基于信息化標準化能源管理系統應用研究

摘要：從能源消耗的角度對企業能源管理系統進行研究，詳細介紹了系統設計原則、系統功能、系統總體架構，探討了實現企業節能降耗的方法。并通過應用實例對文中提出的方法進行了論證和檢驗。

關鍵詞：能源管理數據采集能源平衡

引言

能源管理系統是指采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業能源系統的生產、輸配和消耗環節實施集中扁平化的動態監控和數字化管理，改進和優化能源平衡，實現系統性節能降耗的管控一體化系統。系統從企業的實際出發，對企業的能耗現狀調研基礎上，對企業的重點能耗－電、水、煤、氣（汽）的使用過程數據，監測、記錄、分析、指導，實時監控企業各種能源的詳細使用情況，為節能降耗提供直觀科學的依據，全面提高公司核心競爭力和可持續發展能力。

1、能源管理系統方案

1.1設計的基本原則

系統設計主要遵循以下原則：

* 安全性原則：能源管理系統采集的數據基于企業的現有DCS系統、智能儀表以及其他調度系統，數據的重要性及安全性對其來說至關重要，無論在系統、網絡等各個方面都需要加強安全措施，保證系統安全運行。

* 專業性原則：本系統是針對能源的管理系統，充分結合國家能源相關政策文件、企業用能情況和企業行業專業知識，創立能源管理和節能標準圖表、專業能源系統分析模型、專業能源系統分析圖表。

* 先進性原則：采用面向對象的系統設計，采用B/S三層結構模式和C/S結構混合應用，選用大型數據庫平臺和工作流引擎，Windows和web技術、基于先進自動化軟件平臺。

* 開放性原則：系統遵循國際標準和工業標準，采用數據交換平臺，適應統一的服務接口規范，提高系統的開放可連接性。

* 易擴展原則：軟件架構采用模塊化設計，支持現有的管理系統及以后擴充的系統。既能滿足當前業務的需求，又為今后的擴充留有空間。

1.2總體結構

（一）系統架構

能源管理系統應用架構主要分為三個層次。底層為信息采集層，中層為實時數據處理層，上層為應用管理層。系統架構如下圖所示：

（二）網絡結構

系統在網絡層次上分為標準以太網和工業以太網兩層結構，即能源采集網和能源監控網。采集網采用支持千兆的交換機，冗余配置，分別接入能源監控網。能源監控網采用環形網絡拓撲，采用具有網管功能的工業級以太網交換機，通過環形拓撲結構實現網絡鏈路的冗余連接以保證工業網絡的可靠性與穩定性，組成一個邏輯上的環形以太網的冗余結構。

1.3系統功能

根據系統架構，采用模塊化設計實現三個層次的功能：

（1） 能源信息監控

* 能源潮流監視

對能源介質（電、水、煤、蒸汽、壓縮空氣）在各關鍵節點的流入量、輸出量及其重點設備的壓力溫度等重要運行參數進行周期掃描，以便進行能源潮流監視。包括：電力系統的電量、電壓、頻率等，動力系統的流量、壓力、柜位等，均納入能源管理系統監視范圍；對一些重要能源設備運行狀態進行監控，對設備異常給出報警，并對重要設備異常提供必要保護。

* 故障報警

能源管理系統報警信息包括分級報警和多媒體報警。對重要現場設備的故障信號、能源介質報警參數超限、與能源生產相關的重要生產單元運行狀態、生產現場無人值守電氣室的門開、火災等進行報警，根據故障程度、重要性，將報警信號進行多級分類，提供人工確認與復歸功能。對于以上報警與復歸，均提供終端信息顯示。

* 趨勢曲線

能源管理系統對采集的有關能源系統運行潮流實時數據進行按時序，保存在系統的短時/長時數據庫中，計算最小/大、平均、累計值，借助系統的用戶查詢界面，對于短時歸檔數據，提供過程曲線或棒圖顯示；對于長時歸檔數據，可按信號內容、時間粒度、數值類型進行歷史數據查詢，并可進行曲線或棒圖顯示。

* 能源信息歸檔

根據能源管理的生產實際需求，能源管理系統對各種能源介質數據，采取不同的信號采集周期和歸檔保存時間，對所采集的實時數據按類型、名稱及站點等分類，按時序依次存檔，計算最小值、最大值、平均值、累計值、準點值等結果并保存。

* 基于WEB的能源信息發布

對于企業沒有配置能源管理系統終端的用戶及企業的上級集團，系統提供基于瀏覽器方式的信息發布渠道，管理人員可以在異地查詢即時的能源統計信息以及一些關鍵運行參數的實時趨勢，可通過Web方式發布信息，主要包括：所有的能源統計報表、系統運行的趨勢曲線和統計圖形、能源質量/設備的歷史和統計信息等。

（2） 基礎能源管理

* 能源實績管理

以能流圖或趨勢圖的形式實時展現各種能源介質的發生、儲存、消耗情況，在設定的時間段內自動分析能源介質的平衡狀況，并對出現的不平衡狀況依據其量是否超過總量的一定比例例如5%分別進行平衡認證，或提出報警并給出調度原則。以實現經濟高效、循環利用的能源動態平衡。

* 能源計劃管理

主要實現基于生產計劃、能源預測結果、檢修計劃等因素制定合理的用能計劃，以及以電、水、蒸汽、壓縮空氣為最優利用為目標的能源調度決策支持功能。

* 能源成本管理

能源成本管理主要實現以成本中心為單位，對各種能源消耗量進行統計計算，合理確定能耗考核指標。以實現精細管理、節能減排的整體優化目標。通過能源成本管理可以方便的支持企業以后工藝狀況的變化，使企業方便的進行能源管理。

* 能源質量管理

能源質量管理主要實現對煤、水質、氮氣等能源介質和環保檢測的檢化驗數據的集中管理，并分析介質及環境質量的變化趨勢。最終為能源安全及時、保質保量的穩定供應提供支持。

* 重點能耗設備管理

能源設備管理主要對關鍵的大型能源設備實行集中管理，并建立檢修、使用檔案，輔助制訂設備檢修計劃。最終為能源安全及時、保質保量的穩定供應提供支持。

* 能源審計輔助管理

利用能源管理系統的大量能源數據，按照能源審計流程，對企業一年的各種與能源審計有關的參數和數據進行分析，按照能源審計特定的表格格式，自動輸出相關的報表，輔助企業進行能源審計。

（3） 能耗綜合優化分析

* 能源供需預測：主要利用能源實時數據和生產過程數據，根據預測類型不同采用對應的能源預測方法對能源發生量和消耗量進行預測，為合理制定能源計劃及能源動態調度提供決策支持。

* 能源平衡分析：利用能源數據倉庫，進行以月、旬、周為單位的能源計劃與能源實績的對比分析；對各工序的能源產生量與消耗量的預測值進行平衡分析；關鍵能源計量儀表運行的置信度分析，計算各儀表的計量準確性置信度。

* 能耗分析：利用運行的能源數據，對不同時期的能源消耗數據進行對比分析，評價企業能耗水平的變化；對重點能耗工序的產量數據和能耗數據進行對比分析；對各工序能耗進行影響因素分析，找到影響能耗的關鍵性工藝條件，建立工藝能耗模型，并以此模型為基礎分析降低能耗的工藝改進途徑。

* 設備故障分析：利用能源數據倉庫，對不同時間段的設備故障原因的分類統計對比，找出不同時期每個設備的主要故障原因；利用時間序列分析進行設備故障時間間隔預測，為制定設備的檢修計劃提供參考。

2、應用實例

能源管理系統經過在化工行業成功試點，取得了良好的效果。能源管理系統在柳化建立和投入運行后，優化了能源管理流程，建立客觀的有數據依據的能源消耗評價體系；實現了在信息分析基礎上的能源監控和能源管理的流程優化再造，有效實施客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系，減少能源系統運行管理成本，提高勞動生產率；特別是柳化的能源系統規模較大，結構復雜，運行值班和檢修及其管理的工作量大，成本高，系統運行后簡化了能源運行管理，能源數據自動采集，減少日常管理的人力投入。通過優化改進能源平衡的技術手段，實時了解企業的能源需求和消耗的狀況，采用綜合平衡和燃料轉換使用的系統方法，使能源的合理利用達到一個新的水平；通過能耗與生產控制管理的關系分析形成一套柳化利用能源管理系統進行節能操作控制解決方案，有效地降低了車間和工藝設備能源消耗，產生較好的節能降耗效益。

3、結論

能源管理系統投入運行后，系統運行穩定可靠，能源的分配情況、消耗情況可及時的反饋給有關部門，為生產決策提供了科學數據。使能源的調度更加及時、合理，由原來的事后統計變為現在的計劃管理與動態調控，大大減少了各環節的能源消耗，降低了能源成本，經濟效益極為可觀。同時也為能源計量提供了重要依據，避免了能源供需之間的糾紛，提高了工作效率，對提高公司的競爭力具有重要意義。

參考文獻：

[1]楊藝，唐燦．基于Web科研信息管理系統的設計與實現[J]．重慶工商大學學報：自然科學版，2008，25（15）：521－524.

[2]傅詠紅，周鮮成，王建明．現代企業的能源計量監控與管理系統的設計[J]．計量技術，2005（3）：46－47.

[3]王永川，陳光明.鋼鐵企業能源管理系統方案研究[J]．冶金能源，2003，22（6）：5－8，36.

[4]方彥軍，王運濤，李世紅．冶金企業能源計量與管理系統的實現探討[J]．微計算機信息，2004，20（9）：99－100.

[5]葉克江．鋼鐵企業能源運行管理與分析系統的設計[J]．鄭州輕工業學院學報，2005，20（1）：86－88.