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案例詳情
淺談重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)企業(yè)端平臺架構與功能實現
日期：2024-12-26 09:51
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摘要：作者簡介：張娟，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 2885050128@qq.com QQ:2885050128
淺談重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)企業(yè)端平臺架構與功能實現
張娟
安科瑞電氣股份有限公司
摘要：重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是對國內年用能量在10000噸標煤以上的企業(yè)按裝能耗監(jiān)測企業(yè)端設備，并實現企業(yè)用能主要指標數據到國家數據接收服務器的及時上傳，再由平臺軟件支持進行宏觀能耗分析的一套在線信息化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要服務于兩類用戶，各級政府節(jié)能主管部門和重點用能單位企業(yè)。本文通過分析兩類用戶不同需求，提出建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術路線和實現設想。
關鍵詞：能耗；在線監(jiān)測；技術路線
1.建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的必要性
中國經過改革開放幾十年的快速發(fā)展，已經成為一個***的能源生產大國和消費大國，據統(tǒng)計，2014年我國能源消耗總量為37.6億噸標煤，占世界總能耗的22%，而我國單位GDP能耗卻是世界平均水平的兩倍，與美國、日本等發(fā)達國家甚至達到3-5倍，較低的能效水平，與我國所處的發(fā)展階段和國際產業(yè)分工格局有關，但也反映了我國發(fā)展方式仍相對粗放、能耗和排放缺乏約束，通過技改推進節(jié)能減排的空間還比較大。2014年11月，中美雙方在北京發(fā)布應對氣候變化的聯(lián)合聲明，中國計劃2030年左右二氧化碳排放達到峰值且將努力早日達峰，并計劃到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右。由此可見中國對節(jié)能減排工作的力度將持續(xù)加大，重點用能單位在線監(jiān)測系統(tǒng)可以進一步提供企業(yè)能耗的實際情況，便于國家做出相應的節(jié)能減排目標和措施，因此該項目的實施勢在必行。為實現國家制定的節(jié)能目標，必須以能源數據為基礎和依據，提升節(jié)能數據收集、分析基礎能力建設，協(xié)助政府部門及時掌握節(jié)能形勢，隨時跟蹤目標完成進度，開展預測預警，及時研究制定相關政策措施，增強宏觀調控的針對性和主動性。因此，建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，是國務院適應節(jié)能減排形勢做出的重要決策。重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是對國內年用能量在10000噸標煤以上的企業(yè)按裝能耗監(jiān)測企業(yè)端設備，并實現企業(yè)用能主要指標數據到國家數據接收服務器的及時上傳，再由平臺軟件支持進行宏觀能耗分析的一套在線信息化系統(tǒng)。
2.重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)省級平臺的架構與功能實現
2.1 總體規(guī)劃依據及設計原則
隨著計算機技術及相關技術的快速發(fā)展，信息管理系統(tǒng)技術發(fā)展已日趨完善和可靠，正逐步形成如下介紹的特點：(1)開放的系統(tǒng)技術:由于各種技術標準的相繼建立，開放性已成為技術發(fā)展的方向和潮流。開放就是要求系統(tǒng)的操作系統(tǒng)、網絡環(huán)境、數據庫資源及管理、開發(fā)工具等均建立在相關的工業(yè)標準基礎上，使得用戶的選擇、系統(tǒng)的擴充及維護有更多的方便。(2)分布式瀏覽器/服務器（B/S）結構:進入二十一世紀，以網絡技術為基礎，強調以分布式方式進行信息處理的瀏覽器/服務器（Browser/Server)體系結構，已成為信息處理系統(tǒng)的主流應用環(huán)境。(3)系統(tǒng)集成技術:將多平臺、多系統(tǒng)互聯(lián)技術進行緊密集成，快速形成企業(yè)信息管理體系，是系統(tǒng)開發(fā)的一個方向。
2.2 系統(tǒng)要求概述
重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（省級平臺）的設計參考了以往人工方式和計算機方式進行業(yè)務處理的若干特點。為了在較短的時間內達到將各項基本工作平滑切換到互聯(lián)網上進行的目的，大程度模擬現實中的業(yè)務管理流程，系統(tǒng)設立了大量的較為人性化的人機交互操作。這些交互操作在一定程度上方便了系統(tǒng)用戶之間的信息共享。
2.3 系統(tǒng)總體框架
重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（省級平臺）是一套在開放平臺上開發(fā)的、基于B/S架構的商用軟件系統(tǒng)。以實現各企業(yè)日常能耗管理及各級能源管理機構的能源監(jiān)管等功能，以提供數據報送、綜合統(tǒng)計、查詢功能為基本目標，以提高用戶工作效率為根本宗旨，為用戶提供現代化的信息管理技術。系統(tǒng)設計采用面向對象的設計思想，以原型法為系統(tǒng)開發(fā)方法，使系統(tǒng)成為一個可定制、可擴展的開放性系統(tǒng)，并建立組織機構、系統(tǒng)用戶和企事業(yè)單位及許可證等的數據平臺，在此基礎上進行流程管理、數據處理和輔助決策。
2.4 技術路線
重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（省級平臺）作為管理過程信息化、網絡化的典型應用，不僅要考慮實現當前用戶的功能需求，而應該著眼于未來的技術發(fā)展和技術更新，開發(fā)出具有如下特點的應用系統(tǒng)：(1)采用平臺獨立的多層計算架構，使系統(tǒng)具有廣泛的前端可訪問性；(2)采用工業(yè)標準的數據訪問技術；(3)堅固的系統(tǒng)**體系；(4)良好的擴展、再開發(fā)能力；(5)針對本系統(tǒng)的特點，我們計劃采用當前流行的B/S結構，先進的J2EE多層模式技術體系來實現。
3.重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)企業(yè)端設備平臺的架構功能與功能實現
3.1 企業(yè)端設備平臺建設目標
通過對典型用能企業(yè)的用能需求進行分析，我們認為重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（企業(yè)端平臺）擬達成的建設目標如下：(1)建立和規(guī)范企業(yè)能耗數據采集方式；(2)建立數據管理的統(tǒng)一規(guī)范，將企業(yè)全廠、生產工序、工序單元按標準進行組織，并按時生成統(tǒng)計報表，以滿足企業(yè)自身管理和數據上報的要求；(3)強化集中管理：建立數據集中存放平臺和分支機構遠程管理平臺，通過設計合理權限配置功能、靈活的系統(tǒng)查詢功能來集中管理各分支機構的業(yè)務情況，可以進行實時管理和監(jiān)控不同業(yè)務環(huán)節(jié)的業(yè)務運行狀況。(4)加強工作協(xié)同：利用網絡環(huán)境，為公司總部、分支機構和各用能部門提供協(xié)同工作界面，增進分支機構之間的溝通，強化業(yè)務支持和工作協(xié)同。(5)規(guī)范業(yè)務流程：實現業(yè)務處理的流程化、規(guī)范化、電子化，幫助經營管理者很好的控制企業(yè)管理中的環(huán)節(jié)風險。(6)降低財務風險：通過體系化建立的一系列指標，使得企業(yè)能夠及時發(fā)現投入、產出、庫存等各環(huán)節(jié)的問題，保證公司在業(yè)務增長的同時控制經營風險，確保穩(wěn)健經營。(7)形成實時高效的決策分析體系，通過多維度的報表系統(tǒng)，及時、準確、高效的反映公司的整體用能狀況，提高管理效率。(8)提升公司形象：利用計算機、互聯(lián)網等新技術手段規(guī)范業(yè)務，展示和提升公司形象。
3.2 企業(yè)端設備平臺系統(tǒng)要求概述
重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（企業(yè)端平臺）的設計參考了以往人工方式和計算機方式進行業(yè)務處理的若干特點。為了在較短的時間內達到將各項基本工作平滑切換到互聯(lián)網上進行的目的，程度模擬現實中的業(yè)務管理流程，系統(tǒng)設立了大量的較為人性化的人機交互操作。這些交互操作在一定程度上方便了系統(tǒng)用戶之間的信息共享。
3.3 企業(yè)端設備平臺組織機構
重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（企業(yè)端平臺）對企業(yè)用戶和流程的管理要求系統(tǒng)必須維護一套組織機構來管理用戶信息。并以此為基礎，通過人員上下級關系建立數據錄入、審批、發(fā)布等數據流轉路徑。組織機構的設置可由系統(tǒng)使用者根據實際需要進行自由增減，系統(tǒng)將自動適應組織機構的變更，且能保證這些變更不會影響歷史業(yè)務的延續(xù)和現有業(yè)務的展開。
圖1 組織機構
3.4 不同行業(yè)企業(yè)的實際需求以及數據采集方法的差異性
通過我們不同企業(yè)的調研，了解到火力發(fā)電、鋼鐵（含焦化）、石油石化三個高耗能行業(yè)的一些實際情況：(1)火力發(fā)電行業(yè)：單臺機組規(guī)模在30萬千瓦以上的企業(yè)，基本都建有生產管理系統(tǒng)，其生產管理系統(tǒng)中能源相關的數據**。我們需要采集的能源數據基本可以從企業(yè)生產管理系統(tǒng)中采集到，但一些老舊的、機組規(guī)模不大的企業(yè)這方面系統(tǒng)建設還比較薄弱，對于這類企業(yè)的數據采集工作，還需要下一定得功夫。(2)鋼鐵行業(yè)：只有少數大型鋼鐵企業(yè)建立了能源管理中心，并實現了能源實時調度，這類企業(yè)的系統(tǒng)中我們可直接獲取所需數據，而多數鋼鐵企業(yè)能源管理工作還比較粗放，在鋼鐵企業(yè)的數據采集方面，需花大力氣來完成采集工作。(3)石化行業(yè)：該行業(yè)中隸屬于中石化、中石油的石化企業(yè)，由于集團較為重視對各企業(yè)的能耗指標的考核，基本都建立能源信息系統(tǒng)，所需數據基本可以從信息系統(tǒng)中采集，而民營企業(yè)或中小型石化企業(yè)，在自身的能源管理系統(tǒng)建設方面還非常薄弱，這類企業(yè)也需要投入較大的精力，來獲取數據。各企業(yè)的現場條件是千差萬別的，有些企業(yè)生產設施非常先進，實現了能源的精細化管理，本身已將能源數據實時接入到企業(yè)的管理信息系統(tǒng)中，而有些企業(yè)生產和能源管理還很粗放，有效計量儀表的配備率和國家要求還有較大的差距。企業(yè)數據的接入只有要考慮到各種企業(yè)的實際情況，才能具有較強可操作性。根據調研了解，企業(yè)數據的接入情況有四類：**類接入，是從企業(yè)現有管理信息系統(tǒng)中采集，如企業(yè)的MIS，ERP系統(tǒng)。**類接入，是從企業(yè)生產監(jiān)控管理系統(tǒng)中采集，如火電企業(yè)建立的SIS系統(tǒng)、鋼鐵企業(yè)的MES系統(tǒng)。第三類接入，是從企業(yè)的分布式控制系統(tǒng)，也就是各生產工序的DCS系統(tǒng)采集數據。第四類接入，是從企業(yè)現場計量儀表直接采集。另外，數據采集是對企業(yè)能效水平評價的關鍵性基礎工作，也是能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設的核心。數據采集處理方面，應遵循以下幾點原則：**點，采集的數據，應該滿足**、客觀評價企業(yè)能效水平的要求。也就是要求采集數據的完整性。**點，要保證采集數據的真實性、準確性。這就要求在線采集的數據，首先要滿足企業(yè)自身使用的要求，如果我們采集的數據企業(yè)自身都不直接使用，而是要經過人工調整后才用于指導生產，那么我們的設計可能就存在問題。第三點，保證采集的數據可做到與統(tǒng)計局數據互為驗證的作用；統(tǒng)計局直報系統(tǒng)是按月填報，如要驗證統(tǒng)計局數據，需要在規(guī)范設計企業(yè)總量數據層面，加入行業(yè)相關的采集項，例如回收利用能源，運輸工具能源消耗等。另外，能源采集品種也要覆蓋統(tǒng)計局所填報的能源種類。第四點，要保證數據采集口徑的一致性、數據屬性的統(tǒng)一性。也就是要保證每項數據的監(jiān)測范圍要一致，數據的名稱、單位、頻率等要統(tǒng)一。
4.安科瑞重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)
4.1系統(tǒng)概述
多年以來，我國對于企業(yè)能耗的收集，大多采用企業(yè)定期上報耗能報表的采集方式，企業(yè)自行上報的能耗報表，往往因為企業(yè)自身經營的需要，帶有或多或少有利于企業(yè)的傾向性特征，并非完全客觀反映實際能耗。能耗管理部門也沒有其他直接有效的手段，獲取重點企業(yè)的實際能耗信息，因此更無法做到對不同類別耗能指標的有效分析，據此制定針對性的能耗管理政策。也無法進一步提出節(jié)能方案，有效降低能耗。
工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個集成Intranet/Internet網絡技術、GPRS無線傳輸技術、Web Service軟件技術、數據庫技術等于一體的大型數據綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為管理者、各級能耗內部用戶、瀏覽者提供了一個訪問的網絡通道，搭建了一個合理、高效的信息傳輸平臺和管理平臺。工業(yè)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應用為政府管理部門、企業(yè)生產管理、計量管理、節(jié)能管理提高到一個新的高度，是我們對節(jié)能減排、節(jié)能降耗實現的一種行之有效的解決方案。
能源組成及監(jiān)測內容：
圖2 能源組成
圖3 監(jiān)測內容
用電類：采集采暖、鍋爐、空調、制冷、照明、辦公、電梯、水泵、風機、通風機等耗電設備的用電信息。主要監(jiān)測其用電量，對于大耗電設備監(jiān)測其電流、電壓及功率因數等信息。
配電類：采集6kv/10kv配電開關設備、變壓器，狀態(tài)信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能質量、電能量等。
用水：自來水和蒸汽；采集具有485通訊功能的智能熱量表、蒸汽流量計、水表等；
用氣：煤氣、天然氣；采集具有485通訊功能燃氣表；
環(huán)境參數：采集具有485通訊功能的溫度/濕度計；采暖空調供回水溫度；
4.2系統(tǒng)框架
圖4 系統(tǒng)框架
(1)能源消費管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以對重點用能企業(yè)煤、電、油、氣、熱、水等能源和耗能工質進行定期錄入和實時采集，并將收集到的能耗數據進行整理存儲，為匯總分析和上報作數據支持。
(2)能源利用狀況信息報送系統(tǒng)
重點用能企業(yè)可通過該系統(tǒng)將企業(yè)本年度的《能源利用狀況報告》，報送至市節(jié)能監(jiān)察中心，經初審核后，上傳至省節(jié)能監(jiān)察總隊審核，而后上報國家有關部門。
(3)單位能耗水平識別評價系統(tǒng)
利用重點用能單位能耗數據，對企業(yè)用能狀況進行分析評價，查找問題。為政府節(jié)能管理部門掌握、分析信息和研究節(jié)能改造并制定相關政策措施提供科學的依據和平臺。
(4)決策服務和專家咨詢服務系統(tǒng)
系統(tǒng)提供直觀、簡明、快捷的數據信息查詢和決策支持服務。對重點用能企業(yè)的能耗進行科學、合理的咨詢指導，幫助重點用能企業(yè)做出及時、正確、可行、有效的解決方案。
(5)能耗預測、能源**預警系統(tǒng)
通過系統(tǒng)**掌握重點用能企業(yè)能源購置、使用、消耗及生產情況，對企業(yè)的用能情況進行綜合的評判和分析，對比同期值和限定值，對能耗超標情況予以預警提示。
在**獲取能源使用的基礎上，進行數據挖掘分析，實現能耗的預測分析功能，為政府相關部門的宏觀決策提供支撐體系。
(6)節(jié)能監(jiān)察及信息發(fā)布、法律法規(guī)知識培訓系統(tǒng)：
通過該系統(tǒng)平臺，可對省重點耗能企業(yè)做**節(jié)能監(jiān)察工作；發(fā)布節(jié)能法律法規(guī)標準以及能源基礎知識、能源統(tǒng)計知識、節(jié)能監(jiān)測方法等資料；處理日常節(jié)能管理工作相關的公文、通知、公告等。
4.3系統(tǒng)網絡結構
系統(tǒng)把數據信息從各個企業(yè)的能源監(jiān)控中心采集到后臺的數據庫系統(tǒng)，經分析與處理，提供分析預測和預警功能。同時通過門戶網站、無線終端等手段為省、市領導以及相關委辦局提供了多方位、可視化的便捷服務。
圖5 系統(tǒng)網絡結構
4.4能耗監(jiān)測系統(tǒng)產品選型
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應用場景
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型號
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主要功能
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高壓重要回路
或低壓進線柜
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APM810
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三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示
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低壓聯(lián)絡柜、出線柜
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AEM96
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
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動力柜
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ACR120EL
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LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量；RS485/Modbus；可選復費率電能統(tǒng)計、需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議
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DTSD1352
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
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照明箱
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DTSD1352
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級
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DDSD1352
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量；紅外及RS485通訊；電流規(guī)格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；可選配復費率
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DDS1352
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量；RS485通訊；電流規(guī)格：10（60）A，有功電能精度1級，無功精度2級；尺寸：1P
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給水管道
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水表
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計量流經給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據
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燃氣管道
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燃氣表
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計量流經燃氣管道用氣的體積總量，具有閥控功能，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據，計量精度高，無需外部供電。
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集中供冷供熱
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冷熱表
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測量和顯示用戶的暖氣供熱量、中央空調的供冷量，由流量傳感器、微處理器和配對溫度傳感器組成。溫度傳感器斷路、短路時自動報警，電壓低或收到攻擊破壞時自動報警。通過RS485總線直接輸出表盤數據，計量精度高。
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5.未來展望與結束語
5.1 未來展望
2015年開始，能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋至納入萬家企業(yè)范圍的全部重點用能單位，包括工業(yè)、建筑、交通等。主要內容包括：（1）在試點經驗的基礎上，完成技術規(guī)范體系，形成正式的規(guī)范文件，通過國家相關部門的審核。（2）國內省級節(jié)能主管部門按照地方節(jié)點的建設要求，完成地方節(jié)點的建設，并與國家節(jié)點實現對接；（3）完成全部17000家重點用能單位的能耗數據采集工作；（4）擴大國家數據中心規(guī)模、滿足17000家企業(yè)數據的存儲和處理能力。（5）進一步完善軟件功能，使其可以對各省能源狀況，以及國內重點用能單位包含的行業(yè)做出統(tǒng)計、分析。
5.2 結束語
建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺，服務對象分為：(1）國家、省級、地市級節(jié)能主管單位，是其充分了解本地區(qū)各重點行業(yè)能源消耗水平，并選出能源消耗的高能耗企業(yè)與標桿企業(yè)。對高能耗企業(yè)與企業(yè)建筑進行各項能耗分析，通過對比找出高能耗企業(yè)與標桿企業(yè)在能源管理、設備運行等方面的差距，提出解決方案。配合國家、地方節(jié)能政策的實施，推動高能耗企業(yè)進行有針對性的節(jié)能改造，從而達到降低單位GDP能耗的宏觀目標。(2）重點用能單位。重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)對于企業(yè)來說，實際上搭建或升級了企業(yè)能源管理平臺。提高企業(yè)內部的能源利用效率，提升企業(yè)的競爭力。中國經濟步入中低速發(fā)展的階段。在上輪經濟刺激下引發(fā)了工業(yè)領域的產能嚴重過剩。因此，國務院以及相關部委陸續(xù)推出了“兩化融合”、“互聯(lián)網+”、中國版“工業(yè)4.0”等計劃，旨在推動工業(yè)轉型升級、經濟結構調整和發(fā)展方式轉變。大力推進建設重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺，將為實現上述目標提供持久的助力。
【參考文獻】
[1]于辰.重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設技術路線[J]科學中國人
[2]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2019.11版
作者簡介：張娟，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 2885050128@qq.com QQ:2885050128
