时间：2022-02-14 04:04:11
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇能量计量论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1系统设计背景近年来,电力企业在不断扩大大客户负荷管理系统覆盖范围的基础上,全面开展了地区厂站电能量遥测、低压集中抄表和配变监测计量等项目的建设,并在此基础上进行四分线损分析及需求侧辅助决策等的建设这些计量自动化项目的分散建设不可避免的带来了计量自动化孤岛问题的出现。为避免计量自动化孤岛问题,提高电能量数据的综合应用水平和使用效率,避免重复投资和资源浪费,优化计量自动化系统建设方案,进一步提高电力企业计量自动化建设水平和深入开展计量技术创新,需要建设电力企业一体化计量自动化系统。配合电力企业“十一五”信息规划的建设要求,考虑目前地区电能量遥测系统、大用户负荷管理系统、低压集中抄表系统技术已经成熟,在电力企业范围内均已经开始推广建设。同时配变监测及管理系统在部分供电部门也做了有益的试点,配变无功补偿技术也开始逐步应用。在线损理论计算工作方面也有长足的进步,建设计量自动化主站平台条件已逐渐成熟[6,7]。
今后电力企业应该是一个全面集成的数字化企业,并能够通过集成化的企业战略框架不断加以改进,以适应电力行业的不断发展【8]。通过建设计量自动化主站支持平台,解决目前统计线损中数据不全、统计口径不一、计算困难、误差影响因素等实际问题,将线损”四分”管理、需求侧管理落到实处,并统筹考虑各地区电能量遥测系统、大用户负荷管理系统、配变管理系统、居民集中抄表系统建设方案,避免重复投资、重复开发、重复建设,为实现”经营型、服务型、一体化、现代化企业”的发展战略目标作出贡献。
1.2系统建设目标
1.2.1应用目标为各级电力营销服务提供信息化的技术支持手段和依据,能够及时按需自动采集各电压等级用电现场电能量计量数据,包括示度电量、分时电量、冻结电量、需量等应营销收费服务所需电能量信息。能够监测现场用电计量情况,包括计量装置故障、计量回路异常等,为用电监察提供远程自动化服务手段。为供电企业经济运行、经济管理提供可靠数据依据和支持。能够根据需要监测现场用电运行信息,包括电流、电压、有功无功功率曲线,为供电质量分析及负荷管理提供可靠技术支持。为强化四分线损管理、需求侧管理提供技术支持手段根据采集到的分时电能量进行四分线损统计分析,并和理论线损进行对比分析,为降低管理线损提供依据。提供大客户远程现场服务功能,能够根据负荷平衡情况为开展错峰用电、节约用电、分时计费等提供技术支持。
1.2.2技术目标数据采集处理一体化。系统能够通过开放式规约连接大客户负荷管理终端、厂站电能量遥测终端、低压集中抄表集中器和配变监测计量终端。数据存储一体化。系统能够将各类计量数据进行收集整理和存储,为各业务应用提供相关数据。各类计量对象的基础档案数据,包括计量设备档案、客户资料、电网参数等基础数据统一存储使用。主站计算机资源一体化。包括计算机硬件设备、通信及信息安全设备、数据库管理系统、存储设备等资源的应用、维护和管理一体化。无线数据通信资源的一体化使用。主要包括低压集抄、大客户负荷管理、配变终端等安装在配电网的计量自动化设备对无线数据网资源的使用。计算机通信设备采用标准通用设备,数据库采用开放式的大型商业数据库,采用统一远程通信规约,不同供货商提供的终端设备产品均能够接入到主站自动化系统。建立统一的应用数据库,不同开发商所采集到的专变计量点、厂站计量点、低压计量点及配电计量点的各类相关数据均能够存入该数据库,不同开发商也能够通过该数据库开发不同的综合应用。统一数据库的建立应按照统一数据模型、统一数据编码的要求进行。
1.3系统建设原则计量自动化系统首先具有电能计量计费系统的一般性和共同性要求特点,即数据的准确性、完整性、系统的可靠性、稳定性、开放性、安全性等要求。同时由十系统涉及面广,面向对象多,系统分层、建设周期长等特点,使其具有区别十一般计费系统的更高的或特殊的要求,这些要求、特点决定了系统的设计原则[9]。1.可靠性与稳定性相结合、2.准确性与完整性相结合、3.开放性与安全性相结合、4.实用性与扩展性相结合、5.先进性与成熟性相结合。
1.4论文的工作针对电力计量自动化系统的特点以一体化计量自动化系统的需求现状的描述,通过利用CIM公共信息模型,设计电力企业一体化计量自动化系统建设方案。在建设方案设计过程中,本文主要进行了以下方面的工作:1)系统总体架构按照分层分块设计的原则,分别为现场设备层、前置采集层、业务应用处理层、数据处理层。
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论文摘要：智能电网是新形势下电网发展的必然趋势。本文阐述了智能电网相关概念，讨论了智能电网环境下对电力通信的要求。
进入新的世纪，全球经济、社会安全、环境和能源供应都面临着极大挑战，气候变化剧烈。灾害频发，传统能源日趋紧张，金融危机对各国经济打击巨大，因此，为了面对环境污染，拉动内需，提振经济。发展可再生能源，需要构建智能电网以助推电力行业创新，实现技术转型，从而保障国家能源安全，促进我国社会的可持续发展。2009~5月，我国国家电网公司提出加快坚强智能电网建设。
2009年9月，美国国家标准与技术研究所(NIST)提出了关于智能电网互操作标准的框架与路线图，明确了推进标准化工作的8个优先发展领域，其中很重要的一个方面就是网络通信：要求针对智能电网各个关键领域的应用和操作器的网络通信需求，实施和维护合适的安全和访问控制手段。该领域覆盖电力专网和公共网络。对我国而言，智能电网的建设，必须有坚实的基础技术和功能，其中测量和通信系统是一个非常重要的方面。
1 智能电网概念
智能电网是以包括发、输、变、配、用、调度和信息等各环节的电力系统为对象，不断研发新型的电网控制技术、信息技术和管理技术，并将其有机集合，实现从发电到用电所有环节信息的智能交流，系统地优化电力生产、输送和使用。电力企业通过促成技术与具体业务的有效结合。使智能电网建设在企业生产经营过程中切实发挥作用，最终达到提高运营绩效的目的。
智能电网不是为了炫耀新技术，而是为了实实在在的解决当前存在的问题。对电力系统而言，智能电网具有三个明显的特征；
(1) 自愈。对电网的运行状态进行连续的在线自我评估，并采取预防性控制手段，及时发展、快速诊断和消除隐患；故障发生时，在没有或少量人工干预下，能够快读隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。
(2) 互动。系统运行与批发、零售电力市场实现无缝连接，支持电力交易的有效开展。实现资源的优化配置；同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理。
(3) 坚强。坚强是对智能电网安全性的要求，即对智能电网中每一个元素都应该有安全性需求考虑，在整个系统中应确保一定的集成和平衡，无论对物理攻击(爆炸、武器)还是信息攻击(网络、计算机)智能电网都要能够应付并反虚出来。
2 智能电网对电力通信的要求
2.1 我国当前电力通信网现状
目前，我国的电力通信网是以光纤、微波及卫星电路构成主干线，各支路充分利用电力线载波、特种光缆等电力系统特有的通信方式，并采用明线、电缆、无线等多种通信手段及程控交换机、调度总机等设备组成的多用户、多功能的综合通信网。随着光纤通信技术发展，电力通信网业务从原来的64kbit／s逐渐过渡到了高速率的2Mbit／s、10Mbit／s、100Mbiffs及以上高速率通道上。从作用来看，我国电力通信网主要有传输网、交换网、数据网和管理网四大类网络象。
2.2 智能电网对电力通信的要求
随着我国智能电网建设的不断发展，系统节点将大量增加，系统调度的任务将更加繁重，对电网大规模、全过程的监视、控制、分析、计算将向动态、在线的方向发展。
(1)EMS系统
EMS系统的实时数据来自于数据采集与监控系统SCADA。EMS向即时信息系统SIS提供分钟级的实时数据，如：系统频率、总出力，SCADA实时数据可以考虑由设立在厂站侧的RTU终端进行采集，接口通常可以为异步数据接口Rs485或Rs232，根据信息量的需要，速率一般为1200bit／s至9600bit／s。
(2)TMRS系统
在智能电网条件下。电能量计量系统除了具备常规测量功能外，还必须具有分时段累计存储和双向计量的功能。同时系统还需要具备对电能量数据进行自动采集、远传和存储、预处理、统计分析的子系统，以支持未来智能电网发展、新能源的并网。
(3)SIS系统
即时信息系统SIS主要完成系统运行数据的处理，建设即时信息系统主要采用Internet技术，建立在安全的Internet基础上，-以国家电力数据网SPDnet为通信基础设施，对社会开放Internet~2问。即时信息系统由于要对社会信息开放，因此必须做好安全防护和安全隔离。
(4)需求侧管理
智能电网一个很大的改变就是要直接面向用户。对于大量符合终端用户，由于具有众多节点并且业务量较少，早期一般采用无线公网通信系统实现信息传输。目前，主流技术大都采用公网租用线GPRs或cDMA，以保障对用户情况的掌握。
(5)电力系统统一时标
当前，无论是电力录波装置还是计费装置都需要具有统一的时标信息，因此，一旦缺乏统一的时标信息将导致全网动态行为监督的缺失。为此，GPS技术的发展为电力系统实现动态监控提供了必要的物质条件，信同步时钟系统为各级调度机构主站，子站和厂站提供统一时间标记基准，包括电力系统在内的地球表面任一点均可接收到卫星发出的精度在1ps以内的时间脉冲，然后光纤通信系统将各变电站的测量收集汇总处理后，即可得到各变电站之间动态相量的变化，并据此实施相量控制。
3 结语
建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，为我国清洁能源的规模高效发展提供保障，充分发挥电网在资源优化配置、服务国民经济中的作用，对我国经济社会全面、协调、可持续发展具有十分重要的现实意义。智能电网建设成为国家经济和能源政策的重要组成部分。
参考文献：
一、电是否真的多了
改革开放以来，特别是国家实行集资办电和多家办电的政策以后，电力工业发展很快，从19 78年至1998年的21年间装机容量以每年8.35%的速度增长，发电量以每年8.35%的速度增长， 使我国电力工业跃居世界前列。
1987年全国突破一亿千瓦
1995年初全国突破二亿千瓦
1998年底装机27729万千瓦 居世界第二位，仅次于美国。
1999年底装机29400万千瓦与1995年相比，装机平均每年递增1919万千瓦，递增率7.86%。 2000年4月我国装机已突破三亿千瓦。我国已连续13年每年投产新机组均在1000万千瓦以上 。
值得人们注意的是全国电力供需形势，从1997年开始有了根本性的改变，长期困扰我国经济 和人民正常生活的严重缺电局面已基本缓解。缓解程度在地区间是不平衡的，有些地区出现 了电力富裕或供需基本平衡，有些地区在用电高峰时期电力供应仍然偏紧，去年有的地区 又出现了拉闸限电。
由于我国经济进行产业结构调整，产品结构调整，一些工业企业用电量减少，同时由于人民 生活水平的提高，居民生活用电和商业用电增加。由于工业用电比重大，居民生活用电比重 小(1998年分别为71.78%和12.22%)导致一些地区用电负荷增长缓慢。由于用电情况变化，致 使电力工业的发电设备年利用小时逐年下降：
1994年 5233小时
1995年 5121小时
1996年 5033小时
1997年 4765小时
1998年 4501小时
1999年 4350小时
由于市场经济的发展，电力是商品意识的增强，在一些地区积极宣传电采暖、增加售电量是 有一定道理的，但不能理解为现在我国电力富裕了，所以要提倡电采暖。
尽管我国装机总量和发电量已跃居世界第二位，但我们是人口大国，1999年全国人均装机仅 为0.237千瓦，人均年发电量979千瓦时，(1991年独联体形成时，人均用电量5700千瓦时)上 海市水平最高，人均装机为0.651千瓦，人均用电量3299千瓦时。中西部地区人均用电量比 全国平均水平低，其中江西、青海、重庆比全国平均水平低一半以上。
目前我国人均装机仅为世界平均水平 的41.3%，人均发电量仅为世界平均水平的40.3%。我 国人均装机只相当加拿大的5.8%，美国的7.5%，澳大利亚的9.5%。我国人均发电量只相当加 拿大的5.15，美国的7%，澳大利亚的10.5%。
另据报导电力工业经过若干年的努力奋斗，目前全国仍有3500万人未用上电，因此可以说某 些地区的“电力过剩”只是暂时的现象。我国人均装机与人均发电量仅为世界平均水平一 半。电能在终端能源消费中的比例为11%，也低于世界平均水平的17%，市场潜力没有完全挖 掘和开发，电煤消费占煤炭的比重仅为38.6%，也比发达国家的70～80%低的多。因而不能 理解为我国电多了，用不完，要推广电采暖。
二、电采暖不经济的理论分析
《北京节能》2000年第2期刊出首都师范大学物理系宋爱国先生“〖HT5，7〗火〖KG-*2/5〗 用〖HT〗与节能”一文，从理论上分析了电采暖不经济的原因，摘要如下：
一提到能量，往往会想到其数量为多少J，似乎能量只有量的一面，其实不然。1kg的水从20 °C升高到30°C与从80°C升高到90°C所吸收的热量是相同的。可是，它们分别是在低温段 (20～30°C)和高温段(80～90°C)吸收的，因此，这两部分数量相等的热量质量并不同。
一般讲，热量在高温段转变为有用功的能力较大，在低温段转变为有用功的能力较小，甚至 完 全不能转变为有用功。我们把环境下任一形式的能量在理论上能够转变为有用功的那部分称 能量的 火 用 ；而将该能量中不能转变为有用功的那部分称为 该能量的 火 无 。
因此，有：能量= 火 用 火 无 。 在一定的能量中， 火 用 占的比例越大，该能量的品质越高(能 质系数越高，能质系数= 火 用 /能量)；反之，则能量的品质越 低(能质系数越低)。例如：电能、机械能从理论上讲，有能量值= 火 用 ，即其能量完全变为有用功，因 此，这类能量称为高级能量；又如，自然环境中与海水、空气等相互交换的能量，有能量值 = 火 无 ，这类能量称为低级能量；而介于它们二者之间的能量 则有：能量值= 火 用 火 〗无 ，如 化学能、热能、内能和流体能量等。
有了 火 用 的概念，热力学第一定律可以表述为“在任何能量 的转换过程中， 火 用 和 火无 的 总和保持不变”。热力学第二定律也可以表述为“高品位能总是能够自发地转变为低品位能 ，而低品位能不可能自发地转变为高品位能。”
建立了能量的质量观- 火 用 、 火 无 和能质系数后，再来讨论它们对节能的影响。
如电热取暖，设环境温度0°C，为保持室温为20°C，需要单位时间用电炉向室内供热Q，则 电能完全转换为热量，其能量效率?=100%。单从数量上看，电能完全转化为数量，已无节 能潜力可挖，但若从能量质的方面来分析，电能的能质系数等于1(高级能量)，而热量Q的能 质系数(1-T0/T，T0为环境温度，T为室温)仅为0.068，即供能与用能的能质相差0.932 。也就是说，电能通过电炉转换为热量后，其绝大部分(占93.2%)电〖HT5，7〗火〖KG-*2/5 〗用〖HT〗要退化为没有任何作功能力的 火 。这是能量使 用上的极大浪费。这种浪费不是数量上，而能质使用上的浪费-将高质能用在低质能用户上 。这种大材小用情况，若仅就数量分析往往是令人的满意的。但若从质的方面考虑，则十分 不合理。类似的浪费现象还有用高压蒸气供低压动力使用以及用高温水与低温水兑成温水 使用等等。这些都属于数量上匹配，而质量上不匹配的情况。
1998年全国电力工业6000千瓦及以上电厂热效率仅为33.08%，也可以理解为用很大代价换来 的高品位电能，仅作为低品位热能使用，实在得不偿失。
东南大学钟史明教授在《采用电热锅炉供热的商榷》一文中也从理论上分析了用电热锅炉供 热不合理的论述。
钟教授提出：我国全国平均供电效率30%，经过变、输、配电损失10%才到了用户处，电锅炉 尽管电能转变为热能效率较高，达97%，其电锅炉采暖，一次能源利用率仅为：
30×90×97=26.19%≈26%
而常规的供热机组实现热电联产的一次能源利用率为：背压机组80%。抽凝机组45%，如 采用燃气-蒸气联合循环热电联产，其一次能源利用率80%，所以用电锅炉供热，其一次 能源利用率只有热电联产供热的一半以下，是不节能的。
再从 火 用 效率来分析，电锅炉采暖的 火 用 效率在供热侧8%，用户侧0.8%。因为用电采暖是“能质不匹配”，大材小用 ，实属浪费。
另清华大学热能工程系付林的博士论文-“热电(冷)联产系统电力调峰运行研究”中，给 出各类采暖系统能耗的比较，
各采暖系统单位热量一次能耗的比较
从上图也可看出电锅炉采暖是一次能耗最高的一种。因而绝不能说电锅炉采暖可节能。
三、电采暖的工程技术经济分析
电采暖有一些优点，但运行费用高低也是不能不考虑的大问题。谁都知道坐小卧车比挤公共 汽 车舒服，但老百姓还要买月票、坐公共汽车，上下班“打的”是少数，个人开小车上班则是 更少。根据财政部、建设部等七部委财予(2000)361号：“关于建议转发《城镇供热收费制 度改革的指导意见》的请示：“今后供热收费体制将改革为：逐步实行暗补改明补和按热 量计量收费。由职工所在单位对职工按工资的一定比例发放，取暖补贴并计入工资。总之以 前的“包烧制”将成为历史，任何供热方式今后要由住房职工承担供暖费用。因而各种供热 方式的基建费与运行费最终要由老百姓承受，不算经济帐是不行的。
1.《中国建设报》的报导
《中国建设报》于2000年11月29日刊出文章介绍住宅采暖各类供热方式的年运行费。列出的 11种采暖方式中的蓄热式电锅炉最贵，情况如下表：
2.北京市煤气热力设计院的资料
北京市煤气热力设计院段浩仪、黄维林、张晓松高级工程师曾于1999年发表《北京市电采暖 方式研究》文中介绍：
华北电力集团公司枣林前街宿舍2万平米，电采暖，据用户自己统计年运行费每平米25元。
北京供电局变电管理处办公楼，7000平米电采暖，年运行费为46.9元/平米。
北京供电局下属城区供电局办公大楼16000平米，按峰谷电价计算，仅电费为25.8元/平米。
建国饭店，31500平米，仅电费平均20元/平米。
建行西单分理处3000平米的办公楼，仅电费折合17.7元/平米。
该文提出电采暖几种方式的运行成本比较情况见下表。提请大家注意：该表蓄热式电热锅炉 采暖，使用峰谷电价，运行成本仍高达52.29元/平米。
电采暖运行成本估算
单位：元/平方米
电 采 暖
3.中国国际工程咨询公司的资料
中国国际工程咨询公司受北京市发展计划委员会委托于2000年12月提出的《北京城市采暖供 热方式研究》(讨论稿)在不同采暖方式运行成本估算中，也是蓄热式电热锅炉采暖最贵，高 达73.97元/平米。
不同采暖方式运行成本估算〖HT5SS〗
4.中国建筑科学研究院空调所的资料
《北京节能》2000年第5期，刊出中国建筑科学研究院空调所几位研究人员合写的文章：“ 水蓄热电锅炉作为中小型空调系统热源的应用。”其中以1万平米的北京地区采暖120天的建 筑为条件对燃油、燃气和电锅炉对比，情况如下：
表中“运行费用”是否仅为电费?不祥。
如表所见，全用低谷电时，一次性投资较大而运行费最低，实际要用部分谷电部分平电运行 费要提高较多。
5.北京节能技术服务中心的资料
为北京某单位供热12000平米建筑面积的原锅炉房内(原有4t/h锅炉)，改造为蓄热式电锅炉 采暖，因而省去土建费用较多。按峰谷电价做三个方案比较。
按北京电网规定：
高峰时段；8～11时
18～23时
非峰谷时段：11～18时 7～8时
低谷时段：23～7时
方案设定：(根据供暖时段选择设备)
方案一(谷平电)
高峰时段用蓄热水箱内热水供暖、保温。
非峰谷时段电锅炉给蓄热水箱蓄热，蓄热水箱热水供暖。
低谷时段的电热锅炉给蓄热水箱蓄热，用蓄热水箱低温水供应用户保温。
用600KW电热锅炉，1×200m3蓄热水箱。
方案二(全谷电)
高峰时段，非峰谷时段用蓄热水箱内的热水供暖、保温。低谷时段电热锅炉给蓄热水箱蓄热 并且用蓄热水箱低温水供应用户保温。用1500KW电热锅炉，1×200m3蓄热水箱。
方案三(50%谷平电)
高峰时段用蓄热水箱内的热水供暖、保温。非峰谷时段50%的时间用蓄热水箱内的热水供暖 ，另50%的时间用电热锅炉供暖。
低谷时段对蓄热水箱蓄热，用蓄热水箱内的低温水供应用户保温。2×600KW电热锅炉，1×1 50m3蓄热水箱。
方案技术，经济比较一览表如下：
工程推荐方案一。
6.北京机械工程学会动工工程分会的资料
张宗誉高工在“北京市电锅炉供暖的现状与分析”的学术报告中，介绍了以下两个工程用电 采暖的情况：
大唐公司新建2万平米宿舍楼，用地板辐射采暖，由于按节能设计规范设计，热负荷取值 较小按52W/平米，运行一个采暖季电费成本为18元/平米，估算运行成本为30元/平米。基建 投资含土建共1300万元折650元/平米。户外高压线有3公里，且双路进线，若不优惠的话， 仅这部分投资就要500～600万元，因而若不优惠，则基建投资和运行费还将提高很多。
东西六条锅炉房，原为两台1.4兆瓦燃煤锅炉，供7500平米宿舍采暖。由于是旧平房，热损 失大，选用两台450KW电锅炉，两台30立米蓄热器，全利用夜间低谷电，有全蓄热系统。计 算仅电费19元/平米.季，估算运行成本32元/平米.季基建投资546元/平米。
四、几点不成熟的看法
从以上几个工程实例分析可知：
1.电采暖不论用何方式，每个采暖季的运行费在30～74元/平米，也可理解居住100平米建筑 面积宿舍的职工，每年将支付3000～7400元采暖费。目前北京市规定供暖价格；
热力供暖价格：供应旅游饭店、饭馆、使馆、出租公寓的价格(每采暖季、每建筑平方米)为 30元，其他供应对象为20元。
锅炉供暖价格：
燃煤锅炉供暖价格：供应旅游饭店、出租公寓的价格为28元，其他供应对象为18元(没有二 次热交换的16元)。
燃油(柴油)、燃气(天然气、煤气)锅炉供暖价格供应居民的价格为28元，其他供应对象为35 元。
用电采暖的基建费高，是所有资料的一致的看法，运行费也较常规采暖高。
推广电采暖一定要考虑老百姓的承受能力。
2.电锅炉采暖一定要装蓄热器。这也是目前电力系统积极宣传推广电锅炉，可以消峰填谷有 利于电网经济运行的最重要理由。但据《中国电力报》2001年1月4日在“电锅炉挤占市场不 言休”一文中指导：“目前全国应用电锅炉近一万台，约100万千瓦，其中蓄热式电锅炉仅 占10%左右”。也就是推广电锅炉可削峰填谷的本意未达到，只是增加了电力负荷，供电局 营业 部增加了销售电量。
3.根据技术经济分析，就是装蓄热器的工程，也要进一步分析，如何利用峰谷电价差，合 理选择设备。全用低谷电，对电力系统有好处可真正起到削峰填谷作用，但基建投资增加很 多，因蓄热器和电锅炉投资增大很多。根据北京节能技术服务中心的工程分析，以用谷电为 主，用部分非峰时段的电才是最经济合理的方案。
对于大量的未装蓄热器的电锅炉采暖工程，18～23时是用电高峰，也是采暖用热的高峰对电 力系统不仅不能削峰填谷，反而增加尖峰负荷，实则自讨苦吃。
4.推广电采暖要进行全面的分析论证
目前一些宣传电采暖的资料，在进行技术经济分析时，强调用电方便舒适的多，真正算经济 帐的少。少数资料也做方案比较，但是仅计算一个建筑和一个单位内部用电采暖的基建费和 运行 费。电源建设和输、变电费用均未计算。目前电力系统为推广电采暖取消了增容费和电贴， 但这属于政策性的问题，今天你不花钱，但是国家要出钱，省是省不掉的。
5.对北京市大力推广电采暖的看法
根据《北京城市采暖方式研究》介绍北京发展采暖的情况如下：
北京用电采暖消耗的电量，如按发电设备年利用小时5000计算，则2005年仅供电采暖就需新
建电厂装机36.6万千瓦，按5000元/千瓦基建投资计，则需18.3亿元。
上述资料同时介绍：“由于北京地区电源不足，需要由区外送入大量电力，但目前西电东送 的通道不足，抗严重干扰的能力较差，存在着不安全的隐患，市区变电站站点少，互相支持 的能力不足，配电网改造和建设跟不上，用户用电还受到一定制约。”这意味着上述问题的 解决，还需投入大量的资金。
上述资料同时指出：2005年北京需要外来电力的比重为66%，2010年将增加至69.4%大量外来 电力将为北京供电的安全性，构成较大的威胁。
山西、内蒙到北京的500KW高压输电线将有200～100公里，两侧的升压、降压变电站，北京 市内的220KV变电站和配电线路又是一大笔可观的投资。据介绍北京建一个220KW变电站平均 造价需1亿元，而西大望路变电站则需4.6亿元(半地下、地下三层、地上三层，占地7769平 米，总建筑面积21201平米)。配电系统也是一笔很大的投资。
北京到2005年投入1750万平米电采暖的电源建设和输、变配电建设所需资金粗算将需25亿元 ，需终要反映到老百姓头上，不考虑是不行的。
6.国家目前的政策仍是节约用电
国家经济贸易委员会、国家发展计划委员会于2000年12月29日发文：国经贸资源［2000］12 56号“关于印发《节约用力管理办法》的通知”。
文件主要精神是再次重申节约用电。其中第9条：用电负荷在500千瓦及以上或年用量在300 万 千瓦时及以上的用户应当按照《企业设备电能平衡通则》(GB/T3484)规定，委托具有检测技 术条件的单位每二至四年进行一次电平衡测试，并据此制订切实可行的节约用电措施。
用电采暖，用电负荷多数是在500千瓦以上，因而都应制订节约用电措施，而不是电卖不出 去尽量多用。
五、电蓄热锅炉采暖优点与不足
优点
1.没有燃煤产物，没有污染不产生噪音，属于所在地区的“0”排放。
2.大量使用低谷电，可解决电网削峰填谷，提高电力系统经济的效益。(不装蓄热器则达不 到此目的。)
3.自动化的水平高，负荷调节范围大，运行操作灵活简单，值班人员只需要监视司炉可穿白 大褂，车间内养金鱼。
4.运行安全可靠。
不足
1.运行成本比常规采暖方式要贵，基建投资比常规热电联产供热高，是用高代价换取环保效 益。
2.蓄热器所需体积大，占用建筑面积大，老锅炉房改造要考虑是否能容下。
3.供热温度随时可升高或降低，故中间要用非峰谷时间段来加热，以保供热质量。
4.电采暖是在一定条件下的“大材小用”“高质低用”，绝无节能效益而言。
六、电蓄热锅炉的适用条件
1.天然气管网或城市供热管网在近期达不到的地方而环保又不允许烧煤的地方。
2.水电丰富的地区而常规能源又很缺乏的地区。有的中小水电站还有弃水现象，故应发展电 采暖。
3.大中城市、旅游城市、为环境效益，防止烟煤型污染禁用燃煤而热电联产又达不 到的地区可用。例如北京为申办奥运改善环保，在规划市区面积仅占全市总面积的6%，却集 中了50%的人口、80%的建筑、60%的工业产值及70%的能源消耗，因而环保问题成为奥运的重 点问题。在老城区搞些电采暖作为集中供热的补充也是可行的。但居住者应为高收入阶层。
4.大中城市的郊区公寓、别墅、宾馆等要求生活质量高的地区与场所，无法实现热电联产而 小型燃机热电冷联产暂时不易实现的地区，用电采暖供热、制冷空调也是可行的。
5.实行峰谷电价而峰谷电价差距较大的地区，经技术经济比较论证后，确有优势的地区 方可使用。勿听信不负责任的宣传，盲目照搬外地的“经验”。
6.距离高压电源较近的地方，架设高压输电线短、投资省、变电设备也无需增容扩建时，经 技术经济论证合理后可用(请注意户外高压线，电力局会要求双路进线，增加投资较多)。
电采暖是多种采暖方式的一种，但其背后又是一个系统工程。把一个系统分成若干个互相独 立的部分来研究，容易将其看成是孤立的、静止的，所得结论也是只能在一个局部条件下适 用。如果放大到更大范围来研究，就可能看出其结论是负面的，甚至是错误的。
总之要进行全面的科学论证，在经济合理的条件下，再进行电采暖的技术改造，切勿草率从 事。
联系电话：010-66032298
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7.张宗誉“北京市电热锅炉供暖的现状与分析”北京机械工程学会动力工程分会
关键词：智能化;电气自动化;电气设计;质量监控
Abstract: along with the development of high and new technology, the advent of the information age, intelligent building in architectural design in the industry has become a kind of fashion and symbol. More and more new intelligent residential area has become the hot spot of the residential construction. In intelligent residential project design, electric is one of the very important part of it, the paper mainly discusses the intelligent building electrical equipment automation content, intelligent building equipment the composition of the system, and proposes the remote processor installation technology requirements. And the intelligent building electrical installation, the quality monitoring and the total construction design plan some requirements analysis.
Keywords: intelligence; Electrical automation; Electrical design; Quality monitoring
中图分类号： TU976+.1文献标识码：A文章编号：
1智能建筑电气设备自动化的内容
目前智能建筑又称为“3A建筑”，主要包括办公自动系统（OAS）、建筑电气设备自动化（BAS）、通信自动化系统（CAS）。因此智能建筑电气设备自动化为智能建筑系统中的一个重要系统之一，是采用具有高信息处理能力的微处理机（即中央处理机）通过通信网络对整个建筑物的空调、供热、给排水、变配电、照明、电梯、消防、广播音响、闭路电视、通信、防盗、巡更等众多设备进行实时测量、监视和全面监控，实现最优化的管理，从而提高系统运行的安全可靠性，节省人力、物力和能源，降低设备运行费用，随时掌握设备状态及运行时间、能量的消耗及变化等。因此其主要内容有：各种设备按规定时间进行启停控制，以达到节约能源的目的；供电系统、空调系统、供排水系统、冷热源等的参数调节控制监视和设备运行状态的监测；对各种设备运行时间积累和维修期限达到报警，以便及时更换或维修服役期满的设备，延长设备的使用寿命，提高服务质量；根据建筑实际需要的冷负荷，自动控制冷水机组投入运行的设备台数，达到最佳的运行方式；据设备运行时间自动更换工作和备用设备，延长设备的使用寿命；对各种能源消耗进行计量和计费；各种文本的自动生成和打印。
2智能建筑设备系统的构成
智能建筑设备监控系统是以分布在建筑各处的远程处理机和中央处理系统设备，通过总线桥进行信息交换的，主要包括系统设备（包括主机、网关、通讯设备、DDC、控制屏等）、系统输入设备（包括各类温、湿、压力、流量、电量传感器、水流开关等现场设备）和输出设备（包括各类风门、执行器、阀门及其执行机构等）等。按结构方式分成四大类：中央处理机系统设备：由操作键盘、彩色显示器、打印机、中央电脑、数字化仪等组成;远程处理机:智能建筑可以采用TA6711和TA6585两种型号的RPU设备，这两种型号的RPU功能基本一致，区别在于其输入输出接口的配置不同。RPU也可单独使用或通过各种设备组合经过总线桥接到M7中央系统，构成2级控制系统。总线桥：是一个用于2级控制系统的通信网微处理器。它有8条通信线路，每条通信线路可连接30个区域控制器及10个RPU。测量元件和控制件：通常采用的测量元件有各种型号的温度传感器、湿度传感器、液位传感器、压差传感器、流量传感器、功率变换器等。控制器件包括各种型号的带执行机构的二通阀、三通阀和直流24V的继电器。
3远程处理机的安装技术要求
要求远程处理机的安装要求楼宇自动控制系统与各RPU之间的通信是透明的，可利用同一线路不同的RPU完成同一个控制系统。一般而言，BAS系统大量监控的是空调机组，所以将RPU布置在机房之中或附近，把空调机组控制系统使用后剩余的输入输出接口用于连接附近的水流量计、水位信号、照明控制等。为了日后的发展，RPU的接口要留出20%～30%为宜。BAS线路安装要求。在BAS进行布线时，要注意某些线路需要专门的导线，如BAS的通信线路、温度湿度传感器线路、水位浮子开关线路、流量计线路等，它们一般需要屏蔽线，或者由制造商提供专门的导线。电源线与信号、控制电缆应分槽、分管敷设；DDC、计算机、网络控制器、网关等电子设备的工作接地应连在其他弱电工程共用的单独的接地干线上。
4智能建筑电气安装中质量监控
电气施工安装中，管理人员只有努力提高自身的素质和专业能力，才能做好质量的监控。
4.1认真阅图是做好质量监控的前提图纸是施工阶段的前提和依据，只有详细消化图纸，对工程每一系统做到心中有数，才能在现场发现问题和纠正错误，做到对工程质量的预控。电气工程系统设备先进、管线繁锁。在电气施工前的每一阶段，都要仔细地审图和校图，特别是对每一份设计修改通知单，都要认真地进行管理，逐一描绘到蓝图上。只有利用这样的修改蓝图，进行工程质量的监控，才能纠正一个又一个错误，保证系统的安全性、正确性和质量的安全可靠性。
4.2熟悉规范，把好质量关电气施工质量规范条框较多，监控人员要结合工程实际，边干边学，不断积累，牢记规范条例。在监控工作中，一定要有强烈的事业心和责任感，仔细认真，勤动笔头，不怕麻烦；深入现场，拉下面子，严格质量管理。材料的质量和性能是施工质量好坏的关键，要始终把材料设备质量的监控贯穿于工程建设的全过程。只有严禁伪劣产品用于工程，才能保证电气施工工程的安全在可事。矢能建筑论文集专刊。
4.3实现质量目标的预控既然质量目标是优质工程，那么如何具体来实现呢？我们认为：甲方、监理、施工管理人员首先必须分清工程中的重点环节，凡事有预则明，有明则清。反之，不预则废，在电气质量监控中，确定配电装置、电力电缆、配电箱三个重点设备管、补管、交接等重点协调环节，明确关键，制订措施，根据规范进行超前监控，达到对工程质量的预控。其次，必须在监控好重点环节后以点带面，促动整个系统工程的质量监控。电气工程除了设备材料的施工质量外，系统的功能也是重要一环。在知识经济、信息技术高度发展的时代，先进的设备不断出现，功能不断增强，而同一产品，功能的差异往往造成价格的明显不同。所以，在监控中，一定要根据合同仔细推敲，严格管理，实现系统应具备的功能，成为分项的优质工程的要求。
5总平面图施工设计若干要求
5.1供电系统（含特殊电源）、电力系统、室内外照明、防雷、防静电、接地及其他安全用电措施，其变电所及配电所的位置、设备选择、设备及线路布置原则符合初步设计及其批复文件要求，材料选择合理，有关措施，能满足生产及使用要求。在总平面图上，应绘制电力电源的进线及敷设方式（从建筑轴线外起至建筑内受电处止），说明电源引入配电所或变电所的方式及楼层或标高，必要时须做出局部剖面图予以交待。
5.2绘出建筑物内部配电或变电所的位置，并说明配电所及变电所需求电力电容器容量及变压器装机容量。通信系统、自控系统、信号系统的站房及设备选择及线路布置原则符合初步设计及其批复文件要求，具体布线及有关措施合理，能满足生产及使用要求。
5.3在总平面图上绘制通信交接间（箱）的位置，并标出通信干线引入的人孔位置及规格型号。选用人孔须标出其引用的标准图号，非标的必须出大样图说明。对建筑通信规模、容量及组成情况亦需加以说明。对有线电视系统，应绘制信号同轴电缆的进线方向、位置，并标示出规格型号。涉及有“建筑智能化”系统中相关系统工程的管线走向及埋要求，须在总平面中绘制。（智能化系统工程设计下面有详细说明）。
5.4室外电气管线与其他专业管线出现平行排列或交错排列等复杂方式时，应绘制局部剖面图交待高度、埋深、间距和特殊的防护处理措施。对有防腐蚀、防爆、恒温、恒湿及其他特殊要求的生产环境（如空气洁净度、防微振、防静电及电磁兼容等）有关强弱电系统，要按初步设计及其批复文件的要求，采取合理、可*的总体布局，以满足生产及使用要求。
6 结语
关键词：能耗； 绿色数据库； 能耗有效性； 能耗同比性
中图分类号： TP392文献标志码：A英文标题
0引言
自哥本哈根大会之后，建设低碳社会已经成为全球共识。面向可持续发展的低成本、低能耗的新型计算系统、模型和应用的研究，或称为绿色计算，已成为未来信息技术领域面临的重大挑战[1-2]。在当前的以数据为中心的计算模式下，研究节能的绿色数据库系统不仅具有显著的应用价值和社会意义，同时对于推动数据库领域的发展也具有重要的科学意义。绿色数据库系统目前还没有统一的定义，其主要的目标是实现数据库系统的低能耗，同时兼顾性能。传统的数据库系统通常以高性能为目标进行设计，没有充分考虑数据存储与操作时的能耗有效性（Energy Efficiency），更没有考虑能耗的均衡性（Energy Proportionality）。所谓能耗有效性[3]，通常指使用更少的电能来提供相同的服务，例如缓冲区管理、查询执行等。能量均衡性，是指数据库系统的能耗应随着负载的变化而动态调整[4]。由于能耗在现有大型数据管理系统（通常是数据中心）中的费用比例逐年升高（目前大约占总能耗的16%左右）[5]，不仅给企业带来了沉重的经济负担，所带来的碳排放问题也会带来一系列的社会问题和国际影响。因此，研究能耗有效和能耗同比的绿色数据库系统，降低数据管理的能耗，已经成为政府、企业和学术界普遍关心的焦点问题之一。对于我国而言，发展具有自主知识产权的绿色数据库技术，推动我国新一代信息产业的跨越式发展，对于我国在21世纪确立国际战略优势地位也具有至关重要的意义。
绿色数据库技术以低能耗为主要的设计目标，同时兼顾性能。这与传统的以高性能为主要目标的数据库技术有很大的差别。自2008年以来，数据库系统的能耗问题已逐步引起国内外学术界和工业界的广泛重视。2008年，在全球资深数据库研究人员论坛（Senior Database Researcher Meeting）上（全球数据库资深研究人员每3～5年召开一次会议，研讨未来数据库领域的发展方向。自1988年以来，会议所的报告已成为数据库领域学术研究的指南针），来自全世界的数据库学者一致提出应当“设计低能耗但不牺牲伸缩性的节能型DBMS （designing poweraware DBMSs that limit energy costs without sacrificing scalability）”[6]。能耗问题也成为最近数据库领域著名会议和期刊的讨论热点，如SIGMOD 2010、ICDE 2010、PVLDB 2010、EDBT 2011等。在SIGMOD 2010上，HP Labs的研究人员系统分析了现有数据库服务器的能耗有效性[7]；在ICDE 2010上，美国南佛罗里达大学的研究人员分析了数据库系统中能耗和性能之间的协调问题[8]；在2010年的Proceedings of VLDB Endowments上，美国威斯康星大学的研究者分析了MapReduce集群上的能耗有效性问题[9]；在CIDR 2009上，来自Amazon的研究人员讨论了数据中心的能耗有效性[10]；在EDBT 2011上，加州伯克利大学劳伦斯国家实验室的研究人员对利用复制机制实现磁盘存储系统的能耗同比性进行了研究[11]。此外，由于闪存（Flash Memory）以及固态硬盘（Solid State Disks，SSD）具有耗电少、无机械延迟等特点，许多研究者提出在绿色数据库系统中应当考虑闪存的使用[7， 13]，并对闪存和磁盘的能耗进行了对比测试[12]。但是，如何在数据库系统存储体系中合理地安排闪存，仍是一个待解决的问题，例如如何建立闪存和磁盘混合存储系统才能实现高性能和低能耗的目标。在ICDE 2010上，研究者们还专门开设了一个Panel“Database architecture （R）evolution： New hardware vs. new software”来讨论如何在数据库体系结构中合理使用闪存等问题。总体而言，数据库系统的能耗有效性和能耗同比性问题已经成为国际上的研究热点和趋势，但已有工作集中在能耗有效性的测试分析上，尚未揭示数据库系统性能与能耗之间的影响规律，对数据库系统能耗有效性和能耗同比性的诸多关键问题（如混合存储管理、数据库节点集群中的存储分配等）还缺乏有效的解决方案。
能耗感知的绿色数据管理技术涉及到数据库系统架构以及存储架构的重新设计，同时需要解决其中出现的一些新问题，具有很大的挑战性。研究绿色数据库系统能耗有效性和均衡性问题，不仅可以为构建我国自主产权的绿色DBMS奠定基础，还可以为绿色数据中心的建设以及能耗有效的操作系统等系统软件设计提供有力的支持。
本文综述了能耗感知的绿色数据管理技术，分析了绿色计算及低能耗计算机系统的发展概况，给出了能耗有效的数据库系统研究现状，讨论了面向集群的能耗同比性技术及存在的问题，在此基础上对绿色数据库未来发展方向进行了展望。
1绿色计算与低能耗计算机系统
1.1绿色计算
绿色计算可以看作是建立计算机行业的环境友好型和可持续发展型的新型计算模式。Murugesan 等将绿色计算领域定义[16]为：旨在有效地设计、制造、使用和部署计算机、服务器和相关子系统（如：显示器、打印机、存储设备以及网络和通信系统）来使得它们最小程度上或根本上不去影响和破坏环境的一切研究和实践。
随着有限的自然资源和当今不断增长的计算中能源消耗之间不可调和的矛盾发展，降低能耗是大势所趋，能量有效也就构成了绿色计算研究中的焦点。它以保证计算系统的高效、可靠及提供普适化服务为前提，以计算系统的低耗为目标，面向新型计算机体系结构和包括云计算在内的新型计算模式，通过构建能耗感知的计算系统、网络互联环境和计算服务体系，为日益普适的个性化、多样化信息服务方式提供低能耗支撑环境[1]。
绿色计算的发展，在工业界，表现为在不断追求快速发展的计算机性能前提下，采用有效的技术或生产过程来降低产品和服务所需要的能量消耗。最早采取的措施为1992年由美国政府主导的，主要针对消费性电子产品的能源节约计划——能源之星（Energy Star），最早计划的产品主要是电脑等资讯电器，之后逐渐延伸到电机、办公室设备、照明、家电等，后来还扩展到了建筑。对于自发配合此计划的厂家生产的合格产品上贴有能源之星的标签，现在几乎所有的笔记本电脑上都能看到这样的标签。在国内，2010年，中国环境保护产业协会在国家环境保护部的支持下，也开展了中国绿色之星计划和评价标准的制定工作。随着大数据时代的来临，各大企业数据中心的服务器数量增加迅猛，服务器和冷却装置用电量巨大。以Google为例，2005—2010年间，Google服务器数量增加了一倍。在冷却技术上新的节能方法有Google提出冷水塔和“蒸发法”降温法等。近期，计算机行业的那些大企业纷纷表示有意将自己的数据中心迁移到气温寒冷的地方。例如：冰岛，当地的低温环境和丰富的地热资源为数据中心的发展提供了得天独厚的条件。
在学术界，自计算机创建以来，一直进行关于降低计算机系统能量消耗的研究，已有的研究工作大部分集中于计算机系统和便携式嵌入式系统的硬件方面。如：传感器、无线传感网络、移动通信系统等。 最近大家开始大量关注大型计算机服务器系统和集群系统的能耗问题。总的来说，集中在计算机系统的方方面面：芯片/硬件层、系统层、软件层和应用层。
1.2低能耗计算机系统
低能耗的计算机系统研究是随着绿色计算概念的提出和发展而逐步引起人们重视的。绿色计算强调有效地利用资源计算，降低对计算资源的要求与环境影响，从而最大限度地提高经济活力，有效减少使用对环境有害的材料[1]。低能耗的计算机系统研究涉及了系统能耗测量与评价、计算机体系结构、网络通信与服务、系统软件，以及数据中心等多个层面[1-2，15-16]。
在系统能耗测量方面，通常采用硬件测量、理论计算、软件模拟3种方法[1]。硬件测量指对被测量的硬件设备外接仪器得到实时的电压和电流，进而算出功率和功耗，该方法需要专用硬件支持，但精确度高；理论计算方法根据工作频率或电压计算其处理器的功耗，根据工作状态计算硬盘等外部设备的功耗，从而计算出整个计算机系统的功耗，但精度欠佳；软件模拟法主要采用峰值功耗估算模型和动态功耗模拟模型来获得节点级的粗粒度功耗，但这种方法同样存在精度低的问题。
在低能耗的计算机体系结构方面，通常采用低功耗处理器构建低能耗计算机体系结构来降低系统能耗，如美国的卡耐基梅隆大学（CMU）和Intel针对大规模数据密集型应用，提出了一个全新的低功耗集群架构FAWN[17]。周学海等针对嵌入式系统和分时系统的能耗问题提出了动态电压调整[18]、动态处理器频率调整[19]、能耗优化的任务调度方法[20]等能耗控制方法，实验结果表明这些方法对于均衡能耗和性能十分有效。
在网络通信与服务方面，绿色技术结合休眠机制作为国际前沿研究领域，是通过调整网络拓扑结构来优化能耗的典型[21]。此外，拓扑结构与能耗的关系在无线传感网中也被广泛研究[22-23]。
在低能耗的系统软件方面，目前的研究通常关注于操作系统体系结构层面的设计（如CPU 设计、存储层次、数据通路等）。由于操作系统及虚拟机管理器等系统软件能够从全局层次考虑硬件设备的功耗状态，在满足计算系统高性能、高可靠的前提下，可为每个计算任务灵活、方便地提供能耗最优的资源分配与任务调度的执行环境。因此，设计低能耗的系统软件是降低计算系统整体能耗的重要环节。当前，对系统软件降耗技术的研究主要集中在操作系统的动态功耗管理、设备资源管理、核间节能调度以及虚拟机管理器的电源管理上[1]，例如文献[19]中提出了基于性能能耗权衡模型的动态调频策略并在Linux上进行了实现。此外，近年来在数据库领域也提出了研究能耗有效的DBMS的设想[3]，但总体上还集中于高层体系结构的讨论上，对于其中的关键问题研究较少。
在数据中心方面，能耗问题是近年来的一个热点。数据中心的能耗通常通过电能使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）来衡量——PUE=数据中心总设备能耗（Total Facility Power）/IT设备能耗（IT Equipment Power）。PUE是2006年由微软的Christian Belady首先提出的用于衡量数据中心能效的一个比值，基准值是2，越接近1表明能效越好。该概念已被许多知名服务器厂商所认可。低能耗的绿色数据中心涉及数据中心的许多问题，包括整体建筑、机房、空调、UPS、服务器等IT设备、应用系统和数据管理效率等全方位的问题。在数据管理方面，目前常见的技术包括绿色存储设备、虚拟化技术以及能耗同比性技术。典型的绿色存储技术包括固态硬盘（Solid State Drives，SSD）、大规模非活动磁盘阵列存储（Massive Arrays of Idle Disks，MAID）等。但由于数据存储涉及多个层次的介质，如RAM、闪存、磁盘等，如何能够合理使用多种存储介质以实现容量、性能、能耗方面的均衡是目前绿色存储技术研究中一个尚未解决的问题。虚拟化技术是目前数据中心采用的主要的低能耗实现技术[24]。虚拟化技术能够以全新的模型重新组织数据中心内的各个组件，并将其视作共享资源，通过能耗管理框架来实现节能存储的目的。目前，由于数据中心在云计算中的地位越来越重要，虚拟化技术在云计算中也得到了广泛应用[24]。
总体而言，在低能耗计算机系统领域，目前虽然在系统能耗测量与评价、计算机体系结构、网络通信与服务、系统软件，以及数据中心等多个层面均有相关的研究，但这些研究都侧重于低能耗硬件的设计和使用（例如处理器、存储器等）、节点级的能耗控制以及应用层的能耗控制（例如虚拟化技术等）。
创建能耗和性能评测标准的动机来自于这样一个共识：IT界、计算机制造商和政府越来越关心服务器的能耗问题。目前，许多供应商都报告一些能耗有效性数据，但由于负载、配置、测试环境等的差异，这些数据间不具有直接的可比性。这个标准的发展提供了一个结合性能和能耗的度量手段、方法，能够使得我们在公平、合理前提下来比较两个系统、算法的在能耗/性能上的优劣，有助于能耗研究和工作进一步发展。
我们所熟知的制定性能评测标准机构，如：事务处理标准委员会（TPC）、标准性能委员会（SPEC）、存储性能委员会（SPC）等，都积极投身到计算机系统能耗评测标准的制定。有TPC_Energy、SPECpower_ssj2008、JoultSort。其中SPECpower_ssj2008是用来评估服务器类和多节点类计算机功率和性能的第一个工业标准的SPEC benchmark。在SPECpower_ssj2008中，SPEC以处理性能同样的方式来定义了服务器功率测量标准。
2能耗有效的数据库系统
2.1数据库系统的能耗有效性
在数据库系统中研究能耗有效性的最早工作可追溯到2007年。在SIGMOD 2007上，斯坦福大学和HP Labs的研究人员首次展示了他们研究的数据中心能耗测试系统JouleSort[25]。他们的结果表明，不同的数据中心硬件配置存在相当大的能耗差别。目前，JouleSort已经成为图灵奖得主Jim Gray发起的Sort Benchmarks（http：///）中的一部分。在2008年，HP Labs的Goetz Graefe首次提出了研究能耗有效的DBMS的设想[3]，并从硬件和软件两方面阐述了能耗有效的DBMS研究中所存在的挑战。HP Labs的研究人员在CIDR 2009上对能耗有效的数据库系统研究也做了展望[26]。斯坦福大学和HP Labs的工作极大地推动了数据库系统能耗有效性的研究。2010年3月份的Communication of ACM和2011年3月份的IEEE Data Engineering Bulletin上也都分别刊登了相关的研究综述[51-52]。
国内的清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、浙江工业大学、中国科学技术大学等单位近年来也开始关注能耗有效的数据管理技术，例如清华大学计算机系的冯玲等和哈尔滨工业大学的高宏等在2011年都发表了能耗有效数据管理的综述论文[6，53-54]。浙江工业大学的杨良怀等研究了以闪存作为硬盘缓存的异构盘的能耗问题，并提出了一种缓冲区置换算法来提高数据访问在闪存上的命中率[55]。中国科学技术大学近年来设计和实现了可以实时测量计算机系统各个部件和整体能耗的能耗测试设备[14]，并对DBMS的能耗有效性进行了系统测试，为研究能耗有效的DBMS核心技术提供了有力的支持。
自2009年以来，数据库系统能耗有效性方面的研究总体上处于起步阶段。已有的工作大都侧重于对DBMS的能效测试与分析，或者针对DBMS的某些核心部件的能效进行测试与分析。丹麦哥本哈根大学和法国INRIA的研究人员利用他们开发的闪存设备性能测试平台uFLIP对现有SSD的能耗进行了测试[12]。他们的工作为后续研究人员在数据库系统中高效地使用SSD提供了有价值的参考。来自HP Labs、美国南佛罗里达大学和美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员对现有的商用DBMS以及开源的PostgreSQL的能效进行了测试[7-8，27]。德国凯泽斯劳滕大学的研究人员测试了SSD和磁盘在数据库系统中的综合能耗差异[13，28]，并对集群的能耗进行了测试和分析[29]。值得一提的是，文献[8]尝试对DBMS如何协调性能和能耗这一问题进行研究。文献[8，30]是目前为数不多的针对DBMS核心模块的能耗有效性研究工作，对于后续的研究有着重要的参考价值。
2.2能耗有效的查询处理技术
设计一个能耗有效的DBMS，要求在时间性能退化较少的情况下显著地降低能耗，同时不能对系统的扩展性和可靠性产生大影响。为了实现这一目标，在设计查询优化器时进行查询计划选择时要考虑能耗因素。举例说明：HASH连接和嵌套连接，传统的数据库系统中查询优化设计时仅以性能为目标，在大部分情况下：HASH连接要优于嵌套连接。但是HASH要在内存中保存HASH表，从能耗的角度，HASH操作属于代价大的操作，此时应该选用嵌套连接，即查询计划的选择策略要改变来适应新的要求。这就需要在DBMS设计时建立两个模型：1）能耗估计模型，将它嵌入到查询计划生成器的代价估计模块中，来计算每个查询计划的能耗值。2）总代价评测模型，用于指导查询计划的选择。
研究者在CIDR 2009上提出了QED算法[26]，通过显式延时来提高查询处理的能耗有效性。算法中将一段时间内接受到的查询请求放进队列中，达到阈值时，进行处理，通过查询聚合，来提取负载请求中公共部分。这一方案适用于多用户请求、服务器的场景，如搜索引擎；而对于单节点、用户少的数据库系统效果并不明显，反而导致性能的剧烈下降。
对于DBMS的查询优化的改进，难点就在于能耗模型和评测模型的建立。为了取得好的效果，必须要了解系统硬件的性能和操作特性，在查询优化和估计时要充分地考虑这些，还需要清楚地了解能耗与性能间的关系。最近的研究中有两种不同的观点：1）认为能耗有效和性能是两种不同的优化目标，两者间存在一种折中[8]；2）认为能量有效和性能优化是一致的，能量有效的设置通常也是性能最好的[13]。分析可知造成这两种不同结论的原因可能在于它们间不同假设前提和不同评估方法。如在第1）种观点中，在计算DBMS的能耗时没有包含空闲功率。而第2）种观点仅考虑了CPU功率而不是整个系统的有效功率。
Xu等[8]中定义了每个元组和每页的能耗常量T、N，并定义了基本的数据库操作与T、N之间的线性关系，通过实际数据库的执行时的能耗测量值，运行待定系数的方法来建立能耗模型。总的代价模型取性能和能耗间的折中，C=EPn，E是基于T和N计算得到的查询能耗，P代表性能。通过调节n可以控制E、P之间的比重。这一方法虽然取得了理想的实验结果，但仍有待改进。其中的能耗模型公式，直接使用了PostgreSQL查询分析的性能评估公式，尽管通过数学方法重新确定了公式中系数，但模型建立的能耗估计值与实际值间精度相当粗糙，差异达25%，因此该能耗模型的合理性有待商榷。
2.3能耗有效的缓冲区管理技术
大部分现存的缓冲区算法，比如众所周知的最近最少使用（Least Recently Used， LRU）算法、Clock算法等，都是以提高性能为目的而设计的。它们通常不能直接地用于节能设计。其原因有两点：1）最初的设计只是为了减少磁盘访问，而没有考虑到这会影响磁盘访问的突发性和偶然性；2）已有算法通常都没有关注磁盘访问的物理时间，而这点对于能耗估计很重要。在这样的前提下提出的有能耗感知的缓冲区算法HCBurst（Historybased CBurst）、PCBurst（Predictionbased CBurst）[30]。缓冲区管理必然会影响系统性能，为避免高的未命中率。CBurst将缓冲区分成PriorityRegion和EnergyAware Region，仅在EnergyAware Region中使用改进了的缓冲区算法。还有Zhu等提出针对多磁盘系统的能耗有效的缓冲区算法PALRU和PBLRU[56]。它的基本思想是让来自处于空闲态磁盘上的数据块具有高的优先级继续留在内存中，这样就可以使得该磁盘在低能耗状态滞留更久点。
随着低功耗存储硬件（SSD）的大量使用，尽管Flash具有低功耗的特点，但传统的缓冲区算法都是基于磁盘存储介质，因此并不能发挥出硬件优势。为此出现了一些针对Flash非对称的读/写特点的缓冲区算法，如CCFLRU[31]、ADLRU[32]、CFDC[33]等。虽然这些算法证明比早期的闪存缓冲区置换算法具有更好的能效，但它假设数据库系统中只有闪存一种类型的二级存储介质，不能适应存储体系的变化，例如闪存和磁盘混合存储等。
2.4当前研究中存在的主要问题
已有工作所得到的大量测试结果为后续研究数据库系统中的能耗有效的算法或者I/O 系统提供了有力的支持，但已有工作还存在如下问题：
1）还没有系统揭示数据库系统中能耗和性能之间的影响规律；
2）还没有解决引入多类型的存储介质后如何在存储架构上合理地安排不同类型存储介质（RAM、闪存、磁盘等）以实现能耗有效性的问题。
3面向集群的低能耗数据管理技术
3.1能耗同比性技术概述
面向集群的低能耗数据管理技术主要集中在能耗同比性（Energy Proportionality）技术的研究上。能耗同比性概念最早是由Google研究员Luiz Andre Barroso于2007年12月在IEEE Computer杂志上提出的[4]，是指系统的能耗可随着负载的变化而动态调整。此后，这一概念在云计算以及集群系统的研究中受到了广泛关注[2-4]。目前该工作在Google Scholar上引用已经超过890次（2013年7月数据）。
能耗同比性的动机来源于对数据中心服务器利用率的分析。研究者们分析了5000个Google数据服务器在6个月内的运行状态，结果发现，所有服务器的CPU平均使用率仅为30%左右，大部分时间里在20%以下[5-6]。也就是说，大部分的工作并不需要所有服务器全负荷来处理。因此，能够根据负载变化来动态切换服务器的运行状态从而节省能耗，即能耗同比性的思想很自然地就产生了。
已有的一些结果表明，单个数据库节点很难实现能耗同比性[7-8]。这是因为单个数据库节点上的CPU、RAM、显卡等硬件的能耗在空闲状态下也要耗费峰值能耗的70%左右[9]。因此，目前绝大部分的能耗同比性工作都以多个数据库节点构成的集群为前提。在集群系统中，处理器、网络、磁盘和冷却系统是四个主要耗能部分，在集群系统的建设中需要考虑整个系统的架构以及采用何种调度算法以保证集群性能的同时达到降低能耗的目的。
自从能耗同比性的概念提出后，众多学者在这方面展开了研究。目前的研究主要集中在集群架构[34-38]、集群中的数据管理[39-40]等方面。在集群架构方面，主要围绕采用合理的调度算法，根据系统的负载动态地开启或关闭集群中的节点。而在数据管理方面，目前的研究主要集中在存储设备节点中的数据分配与组织问题上，目的是在保证系统性能的同时最小化存储设备的开启率。
3.2能耗同比的集群架构
能耗同比的集群架构[9，35-36]的基本思想是根据负载的变化来切断或者打开节点的电源，从而实现能耗与负载之间的同比性；但是采用何种策略来实现集群的能耗同比性仍是一个挑战性问题。
对于如何管理集群节点的电源状态，目前存在两种方法：第一种方法称为CS（Covering Set），主张在低负载的情况下只使用部分节点来处理负载（同时关闭其他的节点）[11]；第二种方法称为AIS（AllIn Strategy），主张同时使用全部的节点来处理负载，并且在低负载的情况下当完成处理后关闭整个集群[9]。在文献[9]中，美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员对以上这两种方法的能效进行了对比。根据他们的研究结果，第二种方法更有利于实现能耗同比性。
Schall等[29]提出了WattDB架构，集群中部分节点是独立的，可以根据集群工作负载的需要动态地向集群中添加和移除节点，以达到降低能耗目的。
Hamilton[10]提出了CEMS架构，这是由于目前CPU等性能与内存、存储等一些子系统之间鸿沟越来越大，所以在服务器集群中采用一些低频和低电压的CPU等部件，从而达到充分利用系统中部件，达到能耗同比性的目的。
3.3能耗同比的集群存储管理技术
能耗同比性的另一些工作研究了集群中的数据存储管理问题[11， 39-46]。2010年的Operating Systems Review杂志中首先对集群中存储设备的能耗同比性问题进行了综述，讨论了这一问题的重要性以及可行性[39]。根据文献[39]的研究，在集群系统中存储设备有大约20%的时间都是处于空闲状态的，而在剩下的约80%的时间里，完全使用所有存储设备的时间还不到1%。这表明，存储设备的能耗同比性是非常有必要的，可以通过合理的数据分配来避免所有存储设备都使用的情况。目前在分布式的文件系统中，主要通过部分数据的复制和迁移使得待请求的数据在当前开启的存储设备上找到从而避免开启处在休眠或待机设备。虽然复制策略需要额外的存储空间，但是数据中心存储设备相对便宜并且利用率不高且实际需要的额外存储空间并不是很大，因此这一方法仍具有可行性。但是，这些方法通常伴有响应时间上的延迟，磁盘状态的切换亦需要消耗能量，在某些情形下甚至会超过节能模式所节省的能量，同时怎样决定存储设备状态的切换也是一种重大的挑战。
Greenan等[41]提出了PAC（Power Aware Coding）技术，通过采用特殊编码，部分磁盘上数据可以由其他磁盘上数据进行重建，当负载较低时，可以将这部分磁盘的电源状态切换为休眠/关闭。当有IO请求访问电源关闭磁盘时可通过当前活跃磁盘上数据进行生成，进而完成请求的响应。Pinheiro等[42]提出了DA（Diverted Accesses）技术，主要是针对RAID架构，通过将多份数据副本存储在不同磁盘上，使得当访问请求数据所在磁盘处于电源关闭状态时，可以重定向到存有其副本活跃磁盘。Wang等提出RIMAC技术[43]，当响应访问请求的磁盘处于电源关闭状态时，RIMAC技术允许通过内存中数据或者其他活跃磁盘上冗余数据来恢复数据，从而避免对非活跃盘频繁开启。文献[41-43]采用冗余技术具有如下缺点：1）需要较大的额外存储空间；2）只支持两层能耗模型，不能达到细粒度的能耗同比性。
Colarelli等提出了MAID技术[44]，MAID中将部分磁盘作为缓存设备使用，用来缓存访问频率高的文件，缓存磁盘上替换策略采用的是LRU。Lee等[45]提出在RAID架构中使用一个SSD充当缓存，在处理读请求时，将读取的数据同时复制到SSD中以待下一次使用，同时缓存所有写数据请求。这样磁盘空闲间隔得以延长，从而可以在恰当时机下切换到休眠状态。Useche等[46]提出了EXCES技术，EXCES采用低端闪存作为缓存设备使用，将访问频率高的数据放入缓存并且缓存部分写请求数据，降低对磁盘访问。文献[44-45]中采用额外存储设备充当缓存使用有如下不足：1）采用额外存储设备充当缓存使用会带来采购成本的上升；2）只有在低负载并且缓存设备能够缓存绝大部分热数据情况下才能够达到较好的节能效果；3）非缓存磁盘上数据并没有进行合理组织，被访问概率仍然较高。
Verma等[40]提出了SRCMap方法。SRCMap控制单个物理磁盘的电源状态，将磁盘划分为活跃（电源打开）和不活跃两种状态，并且采用虚拟化技术来动态地根据负载的变化来调整活跃存储设备的集合。但是SRCMap只考虑了文件粒度的数据复制和迁移，没有考虑数据页层面的存储划分和复制问题，因此不能直接用来实现数据库节点集群的能耗同比性，因为数据库应用中数据存取通常是以数据页的方式进行。Kim等[11]提出了FREP方法，FREP中将数据存储设备分成两组：CS节点集和NonCS节点集，其中CS节点始终是始终活跃的，而NonCS节点则根据负载变化而改变其电源状态。FREP与SRCMap同样基于文件粒度进行能耗同比性控制。此外，SRCMap和FREP都没有考虑SSD和磁盘混合存储的情况。
3.4当前研究中存在的主要问题
总的来说，已有的能耗同比性工作存在的问题可归纳为如下几点：
1）已有的CS和AIS方法均采用单一的策略来对集群中全部的节点进行电源状态控制，这一做法没有考虑数据库节点集群中计算节点和存储节点之间的差异。从理论上分析，计算节点的电源状态应当根据系统的访问负载来动态调整，而存储节点上的存储设备则应当根据数据访问的本地化程度高低来进行控制。
2）已有研究仅考虑了文件粒度的数据复制和迁移等问题，而数据库则更多地以数据页为单位来响应用户的数据存取需求。
3）已有研究仅考虑了磁盘一种存储介质情形，没有考虑在系统中引入更节能的SSD时的混合存储环境。由于SSD具有比磁盘节能的优点，随着SSD容量扩大和价格的下降，SSD和磁盘混合存储是今后的发展趋势。在SSD和磁盘混合存储环境中，数据的划分、复制、迁移等问题需要考虑顾及底层存储设备的特性的新方法。
4未来发展趋势
4.1能耗有效的查询优化技术
不同的查询计划已被证明具有不同的能耗[8]，但目前仅有的相关工作[8]仅考察了有限的物理操作符的能耗，忽略了index join 等操作符，而且物理操作符的能耗仅通过SQL和电表来测试，存在较大的误差（例如，没有剔除统计量装载等能耗代价）。此外，已有研究也没有在查询处理器中提供灵活的能耗和性能折中的方案。因此，在查询处理器中引入能耗代价，开展能耗有效的查询优化技术研究将是未来的一个主要研究方向。具体的问题包括：
1）基于能耗有效性基准测试平台的DBMS 物理操作符能耗代价分析；
2）兼顾性能和能耗的查询计划代价模型；
3）能耗优先/性能优先的查询计划选择算法。
4.2能耗同比的数据库节点集群体系结构
已有的集群体系结构譬如CS[37]和AIS[9]方法均采用单一的策略来对集群中全部的节点进行电源状态控制，这一做法没有考虑数据库节点集群中计算节点和存储节点之间的差异。因此，计算节点的电源状态应当根据系统的访问负载来动态调整，而存储节点上的存储设备则应当根据数据访问的本地化程度高低来进行控制。主要的研究问题为：
1）能耗同比的数据库节点集群的计算架构。数据库节点集群中一般包括计算节点、存储节点以及控制节点。计算节点用于任务处理（例如Join 操作），存储节点提供数据存储和管理，控制节点提供协调、控制等功能。计算架构研究主要探讨节点的分组、任务划分、节点间的协同方式、状态控制等问题。
2）数据库节点集群的能耗同比控制算法。能耗同比的主要思想是根据负载来动态切换节点的电源状态，因此，需要研究有效的算法来决定何时切换节点电源状态。此外，对于存储设备的能耗同比性控制，也需要研究根据数据访问的频率、本地性等特征来动态切换存储设备电源状态的算法。
4.3能耗同比的集群存储分配方法
在数据库节点集群中，存储设备的能耗同比性依赖于优化的冷热数据划分算法以及存储分配算法，同时还要考虑集群中存储节点之间的数据复制策略。几个主要的问题为：
1）基于页访问模式的冷热数据划分算法。在数据库节点集群中，存储设备能耗同比性的前提就是应用对数据页的访问具有一定的倾斜性，从而可以将冷数据存储到冷设备（待机或休眠的设备）上以实现节能的目标。因此，首先需要研究如何根据页访问模式来划分冷热数据的相应算法。
2）能耗同比的存储分配与复制策略。研究冷热数据在存储设备上的存储分配和复制方法，以保证在不同的访问模式下存储系统能够使用尽可能少的设备就可以响应数据访问请求。存储分配和复制策略还要避免频繁地切换设备的电源状态。
4.4面向集群的高能效缓冲区置换算法
在闪存数据库方面的已有研究表明，不同的缓冲区管理策略对性能和能耗有着很大的影响[28]。但以往工作主要针对单节点数据库服务器的缓冲区管理开展，其主要目标是提高缓冲区命中率和减少对存储设备的访问。而面向集群的高能效缓冲区管理方法目的是更好地实现存储设备的能耗同比性，即通过设计高能效的缓冲区管理机制，使得底层的存储设备能够在保证响应性能的前提下降低带电工作的存储设备比例，从而实现降低能耗的目标。这一问题是研究能耗同比的数据库节点集群中出现的新问题。
4.5基于闪存的高能效混合存储策略
由于闪存具有能耗低的特点，因此目前基于闪存的固态硬盘（SSD）已在企业应用中广泛使用。例如，百度已经在2009年开始就在其搜索服务器上全部使用了固态硬盘。但目前SSD 并没有如研究者预期的那样全面地替代磁盘成为主流的二级存储。因此，一种更为可行的方法是在系统中同时使用闪存和磁盘，构建一个多介质的混合存储环境，从而达到既发挥闪存的高速存取特性，又可以在性能和价格上取得较好的折中。SSD和磁盘混合存储技术已经引起了国内外学者的广泛关注[47-50]。HP Lab的Goatz Grafe 在2009年4月的Communication of ACM上对闪存和磁盘混合存储技术进行了展望，并指出闪存、RAM、磁盘等多介质混合存储是未来发展趋势[48]。由于SSD和磁盘的特性差别较大，因此如何设计兼顾性能和能耗的高能效混合存储策略是提高整个系统能效必须考虑的一个重要问题。文献[49-50]中，中国科学技术大学的研究人员提出了磁盘和SSD的一种混合策略设计，对混合存储技术进行了探讨。
5结语
能耗感知的绿色数据库技术是随着全球的低碳化趋势以及以数据为中心的计算模式的发展而提出的一个新的研究方向。随着大数据时代的到来，数据存储和管理的能耗代价将越来越突出。本文综述了绿色数据库领域的相关问题，重点讨论DBMS 中核心部件的能耗有效性，以及数据库节点集群的能耗均衡性等关键问题。在此基础上，指出了未来绿色数据库发展的若干方向。
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