鋼鐵企業(yè)電力需求側(cè)管理的研討

李艷青 楊 超

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 引言

鋼鐵行業(yè)是高耗能行業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵行業(yè)的年耗電量占全國(guó)總用電量的8%左右。大型長(zhǎng)流程鋼鐵企業(yè)的能源成本占總生產(chǎn)成本的30%左右，其中電能成本占總生產(chǎn)成本的10%左右。鋼鐵企業(yè)用電設(shè)備大多是非線性負(fù)荷，例如電弧爐、軋機(jī)以及各種交直流調(diào)速設(shè)備，從電力系統(tǒng)角度分析，這些冶金設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行造成了鋼鐵企業(yè)用電量大、諧波問題嚴(yán)重、自然功率因數(shù)較低、沖擊負(fù)荷大的特性。

我國(guó)高度重視電力需求側(cè)管理工作，把電力需求側(cè)管理作為深入推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、生態(tài)文明建設(shè)和促進(jìn)電力經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展的重要舉措。工業(yè)領(lǐng)域中鋼鐵企業(yè)作為用電大戶，依照鋼鐵企業(yè)的用電特性實(shí)施電力需求側(cè)管理工作，切實(shí)推進(jìn)和落實(shí)電力需求側(cè)管理工作，有助于優(yōu)化企業(yè)用電結(jié)構(gòu)，調(diào)整用電方式，提高電能利用效率和效益，促進(jìn)企業(yè)、電力和環(huán)境的平衡協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，鋼鐵企業(yè)開展電力需求側(cè)管理工作對(duì)企業(yè)綠色發(fā)展有著重要意義。

1 鋼鐵企業(yè)開展電力需求側(cè)管理工作的流程

鋼鐵企業(yè)，尤其是長(zhǎng)流程鋼鐵企業(yè)，用電負(fù)荷種類眾多，各工序用電比重不同，實(shí)施電力需求側(cè)管理是要逐步達(dá)到優(yōu)化用電結(jié)構(gòu)、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。因此，鋼鐵企業(yè)開展電力需求側(cè)管理工作是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜且循序漸進(jìn)的過程。為捋順工作思路，形成閉環(huán)式管理，可將需求側(cè)管理工作分為三個(gè)流程：全面策劃、綜合實(shí)施、效果評(píng)價(jià)。鋼鐵企業(yè)電力需求側(cè)管理工作流程如圖1所示。

圖1 鋼鐵企業(yè)電力需求側(cè)管理工作流程

在具體執(zhí)行過程中，可引入PDCA管理方法進(jìn)行，即策劃—實(shí)施—檢查—改進(jìn)（如圖2所示），使電力需求側(cè)管理工作融入企業(yè)日常管理活動(dòng)。其中，領(lǐng)導(dǎo)決策、診斷策劃對(duì)應(yīng)工作流程的第一步，包含組織機(jī)構(gòu)建立，實(shí)施全面診斷，明確信息化和制度化要求，制定電能管理目標(biāo)、指標(biāo)和實(shí)施方案，確保相關(guān)工作有序開展并達(dá)到相應(yīng)績(jī)效。實(shí)施執(zhí)行對(duì)應(yīng)工作流程的第二步，內(nèi)容包括執(zhí)行策劃改進(jìn)方案，開展全面治理，保障用電可靠性、實(shí)施節(jié)約用電、需求響應(yīng)、綠色用電等。工作評(píng)價(jià)則對(duì)應(yīng)工作流程的第三步，評(píng)價(jià)與檢測(cè)已實(shí)施的方案效果，形成閉環(huán)，制定下個(gè)周期的策劃改進(jìn)提高方案。

圖2 鋼鐵企業(yè)電力需求側(cè)管理系統(tǒng)化運(yùn)行模式

2 工作流程第一步全面策劃

全面策劃的目的是將需求側(cè)管理形成工作機(jī)制明確目標(biāo)，結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過自查監(jiān)測(cè)或評(píng)估診斷的方式發(fā)現(xiàn)企業(yè)在電力需求側(cè)管理方面有哪些工作可以做。具體內(nèi)容包括：組織機(jī)構(gòu)建立、信息化平臺(tái)建立、制度建立、評(píng)估診斷。

2.1 組織機(jī)構(gòu)建立

為使電力需求側(cè)管理工作融入企業(yè)日常生產(chǎn)組織與能源管理，結(jié)合企業(yè)能源管理體系和電力需求側(cè)管理特點(diǎn)，企業(yè)可成立節(jié)能減排領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)企業(yè)節(jié)能、電力需求側(cè)管理的領(lǐng)導(dǎo)工作，專業(yè)職能處室設(shè)立電力需求側(cè)管理推進(jìn)小組，負(fù)責(zé)具體推進(jìn)需求側(cè)管理工作；各生產(chǎn)單位設(shè)有電氣專業(yè)（需求側(cè)）管理人員，負(fù)責(zé)電力需求側(cè)管理的具體管理實(shí)施。

2.2 信息化平臺(tái)建立

信息化平臺(tái)建設(shè)應(yīng)符合《國(guó)家電力需求側(cè)管理平臺(tái)管理規(guī)定（試行.2014）》《電力需求側(cè)管理平臺(tái)建設(shè)技術(shù)規(guī)范（試行）》《GB/T31960電力能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《工業(yè)園區(qū)電力需求側(cè)管理系統(tǒng)建設(shè)》等相關(guān)規(guī)范。鋼鐵企業(yè)大多使用的是能源中心信息化平臺(tái)，包含水、電、氣體等多個(gè)能源介質(zhì)，其中電力系統(tǒng)功能應(yīng)包括：實(shí)時(shí)監(jiān)視功能、系統(tǒng)實(shí)時(shí)報(bào)警功能、報(bào)警參數(shù)設(shè)定功能、歷史報(bào)警查詢功能、趨勢(shì)查詢功能等。

2.3 制度建立

制度建立旨在加強(qiáng)電力需求側(cè)管理，優(yōu)化配置電力資源，在供用電環(huán)節(jié)減少浪費(fèi)、降低電耗、提高用電效率。企業(yè)可建立《測(cè)量數(shù)據(jù)管理程序》《能源計(jì)量管理程序》《供用電管理制度》《能源監(jiān)察管理制度》《能源績(jī)效考核辦法》等管理制度。各管理制度包括職責(zé)安排、項(xiàng)目管理、目標(biāo)考核、運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)、激勵(lì)機(jī)制等。

2.4 評(píng)估診斷

企業(yè)可委托第三方設(shè)計(jì)院、研究所等專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行綜合診斷，內(nèi)容可包括電網(wǎng)短路電流計(jì)算、潮流計(jì)算、繼電保護(hù)校核、中性點(diǎn)接地方式評(píng)估、電能質(zhì)量評(píng)估等。從中可直觀發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)短路電流過大、配電室繼電保護(hù)誤動(dòng)、中性點(diǎn)接地方電容電流過大、供電安全預(yù)警設(shè)備配置不全、電能質(zhì)量不合格等影響電網(wǎng)可靠性的問題。進(jìn)而針對(duì)問題制定下一步的實(shí)施改進(jìn)計(jì)劃。

3 工作流程第二步綜合實(shí)施

鋼企需求側(cè)管理工作的具體實(shí)施內(nèi)容包括：完善管理制度、信息化平臺(tái)升級(jí)、電網(wǎng)綜合治理、能源利用提升、節(jié)約用電、電能替代、綠色用電。

3.1 完善管理制度

3.1.1 推進(jìn)TPM管理制度

為了規(guī)范電氣設(shè)備使用、運(yùn)行、維護(hù)和保養(yǎng)管理，確保設(shè)備管理各項(xiàng)工作的順利開展，深入推進(jìn)TPM管理，規(guī)范工作行為，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，滿足生產(chǎn)、安全、環(huán)境和質(zhì)量對(duì)設(shè)備的要求。切實(shí)做到文明操作、正確使用、精心維護(hù)、嚴(yán)格管理?？山Y(jié)合TPM完善《電氣設(shè)備維護(hù)管理制度》《配電室崗位操作規(guī)程》《供電設(shè)備點(diǎn)、巡檢規(guī)范》等制度。

3.1.2 完善需求側(cè)響應(yīng)制度

在電力主管部門的指導(dǎo)下建立《外供電應(yīng)急預(yù)案》，同時(shí)與電力主管部門簽訂需求響應(yīng)協(xié)議，按要求啟動(dòng)并執(zhí)行需求響應(yīng)。配合電力主管部門上報(bào)可中斷負(fù)荷，完成精準(zhǔn)切負(fù)荷項(xiàng)目落實(shí)工作，并配套建立《電網(wǎng)切負(fù)荷預(yù)案》。

3.2 信息化平臺(tái)升級(jí)

3.2.1 能源中心“云”升級(jí)

能源中心進(jìn)行能源系統(tǒng)智能化改造，組織建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)能源優(yōu)化配置。

3.2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)供用電設(shè)備情況，建立電氣設(shè)備管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端實(shí)時(shí)查看電機(jī)、變壓器運(yùn)行參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。

3.3 電網(wǎng)綜合治理

3.3.1 系統(tǒng)短路電流超標(biāo)治理

治理短路電流超標(biāo)，方法有很多，例如改變電網(wǎng)的接線方式、多母線分列運(yùn)行或母線分段運(yùn)行、采用高阻抗變壓器等。鋼鐵企業(yè)在電網(wǎng)建設(shè)時(shí)基本也都會(huì)滿足上述條件，那么隨著企業(yè)發(fā)展，發(fā)電機(jī)、同步機(jī)等設(shè)備并入電網(wǎng)造成的短路電流超標(biāo)，可以通過在變電站及發(fā)電機(jī)出口增設(shè)限流裝置來治理。

3.3.2 電網(wǎng)可靠性提升改造

進(jìn)行保護(hù)定值的校驗(yàn)調(diào)整、配電室間增設(shè)差動(dòng)保護(hù)裝置，提高保護(hù)動(dòng)作的選擇性，解決保護(hù)裝置越級(jí)跳閘的問題；在二級(jí)變電站中性點(diǎn)新增消弧線圈、新增單相接地故障管理系統(tǒng)，

可有效降低事故狀態(tài)下的接地電流，避免因開斷容量不夠引起的爆炸等事故；在主變電站新增電纜在線預(yù)警選線系統(tǒng)，對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)預(yù)知預(yù)控、狀態(tài)檢修，減少電纜接地故障的概率，在電纜發(fā)生單相接地故障后快速準(zhǔn)確的選取故障回路，可大大提高供電系統(tǒng)的安全性、可靠性。

3.3.3 電能質(zhì)量治理

鋼鐵企業(yè)存在大量沖擊負(fù)荷和諧波源。為保證功率因數(shù)、電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)，在各級(jí)負(fù)荷側(cè)設(shè)置無功補(bǔ)償和諧波治理裝置，并根據(jù)工藝裝備的變化，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)諧波情況進(jìn)行測(cè)試，保證母線電壓總畸變率、電流畸變率、諧波電壓、諧波電流等符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 能源利用提升

3.4.1 綜合能源利用

長(zhǎng)流程鋼鐵企業(yè)可實(shí)施全流程余熱、余能、余壓回收技術(shù)改造，例如煤氣回收發(fā)電、干熄焦發(fā)電、焦?fàn)t上升管余熱回收、燒結(jié)余熱回收發(fā)電等，可有效降低外購(gòu)電能。

3.4.2 錯(cuò)峰用電措施

鋼鐵企業(yè)各生產(chǎn)單位可根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)和實(shí)際情況，結(jié)合電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)，實(shí)施錯(cuò)峰用電。具體體現(xiàn)在：一是在電費(fèi)成本考核上，按分時(shí)電價(jià)對(duì)各生產(chǎn)單位進(jìn)行成本核算；二是梳理間歇性生產(chǎn)設(shè)備，如煉鐵噴煤制粉系統(tǒng)、供水旁濾系統(tǒng)等規(guī)定在谷段或平段運(yùn)行；三是將設(shè)備定修、換輥時(shí)間放在高峰時(shí)段；四是結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)訂單不飽滿的軋鋼機(jī)組實(shí)施錯(cuò)峰生產(chǎn)。與此同時(shí)，也可發(fā)揮煤氣柜調(diào)節(jié)功能，開展錯(cuò)峰發(fā)電。

3.4.3 節(jié)約用電

一是管理節(jié)電，優(yōu)化各種介質(zhì)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)氣、節(jié)水、節(jié)電，優(yōu)化壓空、氮?dú)?、氧氣系統(tǒng)的運(yùn)行方式，實(shí)施分級(jí)供氧，減少供氧電耗；建立能源動(dòng)力監(jiān)察考核制度，監(jiān)察各種介質(zhì)的跑冒滴漏，減少能源浪費(fèi)；優(yōu)化電力計(jì)費(fèi)繳費(fèi)方式容量改需量，參與電力直接交易節(jié)約電費(fèi)；二是設(shè)備節(jié)電，淘汰更新落后機(jī)電產(chǎn)品及照明設(shè)備，提高設(shè)備能效；三是改造節(jié)電，結(jié)合工藝實(shí)施節(jié)電改造，例如燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)變頻改造、水泵超高效永磁同步電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器控制改造。

3.5 電能替代

鋼鐵企業(yè)汽車運(yùn)輸可實(shí)施電代油項(xiàng)目，火車運(yùn)輸也可實(shí)施電動(dòng)機(jī)車改造項(xiàng)目，在實(shí)現(xiàn)電能替代的同時(shí)還能滿足清潔生產(chǎn)要求。

3.6 綠色用電

隨著國(guó)家大力推進(jìn)新能源發(fā)展，風(fēng)電、光伏發(fā)電進(jìn)入快速發(fā)展新階段，鋼鐵企業(yè)區(qū)域內(nèi)建筑較為集中，符合不新增用地、利用固定建筑物屋頂及其附屬場(chǎng)所的建設(shè)條件，可利用現(xiàn)有廠房進(jìn)行光伏改造；同時(shí)也可與風(fēng)電廠商合作，建設(shè)風(fēng)電直供項(xiàng)目，消納新能源，實(shí)現(xiàn)綠色用電。

4 工作流程第三步效果評(píng)價(jià)

經(jīng)過策劃與實(shí)施一系列舉措，開展需求側(cè)管理為企業(yè)帶來的效率與效益的提升，最終體現(xiàn)在各項(xiàng)能源指標(biāo)上。將需求側(cè)管理工作中的效果評(píng)價(jià)與能源管理體系有機(jī)融合，形成日常監(jiān)管的評(píng)價(jià)機(jī)制，體現(xiàn)在利用《能源績(jī)效考核辦法》對(duì)工序電耗指標(biāo)實(shí)施目標(biāo)管理，對(duì)不同時(shí)期內(nèi)的電能供需進(jìn)行對(duì)比分析，以及對(duì)每個(gè)工序電能單耗進(jìn)行一段時(shí)間的實(shí)績(jī)跟蹤，以曲線或者表格形式顯示跟蹤結(jié)果，同時(shí)從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)和工序電耗不同角度進(jìn)行影響分析，具體包括年季月指標(biāo)對(duì)比分析、與同行業(yè)其他企業(yè)對(duì)比分析等；利用信息化平臺(tái)計(jì)量網(wǎng)數(shù)據(jù)建設(shè)電能數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)舉措的實(shí)施效果。例如：對(duì)燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)的原有變頻器進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后經(jīng)測(cè)試節(jié)電率在20%以上；對(duì)水泵超高效永磁同步電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器控制進(jìn)行了改造，經(jīng)測(cè)試平均節(jié)電率分別為20.1%和21.6%。

5 實(shí)施電力需求側(cè)管理的效果評(píng)估

5.1 制定能源利用遠(yuǎn)期戰(zhàn)略規(guī)劃

可參考電力需求側(cè)管理工作內(nèi)容制定企業(yè)遠(yuǎn)期能源利用戰(zhàn)略規(guī)劃，以鋼鐵企業(yè)用電特性、系統(tǒng)負(fù)荷特性、電力需求側(cè)管理工作潛力等分析預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，提出鋼鐵企業(yè)總體節(jié)能減排目標(biāo)、重點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)施方案以及提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方案等。重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施方案包括：各種高效節(jié)能燈具（綠色照明）、高效電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速技術(shù)、蓄冷蓄熱技術(shù)、節(jié)能變壓器、自動(dòng)控制技術(shù)（無功補(bǔ)償?shù)龋┑?。提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的方案包括：工業(yè)用戶峰谷分時(shí)電價(jià)購(gòu)電方案、可靠性電價(jià)實(shí)施方案以及可中斷負(fù)荷電價(jià)方案等。

5.2 可參與示范企業(yè)申報(bào)提高企業(yè)形象

開展電力需求側(cè)管理的用能單位可依據(jù)工業(yè)和信息化部有關(guān)文件要求，向所在地省級(jí)主管部門或中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)申報(bào)電力需求側(cè)示范企業(yè)。如獲推薦，可參與示范經(jīng)驗(yàn)宣傳推廣，并可適時(shí)申請(qǐng)智能制造、綠色制造重大工程、國(guó)家新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地建設(shè)等政策支持。

5.3 可申請(qǐng)政策激勵(lì)

開展電力需求側(cè)管理的用能單位，鼓勵(lì)申請(qǐng)政府財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)、費(fèi)用補(bǔ)償、可中斷負(fù)荷電價(jià)和高可靠性電價(jià)、輔助服務(wù)費(fèi)用、重點(diǎn)能耗企業(yè)監(jiān)測(cè)補(bǔ)償、節(jié)能技改或合同能源管理項(xiàng)目獎(jiǎng)勵(lì)等政策支持，支持優(yōu)先參與直供電試點(diǎn)及電力市場(chǎng)交易，并給予媒體宣傳、榮譽(yù)證書等相關(guān)激勵(lì)。

6 結(jié)語

鋼企進(jìn)行電力需求側(cè)管理工作，旨在以能源管理為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)能源價(jià)值，以系統(tǒng)化管理思維，以點(diǎn)帶面，全面提高節(jié)能意識(shí)，持續(xù)改進(jìn)電能績(jī)效。同時(shí)，企業(yè)可依據(jù)工業(yè)和信息化部有關(guān)文件要求，向所在地省級(jí)主管部門或中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)進(jìn)行全國(guó)電力需求側(cè)管理示范企業(yè)（園區(qū)）申報(bào)。