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為團(tuán)長，由中國計量科學(xué)研究院及部分省、市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局和計量院共計19名管理及技術(shù)人員組成的培訓(xùn)團(tuán)赴德進(jìn)行了“能源計量與節(jié)能管理軟件信息系統(tǒng)培訓(xùn)”。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(yīng)用的基本情況以及對我國國家城市能源計量中心建設(shè)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(fèi)者提供更多的保護(hù)及更低的能源消費(fèi)價格，同時使各能源供應(yīng)公司具有較強(qiáng)的競爭力，歐盟委員會于2009年頒布了涵蓋電、氣、水和熱計量在內(nèi)的智能表安裝計劃。其中，在智能電能表方面，規(guī)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間計劃表。通過此項計劃以保證到2020年，CO₂排放量降低20%，新增20%可再生能源使用量，同時通過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(shè)的目標(biāo)是將每個小的用能單元組合成一個整體，這樣每個用能單元能夠控制并進(jìn)行自我診斷與調(diào)節(jié)。智能計量的基礎(chǔ)功能是為能源生產(chǎn)、消費(fèi)和分配提供基礎(chǔ)設(shè)備，集中采集各用能單位能源消費(fèi)點(diǎn)的計量器具儀表數(shù)據(jù)后發(fā)送到數(shù)據(jù)中心的處理系統(tǒng)進(jìn)行整理與分析，其主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。
    

圖1  智能計量基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖

    智能計量的主要功能包括:智能應(yīng)用(如能關(guān)閉頻繁不正常波動的用能單元)、需求管理(如能在用能低谷時開始工作以節(jié)約成本、智能處理，如在微秒級的時間內(nèi)執(zhí)行特別保護(hù)配置單元)、智能傳感器(如能顯示并隔離波動異常存在干擾的區(qū)域)、智能儲存(如能在用能低谷時將產(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，智能計量能將采集到的數(shù)據(jù)分析結(jié)果所反映出的問題提供給能源專家與用能單位等，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
    

圖2  智能計量的主要功能結(jié)構(gòu)圖
    

二、歐盟實施智能計量的目的

    第一是各能源行業(yè)為提高能源生產(chǎn)、消費(fèi)和分配效率，并最終實現(xiàn)盈利服務(wù)。目前，德國的能源企業(yè)已從原來的國企改制為公開上市的國際能源集團(tuán)。以電網(wǎng)公司為例，德國最大的電網(wǎng)公司是E.ON，占18%的市場份額，其次是RWE，占17%的市場份額，這些公司在相互競爭的市場行為中為實現(xiàn)盈利，通過實施智能計量提高企業(yè)的生產(chǎn)與分配效率，并簡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(jié)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(xù)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(jié)能單元給予財政獎勵，實現(xiàn)智能計量將為此提供數(shù)據(jù)支持。隨著智能計量網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，能夠?qū)δ茉聪那闆r進(jìn)行科學(xué)的分析與判斷，為供能單位在建設(shè)過程中降低網(wǎng)路損失提供解決方案。
    第三是在能源價格隨市場需求波動的新市場模式下，供能公司與用能客戶等各方需要精確的賬單系統(tǒng)。有了智能計量網(wǎng)絡(luò)，對于各供能公司來說，能夠在一個公開競爭、價格波動的市場模式下將能源賣給用戶；對于用戶來說，在波動的價格下，他們在支付實際用能時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(rèn)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(shù)據(jù)傳輸模塊的計量器具，該類計量器具在將來建立智能計量網(wǎng)絡(luò)時，不需要對其進(jìn)行停用或拆卸，只需添加支持不同數(shù)據(jù)通信協(xié)議的模塊，即可對不同的能源計量器具的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能采集；而目前的數(shù)據(jù)通信技術(shù)(包括有線、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(shù)據(jù)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、供能企業(yè)以及消費(fèi)者都十分支持。首先，政府希望利用智能計量網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)節(jié)能降耗、減排增效的政策目標(biāo)；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(fèi)者能夠通過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(xiàn)狀及我國城市能源監(jiān)控管理系統(tǒng)

    德國主要的能源消耗為電和天然氣，由于德國政府沒有監(jiān)管智能計量網(wǎng)絡(luò)的責(zé)任，同時消費(fèi)者不期望自己購買智能計量設(shè)備，德國政府于是更希望由市場主導(dǎo)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(shè)將取決于政府的主導(dǎo)力。
    英國主要的能源消耗為電和天然氣，英國政策法規(guī)規(guī)定政府在2020年實現(xiàn)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說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)研究院近年來完成的科技部平臺項目課題??城市能源監(jiān)控管理系統(tǒng)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)管理起到了推動作用。課題建立起統(tǒng)一的城市能源介質(zhì)計量、監(jiān)控、管理體系，包括能量計量數(shù)據(jù)、氣質(zhì)數(shù)據(jù)等在內(nèi)的城市能源監(jiān)控管理系統(tǒng)的建立，將在解決貿(mào)易糾紛、促進(jìn)能源合理利用等方面發(fā)揮積極作用，同時為政府制定相關(guān)政策提供科學(xué)依據(jù)。目前，該系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能是:(1)流量計量數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、整理、遠(yuǎn)傳、查詢、監(jiān)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(shù)、水露點(diǎn)、總硫含量等內(nèi)容的發(fā)布。(3)城市能源數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。(4)相關(guān)技術(shù)動態(tài)和技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)名目介紹、查詢功能。
    如圖3所示，城市能源介質(zhì)計量、監(jiān)控、管理體系指明了天然氣能量計量的實現(xiàn)途徑。在城市天然氣門站采集天然氣氣質(zhì)數(shù)據(jù)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Internet以及移動網(wǎng)絡(luò)提供給各貿(mào)易交接站點(diǎn)使用；在整個軟件設(shè)計中采用先進(jìn)的開發(fā)軟件搭建了伸縮性強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件，以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和擴(kuò)展性的要求；實現(xiàn)了天然氣氣質(zhì)數(shù)據(jù)的實時發(fā)布和使用，滿足天然氣能源計量的需要。天然氣氣質(zhì)發(fā)布系統(tǒng)的建立必將成為各貿(mào)易交接點(diǎn)進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)。
    

圖3  天然氣氣質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)

    數(shù)據(jù)采集及發(fā)布系統(tǒng)的完成通過研制用于現(xiàn)場接收色譜儀信號并發(fā)送氣質(zhì)數(shù)據(jù)的天然氣數(shù)據(jù)采集器，購置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)硬件、服務(wù)器、路由器、集線器及相應(yīng)的連接設(shè)備，建立起完整的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，保證了數(shù)據(jù)的正確接收和發(fā)送；繼而使用J2EE體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)搭建了天然氣氣質(zhì)發(fā)布系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了集數(shù)據(jù)接收、計算、管理、發(fā)送為一體的平臺主要功能，取得了較為滿意的結(jié)果，通過Internet及移動網(wǎng)絡(luò)建立起一套可靠的網(wǎng)絡(luò)對外發(fā)布系統(tǒng)。
    

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

    通過此次培訓(xùn)，培訓(xùn)團(tuán)成員們進(jìn)一步深刻體會到能源智能計量對節(jié)能減排工作的基礎(chǔ)性支撐作用，歐盟各國在此方面的堅定態(tài)度和貫徹執(zhí)行能力更值得我們借鑒。作為一項基礎(chǔ)性的龐大系統(tǒng)工程，要想真正推動全國智能計量網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，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(dǎo)，組織制定總體規(guī)劃和目標(biāo)，并出臺相關(guān)法規(guī)作為法律依據(jù)；第二，地方各級政府需要組織、協(xié)調(diào)、落實并監(jiān)督各自轄區(qū)的智能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程；第三，各級政府組成部門應(yīng)各司其職，形成聯(lián)動機(jī)制，例如，發(fā)改委和經(jīng)委等應(yīng)出臺各項政策、落實資金等，計量主管部門則應(yīng)提供計量技術(shù)支撐和必要的監(jiān)督；第四，智能計量網(wǎng)絡(luò)建設(shè)離不開各能源供給企業(yè)(如電力部門)的支持，需將智能電網(wǎng)等行業(yè)規(guī)劃與智能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相協(xié)調(diào)；第五，相關(guān)計量器具生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加快研發(fā)配套智能計量儀表和技術(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(shè)提供硬件條件；最后，智能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更離不開全體居民意識的提高，需要社會各界和輿論的支持。
    目前，全國已有一半以上省市獲國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)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(jié)能降耗工作緊密結(jié)合。可以認(rèn)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(shè)深入推廣，并發(fā)揮其作用，需要在多個方面進(jìn)一步努力和探索。
    一是在政策法規(guī)上，我國需要制定必要的法律依據(jù)。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展。目前，我國的法律法規(guī)中僅有《節(jié)約能源法》中規(guī)定，對于企業(yè)不按照國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)中心的條款僅為推薦性條款，這對于用能單位來說推動力和引導(dǎo)力是不夠的。
    二是只有政府部門之間良好的溝通協(xié)作才能建立高效便捷的跨部門信息資源共享機(jī)制。目前，我國的節(jié)能主管部門為國家發(fā)改委，其對節(jié)能量的考核基本是以用能單位上報的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)。而作為能源計量的權(quán)威技術(shù)部門，國家質(zhì)檢總局授權(quán)建立的國家城市能源計量中心將為節(jié)能主管部門及能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計部門提供最為基礎(chǔ)與真實的能源計量數(shù)據(jù)。因此，倡導(dǎo)積極的溝通協(xié)調(diào)，在尊重各職能部門業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，逐步建立起一套便捷、高效的信息互換機(jī)制將對計量工作的開展起到積極的促進(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(shù)據(jù)采集與傳輸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。目前，我國能源計量是分散進(jìn)行的，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、公正性、完整性無法保證；并且信息化程度普遍不高，能源計量數(shù)據(jù)沒有充分發(fā)揮作用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)目前建立節(jié)約型社會、實現(xiàn)科學(xué)計量、節(jié)能降耗的需要，需要進(jìn)行系統(tǒng)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(xiàn)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(fèi)量真實數(shù)據(jù)、加強(qiáng)監(jiān)管的強(qiáng)有力保障。
    目前，國內(nèi)生產(chǎn)的能源計量器具，不同的企業(yè)其數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析，開發(fā)單獨(dú)的數(shù)據(jù)通信模塊，這不僅浪費(fèi)開發(fā)成本，也對采集到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定影響。因此，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與傳輸國家標(biāo)準(zhǔn)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(fèi)結(jié)構(gòu)與歐洲發(fā)達(dá)國家有較大的差異。首先，我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤的比重最大，達(dá)到了70%以上，而世界其他國家的煤的平均消費(fèi)量僅為29%；其次，天然氣、水、電等清潔能源消費(fèi)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(yīng)用，我國天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量在持續(xù)迅速地增長。2009年，我國天然氣消費(fèi)量大約為900億m³。預(yù)計在2010～2015年，中國天然氣的產(chǎn)量增速為8.5%左右，而消費(fèi)量增速將在12%以上。隨著天然氣在一次能源結(jié)構(gòu)中比重不斷增大，貿(mào)易交接的數(shù)額日益增大，能源貿(mào)易雙方對能源貿(mào)易交接日益重視，對計量方法的改進(jìn)和準(zhǔn)確性的提高提出了更高的要求。
    同時，我國能源智能計量中很重要的一個環(huán)節(jié)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(fèi)方式各有不同，基本以進(jìn)廠地秤作為計量方式，且地秤并非專門用于煤炭的計量，因此，目前尚未有好的在線智能計量模式。開發(fā)煤炭的在線智能計量模式是目前需要解決的一個難題，要能夠真正掌握煤炭的準(zhǔn)確量，應(yīng)當(dāng)在能源消費(fèi)環(huán)節(jié)加裝能源計量器具，同時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(jié)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(jié)約能源的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益未充分理解，認(rèn)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)來說就可以了，但內(nèi)部生產(chǎn)環(huán)節(jié)的精確控制、精細(xì)化管理才是節(jié)約能源的最有效的途徑。因此，必須加大對企業(yè)的節(jié)能宣傳以提高企業(yè)的節(jié)能意識。同時對企業(yè)提供節(jié)能改造與節(jié)能咨詢服務(wù)，使企業(yè)真正從節(jié)能工作中獲得最直接的經(jīng)濟(jì)效益。