文｜施耐德電氣（中國）投資有限公司 萬美慧 孫 琳

能源管理系統(tǒng)助力節(jié)能增效

文｜施耐德電氣（中國）投資有限公司 萬美慧 孫 琳

本文介紹了能源管理系統(tǒng)，以及其幫助企業(yè)管理者實時掌握能效現(xiàn)狀、發(fā)現(xiàn)節(jié)能機會、進行有針對性的節(jié)能改造、評估節(jié)能改造效果、確保在安全高效的前提下降低能源消耗成本的積極作用。

能源管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)收集 電能質(zhì)量及負荷特性分析 指導(dǎo)優(yōu)化機電設(shè)備運行 能耗結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵耗能設(shè)備能效指標（KPI）分析 節(jié)能效果驗證

1 目前多數(shù)企業(yè)的能耗現(xiàn)狀

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)高速增長及能源資源供應(yīng)的日趨緊張，節(jié)能環(huán)保已成為全社會日益關(guān)注的問題。2006年8月6日國務(wù)院下發(fā)的《關(guān)于加強節(jié)能工作的決定》制定了節(jié)能降耗的主要目標：到“十一五”期末，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值（按2005年價格計算）能耗下降到0.98噸標準煤，比“十五”期末降低20%左右，平均年節(jié)能率為4.4%。為實現(xiàn)這一目標，國家不僅出臺了一系列的法律法規(guī)，健全節(jié)能減排的相關(guān)政策體系，而且投資十大節(jié)能工程，九大高耗能領(lǐng)域，總計500余個節(jié)能項目。2008年4月1日實施的《節(jié)能法》明確地將節(jié)約能源作為我國的一項基本國策，實行節(jié)能目標責(zé)任制和節(jié)能考核評價制度，將節(jié)能目標完成情況作為對地方人民政府及其負責(zé)人考核評價的內(nèi)容。同時，新政策體系越來越多地引入和應(yīng)用市場機制，通過稅收、補貼等經(jīng)濟激勵措施，調(diào)動企業(yè)積極性，促進節(jié)能減排。

在國家政策的要求和激勵下，各地企業(yè)積極響應(yīng)，各種節(jié)能產(chǎn)品和節(jié)能公司應(yīng)運而生，節(jié)能項目紛紛上馬。但筆者近年來在能效審計和調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，很多企業(yè)做了節(jié)能改造，卻無法客觀評估節(jié)能效果；精密設(shè)備無故損壞，斷電事故導(dǎo)致停機，卻無法迅速發(fā)現(xiàn)和確認原因；缺乏對能耗數(shù)據(jù)及電能質(zhì)量的有效收集、分析、整理和追蹤；缺乏對能源賬單結(jié)構(gòu)的必要分析和對季節(jié)性設(shè)備運行的優(yōu)化管理；更難以掌握動態(tài)能源消耗情況，實現(xiàn)持續(xù)改進和賬單節(jié)省。

著名管理大師杰克·韋爾奇曾經(jīng)說過：如果不能洞悉真相，我們就無法進行有效的管理。這句管理上的至理名言同樣適用于節(jié)能增效這一主題——如果我們不知道能源消耗在哪里，就無法制定有針對性的節(jié)能策略，采用行之有效的技術(shù)手段，更無法量化和評估節(jié)能效果，節(jié)能降耗、優(yōu)化成本將無從談起。因此，建立能源管理系統(tǒng)，掌握分析能源結(jié)構(gòu)及耗用情況，是節(jié)能增效關(guān)鍵的第一步。

施耐德電氣ION能源管理系統(tǒng)，能夠幫助企業(yè)管理者實時掌握能效及電能質(zhì)量現(xiàn)狀，尋找節(jié)能機會，制定有針對性的能效管理計劃，提升電能質(zhì)量和供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，幫助企業(yè)在今后的經(jīng)營中，在安全運行的前提下降低能源消耗成本。

2 ION能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

ION能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

3 ION能源管理系統(tǒng)的功能

3.1 分類收集實時數(shù)據(jù)

以電能為例，能源管理系統(tǒng)通過在主要耗能設(shè)備回路上安裝計量表計，分類收集企業(yè)內(nèi)能耗數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫；在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行分析整理，轉(zhuǎn)化能耗數(shù)據(jù)為信息，根據(jù)各部門需求，提供相應(yīng)的報表，在發(fā)生能耗超標等情況下，自動產(chǎn)生告警信息，并發(fā)送至相關(guān)人員，如圖2所示。

目前實際的項目應(yīng)用中，該系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對電能、水、壓縮空氣、天然氣、蒸汽等耗用情況的收集和分析，能通過各種測量表計、傳感器和變送器收集溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為能耗信息，納入系統(tǒng)，進行分析。

該系統(tǒng)可與其他系統(tǒng)，如EEM、SCADA、 BAS、 DCS、 ERP 等進行集成，可通 過 ODBC、 XML、 OPC、 E-mail、 FTP、CSV、PQDIF、Web等多種方式實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)共享。

3.2 進行電能質(zhì)量及負荷特性分析，監(jiān)控異常情況、發(fā)現(xiàn)節(jié)能機會

能源管理系統(tǒng)可監(jiān)測負載分布狀況和電能質(zhì)量情況，如功率因數(shù)較低，諧波污染嚴重，變壓器負載率較低、三相負載不平衡，需量申報不合理等；還可以幫助發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障隱患、不合理用電習(xí)慣、現(xiàn)有工藝流程缺陷、斷電事故產(chǎn)生原因等。此外，能源管理系統(tǒng)還能通過設(shè)定能耗限值，獲得能耗異常報警，分析能耗異常原因，發(fā)現(xiàn)節(jié)能機會，并在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，定期給出優(yōu)化調(diào)整專家建議。

例如，某五星級酒店多功能廳音響背景噪音非常嚴重，頻遭投訴；高檔進口電梯主板、接口板突然損壞，不僅影響酒店的商業(yè)形象，還造成大量資金被浪費在設(shè)備維修上；電力電容器更換周期縮短，中性線電流很大并伴隨明顯發(fā)熱現(xiàn)象。通過能源管理系統(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該酒店諧波污染情況較為嚴重（如圖3所示），經(jīng)過消諧治理后，以上問題被消除（如圖4所示）。

又例如，目前大型商用建筑（群）中普遍存在變壓器經(jīng)濟運行的問題。在目前的配電系統(tǒng)設(shè)計中，冷凍機組及循環(huán)泵組通常由專用變壓器來供電，在北方冬季，冷凍系統(tǒng)除內(nèi)區(qū)供冷機組外，大部分機組會停用，導(dǎo)致部分變壓器負載率極低，三相不平衡情況嚴重。讓我們來看看按供電局收費原則（以北京地區(qū)為例），此種情況會帶來哪些額外的費用。商業(yè)建筑執(zhí)行兩部制電價，即：

電價=電度電價 + 基本電價

有以下兩種計費方式：

電量×電度電價＋變壓器容量×基本電價＝總電費

電量×電度電價＋協(xié)議最大需量＝總電費

對于計費方式的選擇取決于變壓器容量及其利用率。

（1）冷備用變壓器 ，經(jīng)供電企業(yè)加封，不收基本電費。

（2）熱備變壓器或未經(jīng)加封的冷備變壓器，均收基本電費。

（3）變壓器利用率不低于67%，按最大需量計算基本電費。

（4）變壓器利用率低于67%，按變壓器容量計算基本電費。

月變壓器利用率計算公式如下：

可見，如在北方地區(qū)冬季對變壓器的負載進行適當(dāng)調(diào)整，把部分變壓器做冷備，能節(jié)省5個月（11月至次年3月）的基本電價賬單費用。

3.3 優(yōu)化機電設(shè)備運行，降低能源消耗和運行維護成本

能源管理系統(tǒng)通過分析既有建筑實際運行情況及能耗水平，對新建項目設(shè)計或既有項目更新改造提供有價值的建議，例如有意識地選擇高效率的設(shè)備，包括低損耗變壓器、母線、高效電機和冷凍機等；合理配置設(shè)備參數(shù)，對控制程序按照實際情況進行精調(diào)并根據(jù)實際工況進行持續(xù)改進，以保證較高的工作效率和維持較低能耗水平。

在能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)下，樓宇管理系統(tǒng)可以充分地發(fā)揮其優(yōu)勢，加強對各類機電設(shè)備的管理和控制，通過監(jiān)視變配電系統(tǒng)、發(fā)電機組、 UPS、冷凍機組、鍋爐、電梯、空調(diào)新風(fēng)機組、循環(huán)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)、故障報警、累計設(shè)備運行時間，自動生成故障報警信息和例行維護保養(yǎng)計劃。這樣既能實現(xiàn)預(yù)測性維護，降低維護人員巡檢工作量，提高工作效率；又能避免因設(shè)備故障導(dǎo)致的宕機損失和故障排除不及時導(dǎo)致的設(shè)備損壞；還可通過設(shè)備運行參數(shù)、故障、維護報表，為管理層的設(shè)備更新和系統(tǒng)運行優(yōu)化決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上，業(yè)主可以結(jié)合能耗分析結(jié)果，通過調(diào)整樓宇自控系統(tǒng)控制策略進行有針對性的節(jié)能降耗策略優(yōu)化，如根據(jù)環(huán)境參數(shù)、設(shè)定參數(shù)、空氣質(zhì)量、人流量等優(yōu)化HVAC設(shè)備的運行；在過渡季節(jié)及夏季夜間采用焓差控制，充分利用自然冷量；通過時間程序、存在控制、照度控制、日光跟蹤等方式對外景、中庭、公共區(qū)域、庭院等不同位置的照明及綠化噴灌設(shè)備進行控制；優(yōu)化電梯運行，保持垂直通道暢通，減少設(shè)備空轉(zhuǎn)率；根據(jù)流量、液位控制投用的風(fēng)機和泵類設(shè)備數(shù)量，并在系統(tǒng)裕量較大的情況下，采用變頻調(diào)速技術(shù)進一步降低能耗；在用電低谷期進行補、排水、蓄冷等工作，降低單位電價等。

能源管理系統(tǒng)指導(dǎo)優(yōu)化機電設(shè)備的實例很多。例如，某甲級寫字樓的能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析顯示：在每日清晨同一時段，各類設(shè)備集中啟動，導(dǎo)致出現(xiàn)用電尖峰，且尖峰值超過了該大廈向供電局申請的需量值。按供電局規(guī)定，如用電尖峰超過最大需量并持續(xù)超過15分鐘以上，會按照尖峰值收取需量費用，因此這種情況直接導(dǎo)致了該大廈電費的增加。發(fā)現(xiàn)此問題后，通過調(diào)整樓宇自控系統(tǒng)時間程序，將設(shè)備分時段分批次啟動，有效地消除了用電尖峰，避免了較高的需量收費，實現(xiàn)了電費的節(jié)省，如圖5所示。

又例如，某大型連鎖超市能源管理系統(tǒng)顯示，其冷庫能耗在夜間有不定期的能耗超限現(xiàn)象，經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，是由于工作人員忘記關(guān)嚴冷庫大門導(dǎo)致的。這種情況不但會造成能源浪費，還會導(dǎo)致較為嚴重的冷庫結(jié)霜，甚至影響儲存商品的品質(zhì)，增加冷庫維護成本和貨物損失。經(jīng)與業(yè)主溝通，我們在該冷庫設(shè)置了門禁系統(tǒng)，相關(guān)工作人員出入都需要刷卡確認，如未刷卡或刷卡后忘記關(guān)門，系統(tǒng)會自動報警，一方面通知值班人員進行處理，另一方面通知管理部，對該人員采取懲罰措施。此方法實施后，基本未再發(fā)生過類似的疏忽現(xiàn)象，如圖6所示。

3.4 能耗結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵耗能設(shè)備KPI分析

能源管理系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ哪芎慕Y(jié)構(gòu)進行統(tǒng)計分析，對主要耗能設(shè)備，如冷凍系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、照明、給排水、電梯等設(shè)備參數(shù)、運行狀況以及建筑負荷特點、當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r、同類建筑統(tǒng)計數(shù)據(jù)等進行能效指標（KPI）分析。建立了KPI指標后，對該設(shè)備或系統(tǒng)的能耗評估就有了科學(xué)的依據(jù)。對于能效指標較差的系統(tǒng)和設(shè)備，可以結(jié)合實際情況，通過調(diào)整控制系統(tǒng)程序或加以合理改造來進行優(yōu)化，并通過一段時間的運行來驗證優(yōu)化改造的節(jié)能效果。這種方法還可以用于驗證投資回收期（ROI），如圖7所示。

能源管理系統(tǒng)能夠?qū)Ψ?、谷、平、尖時段耗能進行分類統(tǒng)計，分析能耗賬單費用構(gòu)成，幫助業(yè)主了解哪些電費是能夠節(jié)省的。以北京地區(qū)商用建筑電費為例：峰谷電價差值近四倍。如能合理調(diào)整樓宇自控系統(tǒng)程序，利用低谷電價時段進行排水、補水、通風(fēng)換氣等非緊要工作（有條件的還可采用蓄冷技術(shù)進行移峰填谷），既能夠緩解峰值時段的電網(wǎng)壓力，又能夠有效降低電費。此外，由于功率因數(shù)不達標和諧波污染嚴重導(dǎo)致的罰金也能夠被發(fā)現(xiàn)并進行及時處理。

3.5 節(jié)能改造效果評估

如何評估節(jié)能改造的效果是困擾許多業(yè)主的問題。ION能源管理系統(tǒng)可通過建立關(guān)鍵能效指標，根據(jù)設(shè)備運行工況及產(chǎn)能的變化，對測量數(shù)據(jù)進行調(diào)整，并在此基礎(chǔ)上科學(xué)比較節(jié)能項目實施前后的能耗情況，評估節(jié)能效果。

圖8所示為某節(jié)能改造項目改造前后系統(tǒng)能耗的歷史數(shù)據(jù)?？梢钥吹?，在節(jié)能改造實施過程中，企業(yè)的產(chǎn)量是在增長的。為了正確合理地計算節(jié)能改造的影響，節(jié)能效果必須同產(chǎn)量分離。在節(jié)能改造之前測量的基準線用于研究能源使用與產(chǎn)量之間的關(guān)系。進行改造后，基準線用于估算未實施節(jié)能措施每月的能源消耗水平。節(jié)能量（減少的能源消耗量）即是基準線估算值同節(jié)能項目實施后實際能耗值的差值，也就是圖8中虛線與實線中間的部分。在此統(tǒng)一的標準之下，對節(jié)能改造的效果評估具有了科學(xué)依據(jù)，能夠真實地反映節(jié)能效果。

式中，E節(jié)約為節(jié)能措施帶來的節(jié)能量；E基準為基準能耗，即節(jié)能改造前，1年內(nèi)設(shè)備或系統(tǒng)的能耗，也就是改造前的能耗；E當(dāng)前為當(dāng)前能耗，即改造后的能耗；E調(diào)整為基于產(chǎn)能或負荷變化的調(diào)整量。

4 結(jié)束語

節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，需要立足建筑能耗現(xiàn)狀，綜合考慮，整體規(guī)劃，我們應(yīng)建立用能管理規(guī)章制度，按照系統(tǒng)節(jié)能方法，制定長期節(jié)能工作計劃并分步實施，力爭實現(xiàn)持續(xù)有效的節(jié)能增效，為締造良好環(huán)境，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會做貢獻。