2010年12月3日至2010年12月23日，以國家質檢總局計量司劉新民副司長為團長，由中國計量科學研究院及部分省、市質量技術監督局和計量院共計19名管理及技術人員組成的培訓團赴德進行了“能源計量與節能管理軟件信息系統培訓”。本文重點對德國智能計量網絡在能源計量領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行介紹。
    

一、智能計量網絡概況及背景

    為了給消費者提供更多的保護及更低的能源消費價格，同時使各能源供應公司具有較強的競爭力，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。針對歐盟委員會頒布的此項計劃，歐洲許多國家已經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。
    智能計量網絡建設的目標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行自我診斷與調節。智能計量的基礎功能是為能源生產、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的計量器具儀表數據后發送到數據中心的處理系統進行整理與分析，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約成本、智能處理，如在微秒級的時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異常存在干擾的區域)、智能儲存(如能在用能低谷時將產出的能源利用電池進行儲存，以備后期使用和智能產能；如能檢測小的產能單元的產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據分析結果所反映出的問題提供給能源專家與用能單位等，其結構如圖2所示。
    

圖2  智能計量的主要功能結構圖
    

二、歐盟實施智能計量的目的

    第一是各能源行業為提高能源生產、消費和分配效率，并最終實現盈利服務。目前，德國的能源企業已從原來的國企改制為公開上市的國際能源集團。以電網公司為例，德國最大的電網公司是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盈利，通過實施智能計量提高企業的生產與分配效率，并簡化之前的手工抄表模式。
    第二是進行智能計量能夠在世界性課題??節能減排中發揮作用。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，實現智能計量將為此提供數據支持。隨著智能計量網絡的建設，能夠對能源消耗情況進行科學的分析與判斷，為供能單位在建設過程中降低網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。有了智能計量網絡，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已經成熟并得到認同。首先是計量器具生產企業，已經生產出可添加數據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絡時，不需要對其進行停用或拆卸，只需添加支持不同數據通信協議的模塊，即可對不同的能源計量器具的數據進行智能采集；而目前的數據通信技術(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絡中的數據通信技術已不再困難。
    對于建立智能計量網絡，所有重要參與者包括政府部門、供能企業以及消費者都十分支持。首先，政府希望利用智能計量網絡實現節能降耗、減排增效的政策目標；其次，企業能夠利用智能計量提高效率并增加利潤；第三，消費者能夠通過智能計量獲得更好的信息服務。
    

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，由于德國政府沒有監管智能計量網絡的責任，同時消費者不期望自己購買智能計量設備，德國政府于是更希望由市場主導建立智能計量網絡，但供能企業可以按照他們自己的選擇進行安裝，因此，德國的智能計量網絡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年實現所有能源計量點智能計量網絡全面覆蓋。英國的用電量及電價在歐盟屬中等，其天然氣進口量居世界前十位，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、相關工業和其他相關組織正在積極討論以尋求可行的方案。
    中國計量科學研究院近年來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的合理利用與科學管理起到了推動作用。課題建立起統一的城市能源介質計量、監控、管理體系，包括能量計量數據、氣質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、促進能源合理利用等方面發揮積極作用，同時為政府制定相關政策提供科學依據。目前，該系統可實現的功能是:(1)流量計量數據的采集、運算、整理、遠傳、查詢、監控管理功能。(2)能源技術信息的發布，包括天然氣介質的組分(或密度)、發熱量、沃泊指數、水露點、總硫含量等內容的發布。(3)城市能源數據的統計與分析。(4)相關技術動態和技術資料、標準名目介紹、查詢功能。
    如圖3所示，城市能源介質計量、監控、管理體系指明了天然氣能量計量的實現途徑。在城市天然氣門站采集天然氣氣質數據并發布到中心服務器；按不同使用需求進行計算，并通過Internet以及移動網絡提供給各貿易交接站點使用；在整個軟件設計中采用先進的開發軟件搭建了伸縮性強大的系統軟件，以滿足系統穩定性和擴展性的要求；實現了天然氣氣質數據的實時發布和使用，滿足天然氣能源計量的需要。天然氣氣質發布系統的建立必將成為各貿易交接點進行貿易結算的依據。
    

圖3  天然氣氣質數據發布系統

    數據采集及發布系統的完成通過研制用于現場接收色譜儀信號并發送氣質數據的天然氣數據采集器，購置相應的網絡硬件、服務器、路由器、集線器及相應的連接設備，建立起完整的內部網絡，保證了數據的正確接收和發送；繼而使用J2EE體系架構及其關鍵技術搭建了天然氣氣質發布系統平臺，實現了集數據接收、計算、管理、發送為一體的平臺主要功能，取得了較為滿意的結果，通過Internet及移動網絡建立起一套可靠的網絡對外發布系統。
    

四、充分發揮智能計量網絡的作用，推進國家節能減排工作的落實

    通過此次培訓，培訓團成員們進一步深刻體會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，要想真正推動全國智能計量網絡建設，需要從中央到地方各級政府以及廣大企業和居民等各有關方面的共同努力。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，并出臺相關法規作為法律依據；第二，地方各級政府需要組織、協調、落實并監督各自轄區的智能網絡建設進程；第三，各級政府組成部門應各司其職，形成聯動機制，例如，發改委和經委等應出臺各項政策、落實資金等，計量主管部門則應提供計量技術支撐和必要的監督；第四，智能計量網絡建設離不開各能源供給企業(如電力部門)的支持，需將智能電網等行業規劃與智能網絡建設相協調；第五，相關計量器具生產企業應加快研發配套智能計量儀表和技術，縮小與國外先進制造企業的技術差距，為智能網絡建設提供硬件條件；最后，智能網絡建設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。可以認為這是智能計量網絡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，并發揮其作用，需要在多個方面進一步努力和探索。
    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絡，這極大地促進了歐洲能源智能計量工作的開展。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，這對于用能單位來說推動力和引導力是不夠的。
    二是只有政府部門之間良好的溝通協作才能建立高效便捷的跨部門信息資源共享機制。目前，我國的節能主管部門為國家發改委，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部門，國家質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及能源數據統計部門提供最為基礎與真實的能源計量數據。因此，倡導積極的溝通協調，在尊重各職能部門業務流程的基礎上，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展起到積極的促進作用。
    三是要建立能源智能計量網，需充分利用互聯網技術，并對能源計量器具的數據采集與傳輸進行標準化。目前，我國能源計量是分散進行的，數據的準確性、公正性、完整性無法保證；并且信息化程度普遍不高，能源計量數據沒有充分發揮作用，遠遠不能適應目前建立節約型社會、實現科學計量、節能降耗的需要，需要進行系統整合。物聯網是信息化和工業化深度融合的產物，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數據、加強監管的強有力保障。
    目前，國內生產的能源計量器具，不同的企業其數據格式均不相同，要進行能源智能計量，就必須對各種能源計量器具的數據格式進行解析，開發單獨的數據通信模塊，這不僅浪費開發成本，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僅為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，我國天然氣產量和消費量在持續迅速地增長。2009年，我國天然氣消費量大約為900億m³。預計在2010～2015年，中國天然氣的產量增速為8.5%左右，而消費量增速將在12%以上。隨著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，對計量方法的改進和準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確量，應當在能源消費環節加裝能源計量器具，同時配備智能計量模塊以建立智能計量網絡。
    五是加大對用能單位的節能工作的宣傳與服務。目前，我國許多高耗能行業企業以粗獷式生產方式為主，對節約能源的社會效益與經濟效益未充分理解，認為只要控制好能源進入企業的一級能源計量工作對于企業來說就可以了，但內部生產環節的精確控制、精細化管理才是節約能源的最有效的途徑。因此，必須加大對企業的節能宣傳以提高企業的節能意識。同時對企業提供節能改造與節能咨詢服務，使企業真正從節能工作中獲得最直接的經濟效益。