智能化工業(yè)園區(qū)能效管理系統(tǒng)研究

文 // 雒煥強(qiáng) 葛智平 張世才 郭濤 國(guó)網(wǎng)甘肅電力科學(xué)研究院

工業(yè)園區(qū)作為拉動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎，能根據(jù)當(dāng)?shù)刈陨斫?jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)在要求，聚集各種生產(chǎn)要素，在一定空間范圍內(nèi)進(jìn)行科學(xué)整合，提高工業(yè)化的集約強(qiáng)度，突出產(chǎn)業(yè)特色，優(yōu)化功能布局，使之成為適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)區(qū)。

然而，經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的同時(shí)，也面臨著能源緊張和環(huán)境惡化的巨大壓力。資源節(jié)約和環(huán)境友好已成為社會(huì)發(fā)展的主流方向，一些高耗能企業(yè)必然會(huì)退出歷史的舞臺(tái)。智能化工業(yè)園區(qū)充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，在工業(yè)園區(qū)企業(yè)建設(shè)能耗監(jiān)測(cè)、管理、控制系統(tǒng)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提高能源使用效率，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效、清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。

智能化工業(yè)園區(qū)能效管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)用戶內(nèi)部主要設(shè)備、主要負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)和用能數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閥值或是同類用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行能效評(píng)估，為客戶節(jié)能改造提供參考和建議。另外，還可以搭建開放的能效分析平臺(tái)，向第三方能效分析的廠商開放，為第三方專業(yè)廠商進(jìn)行大用戶能效分析與節(jié)能應(yīng)用提供有效支撐，更加精細(xì)地管理用戶內(nèi)部分類負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)“管理節(jié)能”和“綠色用能”。

1 智能化工業(yè)園區(qū)能效管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能化工業(yè)園區(qū)在整體架構(gòu)上是一個(gè)相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)一運(yùn)作的整體。通過(guò)構(gòu)建采集層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的三層物理架構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)能效管理系統(tǒng)的各項(xiàng)應(yīng)用管理功能，以滿足園區(qū)各方的需求。

數(shù)據(jù)采集層是智能化工業(yè)園區(qū)數(shù)字化與智能化的基礎(chǔ)，為上層通信網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了基本的數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)多能源、全覆蓋的信息采集。通過(guò)在用能設(shè)備信息計(jì)量點(diǎn)上安裝計(jì)量設(shè)備，利用工業(yè)總線將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中到采集點(diǎn)，并與通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)接。采集的數(shù)據(jù)類型包括用電設(shè)備的電能基本參數(shù)和電能質(zhì)量信息等。采集的能源數(shù)據(jù)類型不僅包括電表數(shù)據(jù)的采集，還包括水、氣表等其它能源數(shù)據(jù)的采集。

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層是智能化工業(yè)園區(qū)各類業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的重要支撐平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)可靠、安全傳輸?shù)幕A(chǔ)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)管理層，基于智能化工業(yè)園區(qū)供電結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，以光纖通信+3G無(wú)線方式覆蓋園區(qū)所有用戶，搭建電力公司與園區(qū)企業(yè)用戶之間的高速率、高可靠性、雙向通信、全業(yè)務(wù)承載能力的數(shù)據(jù)通道。

數(shù)據(jù)應(yīng)用層能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示企業(yè)能耗分布、流向信息，通過(guò)計(jì)算、處理診斷每個(gè)能耗監(jiān)測(cè)點(diǎn)的能耗效率和損耗情況，對(duì)不同能耗設(shè)備進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，或者同類設(shè)備按時(shí)間縱向?qū)Ρ?，全面了解企業(yè)的能源管理水平及用能狀況，排查在能源利用方面存在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)、挖掘節(jié)能潛力、尋找節(jié)能方向，建立相關(guān)報(bào)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將結(jié)果反饋給企業(yè)管理者。

圖1 智能化工業(yè)園區(qū)能效管理系統(tǒng)整體架構(gòu)

2 企業(yè)用電監(jiān)測(cè)及能效分析診斷

2.1 企業(yè)用電監(jiān)測(cè)

用電監(jiān)測(cè)是根據(jù)電能的流向?qū)I(yè)園區(qū)供電線路、企業(yè)以及重要設(shè)備進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解各用能環(huán)節(jié)的電能消耗情況，實(shí)時(shí)反映企業(yè)的電能利用效果，為電力公司及企業(yè)提供有效的用能數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備能耗的信息可視化。根據(jù)用電監(jiān)測(cè)的范圍，既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工業(yè)園區(qū)電量及負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也可以對(duì)各個(gè)企業(yè)用戶用能情況進(jìn)行深入的監(jiān)測(cè)與分析。

對(duì)于工業(yè)園區(qū)一般企業(yè)，可以根據(jù)企業(yè)配電結(jié)構(gòu)圖對(duì)各個(gè)重要設(shè)備進(jìn)行電壓、電流、負(fù)荷、功率因數(shù)等電量參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握用戶企業(yè)電網(wǎng)負(fù)荷及運(yùn)行狀態(tài)，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與所設(shè)定的閥值進(jìn)行對(duì)比，如果超出閥值所設(shè)定的范圍，系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)用戶企業(yè)生產(chǎn)和安全隱患，消除對(duì)電網(wǎng)不利的影響。

對(duì)于工藝性比較強(qiáng)的企業(yè)，為了讓企業(yè)用戶能深入到工藝環(huán)節(jié)了解自己的用電情況，可以根據(jù)企業(yè)工藝流程對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)，企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中可以很清晰的看到所監(jiān)控設(shè)備電壓、電流、負(fù)荷、功率因數(shù)等重要指標(biāo)的實(shí)時(shí)參數(shù)，結(jié)合工藝特點(diǎn)，計(jì)算評(píng)估重要設(shè)備的用能效率，為企業(yè)進(jìn)行可能的工藝調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持和分析。智能化工業(yè)園區(qū)能效管理系統(tǒng)還能將異常信息進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)，有利于綜合評(píng)估出企業(yè)配用電設(shè)備的能效狀況，為企業(yè)合理安排分配負(fù)荷提供有效依據(jù)。

2.2 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

供電質(zhì)量是指提供合格、可靠電能的能力和程度，技術(shù)方面主要包括電能質(zhì)量和供電可靠性兩個(gè)方面。電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)，電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系企業(yè)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行與否。

電能質(zhì)量檢測(cè)是對(duì)重要電能質(zhì)量參數(shù)的檢測(cè)，包括設(shè)備的電壓偏差、三相電壓不平衡度、頻率偏差、各次諧波、諧波電壓含有率和諧波畸變率，并對(duì)監(jiān)測(cè)到的結(jié)果做出穩(wěn)態(tài)評(píng)估，測(cè)量分析各種用電設(shè)備在不同運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，對(duì)企業(yè)一些重要設(shè)備進(jìn)行故障辨識(shí)和相關(guān)的事故預(yù)測(cè)，及時(shí)排除企業(yè)安全生產(chǎn)隱患，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 能效對(duì)標(biāo)管理

企業(yè)能效對(duì)標(biāo)管理是一種科學(xué)、系統(tǒng)、規(guī)范的企業(yè)能源管理方法，指企業(yè)為提高能效水平，與國(guó)際國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)企業(yè)能效指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，確定能效標(biāo)桿指標(biāo)，通過(guò)節(jié)能管理和技術(shù)措施，達(dá)到能效標(biāo)桿或更高能效指標(biāo)水平的能源管理活動(dòng)。

企業(yè)通過(guò)用電監(jiān)控模塊對(duì)自身能源利用狀況進(jìn)行深入分析，充分掌握本企業(yè)各類能效指標(biāo)客觀、翔實(shí)的情況，在此基礎(chǔ)上結(jié)合企業(yè)能源審計(jì)報(bào)告，合理選擇適合本企業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展的對(duì)標(biāo)主題，確定需要通過(guò)能效水平對(duì)標(biāo)活動(dòng)改進(jìn)的目標(biāo)值，建立企業(yè)能效對(duì)標(biāo)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成能反映企業(yè)能源利用效率和能源管理水平的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

在對(duì)標(biāo)管理過(guò)程中，企業(yè)可以初步選取若干個(gè)潛在標(biāo)桿企業(yè)，通過(guò)研究分析這些潛在標(biāo)桿企業(yè)，結(jié)合自身能效水平，選定標(biāo)桿企業(yè)，并建立企業(yè)實(shí)踐標(biāo)桿庫(kù)，通過(guò)與標(biāo)桿企業(yè)開展交流，學(xué)習(xí)標(biāo)桿企業(yè)在能效指標(biāo)上的先進(jìn)管理辦法，認(rèn)真分析探討適合本企業(yè)發(fā)展的指標(biāo)改進(jìn)方案和實(shí)時(shí)進(jìn)度計(jì)劃，為用戶進(jìn)行能效對(duì)標(biāo)和評(píng)估分析提供依據(jù)。

2.4 能效評(píng)估分析

能效評(píng)估分析就是根據(jù)企業(yè)對(duì)標(biāo)結(jié)果對(duì)能效水平進(jìn)行評(píng)定的工作。通過(guò)將企業(yè)單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)品成本差額、單位產(chǎn)值能耗、單位產(chǎn)值成本差額與同行業(yè)先進(jìn)標(biāo)桿進(jìn)行對(duì)比，為企業(yè)制定合理有效的節(jié)能目標(biāo)，調(diào)整用能結(jié)構(gòu)，降低用能成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

能效評(píng)估具體可以對(duì)工業(yè)園區(qū)企業(yè)與企業(yè)之間，設(shè)備與設(shè)備之間，進(jìn)行類比或時(shí)比。類比就是選擇2～3個(gè)企業(yè)或選擇2～3個(gè)同種設(shè)備，對(duì)比同一時(shí)間，同一時(shí)間點(diǎn)（企業(yè)）設(shè)備的電量與負(fù)荷；時(shí)比就是指定一個(gè)企業(yè)，或一個(gè)設(shè)備，對(duì)比不同時(shí)間，相同時(shí)間點(diǎn)（企業(yè)）設(shè)備的電量與負(fù)荷。其中時(shí)間可選年、月、日、時(shí)間點(diǎn)、時(shí)間段。

能效管理系統(tǒng)能夠提供多種能耗分析，如同比，環(huán)比、排名等方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能耗、具體能耗類型、設(shè)備類型能耗進(jìn)行分析，分析時(shí)段可提供日分析、周分析、月分析、年分析以及任意指定時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)分析。

3 企業(yè)能效控制策略定制與互動(dòng)

能效管理系統(tǒng)將能效分析和能源審計(jì)所得出的企業(yè)能耗計(jì)算分析結(jié)果，結(jié)合該企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況，初步制定出企業(yè)用能策略，然后通過(guò)電力企業(yè)、節(jié)能服務(wù)公司與企業(yè)用戶之間進(jìn)行互動(dòng)，深入分析企業(yè)用能策略的可行性以及在執(zhí)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，對(duì)能效控制策略不斷進(jìn)行改進(jìn)完善，最終確定適合本企業(yè)的方案，并將該方案正式通過(guò)智能用電互動(dòng)系統(tǒng)發(fā)布到用戶終端。

3.1 企業(yè)能效控制策略定制

很多企業(yè)對(duì)設(shè)備的用電管理比較粗放，智能化工業(yè)園區(qū)能效管理系統(tǒng)為企業(yè)制定能效控制策略提供了相關(guān)的分析、仿真模塊。其中，企業(yè)工作時(shí)段建議就是其中很重要的一項(xiàng)應(yīng)用，用于模擬企業(yè)在不同時(shí)間段的耗電量，根據(jù)不同時(shí)段的電價(jià)分析出一天內(nèi)的電費(fèi)數(shù)據(jù)，來(lái)找到一個(gè)平衡點(diǎn)，既能滿足生產(chǎn)的要求又能使電費(fèi)降到最低，達(dá)到降低成本提高效率的目的。

企業(yè)在正常生產(chǎn)過(guò)程中，由于生產(chǎn)工藝和實(shí)際排班的特殊需要，很多設(shè)備的運(yùn)行分三種狀態(tài)：停止、待機(jī)和運(yùn)行。通過(guò)重點(diǎn)分析耗能設(shè)備的三種狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)出停機(jī)和待機(jī)的用電量，在不影響設(shè)備正常運(yùn)作和企業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)的前提下，建議用戶盡量減少停機(jī)和待機(jī)所產(chǎn)生的用電量，使企業(yè)在相同的電量消耗的情況下得到更多的產(chǎn)出。

企業(yè)能夠通過(guò)參考能效標(biāo)桿數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)參量，結(jié)合自身實(shí)際情況設(shè)立相應(yīng)的班組、部門、車間等各子單元用能標(biāo)準(zhǔn)，借助系統(tǒng)采集到的能耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各處能源消耗值與用能標(biāo)準(zhǔn)值的差距，分析潛在的節(jié)能方向和方法， 為節(jié)能考核制度的制定提供可靠依據(jù)。

3.2 智能用電互動(dòng)

智能用電互動(dòng)模塊包括用電信息的在線查詢、工業(yè)園區(qū)相關(guān)通知通告、異常信息采集以及客戶業(yè)務(wù)的升級(jí)辦理。企業(yè)用戶可以在系統(tǒng)中很方便查看用電量和電費(fèi)繳納情況，能更詳細(xì)地掌握不同時(shí)間段的電價(jià)，并結(jié)合實(shí)際電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，制定更好的企業(yè)生產(chǎn)排班制度，節(jié)省成本支出。同時(shí)，企業(yè)用戶通過(guò)系統(tǒng)能及時(shí)了解工業(yè)園區(qū)最新通知通告，學(xué)習(xí)標(biāo)桿企業(yè)的一些比較好的節(jié)能政策和方法，從而有利于提升本企業(yè)的用能效率。

用電環(huán)節(jié)每次發(fā)生的異常信息都會(huì)記錄在能效管理系統(tǒng)中，并形成歷時(shí)記錄方便企業(yè)查看異常發(fā)生的原因，有利于企業(yè)改善用能結(jié)構(gòu)，如果企業(yè)需要業(yè)務(wù)升級(jí)或了解更詳細(xì)的業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)，智能用電在線互動(dòng)環(huán)節(jié)就是實(shí)現(xiàn)該功能的有效工具，通過(guò)該功能模塊，一方面電力企業(yè)可以實(shí)時(shí)掌握工業(yè)園區(qū)各企業(yè)用電動(dòng)態(tài)情況，有利于區(qū)域負(fù)荷平衡能力的提高；另一方面，企業(yè)用戶能更好的實(shí)現(xiàn)便捷用電、經(jīng)濟(jì)用電和綠色用電。

4 面向企業(yè)的合同能源管理

對(duì)于一些節(jié)能潛力比較大、用能效率急待提高的企業(yè)，智能化工業(yè)園區(qū)可以協(xié)助企業(yè)采用“合同能源管理”模式，對(duì)其用電結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造。合同能源管理是一種新的節(jié)能理念，依據(jù)與客戶所簽訂的“能源管理合同”，在客戶沒(méi)有資金投入的前提下為客戶提供綜合性的節(jié)能服務(wù)，以使客戶達(dá)到節(jié)能降耗，降低能源成本的目的，并通過(guò)與客戶分享節(jié)能效益來(lái)獲取報(bào)酬。

“合同能源管理”模式服務(wù)流程主要是節(jié)能服務(wù)公司組織專業(yè)人員對(duì)企業(yè)客戶的能源狀況進(jìn)行審計(jì)，對(duì)所提出的節(jié)能改造的措施進(jìn)行評(píng)估，并使客戶充分了解節(jié)能改造效果；節(jié)能服務(wù)公司與客戶簽訂節(jié)能服務(wù)合同，雙方確認(rèn)節(jié)能量和節(jié)能效益；節(jié)能項(xiàng)目完工后，節(jié)能服務(wù)公司和客戶按照合同約定的測(cè)試、驗(yàn)證方案對(duì)項(xiàng)目能耗基準(zhǔn)和節(jié)能量、節(jié)能率等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，并從節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益中收回投資和合理的利潤(rùn)；客戶在合同期內(nèi)獲得部分節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益，合同期結(jié)束后獲得全部節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益；有些客戶與節(jié)能服務(wù)公司簽訂長(zhǎng)期的節(jié)能服務(wù)合同，保證客戶的能源需求。當(dāng)前，“合同能源管理”模式主要有能源費(fèi)用托管型、節(jié)能效益分享型和節(jié)能量和節(jié)能效益承諾型三種類型。

為進(jìn)一步提高企業(yè)的節(jié)能理念，智能化工業(yè)園區(qū)在能效管理系統(tǒng)的智能互動(dòng)模塊中積極宣貫和推廣國(guó)家有關(guān)法規(guī)和政策，傳播合同能源管理節(jié)能新技術(shù)和新產(chǎn)品，發(fā)布最新的節(jié)能項(xiàng)目動(dòng)態(tài)，對(duì)取得的一些效果比較顯著的節(jié)能成果進(jìn)行展示，并向新的和潛在的節(jié)能企業(yè)提供信息和技術(shù)援助，不斷加強(qiáng)溝通疏導(dǎo)，使得企業(yè)對(duì)合同能源管理模式下的節(jié)能服務(wù)有新的認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

智能化工業(yè)園區(qū)通過(guò)能效管理系統(tǒng)用電監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，清晰地掌握?qǐng)@區(qū)內(nèi)企業(yè)的耗能狀況和用能水平，并能通過(guò)能效分析診斷企業(yè)的能耗問(wèn)題以及節(jié)能潛力，從而進(jìn)一步幫助企業(yè)核算節(jié)能效果和明確節(jié)能方向。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，能效管理系統(tǒng)以科學(xué)的方式更精細(xì)地促進(jìn)企業(yè)用能效率的提高，提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推進(jìn)工業(yè)園區(qū)智能化的不斷升級(jí)。同時(shí)，能效的精細(xì)化管理加快智能電網(wǎng)建設(shè)、強(qiáng)化企業(yè)節(jié)能理念具有積極的推動(dòng)作用。