智能化工業園區能效管理系統研究

文 // 雒煥強 葛智平 張世才 郭濤 國網甘肅電力科學研究院

工業園區作為拉動區域經濟發展的新引擎，能根據當地自身經濟發展的內在要求，聚集各種生產要素，在一定空間范圍內進行科學整合，提高工業化的集約強度，突出產業特色，優化功能布局，使之成為適應市場競爭和產業升級的現代化產業分工協作生產區。

然而，經濟持續快速發展的同時，也面臨著能源緊張和環境惡化的巨大壓力。資源節約和環境友好已成為社會發展的主流方向，一些高耗能企業必然會退出歷史的舞臺。智能化工業園區充分利用現代信息技術、通信技術以及計算機技術，在工業園區企業建設能耗監測、管理、控制系統，通過技術創新提高能源使用效率，幫助企業實現節能增效、清潔生產的目標。

智能化工業園區能效管理系統通過對用戶內部主要設備、主要負荷的運行狀態和用能數據進行采集和實時監測，并將采集的數據與設定的閥值或是同類用戶數據進行比對，進行能效評估，為客戶節能改造提供參考和建議。另外，還可以搭建開放的能效分析平臺，向第三方能效分析的廠商開放，為第三方專業廠商進行大用戶能效分析與節能應用提供有效支撐，更加精細地管理用戶內部分類負荷，實現“管理節能”和“綠色用能”。

1 智能化工業園區能效管理系統的結構

智能化工業園區在整體架構上是一個相互協調，統一運作的整體。通過構建采集層、網絡層、應用層的三層物理架構，來實現能效管理系統的各項應用管理功能，以滿足園區各方的需求。

數據采集層是智能化工業園區數字化與智能化的基礎，為上層通信網絡及業務應用提供了基本的數據支撐，實現園區內多能源、全覆蓋的信息采集。通過在用能設備信息計量點上安裝計量設備，利用工業總線將數據進行集中到采集點，并與通信網絡對接。采集的數據類型包括用電設備的電能基本參數和電能質量信息等。采集的能源數據類型不僅包括電表數據的采集，還包括水、氣表等其它能源數據的采集。

數據網絡層是智能化工業園區各類業務實現的重要支撐平臺，是實現采集數據可靠、安全傳輸的基礎，通過通信網絡將采集到的數據轉發給數據管理層，基于智能化工業園區供電結構的通信網絡，以光纖通信+3G無線方式覆蓋園區所有用戶，搭建電力公司與園區企業用戶之間的高速率、高可靠性、雙向通信、全業務承載能力的數據通道。

數據應用層能實時監測和顯示企業能耗分布、流向信息，通過計算、處理診斷每個能耗監測點的能耗效率和損耗情況，對不同能耗設備進行橫向對比，或者同類設備按時間縱向對比，全面了解企業的能源管理水平及用能狀況，排查在能源利用方面存在的問題和薄弱環節、挖掘節能潛力、尋找節能方向，建立相關報表進行統計分析，并將結果反饋給企業管理者。

圖1 智能化工業園區能效管理系統整體架構

2 企業用電監測及能效分析診斷

2.1 企業用電監測

用電監測是根據電能的流向對工業園區供電線路、企業以及重要設備進行的實時監控，了解各用能環節的電能消耗情況，實時反映企業的電能利用效果，為電力公司及企業提供有效的用能數據，實現用電設備能耗的信息可視化。根據用電監測的范圍，既可以實現對整個工業園區電量及負荷進行監測，也可以對各個企業用戶用能情況進行深入的監測與分析。

對于工業園區一般企業，可以根據企業配電結構圖對各個重要設備進行電壓、電流、負荷、功率因數等電量參數的實時監測，掌握用戶企業電網負荷及運行狀態，將實時監測數據與所設定的閥值進行對比，如果超出閥值所設定的范圍，系統發布預警信息，及時發現用戶企業生產和安全隱患，消除對電網不利的影響。

對于工藝性比較強的企業，為了讓企業用戶能深入到工藝環節了解自己的用電情況，可以根據企業工藝流程對關鍵設備進行用電監測，企業在生產過程中可以很清晰的看到所監控設備電壓、電流、負荷、功率因數等重要指標的實時參數，結合工藝特點，計算評估重要設備的用能效率，為企業進行可能的工藝調整提供數據支持和分析。智能化工業園區能效管理系統還能將異常信息進行存儲、統計，有利于綜合評估出企業配用電設備的能效狀況，為企業合理安排分配負荷提供有效依據。

2.2 電能質量監測

供電質量是指提供合格、可靠電能的能力和程度，技術方面主要包括電能質量和供電可靠性兩個方面。電能質量是指通過公用電網供給用戶端的交流電能的品質，電能質量的好壞直接關系企業電氣設備的正常運行與否。

電能質量檢測是對重要電能質量參數的檢測，包括設備的電壓偏差、三相電壓不平衡度、頻率偏差、各次諧波、諧波電壓含有率和諧波畸變率，并對監測到的結果做出穩態評估，測量分析各種用電設備在不同運行狀態下對公用電網電能質量的影響，對企業一些重要設備進行故障辨識和相關的事故預測，及時排除企業安全生產隱患，減少不必要的經濟損失。

2.3 能效對標管理

企業能效對標管理是一種科學、系統、規范的企業能源管理方法，指企業為提高能效水平，與國際國內同行業先進企業能效指標進行對比分析，確定能效標桿指標，通過節能管理和技術措施，達到能效標桿或更高能效指標水平的能源管理活動。

企業通過用電監控模塊對自身能源利用狀況進行深入分析，充分掌握本企業各類能效指標客觀、翔實的情況，在此基礎上結合企業能源審計報告，合理選擇適合本企業中長期發展的對標主題，確定需要通過能效水平對標活動改進的目標值，建立企業能效對標指標數據庫，形成能反映企業能源利用效率和能源管理水平的綜合評價指標體系。

在對標管理過程中，企業可以初步選取若干個潛在標桿企業，通過研究分析這些潛在標桿企業，結合自身能效水平，選定標桿企業，并建立企業實踐標桿庫，通過與標桿企業開展交流，學習標桿企業在能效指標上的先進管理辦法，認真分析探討適合本企業發展的指標改進方案和實時進度計劃，為用戶進行能效對標和評估分析提供依據。

2.4 能效評估分析

能效評估分析就是根據企業對標結果對能效水平進行評定的工作。通過將企業單位產品能耗、單位產品成本差額、單位產值能耗、單位產值成本差額與同行業先進標桿進行對比，為企業制定合理有效的節能目標，調整用能結構，降低用能成本，提高經濟效益。

能效評估具體可以對工業園區企業與企業之間，設備與設備之間，進行類比或時比。類比就是選擇2～3個企業或選擇2～3個同種設備，對比同一時間，同一時間點（企業）設備的電量與負荷；時比就是指定一個企業，或一個設備，對比不同時間，相同時間點（企業）設備的電量與負荷。其中時間可選年、月、日、時間點、時間段。

能效管理系統能夠提供多種能耗分析，如同比，環比、排名等方式，可實現對區域能耗、具體能耗類型、設備類型能耗進行分析，分析時段可提供日分析、周分析、月分析、年分析以及任意指定時段內的數據分析。

3 企業能效控制策略定制與互動

能效管理系統將能效分析和能源審計所得出的企業能耗計算分析結果，結合該企業的實際生產狀況，初步制定出企業用能策略，然后通過電力企業、節能服務公司與企業用戶之間進行互動，深入分析企業用能策略的可行性以及在執行過程中存在的問題，對能效控制策略不斷進行改進完善，最終確定適合本企業的方案，并將該方案正式通過智能用電互動系統發布到用戶終端。

3.1 企業能效控制策略定制

很多企業對設備的用電管理比較粗放，智能化工業園區能效管理系統為企業制定能效控制策略提供了相關的分析、仿真模塊。其中，企業工作時段建議就是其中很重要的一項應用，用于模擬企業在不同時間段的耗電量，根據不同時段的電價分析出一天內的電費數據，來找到一個平衡點，既能滿足生產的要求又能使電費降到最低，達到降低成本提高效率的目的。

企業在正常生產過程中，由于生產工藝和實際排班的特殊需要，很多設備的運行分三種狀態：停止、待機和運行。通過重點分析耗能設備的三種狀態，統計出停機和待機的用電量，在不影響設備正常運作和企業生產目標的前提下，建議用戶盡量減少停機和待機所產生的用電量，使企業在相同的電量消耗的情況下得到更多的產出。

企業能夠通過參考能效標桿數據庫相關參量，結合自身實際情況設立相應的班組、部門、車間等各子單元用能標準，借助系統采集到的能耗數據，統計各處能源消耗值與用能標準值的差距，分析潛在的節能方向和方法， 為節能考核制度的制定提供可靠依據。

3.2 智能用電互動

智能用電互動模塊包括用電信息的在線查詢、工業園區相關通知通告、異常信息采集以及客戶業務的升級辦理。企業用戶可以在系統中很方便查看用電量和電費繳納情況，能更詳細地掌握不同時間段的電價，并結合實際電費標準，制定更好的企業生產排班制度，節省成本支出。同時，企業用戶通過系統能及時了解工業園區最新通知通告，學習標桿企業的一些比較好的節能政策和方法，從而有利于提升本企業的用能效率。

用電環節每次發生的異常信息都會記錄在能效管理系統中，并形成歷時記錄方便企業查看異常發生的原因，有利于企業改善用能結構，如果企業需要業務升級或了解更詳細的業務細節，智能用電在線互動環節就是實現該功能的有效工具，通過該功能模塊，一方面電力企業可以實時掌握工業園區各企業用電動態情況，有利于區域負荷平衡能力的提高；另一方面，企業用戶能更好的實現便捷用電、經濟用電和綠色用電。

4 面向企業的合同能源管理

對于一些節能潛力比較大、用能效率急待提高的企業，智能化工業園區可以協助企業采用“合同能源管理”模式，對其用電結構進行節能改造。合同能源管理是一種新的節能理念，依據與客戶所簽訂的“能源管理合同”，在客戶沒有資金投入的前提下為客戶提供綜合性的節能服務，以使客戶達到節能降耗，降低能源成本的目的，并通過與客戶分享節能效益來獲取報酬。

“合同能源管理”模式服務流程主要是節能服務公司組織專業人員對企業客戶的能源狀況進行審計，對所提出的節能改造的措施進行評估，并使客戶充分了解節能改造效果；節能服務公司與客戶簽訂節能服務合同，雙方確認節能量和節能效益；節能項目完工后，節能服務公司和客戶按照合同約定的測試、驗證方案對項目能耗基準和節能量、節能率等相關指標進行實際檢測，并從節能經濟效益中收回投資和合理的利潤；客戶在合同期內獲得部分節能經濟效益，合同期結束后獲得全部節能經濟效益；有些客戶與節能服務公司簽訂長期的節能服務合同，保證客戶的能源需求。當前，“合同能源管理”模式主要有能源費用托管型、節能效益分享型和節能量和節能效益承諾型三種類型。

為進一步提高企業的節能理念，智能化工業園區在能效管理系統的智能互動模塊中積極宣貫和推廣國家有關法規和政策，傳播合同能源管理節能新技術和新產品，發布最新的節能項目動態，對取得的一些效果比較顯著的節能成果進行展示，并向新的和潛在的節能企業提供信息和技術援助，不斷加強溝通疏導，使得企業對合同能源管理模式下的節能服務有新的認識。

5 結語

智能化工業園區通過能效管理系統用電監測環節，清晰地掌握園區內企業的耗能狀況和用能水平，并能通過能效分析診斷企業的能耗問題以及節能潛力，從而進一步幫助企業核算節能效果和明確節能方向。在經濟快速發展的今天，能效管理系統以科學的方式更精細地促進企業用能效率的提高，提升企業市場競爭力，推進工業園區智能化的不斷升級。同時，能效的精細化管理加快智能電網建設、強化企業節能理念具有積極的推動作用。