能源綜合管理平臺在企業中的設計和應用

王 珊

上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠

能源綜合管理平臺在企業中的設計和應用

王 珊

上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠

為響應國家節能減排號召，改變企業能源供給分散、智能化程度不高的現狀，提出在廠區內建立能源綜合管理平臺的設想，應用自動化、信息化、互聯網等技術，結合工廠實際，從站房操作運行到能源數據采集分析，實現一體化管理，最大化優化資源配置，提高能源管理水平，為企業持續性的節能改造，實現節能目標打下基礎。

能源綜合管理；能源一體化；能源信息化；節能降耗

早在2010年，中國已成為世界第二大能源生產國，能源消費量超越美國躍居世界第一，2016年全國能源消費總量達約43.6億tce，同比增長1.4%。雖然能源消費結構整體更趨合理，能源消費量處于較低增長水平，但工業能耗仍占較大比重，工業節能，特別是大型制造企業的節能降耗對全社會的節能有著重大意義。上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠（以下簡稱上汽廠）積極響應國家節能減排號召，從管理入手，突破傳統能源管理的模式，引入自動化、信息化及互聯網技術，建立能源綜合管理站，優化人力資源配置，降低人力成本，并利用能源綜合管理平臺，增加能耗數據獲取的精準性，提高其可分析性，提升整體能源管理水平，為更合理、高效地使用能源、進行節能降耗打好基礎。

1 能源綜合管理的思路

上汽廠目前主要使用的能源有：電、水、壓縮空氣、天然氣、蒸汽等，之前大多分散管理，各自有各自的站房及運行維護人員，實行倒班制，能耗數據的獲取主要靠人力抄表，運行人員需求量巨大且操作者技能單一，不利于人力資源的優化，各站房間維護人員也很少互通互助。為此，我們提出能源綜合管理的思路，目的就是通過搭建能源信息化平臺將這些傳統意義上分散管理的能源進行集中管控，人員也進行復合型培養，統一分配，所有能耗數據不再依靠工人抄表，而是統一送到能源綜合管理平臺，進行自動報表生成、自動能耗分析等。

整個平臺的搭建先按照不同能源進行分類，針對特定類別的能源細化具體要求，分批分別建設各類能源的在線監控和操作運行系統，然后再將可合并、整合的視頻輔助監控系統、分析報表系統等通用組件進行集成，統一規劃，經過系統多次升級改造，可逐漸將全廠的能源形成一體化管理的局面，在能源管理上最大化的優化人力、物力資源，并能更科學系統的進行能耗數據分析，掌握工廠能源使用情況，為工廠節能降耗提供數據依據，發現高耗能生產環節、高耗能設備，進而提出節能規劃、改造方向。

2 系統設計及架構

根據上述思路，提出系統主要架構如圖1所示。

其中，各用能系統中獨立的部分為各自監控、操作運行系統，主要通過將原來各站房的就地操作通過光纖進行遠程操作實現。這樣做雖然整合了系統，但由于距離較遠，即使大部分儀表能送回設備基本狀況，但對其還是無法有更直觀的認識，因此，在能源綜合管理平臺中，對所有重要供能設備還要增加視頻輔助監控這個“雙保險”，確保供能安全可靠。

圖1 能源綜合平臺系統架構

除將各站房集中管理外，能源綜合管理平臺更重要的任務是進行能耗數據的采集與分析，給工廠提供節能降耗的發展方向。這需要首先對各能源消耗末端安裝終端采集器，完成對基本能源數據的采集，再綜合運用現場總線、以太網、光纖通信等多種通信方式上傳至能源管理平臺，對能耗進行分類、分項、分時段記錄。在這些數據上加以分析比較，就可找出用能不合理的環節，通過管理用能習慣，改造用能設備等手段，指導能源消耗合理化、高效化發展，幫助調整、優化用能模式。

3 能源綜合管理平臺功能及應用

3.1 配電自動化操作監控

配電自動化操作監控系統在能源管理平臺中運行部分占比最大，也是最重要的運行系統。目前，上汽廠供電模式是將電網公司提供的兩路35kV進線，采用雙母線分段形式，經廠內配電網6kV及400 V二級變電后，送至廠區內各車間、辦公室負荷。其中6 kV等級的高壓配電室有6座，變壓器室及400 V低壓配電室有近50座。電網自動化監控系統主要就是應用控制技術、信息處理和通信技術，通過計算機系統及自動裝置，代替人工進行各種運行作業，以提高供配電系統運行的安全可靠性。上汽廠配電自動化的主要對象是6座高壓配電室，利用二次回路的繼電保護系統對其進行實時監控和保護，利用遠程操作機構可對電容器進行投切，隨時調整全廠的功率因數在允許范圍之內，保障電能質量。同時，通過信息化遠動裝置及相關技術輔以視頻監控手段，直接對各高壓開關柜實現遠程操作，以進一步減輕值班人員工作強度，提高配電系統操作運行效率和水平。其主要網絡結構如圖2所示，根據上汽廠實際情況，目前已實施完成配電系統自動化運行大屏幕顯示。如圖3。

圖3 配電自動化大屏幕監控

3.2 供水、壓縮空氣操作監控

圖2 配電自動化操作監控系統主要網絡結構

同樣，對供水、供氣可作相應自動化改造，改變原有就地操作、就地監控的運行模式，將運行自動化程度提高，實現遠程操作，達到減員增效的效果。目前，上汽廠供水系統已完成改造，實現兩個升壓泵站自動化運行。壓縮空氣站也在改造過程中，此處不作詳細說明。

3.3 視頻輔助監控

雖然供能設備的遠程操作可提高運行操作的響應能力，但由于距離較遠，一些設備當場的狀態難以被掌控，如壓力閥跳開，雖然通過各項儀表顯示可以意識到大致狀態，但遠沒有視頻清楚明確。因此，為進一步提高遠程運行的可靠性，避免因遠程運行而導致的設備故障不能及時發現的情況，我們對原來設有值班人員的重要站房安裝視頻輔助設施，對其進行視頻實時監控，并可適當配以音效報警，提高遠程站房值班人員對遠端供能設備、設施關注的實時性，這在某種意義上也形成了“人在遠方，猶如就地”的值班模式。

數字視頻監控系統主要由網絡攝像機、IP智能存儲設備、解碼器、PC工作站、系統服務器以及網絡交換機組成，其系統結構如圖4所示：其中，網絡攝像機置于各重點供能設備，通過光纖將視頻信息送到網絡交換機，由解碼器進行解碼，最終把視頻呈現在上位機或集控室的大屏幕上，并由網絡硬盤錄像機將視頻保存，以供事后回看。有了視頻輔助系統，可更直觀地發現設備故障，或運行人員現場操作的失誤，能起到一定的監護作用。

圖4 視頻輔助監控系統

3.4 能源綜合分析、報表系統

不同于集成化運行，能源綜合報表系統更注重于能耗數據的實時采集和分析挖掘，以提供對工廠更有價值的節能降耗規劃和發展方向。它主要通過分配于各能源消耗末端的終端采集設備，完成對能耗數據的基礎采集，再綜合運用現場總線、以太網、光纖通信傳輸等多種通信方式上傳至能源綜合分析平臺，對能耗進行分類、分項、分時段記錄，找出用能不合理的環節，從而改造用能設備或是改變用能習慣，指導能源消耗合理分配，落實節能方案，為工廠生產節能產生直接經濟效益。

能源綜合分析、報表系統主要功能如下：

1）能源數據的采集與監測

能源數據的采集與監測是指在能源進廠儲存、加工轉換、輸送分配、終端消費的全過程中，對各工藝環節、工藝設備中的能源計量點進行各種定量，如電流、電壓、流量、溫度、壓力等的測定，將這些能源數據進行校驗，通過光纜等通信方式上傳至系統，解析后存儲至數據庫中，并實時呈現在操作電腦的顯示屏上，使用戶及時了解各自系統中的運行情況。圖5展示的是上汽廠二次供水系統實時運行的參數界面，其它供能系統也和供水系統一樣，具有可視化的友好操作界面，直觀顯示各項運行參數。

圖5 廠區二次供水實時監測畫面

上汽廠已對所有高壓配電室、2個二次供水水站以及1個壓縮空氣供氣站進行了能源表計的改造，實現了能耗數據的聯網，目前，正進行新一輪的表計改造，逐步將所有低壓室也加入到能源監測平臺中。目標是經過多次的改造和完善，能將各車間用戶（終端）的用電、用水、用氣全部納入監測平臺并進一步細化，對廠內的重點能耗設備也逐步加入能耗監控中，為企業積累一定量的基本能源數據。

2）能源數據的查詢與分析

能源數據查詢指的是系統可按照各種條件進行選擇，對某一特定計量點或多個計量點的能源數據進行查詢，既可追溯歷史數據、也可跟蹤實時數據。如圖6可知，本系統可在列表中選擇一個或多個數據類型，加入曲線圖中進行比較，也可直接按照時間查找對應參數的準確值。這些數據、圖表不僅能在能源系統發生故障時作為事故分析的依據，更可通過多方位的比較，了解各區域，各部門、及各重點耗能設備用能的差異，為做好能源的合理化管理打下基礎。

3）能耗的預警與報警

圖6 能源歷史數據查詢

能耗的預警與報警指的是系統能在能耗發生異常時觸發預警或報警機制，實現實時上報。為達到更精準的預警和報警功能，可根據重要設備的歷史數據分檔設立能耗報警參數，在監測的數據越限時觸發不同程度的警示，并記錄在案，便于隨時追溯查看。主要實現形式可分為能耗監察、用能異常追蹤、重點設備用能報警等。

圖7 系統自動生成的能耗數據年報表

4）能源報表的生成與管理

能源報表的生成與管理指的是通過建立統一的能源信息數據庫，能對各類采集的能源數據進行加工處理、統計計算，并根據實際需求靈活方便地生成各種報表，提供給各級能源管理人員。目前，系統能根據指定日期自動生成日報表、月報表、年報表等多種能耗數據統計表格，并可按能源管理的要求不斷擴展，設計并生成更多更細致的能耗數據比較表格。圖7展示的是系統自動生成的2017年年報表形式示例，按照各車間或各開關柜對用戶按月進行數據統計匯總，歸納清晰，一目了然。

自動生成的報表采用Excel形式，可直接存檔，也可另存后在新表中自由操作，選取需要的數據再利用。不僅如此，操作運行人員還可根據不同車間、部門的實際能耗管理要求，如將某車間多臺重點耗能設備單獨抽出作比較等，自定義報表，直接生成常規報表或圖形報表等多種形式，提供高效快捷的分析手段。

5）系統的安全管理

能源管理系統是個龐大而復雜的系統，涉及的操作管理人員非常多，需要針對不同用戶設置不同權限，甚至為了提高整個系統安全可靠性，在操作運行和查詢分析兩大不同功能組件之間，采用硬件隔離，即采用一套終端數據，兩個通信網絡，確保兩個網絡各有側重，互不干擾。

按上述思路，將整個能源管理分為操作運行和查詢分析兩大系統。其中，操作運行所處的網絡相對封閉，且響應速度更高，為的是滿足操作運行的安全可靠，快速響應要求，對它的管理還可進一步劃分層次，給不同等級的操作人員不同的操作權限，用技術的手段實現規范化的運行管理目標。相比之下，查詢分析所處的網絡就可相對比較開放，也能和工廠內部網絡相連，除能源運行人員外，能源管理人員、能源技術員，甚至能源用戶都可以通過不同客戶端，使用不同的權限進入查詢系統，隨時掌握能耗情況，隨時進行用能分析。

4 結語

企業節能減排的主要途徑是采用新技術對高耗能生產設備、生產環節進行節能改造，上汽廠建立的能源綜合管理平臺正是對主要耗能設備、耗能生產環節進行監測、識別的基礎。采用信息化技術、自動化手段，將廠區內的能源進行一體化管理，從表層上看首先優化了人力資源，提高了能源供給的自動化程度；從深層上說，建成的統一的能源數據庫，打好了企業能源管理的根基，提高了企業能源管理的綜合水平，為企業更好地配置資源、組織生產提供支持和服務，使能源成本核算工作更加準確，從而幫助企業更好地實現節能目標，履行社會責任。

Design and Application of Energy Comprehensive Management Platform in Enterprises

Wang Shan
Shanghai Electric Power Plant Equipment Co.，Ltd Shanghai Steam Turbine Plant

In order to meet national energy saving and emission reducing goal and change current situation of dispersed and low level intelligence enterprise energy supply, the author puts forward to build up energy comprehensive platform to fit for plant production, which applies automation, information, internet and other technologies. From station operation to energy data collection and analysis, the system realizes integrated management and maximizes resources allocation and improves energy management level to achieve energy saving goal and sustainable energy renovation for enterprise.

Energy Comprehensive Management, Energy Integration, Energy Information, Energy Saving and Consumption Reducing

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.06.013