應用能源管理系統實現紡織企業碳足跡檢測研究

姜秀溪，賀小荷

(1.濟南市中小企業公共服務中心，山東 濟南 250010； 2.濟南市企業技術進步促進中心，山東 濟南 250031)

紡織行業從原料的采集、紡紗、織布、染色一直到做成服裝，其消耗的能源費用僅次于原料成本[1，2]。這期間經歷的各個環節都會產生能源消耗和碳排放，因此，紡織工業需建立和擁有“碳足跡”的數據儲備庫及具備行業特點的降碳體系。

1 生產調度與能源管理系統構成

1.1 硬件配置

硬件設備的選型遵從工業用硬件的標準，具有容錯和自診斷能力，以保證長期運行和擴展的需要。設計上按照功能分為系統實時服務器和WEB發布服務器。為了保證系統連續可靠運行，必須建立一套技術先進、性能穩定的硬件平臺。

1.2 網絡結構

整個系統的數據傳輸安全極為重要，所以通訊網絡設計以光纖網絡建立的TCP連接為基礎，組成一個廣域的實時通訊網絡，實現各采集設備與控制中心系統間的實時通訊。

在系統中，各計算機通過網絡交換機組成局域網，整個系統內網通過硬件防火墻和WEB服務器對外發布數據，保證了整個系統數據庫的安全；由前置服務器接收、解釋、換算從現場采集系統傳送來的實時數據；服務器負責處理、存儲、管理這些實時數據，其他服務器和工作站作為客戶端訪問服務器，實現數據訪問和資源共享。

2 系統功能

能源管理系統的計量數據采集點遍布整個廠區，實時反映全廠生產設備和動力設備的運行情況，實現對紡織生產設備運行管理的實時監控。對全廠配電、空調、蒸汽、空壓、供水等動力系統進行計量、檢測、控制，實現對企業能源系統的生產、輸配和消耗環節實施集中扁平化的動態監控和數字化管理，完成出口紗的碳足跡統計和歷史數據的儲存。

2.1 生產調度系統檢測

2.1.1 生產設備狀態監測

通過采集電能表的電流、電壓、電度數據，可判斷這些設備有幾臺是在正常運行、幾臺在停車。再配合設備維修計劃，在系統圖上實時顯示這些設備的運行狀態。儲存一定時間內的生產和動力設備運行情況數據，在事后可進行追溯和復原。

企業生產設備大多配備大功率電機，根據廠區配電圖和現場實際考察，配線出線至配電柜，每一臺配電柜控制6～10臺型號、參數基本一致的設備。通過采集電能表的電流、電壓、電度數據，可判斷這些設備有幾臺是在正常運行、幾臺在停車。生產和動力設備的運行情況在一定時間內儲存，在事后均可進行追溯和復原。

2.1.2 空調系統

企業現狀：11個空調室，紡部7個大空調，織部4個。正用的是6個(全部為紡部)，采用變頻控制。空調部三班運轉工，每個班對溫濕度進行兩次監測，再進行調節。目前全廠空調的調節方式為手動方式。在車間定點安裝有37臺溫濕度計，工作人員定時記錄測量數據，然后手動調節空調設備的輸出。控制方式滯后，導致了調節車間溫濕度始終滯后于現場環境條件的變化，并且由此造成了空調設備的耗電量過大。

通過更換安裝智能式傳感器，采集現場的數值遠傳至變頻器，由變頻器根據采集到的數值調節風機等設備的輸出，改變了以往依靠人工手動調節，實現了無人自動調節現場的溫濕度。

根據工段和設備分布安裝智能溫度和濕度傳感器，輸出電流信號。將所有傳感器的信號通過屏蔽電纜傳送到空調間的控制柜，利用PLC的模擬量輸入功能采集現場溫濕度數據，自動對數據進行分析。

2.1.3 產量統計

企業紡部清花產量和最終產品包裝統計采用稱重計量，其余采用長度計量；織部產量統計采用長度計量。目前采用人工統計方式，計量分散且不能夠實時調用，不利于碳足跡數據采集。

在軟件系統設置人工錄入接口，工作人員可以將每個批次的產品按照不同的型號和班次錄入數據，系統自動進行后臺計算，可以得出產品的累積產量和能量單耗，從而為進行碳足跡計算提供基礎數據，以及精確地進行內部考核。

2.2 能源管理檢測系統

2.2.1 概述

該企業綜合能源消費量為1.5萬噸標準煤，其中80%消耗為電消耗。目前年消耗電力7600萬千瓦時，原煤2360噸，汽柴油61噸，蒸汽3000噸。生產生活用水由自備井供應。企業有2臺鍋爐(供氣量分別為4 t/h和2 t/h)用于生產和供暖。

2.2.2 電能量管理

企業目前年耗電7600萬 kWh，占企業耗能的80%。全廠建有1座35 kV/10 kV變電站和6座配電室，其中1#～5#配電室給紡部車間供電。織部配電室給織布車間供電，一共安裝有100多臺電表計量全廠用電情況。目前采用人工抄表方式統計用電情況，數據統計滯后，不能夠實時了解用電情況。

將電表全部更換為智能電表，在線實時計量生產設備用電。實時監控各種用電設備的用電數據，并且實時計算用電單耗。實時統計某一類設備的用電情況。由用電信息可以統計出每一個批次產品在各個工序的用電情況。為碳足跡統計提供基礎數據。

同時將全廠的用電情況分類統計，生產用電可按不同的工序、不同時段統計，將全廠的用電管理細致化，通過能源平衡原理，找出可能的節電點，輔助節電措施，達到管理節能的目的。

2.2.3 空壓系統管理

目前全廠使用壓縮空氣的工段有細紗、自絡和清鋼聯。共有5臺空壓機，每個空壓機房配備有1個儲氣罐用于儲存壓縮空氣。其中有4臺空壓機管路聯網，全部采用降壓啟動方式。由于車間細紗等使用壓縮空氣的設備數量大，而且在生產的過程中無論現場生產設備運行情況如何，空壓機都保持運行狀態，因此空壓機的耗電較為嚴重。

在壓縮空氣管路設置壓力變送器，實時監測壓縮空氣使用情況和相應的管道壓力。實時記錄空壓機出氣和設備用氣數據，得出壓縮空氣的使用效率。通過計量現場管道壓力，可以及時發現壓縮空氣的漏氣以及供氣不足等故障，從而得以迅速解決。通過以上舉措，可以使壓縮空氣得到最大化的應用，并且通過光纜將流量和壓力等數據傳輸到調度中心。

2.2.4 蒸汽計量管理

目前全廠使用壓縮空氣的工段有細紗、自絡和清鋼聯。共有5臺空壓機，每個空壓機房配備有1個儲氣罐用于儲存壓縮空氣。其中有4臺空壓機管路聯網，全部采用降壓啟動方式。由于車間細紗等使用壓縮空氣的設備數量大，而且在生產的過程中無論現場生產設備運行情況如何，空壓機都保持運行狀態，因此空壓機的耗電現象較為嚴重。

在壓縮空氣管路上安裝壓力變送器，實時監測管道壓力，確保生產的正常進行。并且可以及時發現壓縮空氣的漏氣以及供氣不足等故障，從而得以迅速解決。通過以上舉措，可以使壓縮空氣得到最大化的應用，通過屏蔽電纜將壓力數值傳輸到數據采集裝置處，并且通過光纜將壓力數據傳輸到調度中心。

2.2.5 供水管理

目前全廠只有一臺總進水水表。供水設備有2臺深井泵(功率均為3 kW)和8臺淺井泵(功率均為22 kW)，其中深井泵采用變頻方式控制，其余水泵為普通降壓啟動方式，由于沒有相應的計量系統，容易導致自來水利用率不高和資源浪費現象。

安裝智能遠傳水表，實時計量供水和用水量，以及相應的管道壓力。通過以上數據的實時監測可以實現用水的精細化管理，及時發現管路漏水以及水泵出水故障，從而保護電機裝置，節約水資源。

3 建立碳足跡數據庫

根據紡織企業生產管理特點和能源消耗情況，針對產品碳足跡的要求，建立企業出口紗碳足跡數據庫。

3.1 主要生產的能耗品種

生產設備直接消耗的電力、蒸汽等，直接計量統計；輔助生產的能耗和介質，如空調消耗的電力、織布消耗的壓縮空氣等按車間(工序)分攤。

3.2 跟蹤每個產品規格批次

對各個工序的生產能耗進行計量，對輔助生產能耗進行分攤，完成每個產品規格批次的能耗統計。

3.3 生產計劃數據與能源統計數據相關聯

以生產計劃為依據，根據生產計劃執行的產品規格批次、使用的生產設備、生產的起止時間、產品產量，自動生成每個產品批次的能耗，單件產品能耗和碳排放數量。

4 結語

紡織行業要建立和擁有“碳足跡”的數據儲備庫，根據紡織企業生產管理特點和能源消耗情況，建設生產調度與能源管理系統，對實現優化生產工藝，提高產品質量、節能減排、安全生產都有著重要的現實意義。