淺談企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設計與應用

時間：2020-09-09

摘要: 環(huán)境問題已成為制約經濟發(fā)展的主要因素，為此我國提出了節(jié)能減排的目標。但目前我國節(jié)能減排形勢依然嚴峻。截至2015年，全國能源消費總量達到了約4O億噸標準煤。嚴峻的能源短缺與資源矛盾浪費日益激烈，對于企業(yè)，尤其是高能耗的工礦企業(yè)，須以科技手段實現能源的實時監(jiān)測與合理配置。

關鍵詞:企業(yè);能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng);設計;實現

1 引言

隨著**進入深水區(qū)，我國的經濟總量已躍居世界**，但是目前的發(fā)展依然是建立在傳統(tǒng)的高能耗、低效率的模式上，而目前環(huán)境問題愈發(fā)嚴峻，對經濟發(fā)展的制約也越來越嚴重，因此，我們須采取科學技術，加強對能源的控制，建立完善的企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)。

2 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設計

2.1 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設計的目標

企業(yè)建立能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)主要是為了對一些重要的耗能設備以及能源介質進行實時控制和監(jiān)控，進而了解和掌握各種能耗設備的運行情況和耗能情況，為做出科學合理的決策提供依據，較終達到能源系統(tǒng)有效、安全地運行的目標。

設計能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內容包含以下幾點：(1)采集能源相關的數據和信息，對其進行實時監(jiān)控;(2)完善網絡系統(tǒng)及自動化系統(tǒng);(3)盡量挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，從能源的計劃、統(tǒng)計到較終的考核形成多方位的能源管理;(4)建立能源調度模型，從而給出優(yōu)化能源調度的可行性意見和建議。

2.2 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要架構

2.2.1采集能源數據網絡

能源數據采集網絡可以在現有的基礎上，按照可行性、冗余性和可靠性將工礦企業(yè)的三級能源數據采集平臺進一步完善，進而建立較加實用的能源數據采集網絡，以此來適應未來能流高度集成的需要。

2.2.2能源監(jiān)測控制中心

能源監(jiān)測控制中心主要包含了和節(jié)能減排緊密相關的各種信息，比如耗電設備和耗能設備、生產關鍵信息、質量安全環(huán)保信息、能源質量信息等，并且相關信息還涉及一些關鍵數據。能源監(jiān)測中心具備不同的功能，比如狀態(tài)監(jiān)視功能、查詢歷史趨勢、監(jiān)控實時報表、集成實時監(jiān)控等功能，再與生產管理系統(tǒng)進行集成，最后達到管控—體化的目的。

2.2.3能源管理平臺

能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)對整個計劃、調度和操作、考核等過程進行閉環(huán)管理，從事前、事中和事后進行多方位的考核田。

1)事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產管理系統(tǒng)實現集成之后可以獲取相關的生產信息，然后再針對各個能源建立耗能模型，并給出各工序能源介質的消耗以及生產計劃，在事前做好靜態(tài)管理。另外，能源管理系統(tǒng)與能源調度系統(tǒng)進行集成，可以對能耗信息進行一定的預測，然后再獲取相關的能源優(yōu)化調度建議。

2)事中監(jiān)督。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)包含調度運行管理和質量環(huán)保管理對系統(tǒng)現場的運行狀況進行的實時跟蹤，還可以對能源設備進行在線監(jiān)督，利用強大的數據分析和挖掘工具分析影響系統(tǒng)運行的不同因素，并對能源的調度和調整進行準確的指導，進而實現節(jié)能的目的。

3)事后考核。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)需要對能源進行控制和管理，因此，需要使本系統(tǒng)的計量結算功能、考核功能、報表功能、統(tǒng)計分析功能等得到實現。只有這些功能都得到實現才能獲取能源的計劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設備運行情況、環(huán)境與安全情況等。對一些**額現象要進行處罰，節(jié)能現象要給予獎勵。在系統(tǒng)的運行過程中要嚴格執(zhí)行相關的考核制度，改善當前的高能耗、低效益發(fā)展模式。

2.2.4 預測、調度能源模型

能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數據進行采集、監(jiān)控和分析，建立起能源的調度與預測模型。此模型可以對能耗情況進行準確的預測，還可以進行動態(tài)模擬計算，進而根據實際情況給出優(yōu)化調度方案，通過對能源進行合理的調度，使能源的利用效率得到提高，繼而實現節(jié)能減排的目的。

3 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的實現

3.1監(jiān)測和管理能源功能的實現

監(jiān)測和管理功能的實現主要是依據系統(tǒng)使用的綜合集成平臺，進而建立對能源進行綜合監(jiān)控的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以對相關信息進行覆蓋，比如質量安全環(huán)保信息、耗能和耗電設備信息等。能源管理平臺對搜集到的三級能源數據以及關鍵的耗能設備的運行數據、相關生產數據、質量環(huán)保數據等進行進一步的集成和管理。

能源管理系統(tǒng)還可以對收集到的能源數據進行校正和診斷，對各個耗能設備進行實時監(jiān)視、故障診斷與應急聯動等功能，在實際的運行過程中可以結合能源優(yōu)化調度系統(tǒng)實現能源的預測與優(yōu)化調度等，進而實現能源管控的—體化。

3.2數據采集與自動化功能的實現

本系統(tǒng)數據采集功能的實現主要是結合企業(yè)當前的網絡架構，利用三層交換技術實現局域網的劃分。**層一般采用工業(yè)以太環(huán)網設計，圖1為數據采集的網絡示意圖。

另外，為了滿足本系統(tǒng)的要求，需要采集的能源數據包含了一些重點的耗能耗電設備運行數據、質量環(huán)保安全數據，以及與能源相關的一些生產數據等。在系統(tǒng)的具體運行過程中需要結合企業(yè)的實際情況設置相應的計量儀表，并且還需要改造沒有通訊接口的計量儀表，這樣不但可以提高能源儀表的配備率，而且也為能源系統(tǒng)的監(jiān)控與管理提供了堅實的保證。

3.3平衡和調度能源功能的實現

本系統(tǒng)中能源的調度與平衡功能的實現需要在對能源數據的采集和分析的基礎上進行，通過建立相關的優(yōu)化調度模型，實現對能源生產與消耗的預測。另外，可以借助在線系統(tǒng)對能源進行動態(tài)模擬計算，還可以在預測和模擬的基礎上對未來一段時間內的能源消耗成本進行簡要的預測，給出較優(yōu)化的具體調度方案和意見，進而實現節(jié)能減排的目標。

4 安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)介紹

安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數據和支持。

4.1 系統(tǒng)結構

4.2 應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學原料以及機電設備、電器產品、工器具制造等。

4.3 系統(tǒng)功能

4.3.1 可視化展示

展示企業(yè)各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,以及當前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。

4.3.2 實時監(jiān)控

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能較快速有效的掌握點位的報警。

4.3.3 變壓器監(jiān)控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出較佳運行模式。根據較佳運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

4.3.4 用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產工藝/工段時間、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

4.3.5 產品/產值單耗

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產品產量以及系統(tǒng)采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.3.6 績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、產線、工段等進行日、周、月、年、*時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力。

4.3.7 能耗預測

通過對企業(yè)生產工藝、生產設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進行預測分析，為節(jié)能提供有效的決策依據。

4.3.8 運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視。可直接從動態(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

4.3.9 分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行多方面的統(tǒng)計分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發(fā)現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

4.3.10 事件報警

持續(xù)監(jiān)測設備和系統(tǒng)運行，對通訊失敗、數據異常、定額**限、工藝參數異常越限、設備異常或故障進行報警，提醒企業(yè)注意和查找問題，并形成報警日志。

4.3.11 移動端支持

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預測、運行監(jiān)視、異常報警等。

4.4 現場設備選型

5 結語

在國外，很多公司已經開始應用能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)，歐洲專門有一項研究工程致力于為中小企業(yè)中的制造型企業(yè)開發(fā)具體提高能效的方法。目前，能源管理過程中應用的新方法主要有：(1)將現有的能源管理軟件與AMI～MOSES平臺進行整合;(2)為收集能耗數據、數據分析和運行平臺提供新的硬件。

對我國而言，能耗管理起步較晚，因此，目前能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)尚不完善，但有很大的發(fā)展空間。無論**還是企業(yè)管理者都要認識到計算機技術對現代化管理起到的重要作用，它不但可以使企業(yè)的運行成本不斷降低，而且使企業(yè)實現了信息化的管理。目前，我國國內不少研究機構已致力于這方面的工作，也提出了相關的建議，旨在改變我國工礦企業(yè)當前高能耗、低收益的發(fā)展模式。企業(yè)建立起能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)，可以對企業(yè)中的～些耗能設備、質量環(huán)境數據等進行分析整理，進而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調度與平衡功能，為未來一段時間內的能源消耗成本進行分析，并給出可行的能源調度方案。

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