2010年12月3日至2010年12月23日,以国家质检总局计量司刘新民副司长为团长,由中国计量科学研究院及部分省、市质量技术监督局和计量院共计19名管理及技术人员组成的培训团赴德进行了“能源计量与节能管理软件信息系统培训”。本文重点对德国智能计量网络在能源计量领域应用的基本情况以及对我国国家城市能源计量中心建设工作的借鉴意义进行介绍。
    

一、智能计量网络概况及背景

    为了给消费者提供更多的保护及更低的能源消费价格,同时使各能源供应公司具有较强的竞争力,欧盟委员会于2009年颁布了涵盖电、气、水和热计量在内的智能表安装计划。其中,在智能电能表方面,规定2020年要完成80%的安装,2022年要全部完成智能电能表的安装。针对欧盟委员会颁布的此项计划,欧洲许多国家已经制定了更为紧迫的时间计划表。通过此项计划以保证到2020年,CO2排放量降低20%,新增20%可再生能源使用量,同时通过提高能源利用效率降低20%的能源消耗量。
    智能计量网络建设的目标是将每个小的用能单元组合成一个整体,这样每个用能单元能够控制并进行自我诊断与调节。智能计量的基础功能是为能源生产、消费和分配提供基础设备,集中采集各用能单位能源消费点的计量器具仪表数据后发送到数据中心的处理系统进行整理与分析,其主要结构组成如图1所示。
    

【探讨】欧盟智能计量网络发展及对我国能源计量工作的借鉴意义

图1  智能计量基础结构示意图

    智能计量的主要功能包括:智能应用(如能关闭频繁不正常波动的用能单元)、需求管理(如能在用能低谷时开始工作以节约成本、智能处理,如在微秒级的时间内执行特别保护配置单元)、智能传感器(如能显示并隔离波动异常存在干扰的区域)、智能储存(如能在用能低谷时将产出的能源利用电池进行储存,以备后期使用和智能产能;如能检测小的产能单元的产出能源量并计算出用能单元的总用能需求)等。同时,智能计量能将采集到的数据分析结果所反映出的问题提供给能源专家与用能单位等,其结构如图2所示。
    

【探讨】欧盟智能计量网络发展及对我国能源计量工作的借鉴意义

图2  智能计量的主要功能结构图
    

二、欧盟实施智能计量的目的

    第一是各能源行业为提高能源生产、消费和分配效率,并最终实现盈利服务。目前,德国的能源企业已从原来的国企改制为公开上市的国际能源集团。以电网公司为例,德国最大的电网公司是E.ON,占18%的市场份额,其次是RWE,占17%的市场份额,这些公司在相互竞争的市场行为中为实现盈利,通过实施智能计量提高企业的生产与分配效率,并简化之前的手工抄表模式。
    第二是进行智能计量能够在世界性课题??节能减排中发挥作用。欧盟及其成员国已作出了在2020年前持续减少CO2排放的承诺,各能源公司提高能源利用效率将直接为减少CO2排放提供帮助;各国政府正在探寻为节能单元给予财政奖励,实现智能计量将为此提供数据支持。随着智能计量网络的建设,能够对能源消耗情况进行科学的分析与判断,为供能单位在建设过程中降低网路损失提供解决方案。
    第三是在能源价格随市场需求波动的新市场模式下,供能公司与用能客户等各方需要精确的账单系统。有了智能计量网络,对于各供能公司来说,能够在一个公开竞争、价格波动的市场模式下将能源卖给用户;对于用户来说,在波动的价格下,他们在支付实际用能时需要智能计量为其提供精确账单。
    第四是智能计量技术已经成熟并得到认同。首先是计量器具生产企业,已经生产出可添加数据传输模块的计量器具,该类计量器具在将来建立智能计量网络时,不需要对其进行停用或拆卸,只需添加支持不同数据通信协议的模块,即可对不同的能源计量器具的数据进行智能采集;而目前的数据通信技术(包括有线、电力载波、GPRS、WLAN以及Zigbee等)已十分成熟,因此建立智能计量网络中的数据通信技术已不再困难。
    对于建立智能计量网络,所有重要参与者包括政府部门、供能企业以及消费者都十分支持。首先,政府希望利用智能计量网络实现节能降耗、减排增效的政策目标;其次,企业能够利用智能计量提高效率并增加利润;第三,消费者能够通过智能计量获得更好的信息服务。
    

三、欧盟主要国家智能计量的现状及我国城市能源监控管理系统

    德国主要的能源消耗为电和天然气,由于德国政府没有监管智能计量网络的责任,同时消费者不期望自己购买智能计量设备,德国政府于是更希望由市场主导建立智能计量网络,但供能企业可以按照他们自己的选择进行安装,因此,德国的智能计量网络建设将取决于政府的主导力。
    英国主要的能源消耗为电和天然气,英国政策法规规定政府在2020年实现所有能源计量点智能计量网络全面覆盖。英国的用电量及电价在欧盟属中等,其天然气进口量居世界前十位,智能计量对于英国来说具有十分重要的意义。目前,英国政府、相关工业和其他相关组织正在积极讨论以寻求可行的方案。
    中国计量科学研究院近年来完成的科技部平台项目课题??城市能源监控管理系统对我国天然气、煤气、蒸汽、热水等城市主要能源介质的合理利用与科学管理起到了推动作用。课题建立起统一的城市能源介质计量、监控、管理体系,包括能量计量数据、气质数据等在内的城市能源监控管理系统的建立,将在解决贸易纠纷、促进能源合理利用等方面发挥积极作用,同时为政府制定相关政策提供科学依据。目前,该系统可实现的功能是:(1)流量计量数据的采集、运算、整理、远传、查询、监控管理功能。(2)能源技术信息的发布,包括天然气介质的组分(或密度)、发热量、沃泊指数、水露点、总硫含量等内容的发布。(3)城市能源数据的统计与分析。(4)相关技术动态和技术资料、标准名目介绍、查询功能。
    如图3所示,城市能源介质计量、监控、管理体系指明了天然气能量计量的实现途径。在城市天然气门站采集天然气气质数据并发布到中心服务器;按不同使用需求进行计算,并通过Internet以及移动网络提供给各贸易交接站点使用;在整个软件设计中采用先进的开发软件搭建了伸缩性强大的系统软件,以满足系统稳定性和扩展性的要求;实现了天然气气质数据的实时发布和使用,满足天然气能源计量的需要。天然气气质发布系统的建立必将成为各贸易交接点进行贸易结算的依据。
    

【探讨】欧盟智能计量网络发展及对我国能源计量工作的借鉴意义

图3  天然气气质数据发布系统

    数据采集及发布系统的完成通过研制用于现场接收色谱仪信号并发送气质数据的天然气数据采集器,购置相应的网络硬件、服务器、路由器、集线器及相应的连接设备,建立起完整的内部网络,保证了数据的正确接收和发送;继而使用J2EE体系架构及其关键技术搭建了天然气气质发布系统平台,实现了集数据接收、计算、管理、发送为一体的平台主要功能,取得了较为满意的结果,通过Internet及移动网络建立起一套可靠的网络对外发布系统。
    

四、充分发挥智能计量网络的作用,推进国家节能减排工作的落实

    通过此次培训,培训团成员们进一步深刻体会到能源智能计量对节能减排工作的基础性支撑作用,欧盟各国在此方面的坚定态度和贯彻执行能力更值得我们借鉴。作为一项基础性的庞大系统工程,要想真正推动全国智能计量网络建设,需要从中央到地方各级政府以及广大企业和居民等各有关方面的共同努力。第一,需要像欧盟各国一样,由国家中央政府主导,组织制定总体规划和目标,并出台相关法规作为法律依据;第二,地方各级政府需要组织、协调、落实并监督各自辖区的智能网络建设进程;第三,各级政府组成部门应各司其职,形成联动机制,例如,发改委和经委等应出台各项政策、落实资金等,计量主管部门则应提供计量技术支撑和必要的监督;第四,智能计量网络建设离不开各能源供给企业(如电力部门)的支持,需将智能电网等行业规划与智能网络建设相协调;第五,相关计量器具生产企业应加快研发配套智能计量仪表和技术,缩小与国外先进制造企业的技术差距,为智能网络建设提供硬件条件;最后,智能网络建设更离不开全体居民意识的提高,需要社会各界和舆论的支持。
    目前,全国已有一半以上省市获国家质检总局批准成立了“国家城市能源计量中心”。成立国家城市能源计量中心的主要目的之一便是将能源计量与节能降耗工作紧密结合。可以认为这是智能计量网络的一种基本形式或组成部分,要想真正将此项建设深入推广,并发挥其作用,需要在多个方面进一步努力和探索。
    一是在政策法规上,我国需要制定必要的法律依据。欧盟已颁布法令要求各成员国建立能源智能计量网络,这极大地促进了欧洲能源智能计量工作的开展。目前,我国的法律法规中仅有《节约能源法》中规定,对于企业不按照国家强制性标准GB17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》配备能源计量器具的,给予处罚。而GB17167-2006中对于建立能源计量数据中心的条款仅为推荐性条款,这对于用能单位来说推动力和引导力是不够的。
    二是只有政府部门之间良好的沟通协作才能建立高效便捷的跨部门信息资源共享机制。目前,我国的节能主管部门为国家发改委,其对节能量的考核基本是以用能单位上报的统计数据为依据。而作为能源计量的权威技术部门,国家质检总局授权建立的国家城市能源计量中心将为节能主管部门及能源数据统计部门提供最为基础与真实的能源计量数据。因此,倡导积极的沟通协调,在尊重各职能部门业务流程的基础上,逐步建立起一套便捷、高效的信息互换机制将对计量工作的开展起到积极的促进作用。
    三是要建立能源智能计量网,需充分利用互联网技术,并对能源计量器具的数据采集与传输进行标准化。目前,我国能源计量是分散进行的,数据的准确性、公正性、完整性无法保证;并且信息化程度普遍不高,能源计量数据没有充分发挥作用,远远不能适应目前建立节约型社会、实现科学计量、节能降耗的需要,需要进行系统整合。物联网是信息化和工业化深度融合的产物,是建立现代能源计量体系的有效手段。建立能源智能计量体系是获取能源消费量真实数据、加强监管的强有力保障。
    目前,国内生产的能源计量器具,不同的企业其数据格式均不相同,要进行能源智能计量,就必须对各种能源计量器具的数据格式进行解析,开发单独的数据通信模块,这不仅浪费开发成本,也对采集到的数据的准确性有一定影响。因此,制定统一的数据采集与传输国家标准将对能源智能计量起到很好的作用。
    四是积极探索适合我国国情的智能计量新模式。我国的能源消费结构与欧洲发达国家有较大的差异。首先,我国的能源消费结构中煤的比重最大,达到了70%以上,而世界其他国家的煤的平均消费量仅为29%;其次,天然气、水、电等清洁能源消费量我国仅为10%,而世界平均水平为30%左右。
    天然气作为一种清洁、高效的能源,得到了日益广泛的应用,我国天然气产量和消费量在持续迅速地增长。2009年,我国天然气消费量大约为900亿m3。预计在2010~2015年,中国天然气的产量增速为8.5%左右,而消费量增速将在12%以上。随着天然气在一次能源结构中比重不断增大,贸易交接的数额日益增大,能源贸易双方对能源贸易交接日益重视,对计量方法的改进和准确性的提高提出了更高的要求。
    同时,我国能源智能计量中很重要的一个环节为煤炭计量,这与欧洲国家存在较大差异。各用能单位的煤消费方式各有不同,基本以进厂地秤作为计量方式,且地秤并非专门用于煤炭的计量,因此,目前尚未有好的在线智能计量模式。开发煤炭的在线智能计量模式是目前需要解决的一个难题,要能够真正掌握煤炭的准确量,应当在能源消费环节加装能源计量器具,同时配备智能计量模块以建立智能计量网络。
    五是加大对用能单位的节能工作的宣传与服务。目前,我国许多高耗能行业企业以粗犷式生产方式为主,对节约能源的社会效益与经济效益未充分理解,认为只要控制好能源进入企业的一级能源计量工作对于企业来说就可以了,但内部生产环节的精确控制、精细化管理才是节约能源的最有效的途径。因此,必须加大对企业的节能宣传以提高企业的节能意识。同时对企业提供节能改造与节能咨询服务,使企业真正从节能工作中获得最直接的经济效益。

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