摘要: 能源管控是工業(yè)園區實(shí)現整體節能減排的必要手段。以上海電氣臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區為對象，采用較好的信息技術(shù)，建立了從園區能源供應到企業(yè)終端用能的智能能源管控平臺，在實(shí)現能源數據在線(xiàn)監測和統計的同時(shí)，引入企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化調度技術(shù)和園區供能協(xié)調機制。

關(guān)鍵詞:工業(yè)園區；能源管控；信息技術(shù)；節能

進(jìn)入21世紀以來(lái)，我國的工業(yè)化和城鎮化建設加速，工業(yè)園區作為其中如雨后春筍般興盛起來(lái)。目前我國工業(yè)園區建設和發(fā)展經(jīng)歷了從無(wú)到有、從小到大、從功能單一到多元化、從分散到集中的發(fā)展過(guò)程，在推動(dòng)國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。由于能源緊缺和環(huán)境污染日益嚴峻，節能減排也成為工業(yè)園區建設和發(fā)展之一。

由于工業(yè)園區內企業(yè)眾多，而園區往往都有獨立的能源生產(chǎn)供應系統，因此其系統節能不是單一的能源生產(chǎn)系統、能源輸送系統或能源利用系統節能，而是從能源生產(chǎn)到終端設備應用的全流程一體化節能。為此，可以整個(gè)園區能源信息監測為基礎，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構建園區能源監控平臺，對數據進(jìn)行診斷分析，采用優(yōu)化技術(shù)實(shí)現管理節能。*節[2014]30號文也指出，“通過(guò)建設能源消耗數據信息系統，運用在線(xiàn)監測、能源診斷等分析”來(lái)提高節能監察工作的能力。

1 國內工業(yè)園區能源管理現狀

從能源管理的水平來(lái)看，能源管理的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：

(1)粗放式能源管理只有總的能耗數據(月賬單 、年賬單)；對工藝及設施的能耗數據不了解；缺乏有效的能源管理機制。

(2)基本能源管理有安排人員進(jìn)行人工抄表，并對抄表數據進(jìn)行匯總、制表；有簡(jiǎn)單的抄表和電力檢測系統；缺乏對海量數據的統計、整理和分析。

(3)能源管理體系對能耗數據進(jìn)行分析和整理；對能源用量、能耗成本進(jìn)行分攤；生成各種關(guān)鍵能耗指標；根據系統的分析數據進(jìn)行需求側管理；利用能源管理系統發(fā)現浪費；利用能源系統進(jìn)行績(jì)效考核。

目前，國內工業(yè)園區的能源管理介于第2階段和第3階段之間：有熱工抄表數據的基礎統計，部分企業(yè)有簡(jiǎn)單的能耗分類(lèi)統計、能耗分攤統計等簡(jiǎn)單指標分析。但存在的問(wèn)題主要有：一是信息化程度弱，沒(méi)有實(shí)現自動(dòng)抄表、自動(dòng)記錄存檔、自動(dòng)生成報表功能；二是數據統計不精細，對海量數據沒(méi)有細致、合理的分類(lèi)統計；三是數據分析不及時(shí)，沒(méi)有對數據進(jìn)行分析，沒(méi)有給出與生產(chǎn)掛鉤的核心指標，僅在年度統計中有考量；四是節能減排沒(méi)效果，沒(méi)有利用數據分析為企業(yè)的節能減排提供建議；五是園區和企業(yè)聯(lián)動(dòng)管理不緊密。

2 方案設計

本文以上海電氣臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區為對象，以智能能源服務(wù)系統為核心，將能源生產(chǎn)的上游終端與能源消耗的下游終端通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有機地結合在一起，構建園區智能能源管控平臺，如圖l所示。該平臺包括能源的生產(chǎn)、輸送、分配、服務(wù)、用戶(hù)等多個(gè)要素，以生產(chǎn)設備、工藝流程為依托，以科學(xué)的管理流程為支持，以智能化的信息分析和決策模塊為手段，實(shí)施能源生產(chǎn)、輸送、調配的集中管控與快速響應，建立閉環(huán)能源管控系統，實(shí)現能源供應與能源消費之間的優(yōu)化互動(dòng)，從而提高設備利用率，降低闊區單位產(chǎn)值的能耗，實(shí)現從能源生產(chǎn)到終端設備用能的系統節能。

信息支撐平臺是智能能源管控平臺的基礎，它采用集成了多協(xié)議轉換技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，通過(guò)現場(chǎng)儀器儀表、傳感器、執行器和工業(yè)控制系統等，對各種數據進(jìn)行信息采集，經(jīng)園區網(wǎng)絡(luò )傳遞給數據中心；數據中心提供海量異構數據存儲、挖掘等技術(shù)，為智能能源管控中心的各類(lèi)應用系統提供數據保障；在生產(chǎn)應用層面，基于數據信息完成園區的能源管控和相關(guān)的專(zhuān)業(yè)服務(wù)，并通過(guò)終端界面為各類(lèi)用戶(hù)服務(wù)。智能能源管理中心信息結構如圖2所示。

 3 能源管控軟件系統

考慮到園區的管理模式，分為園區版和企業(yè)版兩個(gè)部分，并通過(guò)內部協(xié)調機制構成一個(gè)完整的體系。

3.1 企業(yè)版 

(1)生產(chǎn)能耗精細化管理系統

建立制造企業(yè)生產(chǎn)加工的基本單元標準加工工序庫，實(shí)現對基本加工工序的電子化管理。在此基礎上根據技術(shù)人員的設計，建立某產(chǎn)品的加工工藝流程，建立產(chǎn)品工藝流程的加工工序和工時(shí)管理。然后根據管理人員制定的生產(chǎn)計劃排班，結合產(chǎn)品工藝流程信息，來(lái)估計企業(yè)的生產(chǎn)用能。

(2) 企業(yè)能耗監控與統計

根據需要建立企業(yè)生產(chǎn)能耗和環(huán)境能耗監測系統，并根據用戶(hù)需要打印報表。

(3) 生產(chǎn)能耗優(yōu)化調度

以降低能耗和減少生產(chǎn)能耗波動(dòng)為目的，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )與模糊判斷相結合的智能排班方法，對生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化調度。管理人員可根據智能排班的結果對生產(chǎn)計劃進(jìn)行修改，以達到管理節能的目的。

3.2 園區版 

(1)太陽(yáng)能發(fā)電監測

通過(guò)實(shí)時(shí)數據監測太陽(yáng)能發(fā)電系統的發(fā)電參數，并實(shí)時(shí)顯示，形成記錄。采用多元多項式回歸模型建立了太陽(yáng)能發(fā)電的預測模型，通過(guò)預測值與實(shí)測值的比較來(lái)判斷太陽(yáng)能發(fā)電系統的運行狀態(tài)。

(2)園區能耗監控與統計

建立了園區能耗監測系統，并根據用戶(hù)需要輸出所需月度能耗報表。

(3)企業(yè)用能匯總協(xié)調

一是園區能耗總量控制。各企業(yè)能耗需求數據上報后，可得出下月總能耗需求，由此可得出園區總能耗，若超出園區供能容量，則需要管理人員與企業(yè)進(jìn)行協(xié)調。二是供能裕量估計。根據園區下月總能耗預測和園區供能容量，可得出園區能耗裕量值，并反饋給企業(yè)，供企業(yè)增加、調整生產(chǎn)的參考。三是各企業(yè)間的用能協(xié)調。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )在園區和企業(yè)之間建立有效的能源調度互動(dòng)平臺，當用電量超標時(shí)，協(xié)調企業(yè)之間的生產(chǎn)，特別是在有試驗的前提下更要加強協(xié)調。

4 安科瑞工業(yè)能源管控平臺介紹

安科瑞工業(yè)能源管控平臺采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)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(zhì)量、產(chǎn)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(jìn)行能耗統計、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、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

4.1 系統結構

4.2 應用場(chǎng)所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。

4.3 系統功能

4.3.1 可視化展示

展示企業(yè)各類(lèi)能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區域能源消耗對比,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(dòng)態(tài)。

4.3.2 實(shí)時(shí)監控

對企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。以便企業(yè)用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)的監測各個(gè)點(diǎn)位的運作情況，同時(shí)能更快速有效的掌握點(diǎn)位的報警。

4.3.3 變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規劃。通過(guò)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 用能統計

從能源使用種類(lèi)、監測區域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)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(guò)程中的浪費。

4.3.5 產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗

與企業(yè)MES系統對接，通過(guò)產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，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)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.3.6 績(jì)效分析

對各類(lèi)能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、產(chǎn)線(xiàn)、工段等進(jìn)行日、周、月、年、時(shí)段績(jì)效統計按照能源計劃或定額制定的績(jì)效指標進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節能潛力。

4.3.7 能耗預測

通過(guò)對企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備等的能耗使用情況進(jìn)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(jìn)行修正，對未來(lái)企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行預測分析，為節能提供有效的決策依據。

4.3.8 運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進(jìn)行數據采集，監測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類(lèi)、車(chē)間、工段、時(shí)間等維度查詢(xún)相關(guān)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(xiàn)路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進(jìn)行多方面的統計分析，讓用戶(hù)多方面了解系統的運行情況，并為用戶(hù)提供數據基礎，方便用戶(hù)發(fā)現設備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

4.3.10 事件報警

持續監測設備和系統運行，對通訊失敗、數據異常、定額超限、工藝參數異常越限、設備異?；蚬收线M(jìn)行報警，提醒企業(yè)注意和查找問(wèn)題，并形成報警日志。

4.3.11 移動(dòng)端支持

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區域、車(chē)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、運行監視、異常報警等。

4.4 現場(chǎng)設備選型

5 結語(yǔ) 

工業(yè)園區的能源管控往往包括能源生產(chǎn)系統、能源輸送系統或能源利用系統，這需要借助信息技術(shù)建立的全流程一體化的能源管理體系，引入智能分析和優(yōu)化手段，達到園區整體節能減排的目標。本文為臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區設計建立的智能能源管控平臺，借助信息技術(shù)，實(shí)現了多層次、多視圖、多維度的供能、用能數據的在線(xiàn)監測、統計分析系統；以標準加工能耗和加工工時(shí)庫為基礎，完成了生產(chǎn)計劃和用能調度的優(yōu)化，實(shí)現了降低生產(chǎn)過(guò)程中的無(wú)效能耗和單位產(chǎn)值能耗的目標；建立了供能與用能互動(dòng)的閉環(huán)能源管控模型，不僅考慮“面向能耗的能源供應”，而且考慮“面向能源供應的能耗”，提高了供能設備和生產(chǎn)設備的利用率，降低了園區的單位產(chǎn)值能耗。

參考文獻

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