工商業大用戶能源管理系統研究與實踐

徐琴

（江蘇聯宏智慧能源股份有限公司，江蘇 南京 210000）

一、引言

當我們一方面感慨夏天不停電、冬季不斷氣的強大能源供給時，另一方面又為高碳排放、環境污染而擔憂。那么如何保障電能供應,又保護環境呢,以改變能源結構、提高用源效率、綠色環保為核心的智慧能源革命是當今社會經濟發展的重要角色。

智慧能源管理系統是通過能耗數據的采集、存儲、挖掘與分析，結合能源質量分析、用能安全預警、節能診斷、能耗審計等管理手段構建的能源信息管理工具。利用云計算、大數據處理、物聯網等信息化技術，可以將能源信息資源開放共享，形成社會性的能源數據大平臺。為用能企業實現能源管理精細化、信息化創造條件，也為電力企業進行平衡電網控制、實現移峰填谷的提供參考和決策依據。

工商業是用電大戶，供電系統的發電量80%由我們的工商業大戶消耗掉。在工商業領域建設智慧能源管理系統意義重大。

二、工商業大用戶的用能現狀

（一）大用戶的用能特點

負載大，能耗大：不管是工業企業還是商業企業里，大負荷、高能耗設備聚集，設備的運行對電網影響大。

能源利用效率參差不齊：由于技術、經濟水平的影響，高能耗設備的淘汰、節能改造的力度不一，還存在大量的設備能源浪費現象。

能源管理水平落后：盡管工商業用能大，成本高，但很少有企業投資能耗管理,不管是用能成本還是用能質量,很少有本細賬。

（二）社會發展大背景

德國提出了工業4.0 未來工業發展的模式，中國借鑒德國工業4.0 計劃，提出了"中國制造2025"的發展方略。中國工業數據化、信息化、智慧化轉型將會在隨著中國經濟增長模式的轉變過程一起完成。

眼下蓬勃發展的大數據、云計算、物聯網等現代化信息集成技術，將推動中國社會的智慧化進程，包括能源領域的智慧化、信息化管理。

三、用能管理的需求分析

（一）電力系統能源管理的需求

中國發電機組的裝機和發電容量已經世界前列，極大的滿足工商業的發展，但是我們的能源利用率低，發電機組閑置率高，造成巨額的建設和維護費用。從電能的供給側看，越能清楚地了解需求側的用電規律和特性，越能更好地協助預測發電量，進行運行預警等管理控制。通過建立需求側能源數據大平臺，可以實時掌握用電需求，平衡用能分配、開展削峰填谷等能源管理活動。

電力管理系統從輸配電業務管理到綜合能源服務的轉型，為了能更好的開展綜合能源服務,需要更多的了解用能單位的信息與需求。盡管電力公司可以通過電費繳納系統了解用戶的用電數量，但這種數據顆粒度太粗，不能滿足綜合能源服務的需求。需要建一個用能管理大平臺，通過能耗數據的采集與分析，了解各類用戶的用能需求和能耗特性；引導節能改造、實現能效提升需要數據和平臺的支撐；能源結構性改革、新能源的使用推廣，也需要一個平臺來監測評價使用效果；更好地引導電能消費、執行電價調控等也需能源管理平臺作為互動的媒介。

（二）國家節能減排監控管理的需求

為了提高能效，實現節能減排，有效推行國家《節能法》的實施，國家鼓勵和支持企業單位建設管理系統平臺，以利于國家節能部門對高能耗設備進行能耗的運行監測和對企業節能減排工作的監督管理。

（三）用戶內部能源管理的需求

企業普遍重視技術研究，但不重視流程能耗管控，一般愿意對生產線進行自動化改造，但很少企業愿意出資建能源管理系統；國內大部分企業還是人工巡檢、操表記錄能耗數據，這種工序不能實現企業實時能源質量監測、能耗異常報警功能；其次，缺乏有效的能源分析、能效診斷、用能優化等控制環節，不利于企業能耗成本的降低。能源成本作為企業產品、服務成本的一部分，建立能源成本可視化、數據化、信息化管理是企業發展的必然趨勢。

四、能源管理系統的示范建設

工商業大用戶能源管理系統的示范建設分四步走：首先，通過踏勘調研，選取有行業、用能典型意義的企業作為示范單位；其次通過部署傳感設備和采集裝置對典型用能設備進行用能數據的采集處理；第三建設能源管理專網，實現能源數據的傳輸和調度控制；最后，建設能源管理系統平臺，完成能源數據展示、存儲、用能分析、能效診斷及用能優化等功能。

（一）能耗監測點位覆蓋

通過踏勘調研，對選取的工商業大用戶進行能耗監測點位部署。一般情況下能耗監測點覆蓋：變配電高低壓進出線、照明、空調機組、壓縮機、水泵、風機、烘干機、電梯及重點設備的配電回路。安裝多功能電力終端設備和電纜溫度傳感器，實時采集用電回路的三相電壓、電流、實時有功功率、無功功率、各相功率因素、頻率、需量、三相支路漏電流、三相電纜溫度、三相電流、電壓高次諧波含有率和諧波畸變率,以及分相與正反向總有功電能、總有功電能；分相無功與正反向總無功電能、總無功電能等；

（二）能源管理系統網絡架構

能源管理系統采用先進的、安全可靠的“分布式高速實時控制網絡”核心技術和關鍵產品構建，系統由三層網絡組成：數據采集層：也稱設備層網絡，數據傳輸層和數據管理層。

數據采集層：采用LONWORK 總線技術，通過網絡控制器對多功能電力終端、數據采集網關等計量監測裝置實現數據通信與采集。LonWorks 控制網絡具有拓撲結構靈活、傳輸介質和方式多樣、傳輸速度快、抗干擾能力強等優點。

網絡傳輸層：實現網絡控制器與企業數據服務器的通信和交換。從系統穩定性、可靠性、實時性和易擴展性考慮，各網絡控制器與企業服務器之間建設獨立光纖環網，本層采用TCP/IP 協議。

數據管理層：實現企業能源管理系統服務器與地方能源管理局或方天云平臺數據服務器之間的通信與數據交換。建設光纖專網，通過能源管理終端及接口軟件的處理完成云數據的匯聚和分享。

（三）能源管理系統平臺建設

能源管理系統平臺主要指企業級能源管理平臺系統，包括數據服務器、監控工作站、UPS 等硬件設備和配套的系統軟件和管理軟件組成。

智慧能源管理系統開發有兩套管理軟件：一套是基于C/S（Client/Server，客戶機/服務器模式）架構的業主版軟件，一套為基于B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器模式）架構的中心版軟件，另外根據業主管理的需求開發配置手機APP 功能，實現功能的延伸。

C/S 軟件提供生動的模擬顯示畫面，根據企業配電系統能流圖顯示各級用電開關、設備的用能實時數據，并提供電流、電壓、功率等重要參數的歷史曲線和歷史查詢功能。并提供分類、分項、分級數據統計和電能異常報警功能。

B/S 軟件提供更豐富的用能統計、分析功能。可實現各種能耗指標的綜合對比操作和分析功能，并以圖標、柱狀圖，餅狀圖，曲線圖、報表等方式顯示，還具備設備管理、能效管理、用能審計等功能，可為企業能源決策提供指導。

五、能源管理系統項目示范實踐

工商業大用戶能源管理示范項目在蘇州環金雞湖率先示范實施。部署監測點位超過5560 個，關系20 家工商業用戶。

其中蘇州歐瑞康是蘇州環金雞湖工商業大用戶能源管理示范建設項目一期用戶，部署監測點位700 余個，建設了以B/S 和C/S 架構的能源管理平臺，實現全廠一、二級能源系統和重點設備監測全覆蓋。

蘇州金陵觀園酒店，是二期大用戶，準5 星級大酒店，擁有200 間套客房，四個獨具特色的餐廳和近1500 平方米的會議宴會場所，部署監測點位300 余個，建設了以C/S 架構的能源管理平臺，實現變電所和重用用能設備的全覆蓋。

（一）能源管理平臺功能實現

能源管理平臺2018年3 月建設完成，試運行半年多來可實現的功能分析如下：

1.實時在線監測，實現生產安全用能

能源管理系統通過能源管控軟件以數據圖形、表格和曲線的形式在各級終端展示，實現對企業能耗的實時動態管控。下圖為金陵觀園酒店變電所的用能監控畫面，生動的展示配電系統的能流拓撲圖，清晰的反映各能耗監測點位的用能關系。可實時監測每一點位開關狀態、電能參數、線纜溫度信息。通過電能參數的監控，為一些重要的設備提供事前保護依據，以免干擾或損壞設備的運行性能；另一方面可及早發現設備過流、發熱等異常現象；以免設備損壞及惡性事件的發生。

通過監測設備企業變壓器、冷凍機組等大型設備的實時功率與趨勢曲線，計算負荷滿載率，可以了解的設備容量是否滿足安全生產、后續發展的需求；通過監測漏電流參數可以及時排查處理漏電隱患，避免設備、人生安全事故的發生。能源管理系統監測、診斷、報警功能，相對于人工巡檢更及時、更全面、更有效的優勢。

2.豐富的能耗統計方式，實現能源成本信息化管理

能源管理系統可通過不同形式進行能耗統計與展示，如曲線、柱狀圖、報表等方式。下圖為歐瑞康的各車間能耗消費統計排名。歐瑞康是一個集團企業，主要從事紡織、傳動機械生產、涂層加工等服務，在蘇州園區內部集中了多家獨立核算的子公司，還有多家合作生產伙伴。在用能管理和用能成本核算一直是他們的短板。能源管理系統高密度的能耗采集點位，可以精準的統計各工藝生產流程、管理區域、職能部門的能耗數據。

能源管理平臺可以提供強大的能耗成本核算功能，輸入能源單價，可進行各種成本計算，并可直觀地提供個企業各個管理部門使用，特別是財務管理部門；通過數據接口直接與企業財務管理軟件對接，免除財務人員繁瑣的能耗數據收集與錄入程序，解決原始的能耗成本模糊分攤模式。通過能源管理平臺實現了企業能耗管理的數字化、信息化。

3.能源管理平臺的建設，有助于企業能源管理水平的提升

能源管理系統將能耗監測、數據分析、能源管理統一到一個平臺上進行，重點解決企業能源信息可視性差，缺少對能源數據及其影響因素的綜合分析、管理力度偏弱等問題。通過能源管理平臺，幫助企業強化能源消耗、能源核算管理，確定能源成本和性能的責任中心；貫徹能效指標、能耗公示、定額考核，規范和加強能源管理，使企業管理更加科學化。

能源管理平臺可以進行用能審計，輸入國家規定的相關能耗標準，及時發現能耗異常和超標的設備，通過淘汰或節能改造措施，來降低企業的生產能耗成本。還可以輔助設備臺賬管理，包括設備安裝位置、額定參數、使用年限運行報警記錄等豐富信息。有助于企業及時調整設備運維和節能改造計劃，促進系統優化、能源管理合理化調度。

上圖歐瑞康3月下旬到11月上旬的年用能走勢，紅色為整個廠區用電，藍色為B 車間（巴爾查斯涂層車間）主要耗能生產單位，在非空調季節用能占全廠的一半。綜合考慮氣溫和生產量的變化，可以對企業電力負荷、能耗趨勢進行預測，從而對未來電力負荷的時間分布和空間分布進行合理調度，為電力系統規劃投資提供可靠的決策依據。

4.能源管理平臺的建設，挖掘能效提升潛力，減少用能成本

根據企業相對于空間和時間的能耗分部趨勢，合理監測企業的用能習慣，積極挖掘節能空間。上圖是歐瑞康的日用電趨勢圖，峰谷能耗差明顯（除了管理人員白班制，部分生產車間為白班加晚班至晚8:點半，大部分生產車間為三班制）。可以通過調整作息時間，改變企業的能源習慣，有效利用峰谷平的分時用電差價，不僅可降低企業能耗成本，還會給企業帶來更好的用能體驗。

上圖是歐瑞康C 車間充電裝置的運行圖，基本上是每天下午5 點開始到到凌晨3、4 點結束，蘇州地區峰谷電的時間是晚上9 點到凌晨7 點，從節約用能成本的角度出發，可以調整充電時間，推遲到晚上9點開始充電，那么整個充電高峰期就全部落在谷期低電價時段。

對于安裝光伏、風電等新能源的企業，可以根據企業用能和綜合電價，合理制定發電與儲能控制策略。

歐瑞康主要生產性用能設備為機械加工設備、加熱設備、壓縮機、車間照明、空調設備及生活配套設施如廚房電氣、充電車棚等，其全廠生產車間的空調采用中央空調集中供冷，各單位的辦公區采用VRV 多聯機。在空調高峰季節空調能耗約占全廠總能耗的40%。

上邊左圖是歐瑞康企業展廳空調4-10 月份峰用能趨勢，右圖是8 月3日到8 月8 日六天的用能趨勢，可以看出前幾天展廳空調沒有正常使用，而且全天候開啟，浪費現象嚴重，可以通過平臺設置監控報警和定時控制功能，避免不必要的浪費。

（二）建設能源管理數據云平臺，為大電網調度控制提供依據

企業能源管理平臺的建設，是國家電網需求側管理大平臺建設的一部分。企業的用能數據通過能源網絡傳輸到地方能源管理局或云平臺，再通過云端大數據計算分析，提供給電力管理部門，成為電力管理部門電網平衡與調度的決策依據。也是電力管理部門更好為用戶提供綜合能源服務和組織電網柔性調峰的平臺基礎。

地方能源管理部門可以通過能源專網發布能源管理信息和能源調控命令，成為能源管理部門與用能企業的交流與互動的公共服務平臺。為國家電網智慧化、信息化管理提供實踐基礎。

六、結束語

工商業能源管理示范項目的實施建設可打破信息孤島堡壘，整合社會資源，營造服務于工商業用戶、電力管理部門、政府部門、研究機構的能源消費互聯網生態環境，促進能源需求和能耗信息管理深度融合，推動工業領域能效監測、節能改造起到示范作用，也為“工業2025”的到來，為智慧化能源、智慧化城市的建設夯實了堅實的一步。