摘要: 能源管控是工業(yè)園區(qū)實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能減排的必要手段。以上海電氣臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)為對象，采用較好的信息技術(shù)，建立了從園區(qū)能源供應(yīng)到企業(yè)終端用能的智能能源管控平臺，在實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)在線監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)的同時(shí)，引入企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)和園區(qū)供能協(xié)調(diào)機(jī)制。
關(guān)鍵詞:工業(yè)園區(qū)；能源管控；信息技術(shù)；節(jié)能
進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設(shè)加速，工業(yè)園區(qū)如雨后春筍般興盛起來。目前我國工業(yè)園區(qū)建設(shè)和發(fā)展經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從功能單一到多元化、從分散到集中的發(fā)展過程，在推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于能源緊缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)峻，節(jié)能減排也成為工業(yè)園區(qū)建設(shè)和發(fā)展的要點(diǎn)之一。
由于工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)眾多，而園區(qū)往往都有獨(dú)立的能源生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)，因此其系統(tǒng)節(jié)能不是單一的能源生產(chǎn)系統(tǒng)、能源輸送系統(tǒng)或能源利用系統(tǒng)節(jié)能，而是從能源生產(chǎn)到終端設(shè)備應(yīng)用的全流程一體化節(jié)能。為此，需要以整個(gè)園區(qū)能源信息監(jiān)測為基礎(chǔ)，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建園區(qū)能源監(jiān)控平臺，對數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，采用優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)管理節(jié)能。工信部節(jié)[2014]30號文也指出，“通過建設(shè)能源消耗數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，運(yùn)用在線監(jiān)測、能源診斷等分析”來提高節(jié)能監(jiān)察工作的能力。
1 國內(nèi)工業(yè)園區(qū)能源管理現(xiàn)狀
從能源管理的水平來看，能源管理的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：
(1)粗放式能源管理只有總的能耗數(shù)據(jù)(月賬單 、年賬單)；對工藝及設(shè)施的能耗數(shù)據(jù)不了解；缺乏**的能源管理機(jī)制。
(2)基本能源管理有安排人員進(jìn)行人工抄表，并對抄表數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、制表；有簡單的抄表和電力檢測系統(tǒng)；缺乏對海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、整理和分析。
(3)能源管理體系對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理；對能源用量、能耗成本進(jìn)行分?jǐn)?；生成各種關(guān)鍵能耗指標(biāo)；根據(jù)系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行需求側(cè)管理；利用能源管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)浪費(fèi)；利用能源系統(tǒng)進(jìn)行績效考核。
目前，國內(nèi)工業(yè)園區(qū)的能源管理介于第2階段和第3階段之間：有熱工抄表數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)，部分企業(yè)有簡單的能耗分類統(tǒng)計(jì)、能耗分?jǐn)偨y(tǒng)計(jì)等簡單指標(biāo)分析。但存在的問題主要有：一是信息化程度弱，沒有實(shí)現(xiàn)自動抄表、自動記錄存檔、自動生成報(bào)表功能；二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不精細(xì)，對海量數(shù)據(jù)沒有細(xì)致、合理的分類統(tǒng)計(jì)；三是數(shù)據(jù)分析不及時(shí)，沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，沒有給出與生產(chǎn)掛鉤的核心指標(biāo)，僅在年度統(tǒng)計(jì)中有考量；四是節(jié)能減排沒效果，沒有利用數(shù)據(jù)分析為企業(yè)的節(jié)能減排提供建議；五是園區(qū)和企業(yè)聯(lián)動管理不緊密。
2 方案設(shè)計(jì)
本文以上海電氣臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)為對象，以智能能源服務(wù)系統(tǒng)為核心，將能源生產(chǎn)的上游終端與能源消耗的下游終端通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)建園區(qū)智能能源管控平臺，如圖l所示。該平臺包括能源的生產(chǎn)、輸送、分配、服務(wù)、用戶等多個(gè)要素，以生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程為依托，以科學(xué)的管理流程為支持，以智能化的信息分析和決策模塊為手段，實(shí)施能源生產(chǎn)、輸送、調(diào)配的集中管控與快速響應(yīng)，建立閉環(huán)能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)與能源消費(fèi)之間的優(yōu)化互動，從而提高設(shè)備利用率，降低闊區(qū)單位產(chǎn)值的能耗，實(shí)現(xiàn)從能源生產(chǎn)到終端設(shè)備用能的系統(tǒng)節(jié)能。
信息支撐平臺是智能能源管控平臺的基礎(chǔ)，它采用集成了多協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，通過現(xiàn)場儀器儀表、傳感器、執(zhí)行器和工業(yè)控制系統(tǒng)等，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行信息采集，經(jīng)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳遞給數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心提供海量異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲、挖掘等技術(shù)，為智能能源管控中心的各類應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)保障；在生產(chǎn)應(yīng)用層面，基于數(shù)據(jù)信息完成園區(qū)的能源管控和相關(guān)的服務(wù)，并通過終端界面為各類用戶服務(wù)。智能能源管理中心信息結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3 能源管控軟件系統(tǒng)
考慮到園區(qū)的管理模式，分為園區(qū)版和企業(yè)版兩個(gè)部分，并通過內(nèi)部協(xié)調(diào)機(jī)制構(gòu)成一個(gè)完整的體系。
3.1 企業(yè)版
(1)生產(chǎn)能耗精細(xì)化管理系統(tǒng)
建立制造企業(yè)生產(chǎn)加工的基本單元標(biāo)準(zhǔn)加工工序庫，實(shí)現(xiàn)對基本加工工序的電子化管理。在此基礎(chǔ)上根據(jù)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)，建立某產(chǎn)品的加工工藝流程，建立產(chǎn)品工藝流程的加工工序和工時(shí)管理。然后根據(jù)管理人員制定的生產(chǎn)計(jì)劃排班，結(jié)合產(chǎn)品工藝流程信息，來估計(jì)企業(yè)的生產(chǎn)用能。
(2)企業(yè)能耗監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)
根據(jù)需要建立企業(yè)生產(chǎn)能耗和環(huán)境能耗監(jiān)測系統(tǒng)，并根據(jù)用戶需要打印報(bào)表。
(3)生產(chǎn)能耗優(yōu)化調(diào)度
以降低能耗和減少生產(chǎn)能耗波動為目的，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊判斷相結(jié)合的智能排班方法，對生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。管理人員可根據(jù)智能排班的結(jié)果對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行修改，以達(dá)到管理節(jié)能的目的。
3.2 園區(qū)版
(1)太陽能發(fā)電監(jiān)測
通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電參數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示，形成記錄。采用多元多項(xiàng)式回歸模型建立了太陽能發(fā)電的預(yù)測模型，通過預(yù)測值與實(shí)測值的比較來判斷太陽能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
(2)園區(qū)能耗監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)
建立了園區(qū)能耗監(jiān)測系統(tǒng)，并根據(jù)用戶需要輸出所需月度能耗報(bào)表。
(3)企業(yè)用能匯總協(xié)調(diào)
一是園區(qū)能耗總量控制。各企業(yè)能耗需求數(shù)據(jù)上報(bào)后，可得出下月總能耗需求，由此可得出園區(qū)總能耗，若超出園區(qū)供能容量，則需要管理人員與企業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)。二是供能裕量估計(jì)。根據(jù)園區(qū)下月總能耗預(yù)測和園區(qū)供能容量，可得出園區(qū)能耗裕量值，并反饋給企業(yè)，供企業(yè)增加、調(diào)整生產(chǎn)的參考。三是各企業(yè)間的用能協(xié)調(diào)。通過網(wǎng)絡(luò)在園區(qū)和企業(yè)之間建立**的能源調(diào)度互動平臺，當(dāng)用電量超標(biāo)時(shí)，協(xié)調(diào)企業(yè)之間的生產(chǎn)，特別是在有試驗(yàn)的前提下更要加強(qiáng)協(xié)調(diào)。
4 安科瑞工業(yè)能源管控平臺介紹
安科瑞工業(yè)能源管控平臺采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃?xì)?、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設(shè)備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。
4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.2 應(yīng)用場所
鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機(jī)電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。
4.3 系統(tǒng)功能
4.3.1 可視化展示
展示企業(yè)各類能耗總量、折標(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢、分項(xiàng)能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,以及當(dāng)前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。
4.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控
對企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能更快速**的掌握點(diǎn)位的報(bào)警。
4.3.3 變壓器監(jiān)控
展示各電壓器的負(fù)載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃。通過各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出較佳運(yùn)行模式。根據(jù)較佳運(yùn)行模式調(diào)整負(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。
4.3.4 用能統(tǒng)計(jì)
從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績分析，折標(biāo)對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費(fèi)。
4.3.5 產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗
與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
4.3.6 績效分析
對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進(jìn)行日、周、月、年、指定時(shí)段績效統(tǒng)計(jì)按照能源計(jì)劃或定額制定的績效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。
4.3.7 能耗預(yù)測
通過對企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計(jì)算模型，根據(jù)人工智能算法對數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，為節(jié)能提供**的決策依據(jù)。
4.3.8 運(yùn)行監(jiān)測
系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)備及工藝運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運(yùn)行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時(shí)間等維度查詢相關(guān)能源用量。
4.3.9 分析報(bào)告
以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況等進(jìn)行多方面的統(tǒng)計(jì)分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。
4.3.10 事件報(bào)警
持續(xù)監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行，對通訊失敗、數(shù)據(jù)異常、定額超限、工藝參數(shù)異常越限、設(shè)備異常或故障進(jìn)行報(bào)警，提醒企業(yè)注意和查找問題，并形成報(bào)警日志。
4.3.11 移動端支持
APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標(biāo)、用能預(yù)測、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。
4.4 現(xiàn)場設(shè)備選型
5 結(jié)語
工業(yè)園區(qū)的能源管控往往包括能源生產(chǎn)系統(tǒng)、能源輸送系統(tǒng)或能源利用系統(tǒng)，這需要借助信息技術(shù)建立的全流程一體化的能源管理體系，引入智能分析和優(yōu)化手段，達(dá)到園區(qū)整體節(jié)能減排的目標(biāo)。本文為臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)設(shè)計(jì)建立的智能能源管控平臺，借助信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多層次、多視圖、多維度的供能、用能數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)；以標(biāo)準(zhǔn)加工能耗和加工工時(shí)庫為基礎(chǔ)，完成了生產(chǎn)計(jì)劃和用能調(diào)度的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了降低生產(chǎn)過程中的無效能耗和單位產(chǎn)值能耗的目標(biāo)；建立了供能與用能互動的閉環(huán)能源管控模型，不僅考慮“面向能耗的能源供應(yīng)”，而且考慮“面向能源供應(yīng)的能耗”，提高了供能設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備的利用率，降低了園區(qū)的單位產(chǎn)值能耗。
