一种碳排放数据采集系统及监测系统的制作方法

1.本发明属于碳排放监测技术领域，具体为一种碳排放数据采集系统及监测系统。


背景技术：

[0002][0003]
现有技术中，对于企业碳排放的监测管理，目前还停留在人工审核核算阶段，缺少成熟的软件产品支持。或仅是通过企业自行填报数据报表的方式来进行计算，缺乏数据核实的准确性。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种碳排放数据采集系统及监测系统，以解决背景技术中提出现有技术中，缺少对企业碳排放的监测管理系统，只能通过人工审核，导致效率低下，准确度不高的问题。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0006]
一种用于碳排放监测系统的数据采集系统，硬件设备包括数据读取设备、数据采集器和分布式控制机；
[0007]
数据读取设备布置在生产现场，用于采集现场的生产信息，并将采集到的生产信息传递给数据采集器；
[0008]
数据采集器与一个或多个数据采集设备连接，数据采集器接收到生产信息后，对生产信息进行处理，并将生产信息周期性的传递给分布式控制机；
[0009]
分布式控制机用于对采集到的生产信息进行汇总统计，生成最终的生产数据。
[0010]
根据上述技术方案，碳平台服务器与一个或多个分布式控制机连接，分布式控制机用于向碳平台服务器传递数据。
[0011]
根据上述技术方案，分布式控制机通过有线传输或者无线传输的方式与碳平台服务器连接。
[0012]
根据上述技术方案，数据读取设备包括磅秤、电表和光谱分析仪。
[0013]
根据上述技术方案，生产数据包括燃料的含碳量、碳的消耗量和材料的重量。
[0014]
根据上述技术方案，数据采集器包括：通讯单元、信息处理单元和存储单元；通讯单元用于数据采集器与分布式控制机的数据传输；处理单元用于对生产信息进行处理，处理包括数据汇总；存储单元用于将完成的数据进行存储。
[0015]
一种碳排放监测系统，包括碳平台服务器；碳平台服务器用于接收、存储和处理生产数据；碳平台服务器的内部设置有数据清洗模块、算法建模模块和数据计算模块；
[0016]
具体的监测步骤为：
[0017]
数据清洗步骤：碳平台服务器调取数据清洗模块对生产数据进行清洗，得到标准数据，并将标准数据传输到数据计算模块；
[0018]
算法选取步骤：碳平台服务器中的算法建模模块根据选取规则选取子算法模型；
[0019]
计算步骤：数据计算模块调用子算法模型和标准数据，并将标准数据带入到子算法模型中进行计算，得到最终的碳排放量；
[0020]
汇总步骤：汇总碳排放数据，形成可视化报告。
[0021]
根据上述技术方案，数据清洗模块中，数据清洗包括以下步骤：
[0022]
数据监测步骤：将采集到的生产数据进行检测，判断生产数据中是否含有非法字符，如果含有非法字符，则需要清除含非法字符的数据；如果不含非法字符，则保留数据；
[0023]
数据识别步骤：将经过检测的数据通过系统预设区间值进行过滤，判断是否有数据不在预设值区间内，如果不在则判断为非法数据，需要清除，如果在预设值区间，则保留；
[0024]
合并计算步骤：将完成过滤的数据进行合并计算，完成数据清洗，得到标准数据；
[0025]
数据清洗完成后，标准数据组合形成标准数据集。
[0026]
根据上述技术方案，非法字符为除数字以外的所有字符。
[0027]
根据上述技术方案，选取规则为企业所属行业类别，根据企业所属行业选取子算法模型。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0029]
在本发明中，通过设置硬件设备和碳平台服务器组成监测系统，通过此监测系统，企业可自行盘查本身的碳排放数据，无需请第三方代理公司进行盘查，保证了企业生产数据的安全性；所有数据实时上传处理，发现问题实时处理，实现全盘的过程管控；所有数据通过设获取，系统统一处理，自动计算，全程自动化，数据处理过程基本无需人工干预，降低了人工出错率；同时所有数据系统统一记录，随时溯源。
附图说明
[0030]
图1为本发明整体系统框图；
[0031]
图2为碳排放监测系统框图；
[0032]
图3为碳排放监测系统的数据采集框图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
实施例一
[0035]
如图1和图3所示，一种用于碳排放监测系统的数据采集系统，硬件设备包括数据读取设备、数据采集器和分布式控制机；
[0036]
数据读取设备布置在生产现场，用于采集现场的生产信息，并将采集到的生产信息传递给数据采集器；
[0037]
数据采集器与一个或多个数据采集设备连接，数据采集器接收到生产信息后，对生产信息进行处理，并将生产信息周期性的传递给分布式控制机；
[0038]
分布式控制机用于对采集到的生产信息进行汇总统计，生成最终的生产数据。
[0039]
碳平台服务器与一个或多个分布式控制机连接，分布式控制机用于向碳平台服务
器传递数据。
[0040]
分布式控制机通过有线传输或者无线传输的方式与碳平台服务器连接。
[0041]
数据读取设备包括磅秤、电表和光谱分析仪。
[0042]
生产数据包括燃料的含碳量、碳的消耗量和材料的重量。
[0043]
数据采集器包括：通讯单元、信息处理单元和存储单元；通讯单元用于数据采集器与分布式控制机的数据传输；处理单元用于对生产信息进行处理，处理包括数据汇总；存储单元用于将完成的数据进行存储。
[0044]
在本发明中，通过设置硬件设备和碳平台服务器组成监测系统，通过此监测系统，企业可自行盘查本身的碳排放数据，无需请第三方代理公司进行盘查，保证了企业生产数据的安全性；所有数据实时上传处理，发现问题实时处理，实现全盘的过程管控；所有数据通过设获取，系统统一处理，自动计算，全程自动化，数据处理过程基本无需人工干预，降低了人工出错率；同时所有数据系统统一记录，随时溯源。
[0045]
实施例二
[0046]
本实施例提供一种具体的监测方法。如图2所示，一种碳排放监测系统，包括碳平台服务器；碳平台服务器用于接收、存储和处理生产数据；碳平台服务器的内部设置有数据清洗模块、算法建模模块和数据计算模块；
[0047]
具体的监测步骤为：
[0048]
数据清洗步骤：碳平台服务器调取数据清洗模块对生产数据进行清洗，得到标准数据，并将标准数据传输到数据计算模块；
[0049]
算法选取步骤：碳平台服务器中的算法建模模块根据选取规则选取子算法模型；
[0050]
计算步骤：数据计算模块调用子算法模型和标准数据，并将标准数据带入到子算法模型中进行计算，得到最终的碳排放量；
[0051]
汇总步骤：汇总碳排放数据，形成可视化报告。
[0052]
数据清洗模块中，数据清洗包括以下步骤：
[0053]
数据监测步骤：将采集到的生产数据进行检测，判断生产数据中是否含有非法字符，如果含有非法字符，则需要清除含非法字符的数据；如果不含非法字符，则保留数据；
[0054]
数据识别步骤：将经过检测的数据通过系统预设区间值进行过滤，判断是否有数据不在预设值区间内，如果不在则判断为非法数据，需要清除，如果在预设值区间，则保留；
[0055]
合并计算步骤：将完成过滤的数据进行合并计算，完成数据清洗，得到标准数据；
[0056]
数据清洗完成后，标准数据组合形成标准数据集。
[0057]
非法字符为除数字以外的所有字符。
[0058]
选取规则为企业所属行业类别，根据企业所属行业选取子算法模型。
[0059]
实施例三
[0060]
本实施例为实施例二的进一步细化。以钢铁行业为例，企业的生产数据通过预安装的硬件设备实时传输到服务器，硬件设备主要包括数据读取设备和数据采集器，数据读取设备(例如磅秤、电表、光谱分析仪等设备)实时获取各能源、材料的消耗以及使用材料的成分(例如铁矿石的铁元素含量，会直接影响钢铁产量，含碳量的高低，会直接影响碳排放量高低) 等数据，并将相关数据通过数据线传输到分布式控制机；分布式控制机和碳平台服务器接通，通过i eee 802.11协议将数据传输到和碳平台服务。
[0061]
数据清洗模块首先对比数据字符串格式，清除乱码数据。例如重量数据应该是纯数值组合，如果出现字母或符号，则表明为数据中包含非法字符，系统进行自动清除；完成初步过滤后，需要对数据的有效性进行识别，通过对周期内上传的同类数据进行横向对比，并结合系统的预设区间值进行过滤。差异比较大的值根据预设数据区间进行过滤，去除无效数据，即不在预设区间内的数据无效数据；然后通过关键字识别和合并计算等方式，将源数据转换为标准数据。
[0062]
例如，企业生产线用碳的设备包含3个，分别为a、b和c；每分钟上传一次碳消耗数据，系统的统计周期为1小时，累计1小时上传了60次碳消耗数据，通过乱码识别清除了50条数据，剩余10条正常数据分别为109,107,110,108,106,105,117,108,106,101；
[0063]
计算平均值μ＝107.7；
[0064]
计算标准差σ≈3.9；
[0065][0066]
系统预设过滤标准取值区间为均值的左右两倍标准差，即(107.7-7.8)《x《(107.7 7. 8),即99.9《x《115.5；过滤数据组109,107,110,108,106,105,117,108,106,101；117不在区间内，识别为无效数据，需进行去除，故有效数据为109,107,110,108,106,105,108,1 06,101共九条；
[0067]
然后计算有效数据的均值μ2＝106.7，即平均每分钟消耗大概106.7kg碳；
[0068]
系统计算周期为1小时，故此计算周期a设备碳消耗量为106.7*60＝6402kg；
[0069]
合并计算具体为：通过上述方式，分别得到a、b、c过去一小时的碳消耗量分别为6402 kg、3545kg和7742kg；该企业过去一小时消耗的碳总量fc＝6402 3545 7742＝17689 kg，另外标准数据计算单位为t,故转化后的标准数据为17.689t。
[0070]
根据数据清洗模块得到的标准数据，碳平台服务器调用算法建模模块，算法建模模块选取算法子模型。
[0071]
实施例四
[0072]
本实施例为实施例二的进一步细化。算法建模模块具体为：
[0073]
算法建模模块根据选取规则选取子算法模型；选取规则为企业所属行业类别，根据企业所属行业选取子算法模型。
[0074]
子算法模型包括燃料碳排放计算模型、过程排放计算模型和间接排放计算模型。
[0075]
燃料碳排放量计算：
[0076]
碳排放因子计算：单位热值含碳量*碳氧化率*44/12；
[0077][0078]
其中，efi为第i种燃料的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳每吉焦(tco2/gj)；
[0079]
cci为i种燃料的单位热值含碳量，单位为吨碳每吉焦(tc/gj)；
[0080]
ofi为i种燃料的碳氧化率；
[0081]
44/12为二氧化碳与碳的相对分子质量。
[0082]
活动数据计算：活动数据＝消耗量*平均低位发热量；
[0083]
adi＝nvci×
fci[0084]
adi为核算和报告年度内第i种化石燃料的活动数据，单位为吉焦(gj)；
[0085]
nvci为核算和报告期第i种化石燃料的平均低位发热量，对固体或液体燃料，单位为吉焦每吨(gj/t)，对气体燃料，单位为吉焦每万标立方米(gj/104nm3)；
[0086]
fci为核算和报告期内第i种化石燃料的消耗量，对固体或液体燃料，单位为吨(t)，对气体燃料，单位为万标立方米(104nm3)。
[0087]
消耗量计算：消耗量＝各生产环节对应物料消耗累加；
[0088][0089]e燃烧
为核算和报告期内消耗燃料燃烧产生的二氧化碳排放量，单位为吨二氧化碳(tco2)；
[0090]
adi为核算和报告期内第i种燃料的活动数据，单位为吉焦(gj)；
[0091]
efi为第i种化石燃料的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳每吉焦(tco2/gj)；
[0092]
i为消耗燃料的类型。
[0093]
过程排放计算模型为：
[0094]e过程
＝e
溶剂
e
电极
e
原料
[0095]
其中，溶剂消耗产生的二氧化碳排放按以下子模型计算：
[0096][0097]e溶剂
为溶剂消耗产生的二氧化碳排放量，单位为吨二氧化碳(tco2)；
[0098]
pi为核算和报告期内第i种溶剂的消耗量，单位为吨(t)；
[0099]
dxi为核算和报告年度内，第i种溶剂的平均纯度，以％表示；
[0100]
efi为第i种溶剂的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳每吨(tco2/t)；
[0101]
i为消耗溶剂的种类(白云石、石灰石等)。
[0102]
电极消耗产生的二氧化碳排放公式为：
[0103]e电极
＝p
电极
×
ef
电极
[0104]e电极
电极消耗产生的二氧化碳排放量，单位为吨二氧化碳(tco2)；
[0105]
p
电极
核算和报告期内电炉炼钢及精炼炉等消耗的电极量，单位为(t)；
[0106]
ef
电极
电炉炼钢及精炼炉等所消耗电极的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳每吨 (tco2/t)。
[0107]
外购生铁等含碳原料消耗而产生的二氧化碳排放按以下公式计算：
[0108][0109]e原料
为外购生铁、铁合金、直接还原铁等其他含碳原料消耗而产生的二氧化碳排放量，单位为吨二氧化碳(tco2)；
[0110]
mi为核算和报告周期内第i种含碳量的购入量，单位为(t)；
[0111]
efi第i种购入含碳原料的二氧化碳排放因子，单位为吨二氧化碳每吨(tco2/t)；
[0112]
i为外购含碳原料类型(如生铁、铁合金、直接还原铁等)。
[0113]
间接排放计算模型为：包括企业消耗电和热产生的碳排放；
[0114]
消耗电的计算为：
[0115]e输入电
＝ad
输入电
×
ef
输入电
[0116]
式中：
[0117]e输入电
为购入电力消费对应的排放量，单位为吨二氧化碳(tco2)；
[0118]
ad
输入电
核算和报告年度内的购入电量，单位为兆瓦时(mwh)；
[0119]
ef
输入电
为区域电网年平均供电排放因子，单位为吨二氧化碳每兆瓦时(tco2/mwh)；
[0120]e输出电
＝adl
输出电
×
ef
输出电
[0121]
式中：
[0122]e输出电
为输出电力消费对应的排放量，单位为吨二氧化碳(tco2)；
[0123]
ad
输出电
为核算和报告年度内的输出电量，单位为兆瓦时(mwh)；
[0124]
ef
输出电
为区域电网年平均供电排放因子，单位为吨二氧化碳每兆瓦时(tco2/mwh)；
[0125]
热消耗计算为：
[0126]
ad
热水
＝maw×
(t
w-20)
×
4.186
×
10-3
[0127]
式中：
[0128]
ad
热水
为热水的热量，单位为吉焦(gj)；
[0129]
maw为热水的质量，单位为吨(t)；
[0130]
tw为热水温度，单位为摄氏度(℃)；
[0131]
4.1868为水在常温常压下的比热，单位为千焦每千克摄氏度{kj/(kg
·
℃)}；
[0132]
ad
蒸汽
＝ma
st
×
(en
st-83.74)
×
10-3
[0133]
式中：
[0134]
ad
蒸汽
为蒸汽的热量，单位为吉焦(gj)；
[0135]
ma
st
为蒸汽的质量，单位为吨(t)；
[0136]
en
st
为蒸汽所对应的温度，压力下每千克蒸汽的热焓，单位为每千焦每千克(kj/kg)；
[0137]
间接排放为：e
间接
＝e
输入电
e
输出电
ad
热水
ad
蒸汽
。
[0138]
算法计算模块具体为：
[0139]
以焦炭为例，清洗后的标准数据，平均低位发热量＝28.4gj/t；单位热值含碳量＝ 0.03；
[0140]
碳氧化率＝93％；焦炭消耗量为＝17.689t；
[0141]
第一步：将焦炭消耗量和平均低位发热量带入活动数据计算模型计算焦炭活动数据；
[0142]
adi＝nvci*fci＝17.689t*28.4gj/t＝502.376(gj)；
[0143]
第二步：将焦炭单位热值含碳量和碳氧化率带入碳排放因子计算模型计算焦炭排放因子；
[0144]
efi＝cci*ofi*44/12＝0.03*0.93*44/12＝0.1023(tco2/gj)
[0145]
第三步：将第一步、第二步结果带入碳排放量计算模型，计算焦炭的碳排放量；
[0146]
燃料碳排放量＝ad i*efi＝502.376*0.1023＝51.393(tco2)
[0147]
第四步：依据上述方法，依次计算出企业所有耗料相关的碳排放量；
[0148]
将所有耗料的碳排放量加起来，形成企业这个周期内的总体碳排放数据。
[0149]
过程排放和间接排放计算在此不在赘述。
[0150]
总体碳排放数据＝310.288176 e
过程
e
间接
；其中，e
过程
为过程排放计算模型中计算得到的碳排放量，e
间接
为间接排放计算模型中计算得到的，企业间接的碳排放量。
[0151]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0152]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。