶內(nèi)部各樓宇、各樓層、各用水網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)和用能數(shù)據(jù)進行采集和實時監(jiān)測，并將采集的數(shù)據(jù)與最優(yōu)值進行比對，為客戶節(jié)能改造提供參考和建議。

1.3 是提高用能設(shè)備運行效率的重要途徑

對用戶開展以能耗為主的能源使用管理，對于提升各樓宇、各樓層、各用水環(huán)節(jié)非常重要。

本項目利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)建立系統(tǒng)云平臺，形成平臺與重點用能單位之間的互動，為單位管理和服務(wù)提供信息化手段和平臺支撐。所以，項目的建設(shè)是必要的。

2 項目建設(shè)目標(biāo)與規(guī)模

2.1 項目建設(shè)目標(biāo)

本項目依托原有云資源、安全資源及網(wǎng)絡(luò)資源等基礎(chǔ)環(huán)境資源，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，在各單位能耗環(huán)節(jié)中部署各類采集設(shè)備和智能模塊，從而隨時感知、測量、捕獲和傳遞信息，并將信息通過GPRS無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳遞給各單位的能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，形成平臺與重點用能單位之間的互動。本次建設(shè)目標(biāo)實現(xiàn)各單位的用電、用水等能耗分析，便于及時發(fā)現(xiàn)問題并合理化分析，實現(xiàn)政府對能源利用的全面監(jiān)管以及安全用電的監(jiān)督。

2.2 項目建設(shè)規(guī)模

2.2.1 硬件資源建設(shè)

租用虛擬服務(wù)器3套，其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器1臺，Web服務(wù)器1臺，應(yīng)用服務(wù)器1臺。租用云存儲空間2 TB，2條200 M鏈路。

新增智能電表250套，智能水表20套，智能燃氣流量計20套，智能熱量測試表20套，GPRS運營商通訊卡250張，NB-IOT運營商通信卡20張。

2.2.2 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)市政府能源管理系統(tǒng)、直屬單位能源管理系統(tǒng)、統(tǒng)一門戶展示系統(tǒng)各1套。

3 項目建設(shè)方案

3.1 建設(shè)原則

本項目遵循“統(tǒng)籌規(guī)劃、頂層設(shè)計”建設(shè)思想，按照“統(tǒng)一系統(tǒng)開發(fā)、減少重復(fù)建設(shè)、綜合管理應(yīng)用、分步建設(shè)實施”建設(shè)原則，充分利用已有基本設(shè)施的基礎(chǔ)上，構(gòu)建公共機構(gòu)能源管理信息化服務(wù)平臺。

本項目建設(shè)滿足以下幾個方面原則：

（1）技術(shù)先進性原則。本項目是一項綜合性信息化系統(tǒng)工程，在系統(tǒng)設(shè)計上具有較高的技術(shù)先進性和功能完善性，確保系統(tǒng)能適應(yīng)信息技術(shù)的迅速發(fā)展。

（2）功能實用性原則。在項目建設(shè)過程中，最大限度地滿足政務(wù)服務(wù)的需要，堅持實用易操作原則，結(jié)合信息系統(tǒng)操作的實際需求，解決工作面臨的實際問題；綜合考慮應(yīng)用系統(tǒng)操作界面的友好、易于使用、快速響應(yīng)、便于維護等優(yōu)點。

（3）資源共享原則。本系統(tǒng)具有與其它系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)共享、融合工作的能力。

（4）可擴展性原則。由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展較快，各種信息發(fā)布方式和渠道都在不斷變化，同時，社會關(guān)注的焦點也在實時發(fā)生變化，監(jiān)控的范圍也在不斷增加，因此在硬件環(huán)境架構(gòu)、軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲容量設(shè)計等方面，都要考慮冗余，便于擴展。

（5）系統(tǒng)安全性原則。本項目作為一個綜合化信息系統(tǒng)，建立完善的系統(tǒng)運行安全體系是一項十分重要的工作任務(wù)。系統(tǒng)通過應(yīng)用多項現(xiàn)代信息安全技術(shù)和安全保障體系，保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全、應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全等。

（6）高可靠性原則。由于系統(tǒng)將成為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管的主要武器，必須具備全天候有保障的持續(xù)監(jiān)測能力，因此，系統(tǒng)必須具備較強的災(zāi)難處理能力，包括數(shù)據(jù)備份與災(zāi)難性恢復(fù)，能夠做到系統(tǒng)的高可靠保障。

遵循上述項目建設(shè)原則，采用成熟技術(shù)和產(chǎn)品快速實施項目的策略，保證項目建設(shè)的安全性、高效性和可靠性。

3.2 項目具體建設(shè)內(nèi)容

3.2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

公共機構(gòu)能源管理系統(tǒng)主要由兩個部分組成，其一是 能源管理云平臺，是系統(tǒng)的核心部分；其二是能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 公共機構(gòu)能源管理系統(tǒng)組成

能源管理系統(tǒng)以能耗在線監(jiān)測為基礎(chǔ)，可以動態(tài)、準(zhǔn)確地掌握機構(gòu)水、電等能耗的實時數(shù)據(jù)，對機構(gòu)各種能源系統(tǒng)進行分布式監(jiān)控與集中管理，從而實現(xiàn)能源消耗動態(tài)過程的可視化、可控化和信息化管理。能源管理系統(tǒng)可以為用能單位提供能效管理服務(wù)，及時研判能源消費趨勢，提高預(yù)測預(yù)警水平，為政府未來節(jié)能降耗研究、設(shè)計與改造提供參考數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)保存至少三年，為用戶用電及設(shè)備運行維護分析提供最有力的數(shù)據(jù)支撐。

3.2.2 能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

不影響生產(chǎn)辦公的前提下，支持無損安裝，整個過程不需要停電，此外，通過紅外通信技術(shù)實現(xiàn)計費總表同步抄讀，可以為電費規(guī)劃和分析提供最精確數(shù)據(jù)支撐。

3.2.3 市政府能源管理系統(tǒng)

市政府能源管理系統(tǒng)包括總體能耗、機構(gòu)明細、分路用電、用電分析、能耗分析五個部分，其中能耗分析又包括機構(gòu)能耗分析、業(yè)態(tài)能耗分析、區(qū)域能耗分析、用能構(gòu)成分析、總體能耗分析、能耗情況、分項能耗和能耗明細八個部分，市政府能源管理系統(tǒng)實際采集界面如圖2所示。

圖2 市政府能源管理系統(tǒng)實際采集圖

3.2.4 直屬單位能源管理系統(tǒng)

直屬單位能源管理系統(tǒng)包括總體能耗、分路用電、用電分析、能耗分析和統(tǒng)計報表五個部分。其中分路用電包括實時用電數(shù)據(jù)、日用電數(shù)據(jù)、月用電數(shù)據(jù)、年用電數(shù)據(jù)四個部分；用電分析包括電量分析和負(fù)荷分析兩個部分；能耗分析包括能耗情況和能耗月數(shù)據(jù)錄入兩個部分。如圖3所示。

圖3 直屬單位能源管理系統(tǒng)實際采集圖

3.2.5 統(tǒng)一門戶展示系統(tǒng)

（1）Web界面構(gòu)建。Web界面構(gòu)建整體體現(xiàn)整合、集成、優(yōu)化的特點，網(wǎng)站布局做到整體簡約大方，各功能區(qū)界定明顯，頁面色彩協(xié)調(diào)統(tǒng)一，突出了門戶網(wǎng)站的統(tǒng)一性。系統(tǒng)主界面分為三部分：界面上方是標(biāo)題區(qū)、左側(cè)顯示功能列表、右側(cè)是功能顯示區(qū)。標(biāo)題區(qū)：標(biāo)題欄從左到右分別是：企業(yè)系統(tǒng)名稱、登錄賬號、退出系統(tǒng)、使用手冊下載。功能列表：主界面左側(cè)顯示系統(tǒng)功能列表，展開功能列表點擊功能菜單查看詳細信息。點擊展開按鈕，展開功能菜單。

（2）用戶權(quán)限管理。實現(xiàn)基于角色的權(quán)限管理機制，為不同用戶分配不同權(quán)限，系統(tǒng)管理員本身也實行對應(yīng)不同職能的分層管理。系統(tǒng)提供靈活的權(quán)限控制功能，建立統(tǒng)一的權(quán)限模型，支持業(yè)務(wù)權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限、菜單權(quán)限等不同的權(quán)限類型，支持基于角色來定制權(quán)限，從功能和數(shù)據(jù)兩個方面來控制不同用戶的權(quán)限；管理平臺可以審計內(nèi)容包括用戶接入審計、用戶終端審計、用戶行為審計，同時平臺可以與其它審計系統(tǒng)集成，提供審計數(shù)據(jù)，而審計策略由第三方審計系統(tǒng)完成；系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)目杉用苄?，如https等機制；服務(wù)器使用密碼保護，只有授權(quán)用戶才能訪問服務(wù)器；系統(tǒng)支持內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)實行單點登錄（Single Sign On）以及權(quán)限控制的內(nèi)置機制；提供密鑰管理，通過密鑰和密碼認(rèn)證等多種方式確保用戶對虛擬服務(wù)器資源的安全訪問。

（3）用戶身份認(rèn)證。為提高應(yīng)用系統(tǒng)安全性，應(yīng)用系統(tǒng)進行了一系列的用戶權(quán)限管理措施。

（4）報表數(shù)據(jù)生成。報表是一種基本的業(yè)務(wù)要求，它能夠訪問、格式化數(shù)據(jù)，并以有意義的信息方式提供給用戶。

4 經(jīng)濟效益與社會效益

（1）提升政府監(jiān)管力度。該系統(tǒng)為政府部門宏觀經(jīng)濟運行調(diào)節(jié)、用能監(jiān)管、執(zhí)行評價、綜合分析等提供決策依據(jù)。

（2）節(jié)約能源、降低服務(wù)成本、節(jié)約行政營運成本、促進政府信息資源的共享。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的全面監(jiān)測、分析、預(yù)警，有助于優(yōu)化能源利用模式，挖掘節(jié)能潛力，提高用能效率，推動節(jié)能降耗。

（3）基礎(chǔ)建設(shè)方面，實現(xiàn)水電資源的精準(zhǔn)控制，在節(jié)約能源的同時，減低運營維護成本，實現(xiàn)其經(jīng)濟效益。

（4）助推建設(shè)智能、綠色用能習(xí)慣。對用能規(guī)范化、智能化發(fā)展具有推動作用，打造規(guī)范化、數(shù)字化、精細化、綠色的用能習(xí)慣。

5 結(jié) 論

公共機構(gòu)能源管理系統(tǒng)主要通過云計算、物聯(lián)網(wǎng)等先進信息化手段實現(xiàn)了能耗的監(jiān)測與統(tǒng)計分析等工作，動態(tài)、準(zhǔn)確地把握公共機構(gòu)能耗信息，實現(xiàn)了政府對能源利用的全面監(jiān)管以及安全用電的有效監(jiān)督。具體表現(xiàn)如下：

（1）自動采集用能數(shù)據(jù)：自動采集企業(yè)用能參數(shù)數(shù)據(jù)，為用能的精細化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息化分析工具。

（2）精細化的節(jié)能進度監(jiān)管：根據(jù)自動采集的用能數(shù)據(jù)與上級部門下達的指標(biāo)進行比對，對節(jié)能目標(biāo)的進度進行監(jiān)管。

（3）合理分解節(jié)能指標(biāo)與量化考核：根據(jù)能源使用數(shù)據(jù)，合理分解節(jié)能指標(biāo)到相關(guān)單位，并對節(jié)能指標(biāo)落實情況進行量化考核，為實施問責(zé)和表彰獎勵制度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（4）準(zhǔn)確評估單位能效水平和用能總量控制：針對市政府部門等機構(gòu)，根據(jù)能耗使用數(shù)據(jù)和能效水平，進行能效水平評估，提出節(jié)能指導(dǎo)意見。

（5）提升政府能耗管理和服務(wù)水平：通過平臺建設(shè)，提升政府節(jié)能管理和節(jié)能監(jiān)察的信息化水平，加強政府部門的監(jiān)管力度，提升服務(wù)能力。

本項目建設(shè)目標(biāo)明確，技術(shù)方案先進，體系結(jié)構(gòu)清晰，建設(shè)內(nèi)容規(guī)范，功能齊全完善，實際效益明顯，較好地為用能單位提供了能效管理服務(wù)。