2010年12月3日至2010年12月23日，以國家質(zhì)檢總局計量司劉新民副司長(cháng)為團長(cháng)，由中國計量科學(xué)研究院及部分省、市質(zhì)量技術(shù)監督局和計量院共計19名管理及技術(shù)人員組成的培訓團赴德進(jìn)行了“能源計量與節能管理軟件信息系統培訓”。本文重點(diǎn)對德國智能計量網(wǎng)絡(luò )在能源計量領(lǐng)域應用的基本情況以及對我國國家城市能源計量中心建設工作的借鑒意義進(jìn)行介紹。
    

一、智能計量網(wǎng)絡(luò )概況及背景

    為了給消費者提供更多的保護及更低的能源消費價(jià)格，同時(shí)使各能源供應公司具有較強的競爭力，歐盟委員會(huì )于2009年頒布了涵蓋電、氣、水和熱計量在內的智能表安裝計劃。其中，在智能電能表方面，規定2020年要完成80%的安裝，2022年要全部完成智能電能表的安裝。針對歐盟委員會(huì )頒布的此項計劃，歐洲許多國家已經(jīng)制定了更為緊迫的時(shí)間計劃表。通過(guò)此項計劃以保證到2020年，CO₂排放量降低20%，新增20%可再生能源使用量，同時(shí)通過(guò)提高能源利用效率降低20%的能源消耗量。
    智能計量網(wǎng)絡(luò )建設的目標是將每個(gè)小的用能單元組合成一個(gè)整體，這樣每個(gè)用能單元能夠控制并進(jìn)行自我診斷與調節。智能計量的基礎功能是為能源生產(chǎn)、消費和分配提供基礎設備，集中采集各用能單位能源消費點(diǎn)的計量器具儀表數據后發(fā)送到數據中心的處理系統進(jìn)行整理與分析，其主要結構組成如圖1所示。
    

圖1  智能計量基礎結構示意圖

    智能計量的主要功能包括:智能應用(如能關(guān)閉頻繁不正常波動(dòng)的用能單元)、需求管理(如能在用能低谷時(shí)開(kāi)始工作以節約成本、智能處理，如在微秒級的時(shí)間內執行特別保護配置單元)、智能傳感器(如能顯示并隔離波動(dòng)異常存在干擾的區域)、智能儲存(如能在用能低谷時(shí)將產(chǎn)出的能源利用電池進(jìn)行儲存，以備后期使用和智能產(chǎn)能；如能檢測小的產(chǎn)能單元的產(chǎn)出能源量并計算出用能單元的總用能需求)等。同時(shí)，智能計量能將采集到的數據分析結果所反映出的問(wèn)題提供給能源專(zhuān)家與用能單位等，其結構如圖2所示。
    

圖2  智能計量的主要功能結構圖
    

二、歐盟實(shí)施智能計量的目的

    第一是各能源行業(yè)為提高能源生產(chǎn)、消費和分配效率，并最終實(shí)現盈利服務(wù)。目前，德國的能源企業(yè)已從原來(lái)的國企改制為公開(kāi)上市的國際能源集團。以電網(wǎng)公司為例，德國最大的電網(wǎng)公司是E.ON，占18%的市場(chǎng)份額，其次是RWE，占17%的市場(chǎng)份額，這些公司在相互競爭的市場(chǎng)行為中為實(shí)現盈利，通過(guò)實(shí)施智能計量提高企業(yè)的生產(chǎn)與分配效率，并簡(jiǎn)化之前的手工抄表模式。
    第二是進(jìn)行智能計量能夠在世界性課題??節能減排中發(fā)揮作用。歐盟及其成員國已作出了在2020年前持續減少CO₂排放的承諾，各能源公司提高能源利用效率將直接為減少CO₂排放提供幫助；各國政府正在探尋為節能單元給予財政獎勵，實(shí)現智能計量將為此提供數據支持。隨著(zhù)智能計量網(wǎng)絡(luò )的建設，能夠對能源消耗情況進(jìn)行科學(xué)的分析與判斷，為供能單位在建設過(guò)程中降低網(wǎng)路損失提供解決方案。
    第三是在能源價(jià)格隨市場(chǎng)需求波動(dòng)的新市場(chǎng)模式下，供能公司與用能客戶(hù)等各方需要精確的賬單系統。有了智能計量網(wǎng)絡(luò )，對于各供能公司來(lái)說(shuō)，能夠在一個(gè)公開(kāi)競爭、價(jià)格波動(dòng)的市場(chǎng)模式下將能源賣(mài)給用戶(hù)；對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，在波動(dòng)的價(jià)格下，他們在支付實(shí)際用能時(shí)需要智能計量為其提供精確賬單。
    第四是智能計量技術(shù)已經(jīng)成熟并得到認同。首先是計量器具生產(chǎn)企業(yè)，已經(jīng)生產(chǎn)出可添加數據傳輸模塊的計量器具，該類(lèi)計量器具在將來(lái)建立智能計量網(wǎng)絡(luò )時(shí)，不需要對其進(jìn)行停用或拆卸，只需添加支持不同數據通信協(xié)議的模塊，即可對不同的能源計量器具的數據進(jìn)行智能采集；而目前的數據通信技術(shù)(包括有線(xiàn)、電力載波、GPRS、WLAN以及Zigbee等)已十分成熟，因此建立智能計量網(wǎng)絡(luò )中的數據通信技術(shù)已不再困難。
    對于建立智能計量網(wǎng)絡(luò )，所有重要參與者包括政府部門(mén)、供能企業(yè)以及消費者都十分支持。首先，政府希望利用智能計量網(wǎng)絡(luò )實(shí)現節能降耗、減排增效的政策目標；其次，企業(yè)能夠利用智能計量提高效率并增加利潤；第三，消費者能夠通過(guò)智能計量獲得更好的信息服務(wù)。
    

三、歐盟主要國家智能計量的現狀及我國城市能源監控管理系統

    德國主要的能源消耗為電和天然氣，由于德國政府沒(méi)有監管智能計量網(wǎng)絡(luò )的責任，同時(shí)消費者不期望自己購買(mǎi)智能計量設備，德國政府于是更希望由市場(chǎng)主導建立智能計量網(wǎng)絡(luò )，但供能企業(yè)可以按照他們自己的選擇進(jìn)行安裝，因此，德國的智能計量網(wǎng)絡(luò )建設將取決于政府的主導力。
    英國主要的能源消耗為電和天然氣，英國政策法規規定政府在2020年實(shí)現所有能源計量點(diǎn)智能計量網(wǎng)絡(luò )全面覆蓋。英國的用電量及電價(jià)在歐盟屬中等，其天然氣進(jìn)口量居世界前十位，智能計量對于英國來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義。目前，英國政府、相關(guān)工業(yè)和其他相關(guān)組織正在積極討論以尋求可行的方案。
    中國計量科學(xué)研究院近年來(lái)完成的科技部平臺項目課題??城市能源監控管理系統對我國天然氣、煤氣、蒸汽、熱水等城市主要能源介質(zhì)的合理利用與科學(xué)管理起到了推動(dòng)作用。課題建立起統一的城市能源介質(zhì)計量、監控、管理體系，包括能量計量數據、氣質(zhì)數據等在內的城市能源監控管理系統的建立，將在解決貿易糾紛、促進(jìn)能源合理利用等方面發(fā)揮積極作用，同時(shí)為政府制定相關(guān)政策提供科學(xué)依據。目前，該系統可實(shí)現的功能是:(1)流量計量數據的采集、運算、整理、遠傳、查詢(xún)、監控管理功能。(2)能源技術(shù)信息的發(fā)布，包括天然氣介質(zhì)的組分(或密度)、發(fā)熱量、沃泊指數、水露點(diǎn)、總硫含量等內容的發(fā)布。(3)城市能源數據的統計與分析。(4)相關(guān)技術(shù)動(dòng)態(tài)和技術(shù)資料、標準名目介紹、查詢(xún)功能。
    如圖3所示，城市能源介質(zhì)計量、監控、管理體系指明了天然氣能量計量的實(shí)現途徑。在城市天然氣門(mén)站采集天然氣氣質(zhì)數據并發(fā)布到中心服務(wù)器；按不同使用需求進(jìn)行計算，并通過(guò)Internet以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )提供給各貿易交接站點(diǎn)使用；在整個(gè)軟件設計中采用先進(jìn)的開(kāi)發(fā)軟件搭建了伸縮性強大的系統軟件，以滿(mǎn)足系統穩定性和擴展性的要求；實(shí)現了天然氣氣質(zhì)數據的實(shí)時(shí)發(fā)布和使用，滿(mǎn)足天然氣能源計量的需要。天然氣氣質(zhì)發(fā)布系統的建立必將成為各貿易交接點(diǎn)進(jìn)行貿易結算的依據。
    

圖3  天然氣氣質(zhì)數據發(fā)布系統

    數據采集及發(fā)布系統的完成通過(guò)研制用于現場(chǎng)接收色譜儀信號并發(fā)送氣質(zhì)數據的天然氣數據采集器，購置相應的網(wǎng)絡(luò )硬件、服務(wù)器、路由器、集線(xiàn)器及相應的連接設備，建立起完整的內部網(wǎng)絡(luò )，保證了數據的正確接收和發(fā)送；繼而使用J2EE體系架構及其關(guān)鍵技術(shù)搭建了天然氣氣質(zhì)發(fā)布系統平臺，實(shí)現了集數據接收、計算、管理、發(fā)送為一體的平臺主要功能，取得了較為滿(mǎn)意的結果，通過(guò)Internet及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )建立起一套可靠的網(wǎng)絡(luò )對外發(fā)布系統。
    

四、充分發(fā)揮智能計量網(wǎng)絡(luò )的作用，推進(jìn)國家節能減排工作的落實(shí)

    通過(guò)此次培訓，培訓團成員們進(jìn)一步深刻體會(huì )到能源智能計量對節能減排工作的基礎性支撐作用，歐盟各國在此方面的堅定態(tài)度和貫徹執行能力更值得我們借鑒。作為一項基礎性的龐大系統工程，要想真正推動(dòng)全國智能計量網(wǎng)絡(luò )建設，需要從中央到地方各級政府以及廣大企業(yè)和居民等各有關(guān)方面的共同努力。第一，需要像歐盟各國一樣，由國家中央政府主導，組織制定總體規劃和目標，并出臺相關(guān)法規作為法律依據；第二，地方各級政府需要組織、協(xié)調、落實(shí)并監督各自轄區的智能網(wǎng)絡(luò )建設進(jìn)程；第三，各級政府組成部門(mén)應各司其職，形成聯(lián)動(dòng)機制，例如，發(fā)改委和經(jīng)委等應出臺各項政策、落實(shí)資金等，計量主管部門(mén)則應提供計量技術(shù)支撐和必要的監督；第四，智能計量網(wǎng)絡(luò )建設離不開(kāi)各能源供給企業(yè)(如電力部門(mén))的支持，需將智能電網(wǎng)等行業(yè)規劃與智能網(wǎng)絡(luò )建設相協(xié)調；第五，相關(guān)計量器具生產(chǎn)企業(yè)應加快研發(fā)配套智能計量?jì)x表和技術(shù)，縮小與國外先進(jìn)制造企業(yè)的技術(shù)差距，為智能網(wǎng)絡(luò )建設提供硬件條件；最后，智能網(wǎng)絡(luò )建設更離不開(kāi)全體居民意識的提高，需要社會(huì )各界和輿論的支持。
    目前，全國已有一半以上省市獲國家質(zhì)檢總局批準成立了“國家城市能源計量中心”。成立國家城市能源計量中心的主要目的之一便是將能源計量與節能降耗工作緊密結合?？梢哉J為這是智能計量網(wǎng)絡(luò )的一種基本形式或組成部分，要想真正將此項建設深入推廣，并發(fā)揮其作用，需要在多個(gè)方面進(jìn)一步努力和探索。
    一是在政策法規上，我國需要制定必要的法律依據。歐盟已頒布法令要求各成員國建立能源智能計量網(wǎng)絡(luò )，這極大地促進(jìn)了歐洲能源智能計量工作的開(kāi)展。目前，我國的法律法規中僅有《節約能源法》中規定，對于企業(yè)不按照國家強制性標準GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》配備能源計量器具的，給予處罰。而GB17167-2006中對于建立能源計量數據中心的條款僅為推薦性條款，這對于用能單位來(lái)說(shuō)推動(dòng)力和引導力是不夠的。
    二是只有政府部門(mén)之間良好的溝通協(xié)作才能建立高效便捷的跨部門(mén)信息資源共享機制。目前，我國的節能主管部門(mén)為國家發(fā)改委，其對節能量的考核基本是以用能單位上報的統計數據為依據。而作為能源計量的權威技術(shù)部門(mén)，國家質(zhì)檢總局授權建立的國家城市能源計量中心將為節能主管部門(mén)及能源數據統計部門(mén)提供最為基礎與真實(shí)的能源計量數據。因此，倡導積極的溝通協(xié)調，在尊重各職能部門(mén)業(yè)務(wù)流程的基礎上，逐步建立起一套便捷、高效的信息互換機制將對計量工作的開(kāi)展起到積極的促進(jìn)作用。
    三是要建立能源智能計量網(wǎng)，需充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并對能源計量器具的數據采集與傳輸進(jìn)行標準化。目前，我國能源計量是分散進(jìn)行的，數據的準確性、公正性、完整性無(wú)法保證；并且信息化程度普遍不高，能源計量數據沒(méi)有充分發(fā)揮作用，遠遠不能適應目前建立節約型社會(huì )、實(shí)現科學(xué)計量、節能降耗的需要，需要進(jìn)行系統整合。物聯(lián)網(wǎng)是信息化和工業(yè)化深度融合的產(chǎn)物，是建立現代能源計量體系的有效手段。建立能源智能計量體系是獲取能源消費量真實(shí)數據、加強監管的強有力保障。
    目前，國內生產(chǎn)的能源計量器具，不同的企業(yè)其數據格式均不相同，要進(jìn)行能源智能計量，就必須對各種能源計量器具的數據格式進(jìn)行解析，開(kāi)發(fā)單獨的數據通信模塊，這不僅浪費開(kāi)發(fā)成本，也對采集到的數據的準確性有一定影響。因此，制定統一的數據采集與傳輸國家標準將對能源智能計量起到很好的作用。
    四是積極探索適合我國國情的智能計量新模式。我國的能源消費結構與歐洲發(fā)達國家有較大的差異。首先，我國的能源消費結構中煤的比重最大，達到了70%以上，而世界其他國家的煤的平均消費量?jì)H為29%；其次，天然氣、水、電等清潔能源消費量我國僅為10%，而世界平均水平為30%左右。
    天然氣作為一種清潔、高效的能源，得到了日益廣泛的應用，我國天然氣產(chǎn)量和消費量在持續迅速地增長(cháng)。2009年，我國天然氣消費量大約為900億m³。預計在2010～2015年，中國天然氣的產(chǎn)量增速為8.5%左右，而消費量增速將在12%以上。隨著(zhù)天然氣在一次能源結構中比重不斷增大，貿易交接的數額日益增大，能源貿易雙方對能源貿易交接日益重視，對計量方法的改進(jìn)和準確性的提高提出了更高的要求。
    同時(shí)，我國能源智能計量中很重要的一個(gè)環(huán)節為煤炭計量，這與歐洲國家存在較大差異。各用能單位的煤消費方式各有不同，基本以進(jìn)廠(chǎng)地秤作為計量方式，且地秤并非專(zhuān)門(mén)用于煤炭的計量，因此，目前尚未有好的在線(xiàn)智能計量模式。開(kāi)發(fā)煤炭的在線(xiàn)智能計量模式是目前需要解決的一個(gè)難題，要能夠真正掌握煤炭的準確量，應當在能源消費環(huán)節加裝能源計量器具，同時(shí)配備智能計量模塊以建立智能計量網(wǎng)絡(luò )。
    五是加大對用能單位的節能工作的宣傳與服務(wù)。目前，我國許多高耗能行業(yè)企業(yè)以粗獷式生產(chǎn)方式為主，對節約能源的社會(huì )效益與經(jīng)濟效益未充分理解，認為只要控制好能源進(jìn)入企業(yè)的一級能源計量工作對于企業(yè)來(lái)說(shuō)就可以了，但內部生產(chǎn)環(huán)節的精確控制、精細化管理才是節約能源的最有效的途徑。因此，必須加大對企業(yè)的節能宣傳以提高企業(yè)的節能意識。同時(shí)對企業(yè)提供節能改造與節能咨詢(xún)服務(wù)，使企業(yè)真正從節能工作中獲得最直接的經(jīng)濟效益。