山西國(guó)際能源集團(tuán)能效綜合管理系統(tǒng)研發(fā)

張國(guó)勝，杜保華，王智微

（1.山西國(guó)際能源集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032）

山西國(guó)際能源集團(tuán)能效綜合管理系統(tǒng)研發(fā)

張國(guó)勝1，杜保華2，王智微2

（1.山西國(guó)際能源集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032）

針對(duì)山西國(guó)際能源集團(tuán)生產(chǎn)特點(diǎn)，基于對(duì)能效數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、能流圖分析、循環(huán)流化床鍋爐物料平衡分析、對(duì)標(biāo)管理等關(guān)鍵技術(shù)的研究，提出了一種能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可較好滿(mǎn)足集團(tuán)能源管理中心建設(shè)的需求，為集團(tuán)能源管理決策提供科學(xué)量化的依據(jù)。

能源管理；能效管理系統(tǒng)；能流圖；物料平衡；對(duì)標(biāo)管理

0 引言

為了達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的戰(zhàn)略,我國(guó)提出在工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)展能源管理中心建設(shè)示范工作，通過(guò)工業(yè)化和信息化融合，提高工業(yè)企業(yè)能源管理水平和能源利用效率，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排[1,2]。能源管理中心，是指采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)施集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，改進(jìn)和優(yōu)化能源平衡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性節(jié)能降耗的管控一體化系統(tǒng)。

山西國(guó)際能源集團(tuán)是集電力、煤炭、煤層氣、清潔能源、水務(wù)等能源類(lèi)型的綜合型能源集團(tuán)。為了在新形勢(shì)下進(jìn)一步提高集團(tuán)對(duì)各類(lèi)能源的綜合管理和利用水平，優(yōu)化能源消耗指標(biāo)，加強(qiáng)集團(tuán)能源管控能力，山西國(guó)際能源集團(tuán)積極開(kāi)展能源管理中心建設(shè)，本文提出一種能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以滿(mǎn)足集團(tuán)能源管理的需求。

1 能效綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)

能效綜合管理系統(tǒng)核心內(nèi)容包括企業(yè)側(cè)數(shù)據(jù)采集、集團(tuán)側(cè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、企業(yè)測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化編碼、傳輸、存儲(chǔ)[3]、能效對(duì)標(biāo)管理模型，循環(huán)流化床CFB（Circulating Fluidized Bed）鍋爐物料平衡及啟動(dòng)點(diǎn)火指導(dǎo)模型，供電煤耗曲線分析模型，企業(yè)能流圖管理模型等。能效管理系統(tǒng)由集團(tuán)本部側(cè)主站系統(tǒng)和下屬各產(chǎn)業(yè)公司側(cè)子站系統(tǒng)兩大部分組成。主站系統(tǒng)與各子站系統(tǒng)通過(guò)集團(tuán)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

集團(tuán)側(cè)部署多臺(tái)服務(wù)器分別負(fù)責(zé)專(zhuān)項(xiàng)工作，數(shù)據(jù)接收服務(wù)器負(fù)責(zé)在線接收下屬企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)各企業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件、點(diǎn)表進(jìn)行監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理。網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行管理、維護(hù)和故障診斷，對(duì)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)用戶(hù)權(quán)限及安全進(jìn)行管理和監(jiān)視。性能計(jì)算服務(wù)器實(shí)現(xiàn)所有的后臺(tái)在線數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)。WEB發(fā)布服務(wù)器實(shí)現(xiàn)基于B/S結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的發(fā)布，是用戶(hù)直接訪問(wèn)瀏覽的服務(wù)器。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器以群集的方式實(shí)現(xiàn)集團(tuán)所有企業(yè)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及性能計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，性能優(yōu)良且可靠性高。

圖1 能效綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)

2 能效綜合管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 能效數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集

山西國(guó)際能源集團(tuán)下屬29家企業(yè)，涵蓋業(yè)務(wù)類(lèi)型多，業(yè)務(wù)特點(diǎn)差別較大，不同類(lèi)型企業(yè)其生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、關(guān)鍵指標(biāo)及工藝流程完全不同，并且信息化程度、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)、人員技術(shù)素質(zhì)等均有較大差別。因此，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的持續(xù)可靠采集，是本系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

本方案設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集平臺(tái)RDCS（Remote Data Collecting System），RDCS采用分布式結(jié)構(gòu)，包括服務(wù)器端（集團(tuán)側(cè)）和采集端（企業(yè)側(cè)）采集發(fā)送軟件兩大部分，通過(guò)異步通訊中間件技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高效可靠的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)秒級(jí)采集存儲(chǔ)，能夠保證每秒峰值15 000點(diǎn)（每個(gè)點(diǎn)17 b），平均10 000點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸量。通訊狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，在網(wǎng)絡(luò)通信異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行初始化及重連，確保通訊穩(wěn)定可靠。RDCS還設(shè)計(jì)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)緩存功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊異常時(shí)保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)后及時(shí)回補(bǔ)，很好地解決了綜合能源集團(tuán)企業(yè)接口形式多樣、網(wǎng)絡(luò)水平參差不齊的實(shí)際問(wèn)題。

2.2 基于能效管理的能流圖分析

針對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的能源利用過(guò)程，依據(jù)機(jī)組性能計(jì)算數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)從入爐煤燃燒發(fā)熱至電廠上網(wǎng)送電的整個(gè)能源利用流程的損耗和效率進(jìn)行分析，包括鍋爐能量輸入、鍋爐能量損失、汽機(jī)能量輸入、汽機(jī)能量損失、發(fā)電機(jī)能量輸出、供電能量輸出、廠用電量等能效指標(biāo)的計(jì)算，以此完成對(duì)發(fā)電主要環(huán)節(jié)的節(jié)能潛力的分析。此外，系統(tǒng)還提供耗差分析指出影響機(jī)組能效的因素以及程度。通過(guò)構(gòu)建直觀能流圖，為集團(tuán)提高發(fā)電企業(yè)的能源利用效率指明方向。同時(shí)，對(duì)部分機(jī)組可以在線計(jì)算機(jī)組的入爐煤熱值，為電廠的燃料管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。能流圖分析流程如圖2所示。

圖2 能流圖分析

2.3 物料平衡分析

針對(duì)集團(tuán)循環(huán)流化床鍋爐較多的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了物料平衡分析功能，循環(huán)物料平衡、熱量平衡和高的燃燒效率是循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，物料平衡是循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行的基本條件。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的物料可分為底渣、飛灰、內(nèi)循環(huán)物料和外循環(huán)物料，實(shí)現(xiàn)能夠進(jìn)入爐膛上部的內(nèi)循環(huán)物料的平衡是循環(huán)流化床鍋爐物料平衡的核心，對(duì)鍋爐內(nèi)循環(huán)物料量多少的判斷對(duì)實(shí)際運(yùn)行有重要意義，可為企業(yè)的運(yùn)行提供參考和指導(dǎo)意見(jiàn)。

鍋爐循環(huán)物料系統(tǒng)分析通過(guò)如下參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行展示。

a）爐膛靜止料層高度、立管靜止料層高度、爐膛物料量、爐膛物料濃度分布。

b）布風(fēng)板壓降、爐膛壓力分布、分離器壓降；利用物料平衡分析可以掌握循環(huán)流化床鍋爐的最佳物料濃度，廠用電率平均降低約0.2%，降低煤耗0.6～0.8g/（kW·h）。

2.4 對(duì)標(biāo)管理

對(duì)標(biāo)管理主要通過(guò)將本機(jī)組與標(biāo)桿機(jī)組的主要能效指標(biāo)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析從而尋找和學(xué)習(xí)標(biāo)桿機(jī)組最佳管理經(jīng)驗(yàn)及其運(yùn)行方式的過(guò)程與方法，便于管理層找出不足和明確改進(jìn)方向。對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源為采集或處理后的各企業(yè)能效指標(biāo)。對(duì)標(biāo)類(lèi)型分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)和填報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)兩種。對(duì)標(biāo)級(jí)別主要分為機(jī)組級(jí)對(duì)標(biāo)、電廠級(jí)對(duì)標(biāo)、公司級(jí)對(duì)標(biāo)。

對(duì)標(biāo)過(guò)程主要由基本信息對(duì)標(biāo)、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)標(biāo)、主要運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)、節(jié)能技改措施對(duì)標(biāo)、節(jié)能管理工作對(duì)標(biāo)、節(jié)能評(píng)分等環(huán)節(jié)構(gòu)成。

通過(guò)對(duì)標(biāo)管理可提高電廠管理水平，機(jī)組效率平均提高約0.1%，降低煤耗0.3～0.35 g/（kW·h）。

3 系統(tǒng)功能

能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了集團(tuán)能效總貌、數(shù)字地圖、板塊指標(biāo)分析、運(yùn)行監(jiān)視圖、數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)警管理、生產(chǎn)報(bào)表、數(shù)據(jù)填報(bào)、手機(jī)短信、文檔管理、系統(tǒng)管理等功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)各板塊關(guān)鍵能效指標(biāo)的實(shí)時(shí)采集、計(jì)算和分析，提供強(qiáng)大專(zhuān)業(yè)分析工具的同時(shí)，輔以報(bào)表管理、手機(jī)短信報(bào)警等管理功能，使集團(tuán)的能效管理工作實(shí)時(shí)、自動(dòng)、可靠和規(guī)范統(tǒng)一，成為集團(tuán)能源管理中心建設(shè)工作的重要支撐。

4 結(jié)論

山西國(guó)際能源集團(tuán)通過(guò)采用信息化、自動(dòng)化技術(shù)，結(jié)合科學(xué)的能耗計(jì)算評(píng)價(jià)模型、數(shù)據(jù)挖掘模型，針對(duì)不同的能源特點(diǎn)，建立山西國(guó)際能源集團(tuán)有限公司的能源管理中心，對(duì)下屬企業(yè)能源利用效率、物料消耗、能流圖等進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)節(jié)能技術(shù)的結(jié)果提供歷史數(shù)據(jù)和分析評(píng)價(jià)手段，最終構(gòu)建山西國(guó)際能源集團(tuán)的能效綜合管理系統(tǒng)，為集團(tuán)能源管理中心提供技術(shù)支撐。集團(tuán)能源管理中心建設(shè)同時(shí)是支撐企業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)的重大信息化項(xiàng)目，該系統(tǒng)立足于山西國(guó)際能源集團(tuán)有限公司的實(shí)際需求，對(duì)集團(tuán)能效管理和生產(chǎn)決策提供了有力支持。

［1］ 趙立永，馬婕.發(fā)電廠能源管理中心監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究［J］.華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（02）：75-77.

［2］ 陳杰.能源管理中心在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化應(yīng)用，2013（03）：14-15，18.

［3］ 葛新，楊東，王毅，等.面向電力企業(yè)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)［J］.熱力發(fā)電，2010（04）：91-94.

Development of Energy Efficiency M anagement System for Shanxi International Energy Group

ZHANG Guosheng1，DU Baohua2，WANG Zhiwei2
（1.Shanxi International Energy Group Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030002，China；2.Xi’an Thermal Power Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an，Shaanxi 710032，China）

According to the operation characteristics of Shanxi International Energy Group,a designing scheme ofenergy efficiency management system was presented，using a series of key technologies including real-time data collecting，power-flow diagram，CFB materialsbalance analyzing，and benchmarkingmanagement，the requirementofenergymanagement forgroup waseffectivelymet，which providesa scientific and quantitativebasis forgroup energymanagementdecision.

energymanagement；energy efficiencymanagement system；power-flow diagram；materials balance；benchmarking management

TK018

A

1671-0320（2015）01-0066-03

2014-11-28，

2015-01-08

2013年山西省信息化發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（晉經(jīng)信信息化函[2013]246號(hào)）

張國(guó)勝（1975），男，山西懷仁人，1997年畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，從事發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)和信息化管理工作；

杜保華（1979），男，河南焦作人，2004年畢業(yè)于西安交通大學(xué)機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，從事電站生產(chǎn)信息監(jiān)控技術(shù)研究；

王智微（1970），男，四川自貢人，1999年畢業(yè)于清華大學(xué)熱能動(dòng)力專(zhuān)業(yè)，研究員，從事清潔能源利用技術(shù)和電站信息化技術(shù)的研究。