冶金企業(yè)智能化能源管理系統(tǒng)建設(shè)思路

孫 雪，王 剛

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

前言

能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的支撐，隨著經(jīng)濟(jì)體量的不斷增加，企業(yè)對于能源的需量也逐年上升。但石油、煤炭、天然氣等一次不可再生能源的儲(chǔ)存量日益減少，綠色可再生能源開發(fā)及利用仍達(dá)不到能源替代的水平。所以，節(jié)能、提效、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)是當(dāng)代社會(huì)、企業(yè)發(fā)展的重中之重。同時(shí)，由于環(huán)境壓力陡增，國際社會(huì)對于碳排放的要求日益嚴(yán)苛，所以減排、環(huán)保方面的投入也成為了制約企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。本世紀(jì)以來，流程型行業(yè)特別是冶金行業(yè)在能源管理方面提出了更高的要求，但能源管理仍停留在以監(jiān)視和計(jì)量為主的崗位管控為主，管理手段及輸出主要為能源報(bào)表，尚不能根據(jù)工藝產(chǎn)出及用戶需量實(shí)現(xiàn)短期預(yù)測及高精度的控制，能源管理仍存在一定的滯后性及盲目性。因此對于企業(yè)來說，建立智能化能源管理系統(tǒng)，使能源在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中高速、高效、低成本流動(dòng)對于企業(yè)能源管理提升具有極其重要的意義。隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，供給側(cè)改革等多項(xiàng)新理念的不斷推出，要求企業(yè)必須逐步向綠色和智慧化發(fā)展。提升企業(yè)運(yùn)營效率和盈利能力，增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力。

1 能源管理系統(tǒng)功能定位

新一代智能化能源管理系統(tǒng)應(yīng)該致力于覆蓋全公司各能源系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，在能源體系的指導(dǎo)下建立系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、調(diào)度、管理、服務(wù)的一體化平臺(tái)。所以系統(tǒng)的定位可以規(guī)劃為：第一階段滿足完善企業(yè)能源管理體系，重塑指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)管理的平臺(tái)；第二階段滿足多元異構(gòu)數(shù)據(jù)接入，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)劃，實(shí)時(shí)預(yù)測的多維分析的決策支持；第三階段滿足各種能源介質(zhì)平衡仿真，實(shí)現(xiàn)追溯、培訓(xùn)、反演為一體的綜合平臺(tái)。

所以智能化能源管理系統(tǒng)應(yīng)涵蓋能源介質(zhì)的監(jiān)測、生產(chǎn)過程與設(shè)備能效分析與優(yōu)化控制、信息系統(tǒng)集成、能源供需預(yù)測、系統(tǒng)仿真與優(yōu)化調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，并在平臺(tái)支持、應(yīng)用拓展、智能控制、大數(shù)據(jù)分析、能源動(dòng)態(tài)仿真、能源增值服務(wù)等方面進(jìn)行重構(gòu)，通過事前建立平衡預(yù)測構(gòu)建輸配模式、單系統(tǒng)成本最優(yōu)模式和多介質(zhì)協(xié)同最優(yōu)模式來指導(dǎo)生產(chǎn)，以此來提升的利用效率，降低能源損失，顯化隱性能源效益。

2 智能化能源管理系統(tǒng)的發(fā)展方向

2.1 能源供應(yīng)側(cè)集中化、全局化管理

冶金行業(yè)，特別是以大型鋼鐵廠為代表的長流程企業(yè)，具有明顯的體量大，流程長，化學(xué)反應(yīng)多，需量波動(dòng)大的特點(diǎn)。受二次能源發(fā)生量、余能回收量、環(huán)保因素等制約，能源調(diào)配受工藝狀態(tài)影響巨大。所以資源配置能力是能源智能化管理的關(guān)鍵，所以在進(jìn)行資源配置時(shí)，不僅要考慮企業(yè)的極限消費(fèi)能力，更需要考慮資源多模式組合能力，即良好的適應(yīng)能力。

能源供應(yīng)側(cè)管理是指統(tǒng)籌管理整體能源的供應(yīng)情況，完成各能源介質(zhì)不同時(shí)間粒度的供應(yīng)趨勢和結(jié)構(gòu)分析，以及結(jié)合能源耗用情況，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)量及成本的預(yù)測預(yù)警。并根據(jù)用能需求建立一套靈活有效的控制策略進(jìn)行供能側(cè)的管理與用戶側(cè)負(fù)荷的分配。這是智能能源管理的核心，系統(tǒng)要能根據(jù)用戶側(cè)負(fù)荷結(jié)構(gòu)變化，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，動(dòng)態(tài)匹配，滿足負(fù)荷需求。

供應(yīng)側(cè)建設(shè)核心工作是豐富能源供給結(jié)構(gòu)，這其中應(yīng)該包括可調(diào)節(jié)的供給能力配置，儲(chǔ)備能力與能源轉(zhuǎn)換能力。具體表現(xiàn)為供應(yīng)設(shè)備負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力、組合能力，同時(shí)為保障能源供應(yīng)的可靠性，需設(shè)置足夠數(shù)量的儲(chǔ)能設(shè)備，儲(chǔ)能設(shè)備通過用戶側(cè)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)相互連接，共同滿足用戶側(cè)對于不同能源的需求。能源轉(zhuǎn)換能力即在冶金企業(yè)利用物理或化學(xué)手段實(shí)現(xiàn)常用的風(fēng)、水、電、氣、熱多種能源類型間高效轉(zhuǎn)換的能力。

2.2 基于成本最優(yōu)的能源需求側(cè)管理

需求側(cè)管理的重點(diǎn)在于提升對于能流的分析優(yōu)化能力，即以成本最優(yōu)為導(dǎo)則，或以系統(tǒng)整體效率最優(yōu)為導(dǎo)則。以完善的設(shè)備自動(dòng)化，信息化網(wǎng)絡(luò)為支撐，將有效數(shù)據(jù)完整采集，根據(jù)企業(yè)管理目標(biāo)設(shè)置模型規(guī)制，通過能流優(yōu)化分析實(shí)現(xiàn)基于成本最低、效率最高等模式的自動(dòng)調(diào)配，即需求側(cè)用能分析管理系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)能源工藝效能最大發(fā)揮及產(chǎn)出能源的合理利用。以生產(chǎn)運(yùn)行智能化為主體，以設(shè)備、設(shè)施的基礎(chǔ)智能化為保障，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)過濾篩選-行為監(jiān)控-分析優(yōu)化-過程控制-智能優(yōu)化的全過程精準(zhǔn)高效化管理。通過對工序能耗、產(chǎn)線能耗、產(chǎn)品品種能耗等多層次分析，提高產(chǎn)線能源整體利用水平，實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)、效率最高。流程如圖1。

圖1 基于成本最優(yōu)的優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)流程

具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

1)通過系統(tǒng)接口，在制造管理系統(tǒng)及各工序PES系統(tǒng)接收各工藝產(chǎn)線排產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃。

2)優(yōu)化能源計(jì)量，細(xì)化到大型單體用能設(shè)備及每條產(chǎn)線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)、產(chǎn)線級(jí)用能需量預(yù)測及發(fā)生量預(yù)測。

3)根據(jù)能源發(fā)生單元負(fù)荷、存儲(chǔ)量、轉(zhuǎn)化效率等因素，通過同一時(shí)序下的能源供給量、需求量計(jì)算判定系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。

4)根據(jù)系統(tǒng)煤氣盈虧情況，按照系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先制定的安全性規(guī)則、成本核算規(guī)則及各類邊際條件計(jì)算優(yōu)化分配結(jié)果。

5)實(shí)時(shí)讀取工藝生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)，判定優(yōu)化分配方案與工藝計(jì)劃是否存在沖突，由專業(yè)人員進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整，做到主工藝生產(chǎn)與能源成本的高度協(xié)同。

2.3 基于大數(shù)據(jù)的信息挖掘與智能預(yù)測業(yè)務(wù)和云計(jì)算

智能化能源管理的基礎(chǔ)是多維,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的識(shí)別與利用的過程。能源管理系統(tǒng)通過內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工藝排程、過程參數(shù)、計(jì)量儀表等多種數(shù)據(jù)的整合，實(shí)質(zhì)上是將能源流與物質(zhì)流通過信息流的方式實(shí)現(xiàn)整合。整合后的系統(tǒng)功能應(yīng)該以各類計(jì)劃為基礎(chǔ)，以預(yù)測為手段。能源調(diào)配的依據(jù)應(yīng)該以多維度、多粒度的精準(zhǔn)能源預(yù)測為指導(dǎo)，以保證在連續(xù)不斷變化的邊界調(diào)節(jié)和生產(chǎn)節(jié)奏中找到成本最優(yōu)或效率最高的平衡點(diǎn)，從而制定可行的能源調(diào)配策略。在大量數(shù)據(jù)采集的過程中，往往無效數(shù)據(jù)或無序數(shù)據(jù)占據(jù)絕大部分，所以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)清洗、過濾邏輯與數(shù)據(jù)篩分功能是實(shí)現(xiàn)預(yù)測業(yè)務(wù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。智能化能源管理系統(tǒng)不僅僅要求以流程思想指導(dǎo)模型建設(shè)，同樣需要利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等手段實(shí)現(xiàn)對能源消耗、能源效率、能源成本等參量進(jìn)行識(shí)別，基于大數(shù)據(jù)的信息挖掘?qū)嵸|(zhì)上是提高能源管理效率。

3 結(jié)論

掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)的規(guī)律性變化，抓住數(shù)據(jù)間的關(guān)系是通往智能化的有效路徑。智能化要建立在自動(dòng)化和信息化高度發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)上，但須注意既要從數(shù)字信息一側(cè)推進(jìn)，又要從物理系統(tǒng)優(yōu)化一側(cè)推進(jìn),最后才能達(dá)到智能制造的高度。