2010年12月3日至2010年12月23日，以國家質檢（jiǎn）總局計量司劉新民（mín）副司長為團長，由中國計量科學研（yán）究（jiū）院及部分省、市質（zhì）量技術監督（dū）局和（hé）計（jì）量院共計19名（míng）管（guǎn）理及技術人員組成的（de）培訓團赴德進行了“能源計量與節能管理軟件信息（xī）係統培訓”。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（qíng）況以（yǐ）及對我國國家（jiā）城市能源計量中（zhōng）心建設工作的借鑒意義進（jìn）行介紹。
    

一、智能（néng）計量網絡概（gài）況及背（bèi）景

    為了給消費者提供更（gèng）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（zhēng）力，歐盟委員會於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，在智能電能表方麵，規定2020年要完成80%的（de）安裝，2022年要全部完成智能電能表的（de）安裝。針對歐（ōu）盟委員會頒布的此項（xiàng）計劃，歐洲許多國家已（yǐ）經製定了更為緊（jǐn）迫的時間計劃表。通過此項計劃（huá）以保證到2020年，CO₂排放量降低20%，新增（zēng）20%可再生能源使用量，同時通過提高能（néng）源利用效率降低20%的（de）能源消耗量。
    智能（néng）計量網絡（luò）建設的目標是將每個小的用（yòng）能單元組合成一個整體，這樣（yàng）每個用能單元能夠控製並進行自我診（zhěn）斷與調（diào）節。智能計量的（de）基礎功能是（shì）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（néng）源消費點的計量器具（jù）儀表數據後發送到數據中心（xīn）的處理係統進行整理與分析，其主要結（jié）構組成如（rú）圖1所示。
    

圖1  智能計量基礎結構示意圖

    智（zhì）能（néng）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(如能在用能低穀時（shí）開始工作以節約成（chéng）本、智能處理（lǐ），如在微秒級的時間內（nèi）執行特（tè）別保護配置單元)、智（zhì）能傳感器(如（rú）能顯示並隔離波動異（yì）常存在幹擾的區（qū）域)、智能儲存(如能在用能低（dī）穀時將產出的能源利用電池（chí）進行儲存，以（yǐ）備後期（qī）使用和智能產能；如能檢測小的產能單元的產（chǎn）出能源量並計算出用能單元的總用能需求)等。同（tóng）時，智能計（jì）量能將采集到的數據分（fèn）析結果所反映出（chū）的問題提供（gòng）給能（néng）源專家與用能單位（wèi）等，其結構如圖2所示。
    

圖2  智能計量（liàng）的主要功能結構圖
    

二、歐盟實施智（zhì）能計量的目的

    第一是（shì）各能源行業為提高能源生（shēng）產、消費和分配效率，並最終實現（xiàn）盈利服務。目前，德國的能源企業已（yǐ）從原（yuán）來的國企改製為公開上市的國際能源集團。以電網公司（sī）為例，德國最大的電網公司是E.ON，占（zhàn）18%的市場份額，其次是RWE，占17%的市場（chǎng）份額，這些公（gōng）司在相（xiàng）互（hù）競爭的市場行為中為實現盈利，通過實施（shī）智能計量提高企業的生產（chǎn）與分配效率，並簡化之前的手工抄表模式。
    第二是進行智能計量能夠（gòu）在世界性課題??節能減排中發揮作用。歐盟及其成員國已（yǐ）作出了在2020年前持續減少CO₂排放的承（chéng）諾（nuò），各能源公司提高能源利用效率將直接為（wéi）減少CO₂排放提供幫助；各國政府正在探尋為節能（néng）單元給（gěi）予財政獎勵，實現（xiàn）智能計量將為此提供數據支持。隨著智能計量網絡的（de）建設，能夠對能源消（xiāo）耗情況進行科學（xué）的分析與判（pàn）斷（duàn），為供能單（dān）位在建設過程中降低網路損失提供解決方案。
    第三（sān）是在能源價格（gé）隨市場需求（qiú）波動的新市場模式下（xià），供能公司（sī）與用能客戶（hù）等各（gè）方需要精確的賬單係統（tǒng）。有了智能計量網絡（luò），對（duì）於各供能公司來（lái）說，能夠在一個公開競爭、價（jià）格波動（dòng）的市場模式下將能源賣給用戶；對於（yú）用戶來說，在波動（dòng）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（què）賬單。
    第四是（shì）智能計量技術已經成熟並得到（dào）認同（tóng）。首先是計量（liàng）器具生產企業（yè），已（yǐ）經（jīng）生產出可添（tiān）加（jiā）數據傳（chuán）輸（shū）模塊的計量器（qì）具，該類計量器具在將來建立智能計量網絡時，不需要（yào）對其進（jìn）行停用或拆（chāi）卸，隻（zhī）需添（tiān）加（jiā）支持不同數據通信協（xié）議的（de）模塊，即可對（duì）不同的能源計量（liàng）器具的數據進行智能采集；而目前（qián）的數據（jù）通（tōng）信（xìn）技術(包括有線、電（diàn）力載（zǎi）波、GPRS、WLAN以及Zigbee等)已十分成熟，因此建（jiàn）立智能計量網絡（luò）中的數據通信技術已不再困難。
    對於（yú）建（jiàn）立智能計量（liàng）網絡，所有重要參與者包括政（zhèng）府部門、供能企業以及消費者都十分支（zhī）持。首先，政府希（xī）望利用智能計量網絡（luò）實現節能降耗、減排（pái）增效的政策目標（biāo）；其次，企業能夠利用（yòng）智能計量提高效（xiào）率（lǜ）並增加利潤；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（jiā）智能計量的現狀及我國城市能源監控管理係統

    德國主要的能源（yuán）消耗為電和天然（rán）氣，由於（yú）德國（guó）政府沒有監管智能計量網絡的責任（rèn），同時消費者不（bú）期望（wàng）自己購買智能計量設備，德國政府於是更希望由市場主導建立智能計量網絡，但供能企（qǐ）業（yè）可以按照他們自己的選擇進行安裝（zhuāng），因此，德國的智能計量網絡建設將取決於政府的（de）主導（dǎo）力。
    英國主要的（de）能源消耗為電和天（tiān）然氣，英國政策法規規定政府在2020年實（shí）現所有能源計量點智能計量網絡全麵（miàn）覆蓋。英（yīng）國（guó）的用電量及電價在（zài）歐盟屬中等，其天（tiān）然氣進口量居世界前十位，智能計量對於英國來說具有十分重要的意義。目前，英（yīng）國政府（fǔ）、相（xiàng）關工業和其他相關組織正在積極討論以尋求可行的（de）方案。
    中國計量科學研究院近（jìn）年來完成的科技部平台項目課題??城市能源監控（kòng）管理係統對我國（guó）天然氣、煤（méi）氣、蒸汽、熱水等城市主要能源介質的合（hé）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（jì）量（liàng）、監控、管理體係，包括能量計量數據、氣質數據等在內的城市能源監控管理係統的建立，將在解（jiě）決貿易糾（jiū）紛、促進能源合理利用等方麵發揮積極作（zuò）用，同時為政府製定相關政策提供科學依（yī）據。目前，該係統可（kě）實現（xiàn）的功能是:(1)流量計（jì）量數據的采集、運算、整理、遠（yuǎn）傳、查詢、監控管理功能。(2)能源技術信息的發布，包（bāo）括天然氣介質的組分(或密（mì）度)、發熱量、沃泊指（zhǐ）數、水露（lù）點、總硫含（hán）量等內（nèi）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（hé）技術資料、標（biāo）準名目介紹、查（chá）詢功能。
    如圖3所示，城市能源介質計量、監控、管理體係指明了天然氣能（néng）量計量的實現途徑。在城市天（tiān）然氣門站采集（jí）天然氣氣質數據並發（fā）布到（dào）中心服務器；按不同使用需求進行計算，並（bìng）通過Internet以及移動網絡提供給各貿易交接站點使用；在（zài）整個軟件設計中采用先進的開發軟件搭建了伸（shēn）縮性強大的係統軟件，以滿足係統穩定性和擴展性的要求；實現了天然氣（qì）氣質（zhì）數（shù）據的實時發布和使用，滿（mǎn）足天然氣能源計量的需要。天然氣氣質發布係統（tǒng）的建立必將成為各貿易（yì）交接點進行貿易（yì）結算的依據。
    

圖3  天（tiān）然氣氣質數據發布係統

    數據采集（jí）及發布係統的完（wán）成通（tōng）過研製用於現（xiàn）場接收色譜儀信（xìn）號並發送（sòng）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（zhèng）了數據的正確接收和（hé）發送；繼而使用J2EE體係架構及其關鍵技術搭建了天然氣氣質發布係統平台，實現了集數據接（jiē）收、計算、管理、發送為一體的平台主要功能，取得了（le）較為滿意的結果，通過Internet及（jí）移動網絡建立起一套可靠的網絡對外發布係統（tǒng）。
    

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（luò）實

    通過此次培訓，培（péi）訓團成員們（men）進一步深刻體會（huì）到能源智能計量對節能減排工作的基礎性支撐作用，歐盟各國在此方麵的堅定態度和（hé）貫徹執行能（néng）力更值得（dé）我們（men）借（jiè）鑒。作為一項基礎性的龐大係（xì）統工程，要想真正推動全國智能計量網絡建（jiàn）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麵（miàn）的共（gòng）同努力。第一，需要像歐盟各國一樣，由國家中（zhōng）央政府主導，組織製定總體規劃和目標，並出台相關法規作為法律依據；第二（èr），地（dì）方各級政府需要組織、協調、落（luò）實並（bìng）監督各自轄區（qū）的智能網（wǎng）絡建設進程；第三，各級政（zhèng）府組成部門應各司其職，形成聯（lián）動（dòng）機製，例如，發改委和經委等應出台各項政策、落實資金等，計量主管部門則應（yīng）提供計量（liàng）技（jì）術支撐（chēng）和必（bì）要的監督；第四，智能計量網（wǎng）絡建設（shè）離不開各能源（yuán）供給企（qǐ）業(如電力部門)的支持，需將智能電網等行業規劃與智（zhì）能網絡（luò）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（yǔ）國外先進製（zhì）造企業的技術差距，為智能（néng）網絡（luò）建設提供硬件條件；最（zuì）後（hòu），智能網絡建設（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檢總局批準成立（lì）了“國家城市能源計量中心（xīn）”。成立國家（jiā）城市能源計量中心的（de）主要目的之一便是將能源計量與節能降耗工作緊密結（jié）合（hé）。可（kě）以認為這是（shì）智能計量網絡的一種基本形式或組（zǔ）成部分，要想真正將此項建（jiàn）設深入推廣，並發揮其作用，需要在多（duō）個方（fāng）麵進一步努力和探索。
    一是在政策法規上，我國需要製定必要（yào）的法律依據。歐盟（méng）已頒布法令要求各成員（yuán）國建立能源智（zhì）能計量網絡，這極大地促進了歐洲能源智（zhì）能計量工作的開展。目前，我國（guó）的法律法規中僅有《節約能源法》中規定，對於（yú）企業（yè）不按照國家強製性標準GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管（guǎn）理通（tōng）則》配備能源計量器（qì）具的，給予處罰。而GB17167-2006中對於建立能源計量數據中心（xīn）的條款（kuǎn）僅為推薦（jiàn）性條款，這（zhè）對於用（yòng）能單位來說推動力和引導力是不（bú）夠的。
    二是隻有政府部門之間（jiān）良好的溝通協作才能建立高效便捷的跨部門信息資（zī）源共享機製。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（hé）基本是以用能單位上報的統（tǒng）計數據為依據。而作為能源（yuán）計量的權威技術部門，國家（jiā）質檢總（zǒng）局授權（quán）建立（lì）的國家城市能源計量中心將為（wéi）節能主管部門及能源（yuán）數（shù）據統計部門（mén）提供最為基礎與真實的（de）能源計量數據。因此（cǐ），倡導積（jī）極的（de）溝通協調，在尊重（chóng）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（hù）換（huàn）機製（zhì）將對計量工作的開展起到積（jī）極的促進作用。
    三是要（yào）建立能源智能計量網，需充分利用互聯網技術，並對能（néng）源計量器具的數據采（cǎi）集與傳輸進行標準化。目前，我國能源（yuán）計量是分散進（jìn）行（háng）的，數據的準確性、公正性、完整性無法保證；並且信息（xī）化程度（dù）普（pǔ）遍（biàn）不高，能源計量數據沒有充分發揮作用，遠遠不（bú）能適應目前建（jiàn）立節約型社會、實（shí）現科學計量、節能降耗的需（xū）要，需要進行係（xì）統整合。物聯網是信息（xī）化和工業化深度融合的產物，是建（jiàn）立現代能源計量體係的（de）有效手（shǒu）段。建（jiàn）立能源智能計量（liàng）體係是獲取（qǔ）能源消費量真實數據、加強監管的強有力保障。
    目前（qián），國內生（shēng）產的能源計量器具，不（bú）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（de）數（shù）據格式進行解（jiě）析，開發單獨（dú）的數據通信模塊，這不僅浪費開發成本，也對（duì）采集到（dào）的數據的準確性有一定影響。因此，製定統一的數據采集（jí）與傳輸（shū）國家標準將對能源智能計量起（qǐ）到很好的作用。
    四是積極探（tàn）索適合我（wǒ）國國情的智能計量新模式。我國（guó）的能源消費結（jié）構與歐洲（zhōu）發達國家有較大的（de）差異。首先，我國的能源消費結構中煤（méi）的比重（chóng）最大，達到了70%以上，而世界其他國家的煤（méi）的平均消費量僅為29%；其次，天然氣、水、電等清潔能（néng）源消費量我國僅為10%，而世界平均水平為30%左右。
    天然氣（qì）作為一種（zhǒng）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（dà）約為900億m³。預計在2010～2015年，中國天然氣的（de）產量增速（sù）為8.5%左右，而消費量增速將在12%以（yǐ）上。隨著天然氣在一次能（néng）源結構中比重不斷增大，貿易交接的數額（é）日益增大，能源貿易（yì）雙方對能（néng）源貿易交接日益（yì）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（tóng）時，我國能源智能計量中很重要的（de）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（fèi）方式各有不同，基本（běn）以進廠地秤作為計量方（fāng）式，且地秤並非專門用（yòng）於煤炭的計量（liàng），因此，目（mù）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（de）一個難題（tí），要能夠真正掌握煤炭的準（zhǔn）確量，應當在能（néng）源消費環節（jiē）加裝能源計量器具（jù），同時配備智能計量模塊以建立智能（néng）計量網（wǎng）絡。
    五是加大對（duì）用（yòng）能單（dān）位的節（jiē）能工作的宣（xuān）傳（chuán）與服務。目前，我國許多高（gāo）耗能行業企業（yè）以粗獷式生產方式為（wéi）主，對節約能源的社會效（xiào）益與經濟效益未充分理解，認為隻（zhī）要控（kòng）製好能（néng）源進入企業的一級能源計量工作對於企業來說就可以了，但內部生產環節（jiē）的精（jīng）確控製、精細（xì）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（yè）的節能意識。同時對企業（yè）提（tí）供節能改造與節能谘詢服務，使企業（yè）真正從節（jiē）能（néng）工作中獲得最直接的（de）經（jīng）濟效（xiào）益。