能源監測系統在棉紡廠錯峰用電方面應用研究

趙小崗

（西安紡織集團有責任公司，陜西西安，710025）

棉紡廠的能源成本大約占生產成本的15%，能源管理對于紡織廠來說極為重要。如何做好能源管理，特別是在當前紡織企業步履艱難之際顯得尤為重要。為了全面提升能耗利用水平，向管理要效益，向技術要效益，實現降本增效，就需要通過工作創新、技術創新、進一步促進用能水平不斷提升、降低能耗。國家為了鼓勵企業科學用電、均衡用電，對各時段用電價格做了具體規定。本研究就能源監測系統在前紡車間錯峰用電方面的應用做淺顯的分析。

1 前紡車間錯峰節約電費的可行性

前紡車間機型眾多，工藝路線、工藝組合多變。從生產調度的角度來說，前紡車間的生產以保證后續工序生產不脫節為原則，要保證前紡生產產能相對于下道細紗工序有富裕，設備有休息停運時間。這就為合理調整設備運行時間，更加高效地利用峰谷價差提供了可能。

2 錯峰節約電費的基本原理和方法

錯高峰節約電費的基本原理是盡量錯峰或減小峰值時段用電，增加谷值時段用電，從而達到降低用電費用的目的。

但是，在工廠生產中，到了峰值時段，不能簡單地關停設備，到了谷值時段，也不能簡單直接開動設備。現代化的工廠都是連續運轉的生產線，開關設備都有一定的流程，必須按照流程要求的先后和時間間隔分別開關設備，所以車間設備的開關都需要一定長度的時間。同時，運行車間設備還要考慮車間人員和班制情況，例如，三班制和四班制的設備運行時間就不相同。鑒于以上原因，不同的工廠車間都有各自的設備開關程序，因而就有不同的用電負荷曲線，并且每個車間的用電負荷曲線大體是不變的。要做到錯高峰用電，就必須研究用電負荷曲線，制定合理的錯高峰用電方法。常用的錯高峰降低電費方法有以下兩種。

一種方法是徹底改變現有用電負荷曲線，重新建立新的更加合理的用電負荷曲線。如果現有的用電負荷曲線明顯存在錯谷用峰情況，用電過于不合理，造成電費過高，并且車間現有人員、設備等情況允許，可以根據分時電價的時間段，重新編排班制和設備運行時間。這種新的班制和運行時間就會產生新的用電負荷曲線。如果編制合理，將能大大降低用電費用。這種方法，涉及到車間運轉編制的調整，牽扯到人員配置、運轉管理、設備運行等，對整個車間影響較大，實施難度也較大。

另一種方法是適當平移用電負荷曲線，不改變現有用電負荷曲線。如果現有用電負荷曲線基本上做到錯峰用電，用電較為合理，但是還有部分潛力可以挖掘，這時我們可以通過適當調整運行時間，平移用電負荷曲線，進一步挖掘降費潛力，使之更加合理。這種方法只調整基本運行時間，不涉及車間運轉編制的調整，對車間影響較小，簡單易行。

3 用電負荷曲線的獲取

一般情況下，生產調度按照峰平谷電價時段，根據供應情況，安排前紡各工序設備的開臺。由于缺乏能耗監測手段，只能從理論上大概估算，大體上是可以做到削峰填谷。要把節能降費做得更加精準和高效，必須采取一定的技術監測措施，獲取用電負荷曲線，分析負荷曲線，才能制定有效措施，做到精準和高效。

我公司新廠建設時，為了加強能源管理，建立了能源監測中心，配置了DF8003 型能源監測系統。該系統采用scada 技術，可以對各種能源通路上智能儀表實時采集數據，通過計算機通訊存儲、處理、顯示，從而獲得用電負荷曲線，為精確地削峰填谷，節約電費提供依據。

3.1 前紡車間基本情況

前紡車間工序長，所涉及的設備種類多，數量也比較多。我們將工序簡化為4 道，即梳棉工序包括清梳聯、清棉、梳棉及相應的除塵；精梳工序和其對應的除塵；并粗工序包含條并聯、并條、粗紗及對應除塵。

為了使能源監測在棉紡廠生產監控中發揮更大的作用，從能源配送電系統的設計階段就采用了能源利用監測系統，在樹形的逐級配送電布置中對不同工序加以區分，智能電表逐級、逐臺配置，數據通過網絡上傳，存儲［1］。

3.2 前紡車間用電數據提取

根據前紡電表布置情況，我們制定了電能數據提取措施，確定了數據統計分析方法，希望在數據中找到規律，找到節約能耗費用的突破點。

能源監測系統中存儲有大量的能源歷史數據。利用DF8003 型能源監測系統提供的報表制作程序paratab.xls 進行相應數據的提取［2］。以整點時間的電表碼來進行數據提取。

按照同一原則，對各個工序電表數據進行逐月提取后，通過算數平均值確定了前紡車間各時段月度日均用電量數據報表，見表1。

西安市供電局執行的峰、平、谷時段為：峰值段 8：00～12：00，19：00～23：00；平值段為 7：00～8：00，12：00～19：00；谷值段為其余時間。

以S峰，S平，S谷表示各段時間電度值，則上表中：

通過報表進一步分析，各時段日均用電量合計40 834 kW·h，峰值用電量 11 998 kW·h，峰值用電量占比29.4%。是否還有改進空間，就需要進一步制作前紡車間的用電負荷曲線。

3.3 獲取用電負荷曲線

利用獲取的前紡各工序用電瞬時功率數據，可以在電腦上制作生成各工序和車間總的24 h用電負荷曲線，見圖1。

表1 前紡車間各時段月度日均用電量數據

圖1 各工序用電負荷曲線

可以看出，在前紡各工序中，梳棉工序明顯是用能占比最多的工序，也是節能最有潛力的工序。從車間總的用電負荷曲線圖可見，前紡車間生產負荷的變化情況，總的來說峰平谷用電比較合理。但是，也可以明顯地看出，最低負荷出現在7：00 點到8：00 點之間。而這個時間段是平價時間段，可以更充分地利用。

4 平移用電負荷曲線

從車間總的用電負荷曲線分析可以看出，適當將用電負荷曲線平移推遲，還可以降低用電費用。對于平移多少，我們分別按平移1 h 和2 h 進行分析。

4.1 用電負荷曲線平移推遲1 h

將用電負荷曲線平移推遲1 h，則用電負荷曲線前后發生如下變化，見圖2。

圖2 用電負荷曲線平移推遲1 h

在用電負荷曲線圖中，t為時間，單位 h；P為功率，單位kW。假設負荷曲線函數為P=P（t），則全天用電量為曲線下方的面積，公式如下：

一天的平值用電S平、峰值用電S峰、谷值用電S谷分別如下：

如果用電負荷曲線平移推遲1 h，則其負荷曲線函數為P=P（t+1），全天用電量為：

因此，一天的平值用電S移平、峰值用電S移峰、谷值用電S移谷分別如下：

我們企業的電價為：峰值0.854 7 元/kW·h，平值 0.540 1 元/kW·h，谷值 0.225 5 元/kW·h。以此電價計算負荷曲線平移前后的一天電費如下。

用電負荷曲線平移前電費F（元）：

用電負荷曲線平移后電費F移（元）：

通過計算，用電負荷曲線移動后，電費降低了4%左右，其中峰值占比下降19%左右，節能降費效果顯著。凸顯了能源監測系統在節能中的精確性、可預見性和直觀性。見表2。以年工作354 天計算節約電費29.735 4 萬元。

表2 用電負荷曲線平移前后一天用電費用對比

4.2 用電負荷曲線平移推遲2 h

我們將用電負荷曲線平移推遲2 h，分析發現峰值確實下降較多，但同時谷值也出現了較大幅度的下降，通過計算發現平移2 h 較平移1 h 節約用電費用效果要差一點。

我們再根據機臺的功率和生產情況構建了理想化的峰值分布用電負荷曲線，見圖3。可以發現平移1 h 時用電負荷曲線落在現狀和理想負荷曲線中間區域，應該是比較合適的調整路線。

圖3 平移與理想用電負荷曲線對比

5 結束語

從DF8003 型能源監測系統獲取的大量數據，對于分析能源消耗和節能診斷都有著較大的價值。在能源調度和生產調度中，要充分利用這些大數據，為企業減少用電費用、降低成本、節約資金發揮作用。通過分析用電負荷曲線平移推遲1 h 后發現，用電峰值占比可下降19%，電費降低4%，年節約電費29.735 3 萬元。據此我們對前紡車間的早班上班時間由8：00 調整為9：00，按照新調整的時間運行，整個車間生產秩序正常，同時也節約了電費支出，取得了較好的經濟效益。