企業(yè)能源管理平臺研究及應(yīng)用

鄭芳雄

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

1 概述

目前石油化工企業(yè)普遍性的能源管理主要靠電子文件報(bào)表流轉(zhuǎn)，層級傳遞能耗數(shù)據(jù)，這種能耗管理已經(jīng)和現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求相脫離，容易導(dǎo)致決策偏差、發(fā)出指令滯后等問題，嚴(yán)重影響企業(yè)的競爭力。

中海石油化學(xué)股份有限公司基于對企業(yè)能耗情況和現(xiàn)有能源管理模式的充分分析，在企業(yè)兩化融合體系基礎(chǔ)上進(jìn)行能源管理業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的集成，在確保生產(chǎn)工藝流程平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)企業(yè)能源系統(tǒng)的在線監(jiān)控、集中管理與優(yōu)化調(diào)度，從而有效地提高企業(yè)能源管理水平和能源利用效率，為單體設(shè)備、各生產(chǎn)裝置和整個(gè)企業(yè)的全方位節(jié)能提供充分支撐。

構(gòu)建企業(yè)能源管理平臺，主要通過對能源數(shù)據(jù)的采集及能耗數(shù)據(jù)的計(jì)算、分?jǐn)?、平衡等處理，?shí)現(xiàn)班組、裝置及企業(yè)層次的能耗計(jì)算，通過對重點(diǎn)耗能設(shè)備的監(jiān)控分析，班組能耗考核的管理實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。本文從幾個(gè)方面概述研究內(nèi)容與應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2 技術(shù)路線與平臺簡介

能源管理平臺的未來發(fā)展將向能源預(yù)測、能源計(jì)劃、能源優(yōu)化調(diào)度和節(jié)能控制進(jìn)一步發(fā)展和加強(qiáng)，通過質(zhì)量、環(huán)保、公用工程及設(shè)備工藝優(yōu)化等各方面因素的支撐實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最大化，主要從幾個(gè)方面概述研究內(nèi)容與要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2.1 技術(shù)路線

該平臺采用架構(gòu)分別為后臺設(shè)施層、數(shù)據(jù)中心層、應(yīng)用平臺層、應(yīng)用系統(tǒng)層和用戶層。

后臺設(shè)施層：為系統(tǒng)的框架提供運(yùn)行、算法、技術(shù)等支撐。

數(shù)據(jù)中心層：將系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去重、歸檔、存儲(chǔ)等處理和加工，形成分門別類的數(shù)據(jù)單元和數(shù)據(jù)庫，并且與兩化平臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，從而為平臺層、應(yīng)用層和接口提供支持。

應(yīng)用平臺層：是平臺內(nèi)部各個(gè)業(yè)務(wù)單元的處理節(jié)點(diǎn)，通過業(yè)務(wù)邏輯層可將應(yīng)用層和接口層發(fā)來的指令進(jìn)行處理，并將結(jié)果給到應(yīng)用層和接口。接口的主要功能是根據(jù)外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)請求來進(jìn)行接口調(diào)度和管理，如對接外部的大數(shù)據(jù)平臺、認(rèn)證平臺等。

應(yīng)用系統(tǒng)層：是基于數(shù)據(jù)面向客戶的應(yīng)用展示，通過應(yīng)用層用戶可對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查看、導(dǎo)出，為部門決策提供素材。

用戶層：是基于權(quán)限管理展示應(yīng)用設(shè)計(jì)，通過權(quán)限設(shè)置調(diào)用應(yīng)用層應(yīng)用。

平臺提供統(tǒng)一權(quán)限管理，統(tǒng)一消息管理，統(tǒng)一工作流平臺，統(tǒng)一日志管理，實(shí)時(shí)服務(wù)，統(tǒng)一通信管理，統(tǒng)一定時(shí)管理。

該平臺設(shè)計(jì)時(shí)采用當(dāng)前信息系統(tǒng)建設(shè)先進(jìn)平臺化建設(shè)思維，主要核心是：前臺輕量化，后臺全面引擎化，可靈活地適用組織需求化，其主要包括以下幾部分：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐環(huán)境共享化，不同基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來之不同的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與兩化平臺、各裝置報(bào)表系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度日報(bào)、大數(shù)據(jù)平臺等多系統(tǒng)平臺形成數(shù)據(jù)共享，支撐起系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境。

（2）業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)平臺化，集成采用統(tǒng)一入口，單點(diǎn)登錄等相關(guān)技術(shù)建設(shè)以兩化平臺及生產(chǎn)管理系統(tǒng)為核心，與其他已有系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)、入口、流程、業(yè)務(wù)級的連接，實(shí)現(xiàn)對本地?cái)?shù)據(jù)、生產(chǎn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成。

（3）監(jiān)測管護(hù)系統(tǒng)平臺化，采用模塊化、插件管理及引擎技術(shù)等一系列擴(kuò)展技術(shù)。

2.2 平臺簡介

（1）能源數(shù)據(jù)采集

主要是對企業(yè)能源消耗點(diǎn)進(jìn)行數(shù)采，把以前由人工抄表，再輸入系統(tǒng)的工作，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)自動(dòng)獲取水、電及氣等數(shù)據(jù)采集。同時(shí)能源采集還包括對采集數(shù)據(jù)通過分析計(jì)算得出各種重點(diǎn)耗能設(shè)備需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)，例如能效。

（2）能源監(jiān)控

能源監(jiān)控主要是把能源計(jì)量數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)及生產(chǎn)過程各種數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)、匯總、統(tǒng)計(jì)和對比等各種操作，并以簡單易懂的圖像形式在大屏之中展示，可供生產(chǎn)管理部調(diào)度人員及時(shí)了解了整個(gè)生產(chǎn)過程的情況，為調(diào)度提供強(qiáng)有力的決策支撐。

（3）能源管理

主要對生產(chǎn)能源數(shù)據(jù)的管理、平衡生產(chǎn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)展示和統(tǒng)計(jì)。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要?jiǎng)澐值哪K有：班組能耗、碳排放管理、開停車能耗管理、對標(biāo)管理、耗能設(shè)備管理、能源數(shù)據(jù)管理、外購能源管理、文檔管理、合理化建議、報(bào)表管理、企業(yè)數(shù)據(jù)上報(bào)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)設(shè)置管理等，共有12個(gè)大模塊。

（4）能源模型

能源管理模型是指通過分析監(jiān)測能源流數(shù)據(jù)，建立能源評估、預(yù)測與優(yōu)化模型，對主要能源介質(zhì)的生產(chǎn)和消耗進(jìn)行預(yù)測，實(shí)現(xiàn)能源介質(zhì)產(chǎn)、存、耗動(dòng)態(tài)平衡，提高介質(zhì)利用效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。比如建立效益預(yù)測模型，通過經(jīng)濟(jì)效益分析得出裝置最佳負(fù)荷建議值，以便為企業(yè)獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。還有對蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行建模評估，結(jié)合蒸汽產(chǎn)耗歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模型計(jì)算，建立蒸汽管網(wǎng)的平衡圖。

2.3 開發(fā)技術(shù)

采用B/S架構(gòu)，傳統(tǒng)的B/S程序是由后端渲染好頁面，交給前端來顯示，為了使數(shù)據(jù)展現(xiàn)過程更加直接，提供更好的用戶體驗(yàn)，經(jīng)評估平臺采用最新的前后端分離架構(gòu)進(jìn)行搭建，實(shí)現(xiàn)前后端解耦，前端框架將采用成熟的Js框架和Bootstrap，后端采用傳統(tǒng)分層架構(gòu)、采用多層（N-Layer）邏輯架構(gòu)，層與層之間是低耦合的，增加各層的獨(dú)立性，從而也提高了可測試性，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，大大提高系統(tǒng)的魯棒性。

通過徹底的前后端分離，可以適應(yīng)現(xiàn)代流行的多終端的界面體系，表現(xiàn)層既可以在PC端訪問界面，也可以通過BI軟件在大屏幕進(jìn)行展示，未來還可以通過移動(dòng)端APP，甚至微信小程序等最新的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)展現(xiàn)，而無需改動(dòng)后端系統(tǒng)及邏輯。

基于漸進(jìn)式框架構(gòu)建用戶界面，Ajax 完成請求數(shù)據(jù)傳輸。前端架構(gòu)具有輕量級、高性能、高穩(wěn)定性、可組件化的特點(diǎn)，相比舊的前端框架更具優(yōu)勢。

前后端之間采用輕量級的WEB服務(wù)RESTful Web Services來實(shí)現(xiàn)資源訪問。為了實(shí)現(xiàn)REST訪問協(xié)議，系統(tǒng)采用了成熟的.NET技術(shù)來實(shí)現(xiàn)后臺功能。后臺采用傳統(tǒng)Entity Framework和MVC架構(gòu)進(jìn)行搭建，此架構(gòu)使用非常成熟，具有高度穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。

3 企業(yè)實(shí)施能源管理平臺的價(jià)值

3.1 能源實(shí)時(shí)監(jiān)控與采集

實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)等多種能源介質(zhì)實(shí)行集中監(jiān)控和管理；對能源流進(jìn)行集中監(jiān)測和管理，取消線下人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、能源計(jì)量分析、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理上報(bào)整個(gè)過程自動(dòng)化、高效化、科學(xué)化，是企業(yè)節(jié)能減排的重要基礎(chǔ)性工作。

3.2 指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行

采集到的能源數(shù)據(jù)通過生產(chǎn)流程圖、數(shù)據(jù)列表、圖表、大屏幕推送等多種方式展示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行中的能耗變化，指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。

能源數(shù)據(jù)監(jiān)控可有效地保證單位產(chǎn)品綜合能耗、萬元工業(yè)總產(chǎn)值綜合能耗等關(guān)鍵指標(biāo)完成，實(shí)現(xiàn)了能源管控與生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合，確保生產(chǎn)平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.3 性能分析與優(yōu)化

實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)耗能設(shè)備能耗性能指標(biāo)的計(jì)算，由計(jì)算引擎自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算性能指標(biāo)，深入分析生產(chǎn)運(yùn)行和能耗情況，通過節(jié)能減排評估找到節(jié)能減排優(yōu)化方法。

3.4 能源管理精細(xì)化

通過對介質(zhì)損耗的分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量儀表問題，確保計(jì)量準(zhǔn)確，減少管道輸送過程產(chǎn)生的損耗。通過建立量化的運(yùn)行指標(biāo)，將采集到的能耗數(shù)據(jù)通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)班組、日、月能耗考核數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，為精細(xì)化管理提供考核手段。

3.5 促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)提升

實(shí)現(xiàn)主要耗能設(shè)備的臺賬管理及能耗水平識別，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)改造及落后耗能設(shè)備的淘汰。

4 結(jié)論

總結(jié)分析了如何通過能源管理平臺的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對各種能源介質(zhì)和重點(diǎn)耗能設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制、優(yōu)化調(diào)度和綜合管理，及時(shí)了解和掌握各種能源介質(zhì)的生產(chǎn)、使用以及各種能源管網(wǎng)、關(guān)鍵耗能設(shè)備的運(yùn)行工況，做到科學(xué)決策，正確指揮，確保安全、可靠、經(jīng)濟(jì)與高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)型到分析型調(diào)度職能的轉(zhuǎn)變。利用新信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)在信息化、可視化、自動(dòng)化及部分智能化四個(gè)方面內(nèi)容，對化工企業(yè)建設(shè)能源管理平臺有非常重要的啟示作用，可指導(dǎo)企業(yè)如何發(fā)揮能源管理平臺的實(shí)施價(jià)值，從而提高企業(yè)能源利用效率和管理水平。