银华能耗在线监测系统



1、项目概述

XXX发电有限公司拥有四台热电联产机组,总装机容量136万千瓦,总供热面积4900万平方米,既是XX市重要电源支撑点,也是XX市最大热源点

本项目完成了XXX发电有限公司能耗在线监测系统的建设,通过从SIS系统中实时采集、人工填报等手段,在满足三级等保要求的前提下,即时、完整的向省级平台提供数据。

为了保质、按时完成系统建设,成立了专门的项目组,组织管理能耗在线监测对接实施工作,项目组成员包括厂信息中心负责人、节能专工、实施方项目经理及项目团队;同时,与市经信委资源节约处、省平台等专家保持密切联系,确保实施过程满足统筹规划、安全性、实用性、先进性、可靠性、经济性、可扩展性、标准化等原则。

 

2、项目实施的背景和需求

2018年01月03日,国务院正式批复《山东新旧动能转换综合试验区建设总体方案》(国函〔2018〕1号),同意设立山东新旧动能转换综合试验区。该试验区是党的十九大后获批的首个区域性国家发展战略综合试验区,也是中国第一个以新旧动能转换为主题的区域发展战略综合试验区。山东省人民政府办公厅2018年2月13日印发的《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》中明确提到“实施能源保障能源网络能源优化工程,构建清洁低碳、安全高效、供应优化的现代能源体系。……严格实行能耗强度和总量“双控”制度,努力压减省内煤炭消费总量,逐步降低煤炭消费比重。”紧随其后,于2019年7月26日经山东省第十三届人民代表大会常务委员会第十三次会议通过了《山东省新旧动能转换促进条例》,自2019年10月1日起施行,条例第五条明确要求“省人民政府应当建立健全以用地、用水、能耗、污染物排放等单位资源要素产出效益为导向的企业绩效评价制度,实行差异化资源配置机制和节能降耗激励机制。省人民政府建立全省统一的能耗大数据平台,为单位能耗产出效益评价和用能权交易等提供基础支撑;推进用能权有偿使用和交易,建立用能指标省级统一调配制度”。

与此同时,为贯彻落实《国家发展改革委质检总局关于印发重点用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案的通知》(发改环资〔2017〕1711 号),按照《山东省重点用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》(鲁经信资﹝2017﹞577号)、《济南市重点用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》(济经信资字﹝2018﹞8号)要求和《济南市重点用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》(济经信资字﹝2018﹞9号)要求,需要加快建设接入端能耗在线监测系统,实现与节能平台互联互通。通过计量仪表、工控系统等采集、汇总XXX发电有限公司能耗数据,将能源消费数据准确、完整、及时接入到省级平台,同时确保内部系统安全和数据安全。

在响应国务院批准设立山东新旧动能转换综合试验区和国家发改委推广建设重点用能单位能耗在线监测系统的大背景下,黄台电厂深入践行华能“三色”发展理念,始终把绿色发展、清洁生产作为企业持续健康发展战略,四台机组全部达到超低排放,成为山东省首批实现全厂超低排放的发电企业,同时,现役机组主要能耗指标保持全国领先水平。XX电厂能耗在线监测系统的建设既是我电厂积极响应省、市政府节能主管部门的总体规划的需要,又是我厂加强能源日常监控管理、提升能源管理精细化水平、挖掘节能潜力,实现节能降耗提质增效的需要。

 

3、技术路线

3.1技术路线

本项目完成了能耗在线监测系统的建设,从SIS系统中实时采集、存储、传输能耗数据;对SIS系统中不包含的数据,通过能耗在线监测系统提供的手工填报功能上报。为满足人工填报要求,能耗在线监测系统整体部署于安全III区,即管理信息大区,同时为满足等保三级要求,在能耗在线监测系统与端设备之间部署了电力专用正向网络隔离装置(以下简称横向隔离网闸)和前置服务器,通过能耗在线监测系统的数据传输功能,将数据即时传输到正向网络隔离装置另一侧的前置服务器,由前置服务器向端设备提供数据,再由端设备通过现有的互联网出口专线向省级平台提供数据。

这种高安全性、高灵活性的部署方式是本项目的重要特色之一,这意味着该方案可以在几乎所有对安全有硬性要求的用能企业中快速推广。

3.2技术特点

1) 高安全性

能耗在线监测系统安全防护设计采用“安全域纵深防护”、“多层次立体防御”及“信息安全等级保护”相结合。作为该项目主要数据来源的厂级信息监控系统(SIS)已定义为等保三级,安全等级较高,同时已在公安局进行了备案,为确保生产安全,在与厂里信息中心充分沟通后,采用了双隔离的安全防护措施,在按规范部署符合要求的端设备进行网络物理隔离的基础上,又进一步部署了符合电力系统认证的单向网络隔离装置,确保满足等保三级的要求。这意味着该方案可以在几乎所有对安全有硬性要求的用能企业中快速推广。

2) 高可靠性

有别于传统的信息化项目所采用的现场开发、现场集成、交付投运后仍需现场运维的传统模式,该项目中使用的能耗在线监测系统,是以实时数据库为基础的产品级解决方案,是具有高度适应性的一整套软件产品,可以灵活的重新组装和配置以适应不同用能单位的特殊情况。

众所周知,基于可靠产品搭建的系统具有不可比拟的可靠性优势,该系统以成熟可靠的工业级实时数据库为核心,搭配成熟可靠的工业标准接口模块、工业级实时数据总线产品、工业系统图组态及发布工具,根据用能单位的实际情况灵活组装及配置后,形成一整套工业级的解决方案,具有松耦合、易调整、易维护、数据可追溯、系统全生命周期可控等特色,整体提升了系统的可靠性。

3) 智能分析

该项目中使用的能耗在线监测系统,具有基本的数据分析功能,该功能基于润乾报表设计及实现,集成了开源可视化库echarts,兼容 PC 和移动设备以及各种主流浏览器。充分发挥了该组件数据分析智能化、自动化、高效率、高准确率等特点,在报表、图表可视化展示及推送等功能上发挥出色。

同时,处于系统核心的实时数据库本身具有强大的数据处理和分析计算能力,内置极高性能的实时方程式计算引擎,该引擎采用目前最先进的ASMJIT技术,能够于系统运行中将用户输入的方程式实时解析及即时编译,植入进程内存中并动态调整指令寄存器入口即时投入运行,而无需任何中断或重启,亦不影响其它正在运行的分析计算过程。基于此,有别于目前主流的“解释执行”计算引擎,该系统具有每秒近百万级的复杂方程式实时计算及分析处理能力,这是本系统的重要特色之一。

4) 配置灵活

该特点主要体现在两个方面,首先是在设计上,整个解决方案完全基于具有高度适配能力的工业级产品灵活搭建,并不针对某个或某类特定企业用户,而是真正的灵活适应所有的工业用能企业。系统的核心是工业级的实时数据库,每秒能够接入和管理上百万传感,类型覆盖常见的16种传感器数据类型,并可自行定义和扩展特殊的传感类型。实时数据库提供的工业标准接口模块库,经过数十年的积累,能够兼容电力、石化、交通、煤炭、市政、有色金属、金融等行业的大多数标准数据接口,真正做到灵活部署灵活接入。配套的工业级实时数据总线产品,能够兼容市面上大多数网络隔离装置、防火墙、端设备等安全隔离设施,遇到用能单位因高级别等保要求而导致的复杂网络环境,仍能灵活部署。

其次是在系统配置方面,系统具有完善的配置管理后台,管理员和项目实施团队能够灵活的进行配置管理和动态调整,尤其是当该系统部署到不同行业、或同类行业的不同用能单位时,能够通过配置管理,快速搭建出满足该行业用能单位的平台,真正响应节能办快速推广的政策方针。

4、项目实施的内容

4.1 数据采集

能耗在线监测系统根据能源形态和计量方式,能够采集包括电力、热力、固态能源、气态能源、液态能源等五类能源品种。除电力为单一能源外,其他四种能源又包含多种具体能源种类,系统支持的详细的能源分类及计量单位符合《重点用能单位能耗在线监测系统基础信息与格式规范》。

从火电厂能量转换的角度看,能耗在线监测系统需要采集燃料的化学能、蒸汽的热能、电能、环保数据关键指标。在锅炉中,燃料的化学能转变为蒸汽的热能;在汽轮机中,蒸汽的热能转变为转子旋转的机械能;在发电机中机械能转变为电能;经电袋除尘及脱硫设备,实现达标排放。

为获得重点用能单位各类能源消费量、产出量或外供量等数据,能耗在线监测系统对包括相关电气量、热工量等数据进行采集,其中对于各种蒸汽,能耗在线监测系统能够统一转换、汇总成热力数据后上传。

华能济南黄台发电有限公司建设有完善的厂级监控信息系统(SIS)系统,是本项目主要的数据源,通过实时数据库的实时镜像功能,本项目所需的绝大多数能耗相关数据,均由SIS系统中的实时数据库直接同步至能耗在线监测系统的实时数据库中。这种基础数据库直接同步的方式,毋庸置疑是最直接、最高效、最有效的数据获取方式,减少了中间传递的环节,避免了各种转发和二次加工,是整个解决方案的亮点之一。

对于无法通过自动采集获取的数据,能耗在线监测系统支持手工方式填报。

4.2 数据处理

能耗在线监测系统内置实时数据监测功能和实时计算引擎,能够对用能企业的实时数据进行即时分析与处理,从而提供实时告警、实时预警、运行考核等功能。与此同时,借助实时数据库的海量历史数据存储与分析功能,可以高效率的提供历史趋势分析、多点趋势对比、历史同期趋势对比等功能。

与此同时,基于秒级更新及存储于实时数据库中的全量历史数据,利用实时数据库强大的历史数据统计功能,定期计算15分钟周期实时数据、日数据以及月数据。最后,系统自建辅助计算引擎,通过灵活配置计算公式,遵循能耗在线监测系统相关规范,使用正平衡、反平衡等方法,对来自于SIS系统的原始传感器数据进行精确计算,得出各类性能指标数据,上传到省平台。

4.3 安全保障

能耗在线监测系统安全防护从系统所在的计算环境、区域边界、通信网络、安全管理以及物理安全等多层面部署安全保障措施,以满足不同等级系统在技术、管理各层面防护要求,通过建立安全管理中心,实现数据、系统、网络等安全交换和关联分析管理,保障同级系统内部、跨级系统区域安全互联的安全。

具体如下:

a) 能耗在线监测系统采用国家集中部署的CA(Certificate Authority)数字证书进行身份鉴别,实现在数据上传接入过程中对节点的身份鉴别要求;

b) 能耗在线监测系统对企业内部网络建立数据安全传输及隔离控制措施,保证数据安全传输及企业内网边界隔离要求。本项目同时使用了电力专用网络专用安全隔离装置(正向型)Syskeeper-2000以及SEK-6460 工业安全隔离网闸,构建了两道安全措施

c) 能耗在线监测系统在互联网边界,建立全隔离访问控制及入侵攻击行为检测措施,保证不被非法访问的同时对攻击事件进行实时监测;

d) 能耗在线监测系统具备对所有登录操作、登录时间、访问对象、传输链路资源使用及账户变更、管理员登录操作等情况的日志记录功能,用于事后行为追溯

e) 能耗在线监测系统在用能单位的互联网边界,建立了数据安全加密传输保护、数据完整性校验措施,实现了与系统平台之间的安全通信,确保数据传输的保密性、完整性及可用性。

4.4 数据传输

能耗在线监测系统配套工业级实时数据总线产品,专门负责实时跨网闸、防火墙、端设备的数据传输及协议转换,该产品内置数据发送以及数据接收调度程序,在该项目中成功完成了实时数据库到数据加工区、数据加工区到端设备的数据传输,同时端设备利用自有数据同步机制实现端设备内网侧数据到外网侧数据传输。

整个数据链路的传递过程中,使用了数据校验、超时重传、流量控制、断点续传、基于文件的高性能队列等多种专有技术,保证了数据传输的完整性、可靠性、实时性。

4.4 数据上传

   能耗在线监测系统遵循重点用能单位能耗在线监测系统-系统平台接口协议规范,按照规范要求将端设备部署在用能单位互联网出口,与省级平台、国家级平台通信,通信流程分为3种类型。

a) 首次注册并上传数据

包含注册、基础数据下载、用能单位基础信息上传、用能单位采集数据上传、用能单位基础信息下载、用能单位采集数据下载流程。

b) 基础信息修改及平日数据上传

能耗在线监测系统按照平台下发时间,每日定时向省级平台上传数据,具体包含用能单位基础信息上传、用能单位采集数据上传等流程。

c) 平台版本校验

按要求,能耗在线监测系统至少每天进行一次平台版本校验。

5、项目价值

对企业自身而言,能够纳入省节能平台管理范围的,一般都是所在地域的重点用能单位,节能降耗任务艰巨,既是耗能大户的同时也是潜力巨大的节能大户。有的企业对自己的系统进行了一定的改造,但不肯定到底降低了多少耗能;有的企业不知道该从哪里着手去节能改造,那么对整个系统进行相当时期的能耗统计和分析就具有巨大的价值和尤其重要的意义。

通过能耗在线监测系统平台,可以采集到不同时间段的煤炭消耗量、发电量、水、汽、油等消耗,通过与标准值比对分析,知晓能耗高低,通过监测平台,统计分析,下达指令,优化调整运行方式,实现节能目的。通过监测平台,实现数据综合分析,宏观把控。解决点多面广,能耗分散,不易统计,不便归纳分析的问题,该系统通过对各机组、重点用能设备主要能源品种消耗水平的实时监测为企业有针对性地实施节能技改提供数据支撑。

综上所述,采集发电企业电、煤、油、蒸汽等能源消费实时数据。建立能耗在线监测系统,提升了能源管理能力、使能源管理由粗放型的模式转向精细化的管理模式。是企业适应信息时代技术变革,主动谋求和推进生产和管理变革的体现。

 

6、应用推广

能耗在线监测系统所实现的各项预期功能在华能济南黄台发电有限公司所有的节电、节水、节煤量中起到了举足轻重的作用。实时监控各运行参数为相关人员及时、准确、方便获取各项数据提供了可靠保证,对掌握系统的运行状况,及时调节生产能力,及时发现发电、供热各环节的异常状况具有非常重要的意义;准确合理的能耗统计与分析,则是掌握整体用能情况的基本手段,是摸清机组运行效率状况,进行节能分析的第一手资料,为公司发电、供热系统的节能降耗、优化决策提供了可靠依据。另外,准确全面的掌握能源消耗现状,是系统进行能耗诊断和分析的基础;与行业内的各项能耗限额及先进值的比较可以有针对性地挖掘出本公司发电及供热系统节能改造的方向,分析总结出有效的节能空间。

另一方面,能耗在线监测系统,是国家重点用能单位能耗在线监测项目的核心系统,是采集重点用能单位能耗综合数据系统。该系统是在国家“能源四个革命”的总体部署下,以物联网、云计算、大数据等技术为支撑,按照国家总体要求,由济南银华信息技术有限公司开发的互联网与节能工作智能耦合核心专用系统。能耗在线监测系统集成物联网多种应用技术,具有现场数据采集、存储、处理、分析、网络安全隔离、数据应用展示、数据上传等功能。为政府部门摸清能耗底数、开展节能形势分析及预测预警、提高节能宏观调控能力、实现“十三五”能源消费总量和强度“双控”目标任务、用能权交易、碳排放权交易、能源计量管理、培育和发展节能环保战略性新兴产业等提供及时准确的数据支持;为用能单位加强能源日常监控管理、提升能源管理精细化水平、开展能源审计、能效对标、能源计量审查、节能改造等提供支撑服务,切实促进企业提质增效降本。

本项目已在华能济南黄台发电有限公司实施完成,稳定运行逾180天,在节能降耗、能源精细化管理、降本提效等方面价值显著,长远看具有明显的经济效益。

与此同时,本项目作为山东省内首个大型火力发电厂能耗在线监测系统建设项目,具有火电厂行业代表性,能解决火电厂共性问题,对面临类似问题的用能单位有参考和借鉴价值及示范带动作用。


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