摘要: 環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，為此我國提出了節(jié)能減排的目標(biāo)。但目前我國節(jié)能減排形勢依然嚴(yán)峻。截至2015年，全國能源消費(fèi)總量達(dá)到了約4O億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。嚴(yán)峻的能源短缺與資源矛盾浪費(fèi)日益激烈，對(duì)于企業(yè)，尤其是高能耗的工礦企業(yè)，須以科技手段實(shí)現(xiàn)能源的實(shí)時(shí)監(jiān)測與合理配置。
關(guān)鍵詞:企業(yè)；能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)
1 引言
隨著改革開放進(jìn)入深水區(qū)，我國的經(jīng)濟(jì)總量已躍居世界前列，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(yán)峻，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約也越來越嚴(yán)重，因此，我們須采取科學(xué)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)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(shè)計(jì)
2.1 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)
企業(yè)建立能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)主要是為了對(duì)一些重要的耗能設(shè)備以及能源介質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控，進(jìn)而了解和掌握各種能耗設(shè)備的運(yùn)行情況和耗能情況，為做出科學(xué)合理的決策提供依據(jù)，終達(dá)到能源系統(tǒng)有效、安全地運(yùn)行的目標(biāo) 。
設(shè)計(jì)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容包含以下幾點(diǎn)：(1)采集能源相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；(2)完善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及自動(dòng)化系統(tǒng)；(3)盡量挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，從能源的計(jì)劃 、統(tǒng)計(jì)到終的考核形成多方位的能源管理；(4)建立能源調(diào)度模型，從而給出優(yōu)化能源調(diào)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(gòu)
2.2.1采集能源數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)
能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，按照可行性、冗余性和可靠性將工礦企業(yè)的三級(jí)能源數(shù)據(jù)采集平臺(tái)進(jìn)一步完善，進(jìn)而建立更加實(shí)用的能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，以此來適應(yīng)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(guān)的各種信息，比如耗電設(shè)備和耗能設(shè)備、生產(chǎn)關(guān)鍵信息、質(zhì)量安全環(huán)保信息、能源質(zhì)量信息等，并且相關(guān)信息還涉及一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。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(shí)時(shí)報(bào)表、集成實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，再與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，后達(dá)到管控—體化的目的。
2.2.3能源管理平臺(tái)
能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)計(jì)劃、調(diào)度和操作、考核等過程進(jìn)行閉環(huán)管理，從事前、事中和事后進(jìn)行多方位的考核田。
1)事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成之后可以獲取相關(guān)的生產(chǎn)信息，然后再針對(duì)各個(gè)能源建立耗能模型，并給出各工序能源介質(zhì)的消耗以及生產(chǎn)計(jì)劃，在事前做好靜態(tài)管理。另外，能源管理系統(tǒng)與能源調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行集成，可以對(duì)能耗信息進(jìn)行一定的預(yù)測，然后再獲取相關(guān)的能源優(yōu)化調(diào)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(diào)度運(yùn)行管理和質(zhì)量環(huán)保管理對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)場的運(yùn)行狀況進(jìn)行的實(shí)時(shí)跟蹤，還可以對(duì)能源設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)督，利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和挖掘工具分析影響系統(tǒng)運(yùn)行的不同因素，并對(duì)能源的調(diào)度和調(diào)整進(jìn)行準(zhǔn)確的指導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)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(duì)能源進(jìn)行控制和管理，因此，需要使本系統(tǒng)的計(jì)量結(jié)算功能、考核功能、報(bào)表功能、統(tǒng)計(jì)分析功能等得到實(shí)現(xiàn)。只有這些功能都得到實(shí)現(xiàn)才能獲取能源的計(jì)劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設(shè)備運(yùn)行情況、環(huán)境與安全情況等。對(duì)一些超額現(xiàn)象要進(jìn)行處罰，節(jié)能現(xiàn)象要給予獎(jiǎng)勵(lì)。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的考核制度，改善當(dāng)前的高能耗、低效益發(fā)展模式。
2.2.4 預(yù)測、調(diào)度能源模型
能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控和分析，建立起能源的調(diào)度與預(yù)測模型。此模型可以對(duì)能耗情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，還可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況給出優(yōu)化調(diào)度方案，通過對(duì)能源進(jìn)行合理的調(diào)度，使能源的利用效率得到提高，繼而實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)
3.1監(jiān)測和管理能源功能的實(shí)現(xiàn)
監(jiān)測和管理功能的實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù)系統(tǒng)使用的綜合集成平臺(tái)，進(jìn)而建立對(duì)能源進(jìn)行綜合監(jiān)控的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行覆蓋，比如質(zhì)量安全環(huán)保信息、耗能和耗電設(shè)備信息等。能源管理平臺(tái)對(duì)搜集到的三級(jí)能源數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵的耗能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù) 、相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù) 、質(zhì)量環(huán)保數(shù)據(jù)等進(jìn)行進(jìn)一步的集成和管理。
能源管理系統(tǒng)還可以對(duì)收集到的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和診斷，對(duì)各個(gè)耗能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障診斷與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等功能，在實(shí)際的運(yùn)行過程中可以結(jié)合能源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源的預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源管控的—體化。
3.2數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn)主要是結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用三層交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的劃分。核心層一般采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，圖1為數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)示意圖。
另外，為了滿足本系統(tǒng)的要求，需要采集的能源數(shù)據(jù)包含了一些重點(diǎn)的耗能耗電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保安全數(shù)據(jù)，以及與能源相關(guān)的一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。在系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程中需要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的計(jì)量儀表，并且還需要改造沒有通訊接口的計(jì)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(jiān)實(shí)的保證。
3.3平衡和調(diào)度能源功能的實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)中能源的調(diào)度與平衡功能的實(shí)現(xiàn)需要在對(duì)能源數(shù)據(jù)的采集和分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過建立相關(guān)的優(yōu)化調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源生產(chǎn)與消耗的預(yù)測。另外，可以借助在線系統(tǒng)對(duì)能源進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，還可以在預(yù)測和模擬的基礎(chǔ)上對(duì)未來一段時(shí)間內(nèi)的能源消耗成本進(jìn)行簡要的預(yù)測，給出更優(yōu)化的具體調(diào)度方案和意見，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
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(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃?xì)�、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對(duì)各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設(shè)備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。
4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.2 應(yīng)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(xué)原料以及機(jī)電設(shè)備、電器產(chǎn)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(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢、分項(xiàng)能耗占比、區(qū)域能源消耗對(duì)比,以及當(dāng)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(dòng)態(tài)。
4.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控
對(duì)企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能更快速有效的掌握點(diǎn)位的報(bào)警。
4.3.3 變壓器監(jiān)控
展示各電壓器的負(fù)載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃。通過各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對(duì)比分析，找出較佳運(yùn)行模式。根據(jù)較佳運(yùn)行模式調(diào)整負(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。
4.3.4 用能統(tǒng)計(jì)
從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績分析，折標(biāo)對(duì)比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)。
4.3.5 產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗
與企業(yè)MES系統(tǒng)對(duì)接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
4.3.6 績效分析
對(duì)各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進(jìn)行日、周、月、年、指定時(shí)段績效統(tǒng)計(jì)按照能源計(jì)劃或定額制定的績效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。
4.3.7 能耗預(yù)測
通過對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計(jì)算模型，根據(jù)人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行修正，對(duì)未來企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，為節(jié)能提供有效的決策依據(jù)。
4.3.8 運(yùn)行監(jiān)測
系統(tǒng)對(duì)區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)備及工藝運(yùn)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(yùn)行監(jiān)視�？芍苯訌膭�(dòng)態(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時(shí)間等維度查詢相關(guān)能源用量。
4.3.9 分析報(bào)告
以年、月、日對(duì)企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況等進(jìn)行多方面的統(tǒng)計(jì)分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對(duì)用能情況挖掘節(jié)能潛力。
4.3.10 事件報(bào)警
持續(xù)監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行，對(duì)通訊失敗、數(shù)據(jù)異常、定額超限、工藝參數(shù)異常越限、設(shè)備異常或故障進(jìn)行報(bào)警，提醒企業(yè)注意和查找問題，并形成報(bào)警日志。
4.3.11 移動(dòng)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(shè)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(biāo)、用能預(yù)測、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。
4.4 現(xiàn)場設(shè)備選型
5 結(jié)語
在國外，很多公司已經(jīng)開始應(yīng)用能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)，歐洲專門有一項(xiàng)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(yīng)用的新方法主要有 ：(1)將現(xiàn)有的能源管理軟件與AMI～MOSES平臺(tái)進(jìn)行整合；(2)為收集能耗數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和運(yùn)行平臺(tái)提供新的硬件。
對(duì)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。無論政府還是企業(yè)管理者都要認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代化管理起到的重要作用 ，它不但可以使企業(yè)的運(yùn)行成本不斷降低，而且使企業(yè)實(shí)現(xiàn)了信息化的管理。目前，我國國內(nèi)不少研究機(jī)構(gòu)已致力于這方面的工作 ，也提出了相關(guān)的建議，旨在改變我國工礦企業(yè)當(dāng)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(duì)企業(yè)中的～些耗能設(shè)備、質(zhì)量環(huán)境數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析整理，進(jìn)而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調(diào)度與平衡功能，為未來一段時(shí)間內(nèi)的能源消耗成本進(jìn)行分析，并給出可行的能源調(diào)度方案。
