从数据到决策：能耗在线监测如何撬动“双碳”杠杆

摘要：能耗在线监测系统作为“双碳"目标重要的手段，本文在总结福建省某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。

关键词：双碳目标；能耗在线监测系统；应用方向

0、引 言

“十四五" 时期是我国开启建设社会主义现代化国家新征程的开局阶段，碳达峰、碳中和目标愿景的提出，为我国经济社会绿色低碳转型明确了发展方向。强化重点用能单位节能管理、持续提升能源利用效率，是稳妥有序实现 “双碳" 目标重要且可行的实施路径。

推进重点用能单位能耗在线监测系统建设，是党国家陆续出台碳达峰碳中和系列政策方案，均将能耗在线监测系统建设纳入节能减排制度体系与生态环境监测能力建设范畴，对能源消耗常态化监测、精细化管理提出了更高标准与更高要求。

对政府主管部门而言，依托能耗在线监测平台，可实现对用能企业能耗、能效等核心指标的集中管控、动态监测，实时掌握能源消费变化态势，推动能源管理由传统粗放式定性管控，向准确化、定量化、数字化决策模式转变，有力支撑工业领域 “双碳" 目标落地。

对用能企业而言，通过搭建并接入能耗在线监测终端系统，可实现自身能源消耗与碳排放状况实时感知、动态溯源，为健全能耗统计、开展能效对标、实施节能诊断、开展能碳全过程跟踪及推进企业数智化管控，提供坚实可靠的数据支撑。

1、双碳目标与能耗在线监测系统概述

1.1 “双碳" 目标及其面临挑战

碳排放水平受经济发展规模、产业结构布局、能源消费结构、技术装备水平等多重因素共同影响，其根本成因在于化石能源的大规模消耗。当前我国工业用能仍以化石能源为主，碳减排的核心在于削减能源消费碳排放，根本出路在于加快能源发展方式转型，大力推进清洁能源替代与电能替代，逐步降低对化石能源的依赖，从源头遏制碳排放增量。

同时，应充分发挥数字化、智能化能源管理赋能作用，推广节能技术与智能管控手段，持续提升重点耗能行业能效水平，深入推进工业领域节能降耗。总体来看，节能提效与清洁能源替代，是现阶段实现 “双碳" 目标成效显著、经济成本较优的核心路径。

1.2 碳监测技术发展现状

碳中和的本质是实现温室气体排放与吸收的动态平衡，碳计量与碳监测是支撑碳达峰碳中和落地实施的重要基础手段。当前碳排放核算主要分为排放因子核算法与在线实测法（CEMS） 两类。受现阶段碳排放直接测试、连续在线监测等技术成熟度限制，排放因子法仍是我国碳排放核算的主流应用方式。

重点企业二氧化碳排放主要来源于能源活动与工业生产过程，现阶段各类能源、原辅材料计量技术成熟、数据可靠。通过准确、及时采集企业全品类能源消耗数据，即可科学核算企业碳排放总量与结构特征，为碳管控、碳减排提供数据依据。

1.3 能耗在线监测系统概述

能耗在线监测系统依托互联网、物联网等新一代信息技术，对重点用能单位能源消费全过程进行实时采集、在线监测与数据存贮，可准确掌握重点行业、重点企业、关键工序及核心用能设备的运行状态与能耗变化规律。

该系统自 2017 年由政府监管部门而言，可实现对企业能耗的动态跟踪、跨部门信息共享，为能源调控、节能规划及宏观决策提供支撑；对企业而言，可依托信息化手段实现能源使用、节能管理的数字化、网络化、可视化管控，健全能源管理体系，提升用能精细化管理能力，及时排查整改用能浪费问题，持续降低能耗水平、提升能源利用效率，同步实现企业碳排放有效管控

2、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自 2018 年启动建设，目前已接入全省 960 余家重点用能企业，监测能源消费量占全省规模以上工业企业能耗总量的 90% 以上，实现全能源品种全覆盖在线监测，为区域碳排放统计核算积淀了扎实、完备的数据底座。

平台融合物联网、云计算、大数据等现代信息技术，搭建能耗在线监测、能效对标分析、节能综合管理、能耗建模预测等核心功能模块，构建起福建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全链条业务信息，形成重点用能企业节能与绿色发展全景画像。

系统可实时动态展示全省重点区域、产业园区及重点企业的能源消费态势，掌握工业用能变化与企业生产运行态势。相较于传统人工统计方式，能耗在线监测系统在数据时效性、精细化颗粒度方面优势突出。但随着国家能源管控由传统能源 “双控" 加快向碳排放总量与强度 “双控" 转型，现有能耗在线监测体系已难以支撑 “双碳" 精细化管理应用需求，亟需向碳达峰碳中和综合管理服务平台升级迭代。

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

2.1 数据采集覆盖面不足，难以支撑碳排放双控管理

能源管控由能耗双控向碳排放双控转型，突破了原有能耗管控不区分化石能源与非化石能源的局限，更利于倒逼能源结构优化。新版能耗双控政策明确新增可再生能源、原料用能不纳入能源消费总量控制，为依托能耗数据准确核算碳排放总量奠定了政策基础。

当前福建省能耗在线监测系统仅聚焦企业法人边界各类能源品种的消耗数据采集，缺乏工业过程排放相关物料数据采集，且未对可再生能源消费量、原料用能进行单独分类统计，无法实现能源消耗数据与温室气体排放总量的换算，难以满足碳排放总量与强度双控的基础数据需求。

2.2 能效监测标准体系不健全

能耗在线监测系统是以物联网为基础，实现重点用能单位能耗数据采集、分析与汇总的信息化平台。国家虽已出台《重点用能单位能耗在线监测系统技术规范》等系列建设标准，但配套行业数据采集指南仅覆盖少数行业，且缺少能效监测、对标管理等相关规范内容。

行业统一标准缺失，造成高耗能行业在能效数据采集、编码规则、核算方法等方面缺乏统一依据，致使系统在开展行业能效对标、关键工序和生产装置节能增效分析等方面支撑能力不足。

2.3 数据质量管控难度大、保障体系薄弱

数据质量是能耗在线监测系统的核心基础，可靠的能耗数据既是碳排放双控核算的重要依据，也是宏观决策与节能管理的关键支撑。

该系统覆盖全省数百家重点用能企业，涉及大量计量仪表、通信设备、前端采集装置，链路环节多、设备点位分散。多数工业企业自身数据自检校核能力有限，难以从源头保障数据质量；同时主管部门受人力、物力约束，无法实现全覆盖常态化监管，系统运维与数据质量管控成本高、落地难度大。

.       双碳目标下能耗在线监测系统应用方向

在国家能源管控从能源“双控"向碳排放“双控"转型、“双碳"目标明确落地的时代背景下，当前二氧化碳排放总量核算主要聚焦于能源活动产生的排放，具体包括化石能源消费排放与电力调入蕴含排放。在此背景下，能耗在线监测系统的支撑作用愈发凸显。为充分发挥系统对碳核算的核心数据支撑效能，适配新时代“双碳"管理工作需求，需从数据采集、质量保障、功能应用三个维度，，推动系统从能耗监测向能碳协同管理升级。

3.1 拓展碳管理相关活动数据采集范围

聚焦水泥、陶瓷、玻璃、化纤等重点高耗能行业，制定针对性的数据采集专项指南，充分依托现有接入端设备的扩展能力，将可再生能源消费、原料用能及工业过程排放物料量等碳核算关键数据，纳入系统采集范围。通过规范统一的数据上传编码规则与采集边界，确保各类碳相关数据的规范性、一致性和可比性。

同时，在省级监测系统中增设工序级、设备级能耗与能效对标分析功能，充分发挥系统积累的同行业海量数据优势，依托重点用能企业能源消费全景画像，横向对比各企业能效水平与碳排放强度，定位节能降碳短板，有的放矢地提升能源利用效率。深入推进“工业互联网+节能降碳"融合发展，依托系统数据支撑，推动企业实施绿色低碳改造，有效削减碳排放总量。

3.2 优化数据质量保障功能，构建智能化运维体系

数据的完整性、准确性、时效性和可验证性，是系统发挥碳核算与“双碳"支撑作用的核心前提。需将联网数据质量管控要求，转化为计量器具校准、数据传输规范、端设备运维及应用系统管理的具体标准，指导企业强化端系统的建设与常态化运维，从源头规范数据采集流程。

在省级平台引入全套数据质量跟踪预警系统，通过大数据分析准确定位数据偏差成因，形成问题整改闭环，持续提升数据质量。同时，建立全流程数据质量管理体系，实现数据从采集、传输、存储到应用的全链条管控，从源头保障数据的可靠性。

智能化管理是未来能源与碳管理的核心方向，依赖大量人力投入的高成本运维模式已难以持续。针对系统覆盖范围广、设备点位多、链路环节复杂的特点，需搭建完整的自动化运维保障辅助系统，引入智能化管理模式，依托人工智能、大数据等技术，构建数据质量跟踪模型，开发快捷预警、交互管控等功能模块，大幅提升数据质量监管的自动化水平与准确度。此外，借助智能化管理手段，助力信息化水平较低的重点用能企业实现重点用能设备实时监控，进一步提升企业生产效率与经济效益。

3.3 能碳协同功能应用，提升系统核心价值

系统应用价值的充分发挥，是延长系统生命周期、保障数据源头稳定的关键。能耗在线监测系统的数据来源于企业端计量器具，数据质量的长效保障离不开企业的主动参与。福建省能耗在线监测系统建设之初便确立了“以企业需求为导向"的核心原则，唯有让系统真正为企业带来实际价值，才能推动企业主动建好、用好接入端系统，确保数据源的稳定性与准确性，实现系统生命周期的延长。

在企业端，通过制定标准化的端系统建设技术方案、强化典型案例宣贯等方式，引导重点用能企业充分认识到，建设能耗在线监测系统能够切实帮助企业实现节能降耗、提质增效，推动企业从自身发展需求出发，将接入端系统的应用价值提升至小型能源管理系统层面，充分发挥系统在企业内部节能管理、能效提升中的核心作用。

在省级汇聚系统层面，依托大模型技术对历史能源消费数据进行建模分析，增设能耗预测、多能互补调度等功能模块，能源消耗台账与节能成效台账，激活沉淀数据的要素价值，推动制造数据与能源数据深度融合创新，提升宏观层面能源利用效率，降低区域碳排放总量。在此基础上，逐步推动系统从现有能耗监测向碳管理延伸，拓展碳排放分析核算、碳达峰评估预测、碳项目管理及碳资产管理等核心功能，充分释放能耗数据要素潜能，各方位支撑企业节能降碳与区域“双碳"目标落地。

5、安科瑞企业能源管控系统概述

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。

6、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。

7、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：

8、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。

8.1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。

8.2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。

8.3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。

8.4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；

8.5视频监控

接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

8.6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。

8.7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。

8.8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。

8.9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。

8.11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。

8.11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。

8.12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、指定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。

8.13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。

8.14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。

8.15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

8.16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。

8.17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。

8.18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。

8.19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。

8.20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。

8.21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。

8.22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。

8.23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。

8.24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。

8.25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。

8.26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。

8.27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。

8.28 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。

8.29 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。

8.30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。

8.31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。

8.32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。

8.33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。

8.34知识产权证书

9、系统硬件配置

10、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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