優(yōu)化企業(yè)能源管理系統(tǒng)

文/徐元清

能源是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，在保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和提高人民生活水平等方面都發(fā)揮著極其重要的作用。能源管理狀況及能源機(jī)構(gòu)的優(yōu)化程度對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)的提升起著重要影響。

企業(yè)能源管理是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、成本管理的重要組成部分。在我們國家能源資源緊缺，以建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)為工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的核心內(nèi)容的背景下，企業(yè)能源管理系統(tǒng)應(yīng)以采集、控制、過程監(jiān)管、數(shù)據(jù)分析為整體，組成模塊的過程脈絡(luò)和建設(shè)思路。

國家對(duì)企業(yè)能源管理的要求

為確保實(shí)現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排約束性目標(biāo)，緩解資源環(huán)境約束，應(yīng)對(duì)全球氣候變化，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力。我國于2012年8月6日發(fā)布了《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》。

1.總體目標(biāo)到2015年，全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標(biāo)準(zhǔn)煤（按2005年價(jià)格計(jì)算），比2010年的1.034噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%（比2005年的1.276噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降32%）?！笆濉逼陂g，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

2015 年，全國化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2347.6萬噸、2086.4萬噸，比2010年的2551.7萬噸、2267.8萬噸各減少8%，分別新增削減能力601萬噸、654萬噸；全國氨氮和氮氧化物排放總量分別控制在238萬噸、2046.2萬噸，比2010年的264.4萬噸、2273.6萬噸各減少10%，分別新增削減能力69萬噸、794萬噸。

2.具體目標(biāo)到2015年，單位工業(yè)增加值（規(guī)模以上）能耗比2010年下降21%左右，建筑、交通運(yùn)輸、公共機(jī)構(gòu)等重點(diǎn)領(lǐng)域能耗增幅得到有效控制，主要產(chǎn)品（工作量）單位能耗指標(biāo)達(dá)到先進(jìn)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的比例大幅提高，部分行業(yè)和大中型企業(yè)節(jié)能指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、變壓器等新增主要耗能設(shè)備能效指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)或國際先進(jìn)水平，空調(diào)、電冰箱、洗衣機(jī)等國產(chǎn)家用電器和一些類型的電動(dòng)機(jī)能效指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)、農(nóng)業(yè)主要污染物排放總量大幅降低。

企業(yè)能源管理狀況

中國企業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國企業(yè)家協(xié)會(huì)、中國企業(yè)管理科學(xué)基金會(huì)于2014年9月21日聯(lián)合發(fā)布了《2013年中國企業(yè)節(jié)能減排狀況報(bào)告》。本年度報(bào)告立足于2013年我國開展節(jié)能減排的宏觀背景，以2014年3月—4月期間國內(nèi)數(shù)省地方企業(yè)的實(shí)地調(diào)研和問卷調(diào)查為基礎(chǔ)，旨在推進(jìn)企業(yè)確保完成“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)。

2013年，全國GDP能耗下降3.7%，完成國家年初的預(yù)定目標(biāo)。報(bào)告顯示，從企業(yè)層面看，我國企業(yè)繼續(xù)把節(jié)能減排作為向低能效浪費(fèi)與環(huán)境污染宣戰(zhàn)的目標(biāo)任務(wù)，采取管理、技術(shù)“雙輪驅(qū)動(dòng)”，以重點(diǎn)項(xiàng)目為依托等一系列措施，節(jié)能減排取得新的進(jìn)展，可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)一步增強(qiáng)，但“十二五”節(jié)能減排形勢依然嚴(yán)峻，任務(wù)的艱巨性不容小視。要全面完成“十二五”規(guī)劃的節(jié)能減排目標(biāo)，后兩年單位GDP能耗須年均降低3.9%以上。

1.絕大多數(shù)企業(yè)完成或超額完成計(jì)劃進(jìn)度31.3%與61.7%的企業(yè)分別認(rèn)為，在“十二五”規(guī)劃已經(jīng)執(zhí)行過半之時(shí)，本企業(yè)已經(jīng)超過、等于本企業(yè)的“十二五”節(jié)能減排計(jì)劃進(jìn)度。兩者共計(jì)93%(余下7%的企業(yè)沒有回答，或回答不明確)。

2.大多數(shù)企業(yè)的能耗水平與排放情況大為改善50%與40%的企業(yè)分別認(rèn)為，本企業(yè)的能耗與排放情況好于或等于國內(nèi)同行業(yè)企業(yè)，而有10%的企業(yè)沒有回答該問題。

3.絕大多數(shù)企業(yè)“十二五”的節(jié)能減排投入水平大于“十一五”時(shí)期100%的企業(yè)在“十二五”前三年對(duì)節(jié)能減排技術(shù)、設(shè)備的投資額，與“十一五”時(shí)期相比均有所增加。雖然100%的比例可能不夠精確，但從大趨勢看，絕大多數(shù)企業(yè)在“十二五”對(duì)節(jié)能減排有更多的投入。

4.更多的企業(yè)在“十二五”時(shí)期建立完善了專事節(jié)能減排的組織機(jī)構(gòu)與規(guī)章制度36%的企業(yè)在“十二五”時(shí)期成立了專門推進(jìn)節(jié)能減排的機(jī)構(gòu)，組織機(jī)構(gòu)按照“小分工、大合作”的原則，實(shí)行層層責(zé)任制，建立人、職、權(quán)、責(zé)相統(tǒng)一的工作機(jī)制，落實(shí)詳細(xì)職責(zé)。

66%的企業(yè)在“十一五”時(shí)期制定了推進(jìn)節(jié)能減排相關(guān)制度，100%的企業(yè)在“十二五”時(shí)期制定了節(jié)能減排的相關(guān)制度。

5.絕大多數(shù)企業(yè)有信心完成本企業(yè)與國家的“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)50%、45%的企業(yè)認(rèn)為，本企業(yè)能夠超額完成、基本完成本企業(yè)的“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)。余下5%的企業(yè)沒有回答，或回答不明確。60%、35%的企業(yè)認(rèn)為，我國能夠超額完成、基本完成國家“十二五”規(guī)劃的節(jié)能減排目標(biāo)。

企業(yè)能源管理需求

企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中能源管理需求迫切，在政策指導(dǎo)和追求社會(huì)責(zé)任的總體要求下，對(duì)能源管理有著細(xì)致的需求.

1.將能源管理納入現(xiàn)有生產(chǎn)調(diào)度體系生產(chǎn)調(diào)度體系的合理運(yùn)作與能源耗用有著強(qiáng)關(guān)聯(lián)，合理的調(diào)度方式將大大提高能源利用率。但傳統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度模式往往忽略能源相關(guān)因素。將能源使用與企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)、生產(chǎn)運(yùn)營管理系統(tǒng)進(jìn)行高效銜接，建立能源生產(chǎn)計(jì)劃管理平臺(tái)，增強(qiáng)能源利用效率。

2.對(duì)能源使用進(jìn)行全過程管理對(duì)能源使用的過程管理將有效提升能源使用的有效性，在傳統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)中，能源泄漏、浪費(fèi)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，不合理用能更是普遍現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的生產(chǎn)、輸送、分配、轉(zhuǎn)換、使用等各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的全面監(jiān)控和調(diào)度。

3.分析能源使用過程信息能源數(shù)據(jù)分析利用一直是企業(yè)的短板，長期予以忽視。但能源數(shù)據(jù)的分析對(duì)于企業(yè)運(yùn)作中的能源有效利用至關(guān)重要。對(duì)能源使用過程數(shù)據(jù)的分析能夠?qū)崿F(xiàn)能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的客觀、實(shí)時(shí)、高效呈現(xiàn)，提供能源管理決策支持。

4.大量歷史數(shù)據(jù)的效益挖掘在長期的節(jié)能工作中，節(jié)能管理的辨識(shí)往往停留在以個(gè)人認(rèn)識(shí)和自身思考的層面，其無法充分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行理解，往往存在局限性。充分利用先進(jìn)算法及工具，從能源歷史數(shù)據(jù)中挖掘信息，促進(jìn)能源管理的持續(xù)改進(jìn)，將為企業(yè)的能源效益提升發(fā)揮意想不到的作用。

能源管理系統(tǒng)技術(shù)方案

面對(duì)企業(yè)對(duì)能源管理的需求，能源信息管理系統(tǒng)由三層體系構(gòu)架組成，系統(tǒng)層次分為設(shè)備控制層、集中監(jiān)控層和能源管理層，系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1) 設(shè)備控制層

設(shè)備控制層是整個(gè)能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)底層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制、對(duì)上數(shù)據(jù)傳送等。該層設(shè)備儀器采用工業(yè)以太網(wǎng)通信，對(duì)于不能采用工業(yè)以太網(wǎng)通信的，采用現(xiàn)場總線通信。

設(shè)備控制層主要由PLC電控柜、分布式I/O站、能源傳感器、能源設(shè)備、獨(dú)立控制系統(tǒng)或設(shè)備等組成。

設(shè)備控制層用于控制相關(guān)能源設(shè)備，按照能源供應(yīng)的工藝要求和生產(chǎn)要求完成控制操作。主要包括對(duì)電機(jī)的啟停、閥的通斷等數(shù)字開關(guān)量控制，對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量工藝參數(shù)實(shí)施控制以及其它控制元器件的參數(shù)化控制。各控制段根據(jù)能源管理工藝要求，合理設(shè)置啟/停操作功能，既能夠滿足能源供應(yīng)要求，又能夠減少無效能耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

設(shè)備控制層，主控PLC通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊、操作站通過網(wǎng)卡進(jìn)入集中監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，底層設(shè)備通信有兩種模式，一種以工業(yè)以太網(wǎng)通信，采用星形結(jié)構(gòu)，連接系統(tǒng)前端主設(shè)備控制器和觸摸屏、變頻器、軟啟動(dòng)器等設(shè)備，一種以現(xiàn)場總線通信，采用線型結(jié)構(gòu)，連接系統(tǒng)制冷機(jī)、空壓機(jī)、配電儀表等設(shè)備。對(duì)于不支持此種通信的設(shè)備，通過轉(zhuǎn)換協(xié)議模塊，以現(xiàn)場總線方式通信。

系統(tǒng)大量采用了支持Profibus、MODBUS現(xiàn)場總線的儀表，具有布線簡單、測量精度高、可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行集中設(shè)置等優(yōu)點(diǎn)。特別是現(xiàn)場總線設(shè)備特有的診斷能力，通過對(duì)Profibus-PA（用于過程自動(dòng)化的PROFIBUS）進(jìn)行特定的組態(tài)可以實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場總線設(shè)備的診斷信息獨(dú)立地、循環(huán)地傳送到過程控制系統(tǒng)。

2) 集中監(jiān)控層

集中監(jiān)控層包括集中監(jiān)控系統(tǒng)（數(shù)采系統(tǒng)）和診斷維護(hù)系統(tǒng)。由數(shù)采服務(wù)器、監(jiān)控客戶計(jì)算機(jī)（需依據(jù)工藝段劃分合理設(shè)置）、工程師維護(hù)站、通訊網(wǎng)卡、主干交換機(jī)和光纖環(huán)網(wǎng)等硬件設(shè)備組成。

該層為控制系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，完成集中控制操作、監(jiān)視設(shè)備及數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，報(bào)警顯示、記錄等功能。

集中監(jiān)控層是作為運(yùn)行人員監(jiān)控動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行、管理動(dòng)力設(shè)備和能源管理的接口，主要由連接各子系統(tǒng)的PLC和其它相關(guān)設(shè)備控制系統(tǒng)的PLC，以及上層的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、工程師站、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)器件組成。分別配置各子系統(tǒng)上位計(jì)算機(jī)操作站，基本上所有的操作都可在這一層完成，一般只有在遠(yuǎn)程通訊發(fā)生故障時(shí)運(yùn)行人員才需到設(shè)備現(xiàn)場的過程控制層去手動(dòng)控制、調(diào)節(jié)設(shè)備。

集中監(jiān)控層主要通過控制網(wǎng)絡(luò)將可編程控制器PLC及設(shè)備現(xiàn)場分散的設(shè)備層各子系統(tǒng)組織起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制、保護(hù)、聯(lián)鎖、報(bào)警、數(shù)據(jù)采集等功能，以及設(shè)備層與監(jiān)控管理層的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)該層為控制系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，完成動(dòng)力自控系統(tǒng)集中控制操作、監(jiān)視、報(bào)警顯示、記錄等功能。

3) 能源管理層

能源管理層由能源數(shù)據(jù)庫、能源調(diào)度子系統(tǒng)、能源分析子系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

能源管理層各種能源介質(zhì)的計(jì)劃調(diào)度、設(shè)備管理、工藝管理、能源統(tǒng)計(jì)、能耗分析工作，使得相關(guān)職能部門通過系統(tǒng)了解生產(chǎn)運(yùn)行中實(shí)際能源耗用情況，為企業(yè)提供客觀準(zhǔn)確的能源數(shù)據(jù)，并確保能源供給穩(wěn)定有序。

能源管理層主要包括基礎(chǔ)能源管理、調(diào)度監(jiān)控、應(yīng)用發(fā)布系統(tǒng)（Web）以及與企業(yè)其它信息化系統(tǒng)接口等部分。

基于集中監(jiān)控層的監(jiān)控管理平臺(tái)和外部系統(tǒng)接口，能源管理層實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的集中管理，以支持業(yè)務(wù)管理人員對(duì)于能源統(tǒng)計(jì)、能耗分析、能源調(diào)度等業(yè)務(wù)管理要求。

能源管理層硬件包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、EMS應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器。

企業(yè)其他辦公終端可根據(jù)要求配置訪問權(quán)限，并通過安全的路由實(shí)時(shí)訪問到能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析信息。

實(shí)現(xiàn)能源管理系統(tǒng)的難點(diǎn)

在系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，在技術(shù)方案確定并可行的前提條件下，依然存在部分技術(shù)與管理難點(diǎn)，特別是能源管理體系在系統(tǒng)建設(shè)過程中的同步構(gòu)建對(duì)企業(yè)的管理執(zhí)行力有著相當(dāng)高的要求。

1.能源數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安裝調(diào)試及日常管理能源管理系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)在實(shí)時(shí)能源耗用數(shù)據(jù)采集，在整體系統(tǒng)中相關(guān)數(shù)采計(jì)量設(shè)備數(shù)百個(gè)，均通過有線與無線方式將數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)服務(wù)器。能源系統(tǒng)的運(yùn)行依賴數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確穩(wěn)定采集，所以在項(xiàng)目建設(shè)中的采集設(shè)備安裝調(diào)試尤為重要，但更為重要的是此類設(shè)備的長期日常管理，包括在維修之外的例行保養(yǎng)，設(shè)備檢定等，否則整體系統(tǒng)運(yùn)行將無法得到數(shù)據(jù)的保障，系統(tǒng)運(yùn)行效果將大打折扣。

2.原管理體系納入能源控制后的調(diào)整企業(yè)生產(chǎn)體系中原涉及能源管理的較少，銜接流程更是鳳毛麟角，隨著能源管理系統(tǒng)的建立，其與企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)、生產(chǎn)運(yùn)營管理系統(tǒng)之間的高效銜接，改變了企業(yè)運(yùn)作模式。生產(chǎn)調(diào)度改變了以生產(chǎn)任務(wù)和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)為核心的調(diào)度模式，增加了能源消耗、節(jié)能降耗的相關(guān)管理要求。由于生產(chǎn)管理體系是生產(chǎn)企業(yè)的核心，涉及企業(yè)的各個(gè)部門，所以整體管理體系的調(diào)整直接關(guān)系到能源管理系統(tǒng)的運(yùn)作效果和最終評(píng)價(jià)。

3.能源管理體系的建立作為能源管理的手段，能源管理系統(tǒng)構(gòu)建了以監(jiān)控、計(jì)劃、分析為核心的信息化平臺(tái)，為能源管理提供了有效的管理手段和工具。但企業(yè)能源管理體系的構(gòu)建、認(rèn)證將最終將企業(yè)能源管理納入正軌，以制度的形式落實(shí)各項(xiàng)能源管理項(xiàng)目和措施，使得能源管理工作成為一項(xiàng)長期持續(xù)的工作。該體系的有效建立將確保能源管理系統(tǒng)的有序運(yùn)行。在能源體系構(gòu)建中應(yīng)遵循循序漸進(jìn)的思路，以統(tǒng)一整體節(jié)能理念、構(gòu)建企業(yè)能源管理制度為核心。

整體實(shí)現(xiàn)效果

通過構(gòu)建企業(yè)級(jí)的能源管理系統(tǒng)，企業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)主要能源的使用監(jiān)控、計(jì)劃管理、數(shù)據(jù)分析，在節(jié)能辨識(shí)和能源消耗預(yù)測上取得了良好的效果。在系統(tǒng)使用后有效的降低了能源的浪費(fèi)，提升了使用效率，大幅降低了能源消耗。

1.實(shí)現(xiàn)能源使用的精確監(jiān)控能源信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能源信息的采集、存儲(chǔ)、管理，由此確保了獲得第一手運(yùn)行工藝數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握能源運(yùn)行情況、及時(shí)采集調(diào)度措施，使系統(tǒng)盡可能運(yùn)行在最佳狀態(tài)。系統(tǒng)的建立改變了原有運(yùn)作模式，數(shù)據(jù)的采集由事后的數(shù)據(jù)抄表記錄轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)監(jiān)控，依據(jù)能流圖的實(shí)時(shí)、精確能耗數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了滿足能源工藝系統(tǒng)特點(diǎn)的分散控制和集中管理。

2.減少能源管理環(huán)節(jié)，優(yōu)化能源管理流程建立客觀能源消耗評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)在信息分析基礎(chǔ)上的能源監(jiān)控和能源管理流程優(yōu)化再造，實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備管理、運(yùn)行管理、有效實(shí)施客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評(píng)價(jià)體系、績效考核，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及時(shí)了解真實(shí)的能耗情況和提出節(jié)能降耗的技術(shù)和管理措施，向能源管理要效益。

3.減少能源系統(tǒng)運(yùn)行管理成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率大型企業(yè)的能源管理系統(tǒng)規(guī)模加大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳統(tǒng)的現(xiàn)場管理、運(yùn)行值班、檢修及管理的工作量大，成本高。能源管理系統(tǒng)的建立，為企業(yè)的管理體制改革發(fā)揮重要示范作用。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表統(tǒng)一監(jiān)控，簡化能源運(yùn)行管理，減少日常管理的人力投入，節(jié)約人力成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

結(jié)束語

在地球漫長的演化歷史中，沒有任何一種生物能像人類一樣對(duì)地球的環(huán)境和氣候產(chǎn)生劇烈影響。自從18世紀(jì)英國工業(yè)革命開始，人類對(duì)能源的需求進(jìn)入燃燒化石燃料的時(shí)代，隨著數(shù)百億噸沉積在地球深處數(shù)億年的化石燃料被燃燒，地球大氣的成分在發(fā)生顯著的變化。如果通過對(duì)企業(yè)能源管理的不斷優(yōu)化，提升能源使用效率，減少不必要的浪費(fèi)，最終降低整體生產(chǎn)能耗，將是對(duì)企業(yè)、社會(huì)、國家的一種貢獻(xiàn)。