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浅谈企业能耗监测与能源管理系统的设计与应用
发布时间:2020-08-03   点击次数:89次

  摘要: 环境问题已成为制约经济发展的主要因素,为此我国提出了节能减排的目标。但目前我国节能减排形势依然严峻。截至2015年,全国能源消费总量达到了约4O亿吨标准煤。严峻的能源短缺与资源矛盾浪费日益激烈,对于企业,尤其是高能耗的工矿企业,须以科技手段实现能源的实时监测与合理配置。

  关键词:企业;能耗监测与能源管理系统;设计;实现

  1 引言

  随着改革开放进入深水区,我国的经济总量已跃居世界前列,但是目前的发展依然是建立在传统的高能耗、低效率的模式上,而目前环境问题愈发严峻,对经济发展的制约也越来越严重,因此,我们须采取科学技术,加强对能源的控制,建立完善的企业能耗监测与能源管理系统。

  2 企业能耗监测与能源管理系统的设计

  2.1 企业能耗监测与能源管理系统设计的目标

  企业建立能耗监测与能源管理系统主要是为了对一些重要的耗能设备以及能源介质进行实时控制和监控,进而了解和掌握各种能耗设备的运行情况和耗能情况,为做出科学合理的决策提供依据,最终达到能源系统有效、安全地运行的目标 。

  设计能耗监测与能源管理系统的主要内容包含以下几点:(1)采集能源相关的数据和信息,对其进行实时监控;(2)完善网络系统及自动化系统;(3)尽量挖掘企业的节能潜力,从能源的计划 、统计到最终的考核形成多方位的能源管理;(4)建立能源调度模型,从而给出优化能源调度的可行性意见和建议 。

  2.2  企业能耗监测与能源管理系统的主要架构

  2.2.1采集能源数据网络

  能源数据采集网络可以在现有的基础上,按照可行性、冗余性和可靠性将工矿企业的三级能源数据采集平台进一步完善,进而建立更加实用的能源数据采集网络,以此来适应未来能流高度集成的需要。

  2.2.2能源监测控制中心

  能源监测控制中心主要包含了和节能减排紧密相关的各种信息,比如耗电设备和耗能设备、生产关键信息、质量安全环保信息、能源质量信息等,并且相关信息还涉及一些关键数据。能源监测中心具备不同的功能,比如状态监视功能、查询历史趋势、监控实时报表、集成实时监控等功能,再与生产管理系统进行集成,最后达到管控—体化的目的。

  2.2.3能源管理平台

  能耗监测与能源管理系统对整个计划、调度和操作、考核等过程进行闭环管理,从事前、事中和事后进行多方位的考核田。

  1)事前管理。能源管理系统与生产管理系统实现集成之后可以获取相关的生产信息,然后再针对各个能源建立耗能模型,并给出各工序能源介质的消耗以及生产计划,在事前做好静态管理。另外,能源管理系统与能源调度系统进行集成,可以对能耗信息进行一定的预测,然后再获取相关的能源优化调度建议。

  2)事中监督。能耗监测与能源管理系统包含调度运行管理和质量环保管理对系统现场的运行状况进行的实时跟踪,还可以对能源设备进行在线监督,利用强大的数据分析和挖掘工具分析影响系统运行的不同因素,并对能源的调度和调整进行准确的指导,进而实现节能的目的 。

  3)事后考核。能耗监测与能源管理系统需要对能源进行控制和管理,因此,需要使本系统的计量结算功能、考核功能、报表功能、统计分析功能等得到实现。只有这些功能都得到实现才能获取能源的计划以及定额的执行情况、能源设备运行情况、环境与安全情况等。对一些超额现象要进行处罚,节能现象要给予奖励。在系统的运行过程中要严格执行相关的考核制度,改善当前的高能耗、低效益发展模式。

  2.2.4 预测、调度能源模型

  能耗监测与能源管理系统通过能流数据进行采集、监控和分析,建立起能源的调度与预测模型。此模型可以对能耗情况进行准确的预测,还可以进行动态模拟计算,进而根据实际情况给出优化调度方案,通过对能源进行合理的调度,使能源的利用效率得到提高,继而实现节能减排的目的。

  3 企业能耗监测与能源管理系统的实现

  3.1监测和管理能源功能的实现

  监测和管理功能的实现主要是依据系统使用的综合集成平台,进而建立对能源进行综合监控的系统。本系统可以对相关信息进行覆盖,比如质量安全环保信息、耗能和耗电设备信息等。能源管理平台对搜集到的三级能源数据以及关键的耗能设备的运行数据 、相关生产数据 、质量环保数据等进行进一步的集成和管理。

  能源管理系统还可以对收集到的能源数据进行校正和诊断,对各个耗能设备进行实时监视、故障诊断与应急联动等功能,在实际的运行过程中可以结合能源优化调度系统实现能源的预测与优化调度等,进而实现能源管控的—体化。

  3.2数据采集与自动化功能的实现

  本系统数据采集功能的实现主要是结合企业当前的网络架构,利用三层交换技术实现局域网的划分。核心层一般采用工业以太环网设计,图1为数据采集的网络示意图。

  另外,为了满足本系统的要求,需要采集的能源数据包含了一些重点的耗能耗电设备运行数据、质量环保安全数据,以及与能源相关的一些生产数据等。在系统的具体运行过程中需要结合企业的实际情况设置相应的计量仪表,并且还需要改造没有通讯接口的计量仪表,这样不但可以提高能源仪表的配备率,而且也为能源系统的监控与管理提供了坚实的保证。

  3.3平衡和调度能源功能的实现

  本系统中能源的调度与平衡功能的实现需要在对能源数据的采集和分析的基础上进行,通过建立相关的优化调度模型,实现对能源生产与消耗的预测。另外,可以借助在线系统对能源进行动态模拟计算,还可以在预测和模拟的基础上对未来一段时间内的能源消耗成本进行简要的预测,给出更优化的具体调度方案和意见,进而实现节能减排的目标。

  4 安科瑞工业能源管理系统介绍

  安科瑞工业能源管理系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式,对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理,监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况,通过数据分析、挖掘和趋势分析,帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析,为企业加强能源管理,提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

  4.1 系统结构

4.2 应用场所

  钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。

  4.3 系统功能

  4.3.1 可视化展示

  展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,以及当前天气情况、污染情况,并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。

4.3.2 实时监控

  对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况,同时能更快速有效的掌握点位的报警。

4.3.3 变压器监控

  展示各电压器的负载情况,从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析,找出较佳运行模式。根据较佳运行模式调整负载,从而降低用电单耗,使电能损失降低。

4.3.4 用能统计

  从能源使用种类、监测区域、生产工艺/工段时间、分项等维度,采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析,折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计,找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方,从而调整能源分配策略,减少能源使用过程中的浪费。

4.3.5 产品/产值单耗

  与企业MES系统对接,通过产品产量以及系统采集的能耗数据,在产品单耗中生成产品单耗趋势图,并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺,从而降低能耗。

4.3.6 绩效分析

  对各类能源使用、消耗、转换,按班组、区域、产线、工段等进行日、周、月、年、指定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核,帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。

4.3.7 能耗预测

  通过对企业生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析,建立能耗计算模型,根据人工智能算法对数据和模型进行修正,对未来企业能耗趋势进行预测分析,为节能提供有效的决策依据。

4.3.8 运行监测

  系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集,监测设备及工艺运行状态,如温度、湿度、流量、压力、速度等,并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据,支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

4.3.9 分析报告

  以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行多方面的统计分析,让用户多方面了解系统的运行情况,并为用户提供数据基础,方便用户发现设备异常,从而找出改善点,以及针对用能情况挖掘节能潜力。

4.3.10 事件报警

  持续监测设备和系统运行,对通讯失败、数据异常、定额超限、工艺参数异常越限、设备异常或故障进行报警,提醒企业注意和查找问题,并形成报警日志。

4.3.11 移动端支持

  APP支持Android、iOS操作系统,方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。

4.4 现场设备选型

  5 结语

  在国外,很多公司已经开始应用能耗监测和能源管理系统,欧洲专门有一项研究工程致力于为中小企业中的制造型企业开发具体提高能效的方法。目前,能源管理过程中应用的新方法主要有 :(1)将现有的能源管理软件与AMI~MOSES平台进行整合;(2)为收集能耗数据、数据分析和运行平台提供新的硬件。

  对我国而言,能耗管理起步较晚,因此,目前能耗监测与管理系统尚不完善,但有很大的发展空间。无论政府还是企业管理者都要认识到计算机技术对现代化管理起到的重要作用 ,它不但可以使企业的运行成本不断降低,而且使企业实现了信息化的管理。目前,我国国内不少研究机构已致力于这方面的工作 ,也提出了相关的建议,旨在改变我国工矿企业当前高能耗、低收益的发展模式。企业建立起能耗监测与能源管理系统,可以对企业中的~些耗能设备、质量环境数据等进行分析整理,进而充分发挥系统的能源调度与平衡功能,为未来一段时间内的能源消耗成本进行分析,并给出可行的能源调度方案。

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