優化企業能源管理系統

文/徐元清

能源是國民經濟和社會發展重要的物質基礎，在保障國民經濟發展、促進社會進步和提高人民生活水平等方面都發揮著極其重要的作用。能源管理狀況及能源機構的優化程度對國民經濟的發展和產業機構的提升起著重要影響。

企業能源管理是企業生產經營、成本管理的重要組成部分。在我們國家能源資源緊缺，以建設資源節約型、環境友好型社會為工業化、現代化發展戰略的核心內容的背景下，企業能源管理系統應以采集、控制、過程監管、數據分析為整體，組成模塊的過程脈絡和建設思路。

國家對企業能源管理的要求

為確保實現“十二五”節能減排約束性目標，緩解資源環境約束，應對全球氣候變化，促進經濟發展方式轉變，建設資源節約型、環境友好型社會，增強可持續發展能力。我國于2012年8月6日發布了《節能減排“十二五”規劃》。

1.總體目標到2015年，全國萬元國內生產總值能耗下降到0.869噸標準煤（按2005年價格計算），比2010年的1.034噸標準煤下降16%（比2005年的1.276噸標準煤下降32%）。“十二五”期間，實現節約能源6.7億噸標準煤。

2015 年，全國化學需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2347.6萬噸、2086.4萬噸，比2010年的2551.7萬噸、2267.8萬噸各減少8%，分別新增削減能力601萬噸、654萬噸；全國氨氮和氮氧化物排放總量分別控制在238萬噸、2046.2萬噸，比2010年的264.4萬噸、2273.6萬噸各減少10%，分別新增削減能力69萬噸、794萬噸。

2.具體目標到2015年，單位工業增加值（規模以上）能耗比2010年下降21%左右，建筑、交通運輸、公共機構等重點領域能耗增幅得到有效控制，主要產品（工作量）單位能耗指標達到先進節能標準的比例大幅提高，部分行業和大中型企業節能指標達到世界先進水平。風機、水泵、空壓機、變壓器等新增主要耗能設備能效指標達到國內或國際先進水平，空調、電冰箱、洗衣機等國產家用電器和一些類型的電動機能效指標達到國際領先水平。工業重點行業、農業主要污染物排放總量大幅降低。

企業能源管理狀況

中國企業聯合會、中國企業家協會、中國企業管理科學基金會于2014年9月21日聯合發布了《2013年中國企業節能減排狀況報告》。本年度報告立足于2013年我國開展節能減排的宏觀背景，以2014年3月—4月期間國內數省地方企業的實地調研和問卷調查為基礎，旨在推進企業確保完成“十二五”節能減排目標。

2013年，全國GDP能耗下降3.7%，完成國家年初的預定目標。報告顯示，從企業層面看，我國企業繼續把節能減排作為向低能效浪費與環境污染宣戰的目標任務，采取管理、技術“雙輪驅動”，以重點項目為依托等一系列措施，節能減排取得新的進展，可持續發展能力進一步增強，但“十二五”節能減排形勢依然嚴峻，任務的艱巨性不容小視。要全面完成“十二五”規劃的節能減排目標，后兩年單位GDP能耗須年均降低3.9%以上。

1.絕大多數企業完成或超額完成計劃進度31.3%與61.7%的企業分別認為，在“十二五”規劃已經執行過半之時，本企業已經超過、等于本企業的“十二五”節能減排計劃進度。兩者共計93%(余下7%的企業沒有回答，或回答不明確)。

2.大多數企業的能耗水平與排放情況大為改善50%與40%的企業分別認為，本企業的能耗與排放情況好于或等于國內同行業企業，而有10%的企業沒有回答該問題。

3.絕大多數企業“十二五”的節能減排投入水平大于“十一五”時期100%的企業在“十二五”前三年對節能減排技術、設備的投資額，與“十一五”時期相比均有所增加。雖然100%的比例可能不夠精確，但從大趨勢看，絕大多數企業在“十二五”對節能減排有更多的投入。

4.更多的企業在“十二五”時期建立完善了專事節能減排的組織機構與規章制度36%的企業在“十二五”時期成立了專門推進節能減排的機構，組織機構按照“小分工、大合作”的原則，實行層層責任制，建立人、職、權、責相統一的工作機制，落實詳細職責。

66%的企業在“十一五”時期制定了推進節能減排相關制度，100%的企業在“十二五”時期制定了節能減排的相關制度。

5.絕大多數企業有信心完成本企業與國家的“十二五”節能減排目標50%、45%的企業認為，本企業能夠超額完成、基本完成本企業的“十二五”節能減排目標。余下5%的企業沒有回答，或回答不明確。60%、35%的企業認為，我國能夠超額完成、基本完成國家“十二五”規劃的節能減排目標。

企業能源管理需求

企業在生產經營過程中能源管理需求迫切，在政策指導和追求社會責任的總體要求下，對能源管理有著細致的需求.

1.將能源管理納入現有生產調度體系生產調度體系的合理運作與能源耗用有著強關聯，合理的調度方式將大大提高能源利用率。但傳統生產調度模式往往忽略能源相關因素。將能源使用與企業資源計劃系統、生產運營管理系統進行高效銜接，建立能源生產計劃管理平臺，增強能源利用效率。

2.對能源使用進行全過程管理對能源使用的過程管理將有效提升能源使用的有效性，在傳統生產企業中，能源泄漏、浪費現象時有發生，不合理用能更是普遍現象。實現對能源的生產、輸送、分配、轉換、使用等各個關鍵環節的全面監控和調度。

3.分析能源使用過程信息能源數據分析利用一直是企業的短板，長期予以忽視。但能源數據的分析對于企業運作中的能源有效利用至關重要。對能源使用過程數據的分析能夠實現能源數據統計的客觀、實時、高效呈現，提供能源管理決策支持。

4.大量歷史數據的效益挖掘在長期的節能工作中，節能管理的辨識往往停留在以個人認識和自身思考的層面，其無法充分對數據進行理解，往往存在局限性。充分利用先進算法及工具，從能源歷史數據中挖掘信息，促進能源管理的持續改進，將為企業的能源效益提升發揮意想不到的作用。

能源管理系統技術方案

面對企業對能源管理的需求，能源信息管理系統由三層體系構架組成，系統層次分為設備控制層、集中監控層和能源管理層，系統層次結構如下圖所示：

1) 設備控制層

設備控制層是整個能源管理系統的基礎，實現各子系統底層設備的數據采集和控制、對上數據傳送等。該層設備儀器采用工業以太網通信，對于不能采用工業以太網通信的，采用現場總線通信。

設備控制層主要由PLC電控柜、分布式I/O站、能源傳感器、能源設備、獨立控制系統或設備等組成。

設備控制層用于控制相關能源設備，按照能源供應的工藝要求和生產要求完成控制操作。主要包括對電機的啟停、閥的通斷等數字開關量控制，對溫度、壓力、流量等模擬量工藝參數實施控制以及其它控制元器件的參數化控制。各控制段根據能源管理工藝要求，合理設置啟/停操作功能，既能夠滿足能源供應要求，又能夠減少無效能耗，達到節能降耗的目的。

設備控制層，主控PLC通過網絡通信模塊、操作站通過網卡進入集中監控層網絡的交換機，底層設備通信有兩種模式，一種以工業以太網通信，采用星形結構，連接系統前端主設備控制器和觸摸屏、變頻器、軟啟動器等設備，一種以現場總線通信，采用線型結構，連接系統制冷機、空壓機、配電儀表等設備。對于不支持此種通信的設備，通過轉換協議模塊，以現場總線方式通信。

系統大量采用了支持Profibus、MODBUS現場總線的儀表，具有布線簡單、測量精度高、可以對參數進行集中設置等優點。特別是現場總線設備特有的診斷能力，通過對Profibus-PA（用于過程自動化的PROFIBUS）進行特定的組態可以實現將現場總線設備的診斷信息獨立地、循環地傳送到過程控制系統。

2) 集中監控層

集中監控層包括集中監控系統（數采系統）和診斷維護系統。由數采服務器、監控客戶計算機（需依據工藝段劃分合理設置）、工程師維護站、通訊網卡、主干交換機和光纖環網等硬件設備組成。

該層為控制系統的人機交互接口，完成集中控制操作、監視設備及數據采集和存儲，報警顯示、記錄等功能。

集中監控層是作為運行人員監控動力系統運行、管理動力設備和能源管理的接口，主要由連接各子系統的PLC和其它相關設備控制系統的PLC，以及上層的監控計算機、服務器、工程師站、實時數據庫服務器和以太網網絡器件組成。分別配置各子系統上位計算機操作站，基本上所有的操作都可在這一層完成，一般只有在遠程通訊發生故障時運行人員才需到設備現場的過程控制層去手動控制、調節設備。

集中監控層主要通過控制網絡將可編程控制器PLC及設備現場分散的設備層各子系統組織起來，實現對現場設備的控制、保護、聯鎖、報警、數據采集等功能，以及設備層與監控管理層的數據交換。同時該層為控制系統的人機交互接口，完成動力自控系統集中控制操作、監視、報警顯示、記錄等功能。

3) 能源管理層

能源管理層由能源數據庫、能源調度子系統、能源分析子系統等軟件系統構成。

能源管理層各種能源介質的計劃調度、設備管理、工藝管理、能源統計、能耗分析工作，使得相關職能部門通過系統了解生產運行中實際能源耗用情況，為企業提供客觀準確的能源數據，并確保能源供給穩定有序。

能源管理層主要包括基礎能源管理、調度監控、應用發布系統（Web）以及與企業其它信息化系統接口等部分。

基于集中監控層的監控管理平臺和外部系統接口，能源管理層實現對能源數據、生產數據及其他相關數據的集中管理，以支持業務管理人員對于能源統計、能耗分析、能源調度等業務管理要求。

能源管理層硬件包括業務數據庫服務器、EMS應用服務器、WEB服務器。

企業其他辦公終端可根據要求配置訪問權限，并通過安全的路由實時訪問到能源管理系統的數據和統計分析信息。

實現能源管理系統的難點

在系統構建的過程中，在技術方案確定并可行的前提條件下，依然存在部分技術與管理難點，特別是能源管理體系在系統建設過程中的同步構建對企業的管理執行力有著相當高的要求。

1.能源數據采集設備的安裝調試及日常管理能源管理系統的運行基礎在實時能源耗用數據采集，在整體系統中相關數采計量設備數百個，均通過有線與無線方式將數據回傳系統服務器。能源系統的運行依賴數據的準確穩定采集，所以在項目建設中的采集設備安裝調試尤為重要，但更為重要的是此類設備的長期日常管理，包括在維修之外的例行保養，設備檢定等，否則整體系統運行將無法得到數據的保障，系統運行效果將大打折扣。

2.原管理體系納入能源控制后的調整企業生產體系中原涉及能源管理的較少，銜接流程更是鳳毛麟角，隨著能源管理系統的建立，其與企業資源計劃系統、生產運營管理系統之間的高效銜接，改變了企業運作模式。生產調度改變了以生產任務和經濟效益指標為核心的調度模式，增加了能源消耗、節能降耗的相關管理要求。由于生產管理體系是生產企業的核心，涉及企業的各個部門，所以整體管理體系的調整直接關系到能源管理系統的運作效果和最終評價。

3.能源管理體系的建立作為能源管理的手段，能源管理系統構建了以監控、計劃、分析為核心的信息化平臺，為能源管理提供了有效的管理手段和工具。但企業能源管理體系的構建、認證將最終將企業能源管理納入正軌，以制度的形式落實各項能源管理項目和措施，使得能源管理工作成為一項長期持續的工作。該體系的有效建立將確保能源管理系統的有序運行。在能源體系構建中應遵循循序漸進的思路，以統一整體節能理念、構建企業能源管理制度為核心。

整體實現效果

通過構建企業級的能源管理系統，企業實現了對主要能源的使用監控、計劃管理、數據分析，在節能辨識和能源消耗預測上取得了良好的效果。在系統使用后有效的降低了能源的浪費，提升了使用效率，大幅降低了能源消耗。

1.實現能源使用的精確監控能源信息采集系統實現了能源信息的采集、存儲、管理，由此確保了獲得第一手運行工藝數據，實時掌握能源運行情況、及時采集調度措施，使系統盡可能運行在最佳狀態。系統的建立改變了原有運作模式，數據的采集由事后的數據抄表記錄轉變為實時監控，依據能流圖的實時、精確能耗數據實現了滿足能源工藝系統特點的分散控制和集中管理。

2.減少能源管理環節，優化能源管理流程建立客觀能源消耗評價體系，實現在信息分析基礎上的能源監控和能源管理流程優化再造，實現能源設備管理、運行管理、有效實施客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系、績效考核，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及時了解真實的能耗情況和提出節能降耗的技術和管理措施，向能源管理要效益。

3.減少能源系統運行管理成本，提高勞動生產率大型企業的能源管理系統規模加大，結構復雜。傳統的現場管理、運行值班、檢修及管理的工作量大，成本高。能源管理系統的建立，為企業的管理體制改革發揮重要示范作用。系統實現遠程抄表統一監控，簡化能源運行管理，減少日常管理的人力投入，節約人力成本，提高勞動生產率。

結束語

在地球漫長的演化歷史中，沒有任何一種生物能像人類一樣對地球的環境和氣候產生劇烈影響。自從18世紀英國工業革命開始，人類對能源的需求進入燃燒化石燃料的時代，隨著數百億噸沉積在地球深處數億年的化石燃料被燃燒，地球大氣的成分在發生顯著的變化。如果通過對企業能源管理的不斷優化，提升能源使用效率，減少不必要的浪費，最終降低整體生產能耗，將是對企業、社會、國家的一種貢獻。