能源管理系統助力節能增效

文｜施耐德電氣（中國）投資有限公司 萬美慧 孫 琳

能源管理系統助力節能增效

文｜施耐德電氣（中國）投資有限公司 萬美慧 孫 琳

本文介紹了能源管理系統，以及其幫助企業管理者實時掌握能效現狀、發現節能機會、進行有針對性的節能改造、評估節能改造效果、確保在安全高效的前提下降低能源消耗成本的積極作用。

能源管理系統 數據收集 電能質量及負荷特性分析 指導優化機電設備運行 能耗結構及關鍵耗能設備能效指標（KPI）分析 節能效果驗證

1 目前多數企業的能耗現狀

隨著國民經濟的持續高速增長及能源資源供應的日趨緊張，節能環保已成為全社會日益關注的問題。2006年8月6日國務院下發的《關于加強節能工作的決定》制定了節能降耗的主要目標：到“十一五”期末，萬元國內生產總值（按2005年價格計算）能耗下降到0.98噸標準煤，比“十五”期末降低20%左右，平均年節能率為4.4%。為實現這一目標，國家不僅出臺了一系列的法律法規，健全節能減排的相關政策體系，而且投資十大節能工程，九大高耗能領域，總計500余個節能項目。2008年4月1日實施的《節能法》明確地將節約能源作為我國的一項基本國策，實行節能目標責任制和節能考核評價制度，將節能目標完成情況作為對地方人民政府及其負責人考核評價的內容。同時，新政策體系越來越多地引入和應用市場機制，通過稅收、補貼等經濟激勵措施，調動企業積極性，促進節能減排。

在國家政策的要求和激勵下，各地企業積極響應，各種節能產品和節能公司應運而生，節能項目紛紛上馬。但筆者近年來在能效審計和調研中發現，很多企業做了節能改造，卻無法客觀評估節能效果；精密設備無故損壞，斷電事故導致停機，卻無法迅速發現和確認原因；缺乏對能耗數據及電能質量的有效收集、分析、整理和追蹤；缺乏對能源賬單結構的必要分析和對季節性設備運行的優化管理；更難以掌握動態能源消耗情況，實現持續改進和賬單節省。

著名管理大師杰克·韋爾奇曾經說過：如果不能洞悉真相，我們就無法進行有效的管理。這句管理上的至理名言同樣適用于節能增效這一主題——如果我們不知道能源消耗在哪里，就無法制定有針對性的節能策略，采用行之有效的技術手段，更無法量化和評估節能效果，節能降耗、優化成本將無從談起。因此，建立能源管理系統，掌握分析能源結構及耗用情況，是節能增效關鍵的第一步。

施耐德電氣ION能源管理系統，能夠幫助企業管理者實時掌握能效及電能質量現狀，尋找節能機會，制定有針對性的能效管理計劃，提升電能質量和供電系統穩定性，幫助企業在今后的經營中，在安全運行的前提下降低能源消耗成本。

2 ION能源管理系統的結構

ION能源管理系統的結構，如圖1所示。

3 ION能源管理系統的功能

3.1 分類收集實時數據

以電能為例，能源管理系統通過在主要耗能設備回路上安裝計量表計，分類收集企業內能耗數據，建立數據庫；在數據基礎上進行分析整理，轉化能耗數據為信息，根據各部門需求，提供相應的報表，在發生能耗超標等情況下，自動產生告警信息，并發送至相關人員，如圖2所示。

目前實際的項目應用中，該系統已經實現了對電能、水、壓縮空氣、天然氣、蒸汽等耗用情況的收集和分析，能通過各種測量表計、傳感器和變送器收集溫度、壓力、流量等數據，轉化為能耗信息，納入系統，進行分析。

該系統可與其他系統，如EEM、SCADA、 BAS、 DCS、 ERP 等進行集成，可通 過 ODBC、 XML、 OPC、 E-mail、 FTP、CSV、PQDIF、Web等多種方式實現能耗數據共享。

3.2 進行電能質量及負荷特性分析，監控異常情況、發現節能機會

能源管理系統可監測負載分布狀況和電能質量情況，如功率因數較低，諧波污染嚴重，變壓器負載率較低、三相負載不平衡，需量申報不合理等；還可以幫助發現系統故障隱患、不合理用電習慣、現有工藝流程缺陷、斷電事故產生原因等。此外，能源管理系統還能通過設定能耗限值，獲得能耗異常報警，分析能耗異常原因，發現節能機會，并在數據分析基礎上，定期給出優化調整專家建議。

例如，某五星級酒店多功能廳音響背景噪音非常嚴重，頻遭投訴；高檔進口電梯主板、接口板突然損壞，不僅影響酒店的商業形象，還造成大量資金被浪費在設備維修上；電力電容器更換周期縮短，中性線電流很大并伴隨明顯發熱現象。通過能源管理系統監測發現，該酒店諧波污染情況較為嚴重（如圖3所示），經過消諧治理后，以上問題被消除（如圖4所示）。

又例如，目前大型商用建筑（群）中普遍存在變壓器經濟運行的問題。在目前的配電系統設計中，冷凍機組及循環泵組通常由專用變壓器來供電，在北方冬季，冷凍系統除內區供冷機組外，大部分機組會停用，導致部分變壓器負載率極低，三相不平衡情況嚴重。讓我們來看看按供電局收費原則（以北京地區為例），此種情況會帶來哪些額外的費用。商業建筑執行兩部制電價，即：

電價=電度電價 + 基本電價

有以下兩種計費方式：

電量×電度電價＋變壓器容量×基本電價＝總電費

電量×電度電價＋協議最大需量＝總電費

對于計費方式的選擇取決于變壓器容量及其利用率。

（1）冷備用變壓器 ，經供電企業加封，不收基本電費。

（2）熱備變壓器或未經加封的冷備變壓器，均收基本電費。

（3）變壓器利用率不低于67%，按最大需量計算基本電費。

（4）變壓器利用率低于67%，按變壓器容量計算基本電費。

月變壓器利用率計算公式如下：

可見，如在北方地區冬季對變壓器的負載進行適當調整，把部分變壓器做冷備，能節省5個月（11月至次年3月）的基本電價賬單費用。

3.3 優化機電設備運行，降低能源消耗和運行維護成本

能源管理系統通過分析既有建筑實際運行情況及能耗水平，對新建項目設計或既有項目更新改造提供有價值的建議，例如有意識地選擇高效率的設備，包括低損耗變壓器、母線、高效電機和冷凍機等；合理配置設備參數，對控制程序按照實際情況進行精調并根據實際工況進行持續改進，以保證較高的工作效率和維持較低能耗水平。

在能源管理系統數據分析指導下，樓宇管理系統可以充分地發揮其優勢，加強對各類機電設備的管理和控制，通過監視變配電系統、發電機組、 UPS、冷凍機組、鍋爐、電梯、空調新風機組、循環系統等關鍵設備的運行狀態、故障報警、累計設備運行時間，自動生成故障報警信息和例行維護保養計劃。這樣既能實現預測性維護，降低維護人員巡檢工作量，提高工作效率；又能避免因設備故障導致的宕機損失和故障排除不及時導致的設備損壞；還可通過設備運行參數、故障、維護報表，為管理層的設備更新和系統運行優化決策提供數據基礎。在此基礎之上，業主可以結合能耗分析結果，通過調整樓宇自控系統控制策略進行有針對性的節能降耗策略優化，如根據環境參數、設定參數、空氣質量、人流量等優化HVAC設備的運行；在過渡季節及夏季夜間采用焓差控制，充分利用自然冷量；通過時間程序、存在控制、照度控制、日光跟蹤等方式對外景、中庭、公共區域、庭院等不同位置的照明及綠化噴灌設備進行控制；優化電梯運行，保持垂直通道暢通，減少設備空轉率；根據流量、液位控制投用的風機和泵類設備數量，并在系統裕量較大的情況下，采用變頻調速技術進一步降低能耗；在用電低谷期進行補、排水、蓄冷等工作，降低單位電價等。

能源管理系統指導優化機電設備的實例很多。例如，某甲級寫字樓的能源管理系統數據分析顯示：在每日清晨同一時段，各類設備集中啟動，導致出現用電尖峰，且尖峰值超過了該大廈向供電局申請的需量值。按供電局規定，如用電尖峰超過最大需量并持續超過15分鐘以上，會按照尖峰值收取需量費用，因此這種情況直接導致了該大廈電費的增加。發現此問題后，通過調整樓宇自控系統時間程序，將設備分時段分批次啟動，有效地消除了用電尖峰，避免了較高的需量收費，實現了電費的節省，如圖5所示。

又例如，某大型連鎖超市能源管理系統顯示，其冷庫能耗在夜間有不定期的能耗超限現象，經調研發現，是由于工作人員忘記關嚴冷庫大門導致的。這種情況不但會造成能源浪費，還會導致較為嚴重的冷庫結霜，甚至影響儲存商品的品質，增加冷庫維護成本和貨物損失。經與業主溝通，我們在該冷庫設置了門禁系統，相關工作人員出入都需要刷卡確認，如未刷卡或刷卡后忘記關門，系統會自動報警，一方面通知值班人員進行處理，另一方面通知管理部，對該人員采取懲罰措施。此方法實施后，基本未再發生過類似的疏忽現象，如圖6所示。

3.4 能耗結構及關鍵耗能設備KPI分析

能源管理系統能夠對建筑的能耗結構進行統計分析，對主要耗能設備，如冷凍系統、空調系統、照明、給排水、電梯等設備參數、運行狀況以及建筑負荷特點、當地氣候情況、同類建筑統計數據等進行能效指標（KPI）分析。建立了KPI指標后，對該設備或系統的能耗評估就有了科學的依據。對于能效指標較差的系統和設備，可以結合實際情況，通過調整控制系統程序或加以合理改造來進行優化，并通過一段時間的運行來驗證優化改造的節能效果。這種方法還可以用于驗證投資回收期（ROI），如圖7所示。

能源管理系統能夠對峰、谷、平、尖時段耗能進行分類統計，分析能耗賬單費用構成，幫助業主了解哪些電費是能夠節省的。以北京地區商用建筑電費為例：峰谷電價差值近四倍。如能合理調整樓宇自控系統程序，利用低谷電價時段進行排水、補水、通風換氣等非緊要工作（有條件的還可采用蓄冷技術進行移峰填谷），既能夠緩解峰值時段的電網壓力，又能夠有效降低電費。此外，由于功率因數不達標和諧波污染嚴重導致的罰金也能夠被發現并進行及時處理。

3.5 節能改造效果評估

如何評估節能改造的效果是困擾許多業主的問題。ION能源管理系統可通過建立關鍵能效指標，根據設備運行工況及產能的變化，對測量數據進行調整，并在此基礎上科學比較節能項目實施前后的能耗情況，評估節能效果。

圖8所示為某節能改造項目改造前后系統能耗的歷史數據。可以看到，在節能改造實施過程中，企業的產量是在增長的。為了正確合理地計算節能改造的影響，節能效果必須同產量分離。在節能改造之前測量的基準線用于研究能源使用與產量之間的關系。進行改造后，基準線用于估算未實施節能措施每月的能源消耗水平。節能量（減少的能源消耗量）即是基準線估算值同節能項目實施后實際能耗值的差值，也就是圖8中虛線與實線中間的部分。在此統一的標準之下，對節能改造的效果評估具有了科學依據，能夠真實地反映節能效果。

式中，E節約為節能措施帶來的節能量；E基準為基準能耗，即節能改造前，1年內設備或系統的能耗，也就是改造前的能耗；E當前為當前能耗，即改造后的能耗；E調整為基于產能或負荷變化的調整量。

4 結束語

節能是一項系統工程，需要立足建筑能耗現狀，綜合考慮，整體規劃，我們應建立用能管理規章制度，按照系統節能方法，制定長期節能工作計劃并分步實施，力爭實現持續有效的節能增效，為締造良好環境，建設資源節約型和環境友好型的社會做貢獻。