在城市集中供熱工程中建立能源管理系統

姚 杰

(太原市熱力公司，山西太原 030001)

0 引言

隨著社會能源需求的不斷攀升和自然資源的日益枯竭，對能源供應商、企業以及消費者都提出了新的挑戰，盡可能以高效和可持續的方式使用能源成為了當務之急。中國作為全球第二大集中供熱市場，供熱需求增速每年超過14%，由于大部分項目都沒有有效的監控和管理手段，導致供熱行業普遍存在高污染、高能耗、高二氧化碳排放的現象，節能潛力巨大。在城市集中供熱工程中引入能源管理系統，可以幫助供熱企業挖掘現有供熱系統設施潛力，提高其利用效率;對供熱能耗全程監控，制定相應的節能策略，有利于熱能的高效生成、輸送和分配，推進節能減排的持續發展。

1 能源管理系統簡介

1.1 概念

能源管理系統是指以幫助工業生產企業在擴大生產的同時，合理計劃和利用能源，降低單位產品能源消耗，提高經濟效益為目的的信息化管控系統。

1.2 熱網能源管理系統及其功能

熱網能源管理中心以能源管理系統為核心，結合能耗實時監測子系統、熱網資產管理子系統、能源分析子系統、供熱管網能源平衡模擬子系統、財務管理及收費經營子系統等其他子系統的平臺，將供熱熱量消耗、水耗等數據進行綜合分析，在保證用戶供熱效果的前提下，有計劃地合理利用熱源，提供平衡管網熱負荷決策依據，最大限度地降低單位能耗，以實現安全、高效、合理地應用能源的目的。同時對用戶的資產進行有效管理，并結合用戶的收費系統及財務管理系統數據進行更加全面的分析。

主要發揮以下方面的功能:

1)能源消耗統計與展示:統計展示與分析各種能源消耗的數量及質量。2)系統能耗關鍵指標評價:供熱系統經濟運行評價指標的評定功能。3)用能設備維護與管理計劃:輔助制定用能設備臺賬及維護管理計劃。4)供熱管網經濟運行與優化輔助決策。

2 熱網能源管理系統組成

2.1 能源管理系統軟件部分

2.1.1 能耗實時監測子系統

在熱力站內安裝測量溫度、壓力、流量、熱量的遠傳儀表，通過就地監控系統遠傳至中控室，由此對熱網的實時運行狀況的各項參數進行監測。同時，對熱網的實時能耗狀況進行監測。包括供給負荷側的熱量，熱網及熱力站內的水耗，以及供熱設備的電耗等。在此基礎上，對熱網的關鍵績效指標進行監測。用以評價熱網的各種經濟運行指標，輔助能源調度管理及為相關決策提供支持。該系統包括數據采集、圖形顯示、趨勢分析及超限報警等功能。

2.1.2 熱網資產管理子系統:

1)數據管理。系統的地圖數據涵蓋地理背景地圖、熱網以及設備的數碼圖片、技術說明書以及熱源、熱力站、井室內部的設備信息都作為附件添加并顯示在系統中。2)熱網設備的規劃與設計。系統根據用途將設備和管道分類并進行距離和角度的標注，圖形保存到系統中便于檢查信息的準確性。3)維護管理。系統記錄了管道、設備、井室等的維護歷史。根據系統中的故障記錄，可以方便提出年度的檢修計劃和故障統計。4)熱用戶管理。系統可以顯示熱用戶的溫度記錄、繳費情況等相關信息。5)負荷統計。基于管網、熱力站以及設備的數據，系統可以檢查和統計結果。根據已知的條件，很快查詢到所需數據。6)工控系統數據顯示。系統可以監測到關于熱源、熱力站和熱力管道的運行數據，并將數據顯示在地理信息的界面上。

2.1.3 能源分析子系統

1)能源分析子系統用來分析能源消耗情況及提出解決方案。

首先，測量和分解能耗。通過集成來自能源實時監測子系統的熱網運行及能耗數據，針對熱網及具體到各個熱力站的熱耗、水耗、電耗及單體能耗等能耗數據進行分析，建立能源狀況表單來反映能耗狀況，同時，識別可帶來快速節能效果的地方。

第二步，對標和制定能耗目標。制定主要能源的能源強度指數(EII，能耗與總產出之比，用來衡量節能增效水平)，利用采集來的能耗數據與EII進行對標，發現其中的能耗異常點，記錄并發出報警，以表格形式輸出。同時，要與最佳供熱單位進行橫向對標，找到節能潛力以及現實的節能目標分別是什么。

第三步，系統根據對標結果，制定相對應的改進策略及實施路線圖，計算每種解決方案的投資回報率，決定執行解決方案的優先順序。然后將這些提供給管理人員。同時，對節能增效項目的效果進行追蹤，通過能源管理咨詢發現新的節能潛力。

2)能源分析子系統還可以通過集成來自收費子系統及模擬子系統的數據。對能源成本及費率進行分析管理。

2.1.4 供熱管網能源平衡模擬子系統

系統根據熱源供熱信息以及關鍵熱力站點的實時供熱參數進行統計，并通過理論計算分析，制定出各類不同條件下供熱的最佳理論曲線，從而輔助制定調度方案，指導調度運行，實現調度工作的量化考核。

其具備的基本功能包括:

1)數據采集模型功能。2)數據管理功能。3)輔助調度決策功能。4)負荷預測功能。5)后臺管理功能。

2.1.5 財務管理及收費經營子系統

該系統能實現不同類型用戶、不同供熱方式、不同結算方式的綜合性、多功能的收費要求。

1)財務管理:通過財務軟件數據接口，直接通過財務軟件生成記賬憑證，確保營業和財務數據的一致性。

2)臺賬管理:按照不同的用戶類別建立不同的臺賬信息，包括面積的住宅用戶，公建用戶;蒸汽用戶，計量用戶的各類信息以及合同，圖紙等相關資料的內容。

3)費用管理:包括采暖期結算，賬目調整(供暖日期調整，收費面積，實際應收等信息)，呆死賬設置，停供恢復，拆網，核減，各種交費模式，退費等。

4)票據管理:涵蓋票據從購買、逐級發放、返回的整個管理過程，以及各類發票的打印、補打、作廢、預開。

5)生產任務管理:單戶、批量用戶的停供、供暖等指令的下達信息的管理。用戶測溫等生產相關信息服務。

6)用戶稽查管理:根據用戶的地址信息，面積信息，結合衛星影像圖片，通過數據分析，示意圖等多種方式進行用戶檔案分析，對可能漏戶等情況提供稽查依據。

7)查詢統計:包括四大方面的查詢統計:單戶信息的查詢，固定報表圖表，動態添加各種綜合統計，數據庫的自由組合查詢。滿足熱力公司各個層面查詢統計的要求。

2.2 能源管理中心硬件部分

2.2.1 室外溫度濕度傳感器

室外溫度傳感器安裝在換熱站的室外，以獲得城市的氣象信息信號，通過標準的模擬量信號在供熱控制中心實時顯示，為控制供熱提供可靠的信息。

2.2.2 大屏幕投影顯示系統

大屏幕拼接顯示墻為3×4的46寸液晶屏，整個系統與計算機網絡系統和其他獨立計算機工作站相聯，實現這些計算機圖形和視頻圖像信息的綜合顯示，滿足監控、指揮、調度等各種顯示的需要，提供一個直觀、交互式的靈活顯示系統，以適應不斷發展的工作需要。

能源管理中心結構拓撲圖如圖1所示。

圖1 能源管理中心結構拓撲圖

3 結語

在城市集中供熱工程中引入能源管理系統，能確保供熱系統的水力、熱力平衡，縮短供熱調節的滯后性;能夠提升設備運行的效率，最大產出，優化運營成本，做到經營業績的實時可見性;降低系統的平均能耗，減少二氧化碳的排放。供熱企業通過能源管理系統的建立，完善了自身的生產、管理和服務體系，在一定程度上緩解了能源問題，使能源安全、可靠、有效、多產并且綠色，實現了可持續的節能降耗。

［1］ISO 50001，能源管理系統標準［S］.

［2］蘇宏權，邵 偉.供熱系統的計算機監控［A］.中國建筑學會熱能動力分會十四屆學術年會論文［C］.2003.