能源综合利用监测管理系统方案探索

能源综合利用监测管理系统方案探索

胡义武,王晓勉,李华龙

中核控制系统工程有限公司 

摘要：面对“碳达峰、碳中和”带来的机遇与挑战，探索从能源结构优化、产业工业升级、能源服务升级、节能增效创新、碳中和技术发展5个方面提出能源管理的实施方案。具体到实施阶段，构建一套能源综合利用监测管理系统以数字化转型驱动能源转型，实现设备互联互通，通过数据采集监测将传统能源的数据可视化，通过数据分析给出节能优化策略，最终实现自动的能效改善。

关键词：能源综合利用；碳达峰、碳中和；数字化转型；监测管理系统

1  引言

世界主要发达国家都在实施以技术为支撑的能源转型政策[1-2]。能源的发电成本将不断下降，能源投资重心向绿色清洁化能源转移，产业结构和能源消费结构进一步优化[3]。同时，我国能源体系面临稳定供应与清洁低碳转型的双重挑战和节能减排、化石能源替代的迫切需求。《“十四五”现代能源体系规划》提出到2025年进一步将电能占终端用能比重提高到30%左右[4]。随着我国“双碳”战略的持续推进、能源安全战略的深化落实，能源的综合利用也将迎来新的发展机遇。

未来能源行业已逐步向大数据、虚拟发电厂、智能电网、物联网、共享经济和区块链技术、数字融合技术等方面快速发展[5-6]。低碳转型归根到底是数字化转型，随着5G、大数据、云计算、人工智能、微服务、容器化技术的发展，用能管理的行业架构已趋近于成熟。目前急需构建一套能源综合利用监测管理系统，可以全面考量企业的能源管理，提供设备管理、能耗管理、分析诊断、运维指导等服务，实现整体系统和系统间的串联，通过智能分析形成节能方案。

2  “双碳目标”下能源综合发展

“碳达峰、碳中和”战略推进下，我国能源结构逐步由集中式向分布式利用转变，单一能源系统之间缺乏协调，导致能源利用率不高[7]。综合能源系统能够打破传统能源系统局限于单一能源形式的壁垒，最大限度地发挥多能源协同和优势互补，提高能源利用效率和可再生能源消耗水平[8]。电力系统主要特征随之发生改变，逐渐转向为以新能源为主体的电力系统，形成清洁主导、电能为中心的能源供应，构建“风、光、核、储”新型清洁能源供应体系，将大幅提升新能源电网的输出稳定性，降低对储能的需求。

碳达峰、碳中和的本源是能源问题，首先，从能源行业供给侧，实现“双碳”目标将带来能源结构的重大改变，用可再生能源代替化石能源是实现“双碳”目标的主导方向，从高碳能源向低碳能源转型，大力发展风电、水电、光伏、氢能、地热、核电等低碳能源或零碳能源，使新能源成为电力供应的主体，期望在2060年非化石能源发发电量和装机量能达到90%[9]。其次，是要提高能源利用效率，推动能源利用的回收、节能技术的发展与应用，扩大碳交易市场的范围，要求企业重视能源效率，最后需要提高能源行业的科技水平。

3  数字化转型赋能能源管理

3.1 方案探索

“碳达峰、碳中和”给企业带来了巨大的挑战：碳交易将绿色成本显性化，随着纳入碳交易的行业扩大，碳价格的市场化，相关行业企业成本会有所上升；清洁能源的直接成本与间接成本高于传统能源；控制减少碳排放会对经济增长产生较大的约束。

在新的挑战和机遇的驱动下我们可以从以下方面实施能源管理：能源结构优化；产业工业升级：推动工业能效提升，降低工业领域碳排放，进一步提升工业领域能源利用效率，推动优化能源资源配置；能源服务升级：传统能源服务向综合能源服务升级，即节能服务的升级，综合能源服务更加注重系统改造、智慧运行，追求系统能效；节能增效创新：各用能单位可以多维度，利用先进的物联网技术、AI等技术加持于生产、加工、转换、传输等环节，提升节能率；碳中和技术发展：对碳资产的盘查、管理、交易等真正做到政策可参考、方法可执行。

3.2能源综合利用监测管理系统

在具体实施层面上，能源消耗不仅源于产线、基台等生产设备，空调、空压机等光伏设备，办公设备，通风、照明、仓储设备。更多是由于设备之间的信息是孤立的、设备和系统间是相互独立的，没有可以完全掌控全局的系统。同时由于各系统隶属不同职能部门、管理分散，造成运营成本较高；部分控制逻辑不符合现场管理的需求，控制逻辑落后造成了运营效率低下；部分单机式设备，没有联网，无法进行实时监控，造成故障难以预计，事后才能进行处理，管理滞后，造成成本浪费。以致运维效率低下，只能通过传统的逐一清点、逐一巡检的方式完成，运维费时费力、难以达标等；造成整体运维的成本居高不下，转型升级受限。

为解决上述问题，应构建一套能源综合利用监测管理系统，以数字化转型驱动企业能源转型：传统能源的数据可视化，以在线监测完成能源分项监测、分项计量；通过数据系统可视化能源数据，针对数据进行分类统计，提供策略参考如：能耗报表、能耗排名能够及时预警能耗异常；进行对比统计，在传统数据上能够进行诊断分析，以能耗异常的特征、能耗监测、节能分析来提出优化策略，从需求控制到设备养护到排期优化；

后期投入人工智能，经过大数据分析、自动化的特征提取、自动化的设备参数调优，让设备以更经济化的方式运行，达到负荷监测和设备健康运行的完整目标，达成改善这一目标的节能效果。

4结论

以数字化转型驱动企业能源转型，构建一套具备以下功能的能源综合利用监测管理系统：通过设备互联互通、数据采集监测实现能源可视化；通过数据系统呈现能源数据，评价能效，进行能源管理；能源化的转型，在能源特征数据的基础上，针对能效数据进行综合分析，针对能效设备进行分析诊断，提前预判故障，对设备运行数据进行预测性调优。最终落实企业的碳资产管理：实现自我碳盘查、逐步实现碳交易核算，最总达成碳中和以及零碳目标。

作者简介：胡义武(1985.9)，男，高级工程师，主要从事仪控系统产品及工业互联网产品开发研究。

参考文献：

[1]Wang C J,WangF,Zhang H O,et al.China’s carbon trading scheme is apriority [J]. Environmental Science &Technology, 2014, 48(23): 13559.

[2]Geels F W, Sovacool B K ,Schwanen T ,etal. Sociotechnical transitions for deep decarbonization [J]. Science, 2017, 357(6357): 1242-1244.

[3]盖志杰，王鹏辉．燃煤电厂碳排放典型计算及分析[J]．中国电力，2017,50(50):178-184.

[4]何霄.“双碳”目标下能源经济结构转型研究[J].现代营销(上旬刊)，2023(03):107-109.DOI:10.19921/j.cnki.1009-2994.2023-03-0107-036.

[5]Liu Z, Guan D, Wei W, et al. Reduced carbon emission estimates from fossil fuel combustion and cement production in China [J]. Nature, 2015,524(7565):335 .

[6]中国石油天然气集团有限公司.世界与中国能源展望报告[M]. 北京:中国石油经济技术研究院, 2021:138-143.