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中國(guó)大型石化企業(yè)能源管理綜述

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0引言

在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)處于高速增長(zhǎng)的階段，出現(xiàn)了能源短缺和利用率偏低等嚴(yán)重問題。石油化工是一個(gè)能源消耗量較大的行業(yè)，且隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加，能源需求量在不斷地增加。因此，必須采取更有效的措施和方式，降低經(jīng)營(yíng)成本和能源消耗，全面提高企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

能源管理是企業(yè)管理的重要組成部分，反映了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)能力和管理水平[1]。它與企業(yè)的組織管理、技術(shù)管理、生產(chǎn)管理一樣，是企業(yè)管理的有機(jī)組成部分。

石化企業(yè)能源管理是為了達(dá)到節(jié)約能源、提高能源利用率的目的，協(xié)調(diào)企業(yè)外部能源的供應(yīng)，通過組織和動(dòng)員全體員工，在能源的采購、運(yùn)輸、貯存、分配、加工轉(zhuǎn)換、輸送、終端使用和回收利用的全過程中，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)以及管理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等手段，科學(xué)地組織、指揮、協(xié)調(diào)和監(jiān)督，以經(jīng)濟(jì)、合理、有效地使用有限的能源的管理模式。其在確保企業(yè)穩(wěn)定、有序生產(chǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的全面提高，并對(duì)企業(yè)能源利用狀況進(jìn)行科學(xué)的分析與評(píng)價(jià)。

1歷史發(fā)展

大型石化企業(yè)對(duì)能源管理經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。

1.1無數(shù)據(jù)——粗放式的能源管理

粗放式的能源管理主要采用上報(bào)的方式，逐級(jí)處理數(shù)據(jù)。由于工廠內(nèi)部測(cè)量的自動(dòng)化水平相對(duì)較低，缺乏及時(shí)、準(zhǔn)確的能源消耗數(shù)據(jù)，因此只有總能耗數(shù)據(jù)(月度賬單、年度賬單)，缺少工藝和設(shè)施的能耗數(shù)據(jù)。

1.2有數(shù)據(jù)但缺乏數(shù)據(jù)管理和分析——基本能源管理

基本能源管理采用職工手工抄表的方式，并對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、報(bào)表。這種方法只有簡(jiǎn)單的抄表和電力監(jiān)控系統(tǒng)，缺乏大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、整理和分析。

大型石化企業(yè)的生產(chǎn)廠是一個(gè)大的能源消耗單位。例如化工廠，芳烴、烯烴、石油煉油廠，塑料廠等生產(chǎn)單位，各有自己的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)卻是各自獨(dú)立的，沒有實(shí)現(xiàn)各廠的數(shù)據(jù)共享。在每一個(gè)季度，公司需要統(tǒng)計(jì)和處理整個(gè)公司的能源消耗，研究能源消耗，并作出新的能源分配決策。這時(shí)，該工廠的技術(shù)人員和公司的工作人員將相關(guān)數(shù)據(jù)通過報(bào)表和上報(bào)盤的方式發(fā)送給能源管理技術(shù)部門；而部門的相關(guān)人員將這些能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上交之后，用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。整個(gè)過程的數(shù)據(jù)時(shí)效性比較差，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很容易出現(xiàn)差錯(cuò)。

1.3高效的能源管理體系——能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理、統(tǒng)計(jì)、查詢和分析，是一種基于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)代能源管理平臺(tái)和工具，為石化企業(yè)提供所需的能耗計(jì)劃、計(jì)算及定額管理，并對(duì)石化企業(yè)的能耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、分析、診斷[2]。其主要優(yōu)點(diǎn)是：集能量過程監(jiān)控、信息管理、調(diào)度、綜合管理和控制平臺(tái)于一體；保證科學(xué)、及時(shí)、合理地調(diào)度能源；對(duì)能源利用進(jìn)行優(yōu)化、保證生產(chǎn)的快速穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；提高整體利用能源效率；生產(chǎn)能源(水、電、氣、風(fēng)、蒸汽等)監(jiān)測(cè)和調(diào)度；能源供應(yīng)鏈(供配電、電廠、自來水廠、煤氣柜等)的監(jiān)測(cè)和管理；在無人值班時(shí)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操作及站內(nèi)設(shè)備的控制；為企業(yè)決策者提供能源調(diào)度支持信息等。

能源管理業(yè)務(wù)范圍如圖1所示。

圖1　能源管理業(yè)務(wù)范圍圖

在石化企業(yè)中，節(jié)能管理主要從兩個(gè)方面著手，即技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能。技術(shù)節(jié)能包括設(shè)備優(yōu)化、工藝優(yōu)化、介質(zhì)優(yōu)化、裝置優(yōu)化、工廠優(yōu)化、管網(wǎng)優(yōu)化、流程優(yōu)化、在線優(yōu)化、實(shí)時(shí)優(yōu)化、能流優(yōu)化等。管理節(jié)能包括計(jì)劃管理、能流管理、統(tǒng)計(jì)管理、操作管理、過程管理、標(biāo)準(zhǔn)管理、評(píng)價(jià)管理、審計(jì)管理、績(jī)效管理等。

石化行業(yè)能源管理系統(tǒng)遵循系統(tǒng)管理原理，通過實(shí)施一套完整的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，在組織內(nèi)建立起一個(gè)完整有效的、形式文件的能源管理體系，注重建立和實(shí)施過程的控制，使組織的活動(dòng)、過程及其要素不斷優(yōu)化；通過能源計(jì)劃、運(yùn)行管理、能源統(tǒng)計(jì)、能源評(píng)價(jià)、能源分析、能源優(yōu)化、績(jī)效管理、審計(jì)管理等措施，不斷提高能源管理體系的有效性，貫徹能源管理方針，并達(dá)到預(yù)期的能源消耗或使用目標(biāo)[3]。

通過能源規(guī)劃、能源監(jiān)測(cè)、能源平衡、統(tǒng)計(jì)分析等手段，使系統(tǒng)準(zhǔn)確地控制企業(yè)能源，明確節(jié)能工作職責(zé)，減少能源消耗，提高企業(yè)效益。建設(shè)系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)各種能源介質(zhì)和關(guān)鍵能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度和綜合管理，了解各種能源在生產(chǎn)過程中的使用，以及掌握各種能源管道、關(guān)鍵能源消耗設(shè)備的運(yùn)作，以便進(jìn)行科學(xué)決策和指揮控制，確保生產(chǎn)過程中與能源相關(guān)設(shè)備的安全、可靠、高效。因此，對(duì)系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容包括：提高儀表測(cè)量、自動(dòng)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的支持下，綜合生產(chǎn)和能源系統(tǒng)的各種信息，建立集能源規(guī)劃、性能、統(tǒng)計(jì)、評(píng)估和報(bào)表等功能的全方位能源管理系統(tǒng)，從而挖掘企業(yè)內(nèi)部的節(jié)能潛力。

基于對(duì)能量系統(tǒng)中生產(chǎn)和消耗變化的精確預(yù)測(cè)，建立了能量系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型，能夠自動(dòng)給出能源優(yōu)化調(diào)度建議和方案，實(shí)現(xiàn)了重要能量介質(zhì)的優(yōu)化調(diào)度和管理。在保證能源管網(wǎng)和設(shè)備安全的前提下，進(jìn)行能量回收和使用效率，使系統(tǒng)達(dá)到了安全、經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)行目標(biāo)。

能源管理系統(tǒng)如圖2所示，主要包括：能源計(jì)劃、能源優(yōu)化、能源評(píng)價(jià)、能源分析、能源審計(jì)、能源統(tǒng)計(jì)、能源運(yùn)行、能源績(jī)效。

圖2　石化能源管理系統(tǒng)

1.3.1能源計(jì)劃

能源計(jì)劃主要包括能源計(jì)劃管理和業(yè)務(wù)流程管理。根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)流程和共用工程現(xiàn)狀，在生產(chǎn)模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建能源需求計(jì)劃優(yōu)化模型，制定能源需求計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)公用工程系統(tǒng)細(xì)化功能。根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，將公用工程消耗細(xì)化到裝置。對(duì)于有產(chǎn)品的輔助裝置，按廠、車間、裝置分別建模；對(duì)于通過生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生多個(gè)公用工程產(chǎn)品的裝置，按照介質(zhì)分單元建模，如按新鮮水、循環(huán)水、化學(xué)水、電、高壓蒸汽、中壓蒸汽、低壓蒸汽、風(fēng)、燃料氣、燃料油等介質(zhì)進(jìn)行劃分，每個(gè)單元進(jìn)行獨(dú)立的能力控制。對(duì)于僅消耗能源介質(zhì)的輔助裝置，則建一個(gè)總的消耗模型處理。能源計(jì)劃管理業(yè)務(wù)包括計(jì)劃上報(bào)、計(jì)劃審批、計(jì)劃分解、計(jì)劃下達(dá)、計(jì)劃調(diào)整。

1.3.2能源運(yùn)行管理

能源管理是最基本的能源管理系統(tǒng)應(yīng)用，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)范圍包括所有的供應(yīng)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)讓和能源業(yè)務(wù)流程范圍內(nèi)的能源相關(guān)的數(shù)據(jù)收集、確認(rèn)，以及對(duì)日常能源產(chǎn)耗過程的監(jiān)控和管理，為能源優(yōu)化提供接口服務(wù)和數(shù)據(jù)支持。首先，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫獲取能源產(chǎn)耗的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);然后,根據(jù)配置的工廠模型計(jì)算各個(gè)測(cè)量點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)量，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過人工確認(rèn)使其更符合能源產(chǎn)耗的實(shí)際情況。根據(jù)確認(rèn)后的產(chǎn)能裝置、用能裝置、倉儲(chǔ)、罐區(qū)、進(jìn)出廠等數(shù)據(jù)，以及記錄管理中記錄的各類操作指令、日志和動(dòng)態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)，對(duì)能源運(yùn)行情況進(jìn)行管理，包括：能源生產(chǎn)的主要燃料消耗數(shù)據(jù)(如煤炭、燃料油、渣油消耗量)、主要產(chǎn)能數(shù)量數(shù)據(jù)(如發(fā)電量、供熱量、供水量等)、主要產(chǎn)能質(zhì)量數(shù)據(jù)(如入廠入爐煤熱值差、二氧化硫排放量等)、主要用能裝置能源消耗數(shù)據(jù)以及主要運(yùn)行事件記錄(如機(jī)組運(yùn)行可靠性事件記錄等)。

1.3.3能源統(tǒng)計(jì)

基于能源運(yùn)行管理收集到的數(shù)據(jù)對(duì)能源產(chǎn)耗數(shù)據(jù)進(jìn)行互供仲裁、管網(wǎng)平衡后，按照指定的指標(biāo)模型進(jìn)行產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)和耗能統(tǒng)計(jì)，主要包括管網(wǎng)平衡、統(tǒng)計(jì)管理、損失管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)和接口支持。

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的能源消耗，構(gòu)建了相應(yīng)的能量管網(wǎng)模型，在能源管網(wǎng)內(nèi)根據(jù)各用能和產(chǎn)能單位的消耗或生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的分布，構(gòu)建能源節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的生產(chǎn)/消耗平衡。根據(jù)企業(yè)的分介質(zhì)的能源管網(wǎng)平衡模型，建立相應(yīng)的管網(wǎng)平衡規(guī)則及分?jǐn)倷C(jī)制，對(duì)企業(yè)的能源進(jìn)行管網(wǎng)級(jí)的生產(chǎn)/消耗平衡，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)級(jí)能量的守恒。

對(duì)全廠的能源生產(chǎn)及消耗單元，如產(chǎn)能裝置、耗能裝置、重點(diǎn)耗能區(qū)域及能源核算單元等，按照規(guī)范化的統(tǒng)計(jì)方法建模，建模粒度到裝置、重點(diǎn)區(qū)域單元設(shè)備，時(shí)間粒度到日。建立企業(yè)能源消耗的關(guān)鍵指標(biāo)核算，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的核算方法、核算口徑等的標(biāo)準(zhǔn)化建模。

1.3.4能源評(píng)價(jià)

能源評(píng)價(jià)通過對(duì)能源運(yùn)行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從縱向(企業(yè)、裝置、設(shè)備能耗趨勢(shì))和橫向(同類企業(yè)、同類裝置、同類設(shè)備能耗對(duì)比)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行能耗對(duì)比操作，明確企業(yè)、裝備、設(shè)備的能耗狀況和水平。本功能采用圖形化進(jìn)行展示，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)追溯和關(guān)聯(lián)功能，完成數(shù)據(jù)在不同維度間的自動(dòng)切換和穿透，提高評(píng)價(jià)操作的效率和效果。

1.3.5能源分析

能源分析包括損失分析和分布分析。損失分析使能源損失顯現(xiàn)化，明確損失去向，為節(jié)能指明方向；同時(shí)，為節(jié)能評(píng)定提供參考，主要包括企業(yè)損失介質(zhì)分析、企業(yè)損失結(jié)構(gòu)分析、裝置損失介質(zhì)分析。分布分析是對(duì)企業(yè)能耗區(qū)域粒度進(jìn)行細(xì)化，知道哪些區(qū)域是能耗大戶，重點(diǎn)關(guān)注這些區(qū)域的能耗達(dá)標(biāo)和變化情況。

1.3.6能源優(yōu)化

能源優(yōu)化主要包括：用能優(yōu)化、管網(wǎng)優(yōu)化、產(chǎn)能優(yōu)化、優(yōu)化效益評(píng)估、優(yōu)化操作評(píng)估等。其包括以下幾個(gè)方面的優(yōu)化：水系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和氣體系統(tǒng)。對(duì)設(shè)備與裝置的能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化裝置與設(shè)備的能源結(jié)構(gòu)、布局設(shè)計(jì)。管網(wǎng)優(yōu)化主要包括能源介質(zhì)在供產(chǎn)輸轉(zhuǎn)耗過程中的優(yōu)化。考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如鍋爐和蒸汽渦輪機(jī)功率)的各種限制(如鍋爐的熱效率，渦輪機(jī)效率，燃料需求)和能源價(jià)格(如價(jià)格差異，燃料價(jià)格和其他因素)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，找出最經(jīng)濟(jì)的能源生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃，優(yōu)化能源生產(chǎn)布局，降低能源生產(chǎn)成本。在能源介質(zhì)優(yōu)化上，防止過度備份和介質(zhì)質(zhì)量過剩而造成的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本[4]。優(yōu)化效益評(píng)定是將企業(yè)進(jìn)行優(yōu)化操作的當(dāng)前運(yùn)行成本和操作后單位運(yùn)行成本、實(shí)際節(jié)約成本進(jìn)行分析比較，對(duì)其優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)定。通過維護(hù)模型數(shù)據(jù)、優(yōu)化操作評(píng)估方案、執(zhí)行以及效益，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化實(shí)操評(píng)價(jià)，方便企業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行班組的考評(píng)與效益審核[5]。

1.3.7績(jī)效管理

能源績(jī)效管理面向能源生產(chǎn)與消耗，經(jīng)過支持實(shí)時(shí)績(jī)效審核與評(píng)比，完成績(jī)效的生產(chǎn)操作管理及過程評(píng)估，實(shí)現(xiàn)績(jī)效評(píng)估與考評(píng)的量化、公平與公正。在能效評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各裝置在生產(chǎn)過程中的特點(diǎn)，逐步形成了面向雙級(jí)分支的績(jī)效考評(píng)體系。通過工廠的性能評(píng)估，能夠促進(jìn)設(shè)備優(yōu)化操作、減少加工損失、節(jié)能減排，促進(jìn)設(shè)備的全面達(dá)標(biāo)。能源績(jī)效包括績(jī)效指標(biāo)、節(jié)能績(jī)效、達(dá)標(biāo)績(jī)效、項(xiàng)目績(jī)效、碳排績(jī)效、系統(tǒng)績(jī)效等。

1.3.8能源審計(jì)

能源審計(jì)是一套通過企業(yè)能源系統(tǒng)審計(jì)分析能源系統(tǒng)和企業(yè)能源的使用現(xiàn)狀的方法。通過能源審計(jì)，能夠找到能量損耗、探索節(jié)能潛力，從而改變中國(guó)能源消費(fèi)和人均能源消耗低的情況。大型石化企業(yè)能源審計(jì)可促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)；同時(shí)，它可以促進(jìn)單元產(chǎn)值能耗的下降，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2國(guó)外能源管理現(xiàn)狀

國(guó)外大型高耗能企業(yè)，通過借助信息技術(shù)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)能源的科學(xué)管理，為能源管理業(yè)務(wù)提供了有效支持，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

?？松梨诠緟⒄展芾硌h(huán)(plan-do-check-act,PDCA)模式，從管理、技術(shù)兩個(gè)層面對(duì)企業(yè)的能源管理體系進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，通過不間斷地持續(xù)改進(jìn)能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能績(jī)效衡量方法，并建立了一套節(jié)能、增效、減排的最佳學(xué)習(xí)庫。

埃克森美孚公司是全球領(lǐng)先的大型石化公司，其非常注重企業(yè)的能源管理工作，在2000年左右開始建設(shè)全球能源管理體系，以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)節(jié)能改進(jìn)空間，降低能耗成本[6-7]。其參照PDCA模型搭建能源管理系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的績(jī)效衡量計(jì)算方法和最佳實(shí)踐庫，主要從管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能兩方面入手。在管理上，企業(yè)高層決策人員將重點(diǎn)放在能源管理上以及對(duì)節(jié)能減排的要求上；在技術(shù)上，參照最佳工藝實(shí)踐，分別從設(shè)備工藝優(yōu)化、主要設(shè)備優(yōu)化、公共工程優(yōu)化、改造設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)設(shè)施方面提高能效。

采用先進(jìn)的技術(shù)手段，瓦萊羅公司對(duì)能源效率管理的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化，使公共工程得到了全方位系統(tǒng)的優(yōu)化。

瓦萊羅在2003年對(duì)其公司在生產(chǎn)過程中消耗的能源進(jìn)行了初步統(tǒng)計(jì)，他們發(fā)現(xiàn)能源消耗的總費(fèi)用占到了公司操作成本的58%，高層領(lǐng)導(dǎo)決定通過采用先進(jìn)控制技術(shù)對(duì)公共工程系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，從而降低能源消耗總成本。瓦萊羅公司為了保證公共工程在系統(tǒng)優(yōu)化上的實(shí)際效果，請(qǐng)來了專門從事優(yōu)化的工程師，保證能源計(jì)量的精確；采用基于建模和面向方程式的仿真及Aspen優(yōu)化軟件，基于過程單元的能量需求和系統(tǒng)的約束，對(duì)工廠的公共工程進(jìn)行了優(yōu)化，包括運(yùn)行優(yōu)化、能效監(jiān)測(cè)、公共工程生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化。

阿克蘇諾貝爾公司建立了一個(gè)基于集團(tuán)公司的能源管理平臺(tái)，它能夠處理涉及企業(yè)外部、總部、板塊、工藝、過程共五級(jí)的能源管理業(yè)務(wù)，并結(jié)合企業(yè)的儀表盤，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和展示企業(yè)能源管理的績(jī)效成果[8]。

阿克蘇諾貝爾公司也是通過管理和技術(shù)兩方面對(duì)能源進(jìn)行管理。管理上，以能源生產(chǎn)、運(yùn)輸、消耗這一價(jià)值鏈進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，識(shí)別能源優(yōu)化領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)相關(guān)的業(yè)務(wù)和管理流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化；除此之外，還開發(fā)了一套測(cè)量系統(tǒng)的指標(biāo)體系，涵蓋了外部、總部、板塊、工藝、過程五個(gè)層次，作為標(biāo)準(zhǔn)來權(quán)衡石化企業(yè)節(jié)能減排的效果。技術(shù)上，建立管理平臺(tái)，一方面平臺(tái)集成了現(xiàn)有ERP、MES中的能源計(jì)量、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；另一方面，針對(duì)不同層次的能源管理業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)處理功能和性能的綜合顯示儀表板，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示企業(yè)能源管理狀況，并對(duì)特殊情況作出早期預(yù)警[9]。

從能源管理信息化在全世界大型石化能源企業(yè)的應(yīng)用情況可以看出，建設(shè)我國(guó)大型石化能源管理系統(tǒng)可以獲得以下重要啟示。

(1)能源管理的必要性：外國(guó)大型石化企業(yè)非常注重能源科學(xué)化、管理高效化，能源的科學(xué)化管理是建設(shè)綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展石化企業(yè)的重中之重。

(2)能源管理目標(biāo)：能源管理的目標(biāo)是節(jié)能，在能源絕對(duì)消耗量增加的情況下，提高能源使用效率、降低能源消耗是節(jié)能的兩個(gè)關(guān)鍵方向。

(3)節(jié)能的關(guān)鍵途徑：節(jié)能的兩個(gè)關(guān)鍵途徑是管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能。

3中國(guó)能源管理現(xiàn)狀和需求分析

通過近幾年來國(guó)內(nèi)大型石化企業(yè)能源管理系統(tǒng)的相關(guān)論文可以看出，一些中國(guó)石化能源管理系統(tǒng)在一部分能源模塊上的應(yīng)用效果還是不錯(cuò)的，可以實(shí)現(xiàn)能源的日平衡，但是能源管理系統(tǒng)在整體上還有不足。

中石化燕山分公司已經(jīng)建立了完善的能源管理體系，其在中小企業(yè)的能源統(tǒng)計(jì)應(yīng)用效果較好，可以實(shí)現(xiàn)能源平衡，公共工程數(shù)據(jù)自動(dòng)采集率良好，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)很完善。

中石化天津分公司通過“工業(yè)水專業(yè)信息管理系統(tǒng)”，在水務(wù)管理上形成了一套比較規(guī)范和有效的管理流程，值得借鑒，但該系統(tǒng)在熱電工程部分自動(dòng)化采集率偏低。

中石化茂名分公司煉油和化工軟件能源效率評(píng)價(jià)指數(shù)是不一致的，能源統(tǒng)計(jì)模塊的使用效果一般，公共工程數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集效果非常差。

鎮(zhèn)海煉化以Aspen One為架構(gòu)，已建成工廠績(jī)效和運(yùn)營(yíng)管理、生產(chǎn)調(diào)度規(guī)劃管理、離線油品調(diào)度、企業(yè)規(guī)劃優(yōu)化、物料平衡和數(shù)據(jù)調(diào)理、罐區(qū)油品的移動(dòng)、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)，公共工程數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集率較高，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較好[10]。

通過對(duì)中國(guó)石化企業(yè)的能源管理進(jìn)行分析，總結(jié)出中國(guó)石化企業(yè)能源管理現(xiàn)狀與業(yè)務(wù)需求，如圖3所示。

從國(guó)內(nèi)石化企業(yè)能源管理的現(xiàn)狀，可以看出：

(1)在能源流管理中，缺乏管理粒度，對(duì)于某些能源流不能做到看得明、說得清，能源供應(yīng)、產(chǎn)出、輸送轉(zhuǎn)運(yùn)、消耗全局觀不足。

(2)在能源監(jiān)管管理上，過程管理缺乏預(yù)測(cè)和預(yù)警和過程監(jiān)督，能源管理主要是對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的粒度管理。

(3)在能源計(jì)劃管理上，能源生產(chǎn)計(jì)劃為人工推演的月度計(jì)劃，節(jié)能計(jì)劃粒度時(shí)間過長(zhǎng)。

(4)在能源統(tǒng)計(jì)管理方面，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源支持較弱，人為因素的摻雜，沒有標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)分擔(dān)共享準(zhǔn)則，損失被人為去除。

(5)在能源優(yōu)化上，優(yōu)化局部，優(yōu)化效能支持薄弱；關(guān)于能源審計(jì)，國(guó)家每2～3年組織審計(jì)，沒有內(nèi)部審計(jì)。

(6)在績(jī)效考核上，“裝置節(jié)能，企業(yè)不節(jié)能”現(xiàn)象凸顯。

4發(fā)展趨勢(shì)

通過“十一五”的信息化建設(shè)，中國(guó)大型石化企業(yè)已經(jīng)建造了一些關(guān)于公共工程業(yè)務(wù)的信息服務(wù)系統(tǒng)(如：SMES)，但這些信息系統(tǒng)都集中在煉化板塊的能源消耗這個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)[11]。

中國(guó)石化還沒有建立一個(gè)在集團(tuán)公司層面上，可以完全覆蓋能源供應(yīng)、傳輸、分配、轉(zhuǎn)換、消耗整個(gè)生命周期的信息系統(tǒng)，不能滿足設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)三級(jí)的能源管理和控制一體化的要求。

在中國(guó)石化“十二五”建設(shè)和應(yīng)用發(fā)展計(jì)劃中，明確提出了建立系設(shè)備級(jí)、過程級(jí)和系統(tǒng)級(jí)能源管理體系。其涉及煉油、銷售，社區(qū)/輔助范圍的能源管理，使得能源管理系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)、分析和統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)及優(yōu)化的功能[12]。

因此，關(guān)于我國(guó)的大型石化企業(yè)，在能源管理上，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)以下改進(jìn)。

(1)建設(shè)石化企業(yè)的能流管理，如物流管理，能夠?qū)崿F(xiàn)能流的供應(yīng)、產(chǎn)出、轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送、消耗全流程說得清、道得明。

(2)建設(shè)設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的能效監(jiān)測(cè)評(píng)估及優(yōu)化控制集成平臺(tái)。

研發(fā)面向大型石化企業(yè)設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的多網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能效監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)和優(yōu)化控制集成應(yīng)用平臺(tái)。針對(duì)能源采集設(shè)備復(fù)雜多樣、規(guī)模十分巨大的特點(diǎn)，研究開發(fā)能源管控網(wǎng)絡(luò)與多種標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的接口互聯(lián)技術(shù)；開發(fā)基于無線技術(shù)的能源遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)；研究實(shí)現(xiàn)能源管控網(wǎng)與其他異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)ERP網(wǎng)、MES網(wǎng)、生產(chǎn)控制網(wǎng)的集成技術(shù)和安全運(yùn)行保障技術(shù)。

(3)建立設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的能效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)體系。

針對(duì)石化企業(yè)設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的不同能源效益要求，研究和建立科學(xué)的能效評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及多級(jí)評(píng)估指標(biāo)系統(tǒng)，開發(fā)基于企業(yè)MES的能效指標(biāo)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控的應(yīng)用功能模塊。

①建立能效指標(biāo)體系。

研究多維度的能效指標(biāo)體系框架及該框架下的具體能效指標(biāo)的分類和關(guān)聯(lián)性，分析影響能效的主要因素；研究建立不同層面能效指標(biāo)的定義；研究可用于在線能效優(yōu)化控制和能效優(yōu)化調(diào)度的能效評(píng)估指標(biāo)；研究基于不同粒度和不同層面的能效指標(biāo)間的模型關(guān)系。

②能效評(píng)估規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)研制。

研究典型石化生產(chǎn)過程的多粒度以及多層面的能效評(píng)估規(guī)程。研究設(shè)備的能源利用率和能源轉(zhuǎn)換率的評(píng)估方法和評(píng)估規(guī)程；研究過程級(jí)的能源利用率和能源轉(zhuǎn)換率的評(píng)估方法和評(píng)估規(guī)程，以及生產(chǎn)計(jì)劃和操作模式對(duì)過程級(jí)能效影響評(píng)價(jià)的方法和規(guī)程；研究考慮市場(chǎng)因素、生產(chǎn)因素等的系統(tǒng)級(jí)能效評(píng)估方法和評(píng)估規(guī)程，以及生產(chǎn)調(diào)度和管理方法對(duì)系統(tǒng)級(jí)能效影響的評(píng)估方法和評(píng)估規(guī)程。

③開發(fā)能效指標(biāo)應(yīng)用功能模塊。

針對(duì)所建立的能效評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系，基于企業(yè)MES集成的功能模塊，開發(fā)能效指標(biāo)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控模塊?；跀?shù)據(jù)庫技術(shù)(存儲(chǔ)、查詢、通信)，完成與MES的接入與交互。

(4)建立設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的能效檢測(cè)評(píng)估技術(shù)。

根據(jù)石化企業(yè)智能儀表監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，研究能效指標(biāo)軟測(cè)量的方法，并根據(jù)其能效指標(biāo)對(duì)生產(chǎn)過程中的異常工況進(jìn)行識(shí)別；根據(jù)能量流、物流對(duì)能耗的影響、物質(zhì)流和能量流之間的相互關(guān)系兩個(gè)方面對(duì)設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的能效建立多層次、多尺度評(píng)估體系，開展平衡分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)、能源管網(wǎng)分析、模擬和仿真，開發(fā)各種分析算法庫和模型庫。

①能效監(jiān)測(cè)和異常工況智能識(shí)別。

面向石化企業(yè)的需求，研究能效指標(biāo)軟測(cè)量輔助參數(shù)的選擇方法。由所選擇的輔助參數(shù)，進(jìn)行能效指標(biāo)軟測(cè)量模型的建立，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能效指標(biāo)的軟測(cè)量。構(gòu)建能效監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)能效指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。參照能效評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和指標(biāo)體系框架，研究大型石化行業(yè)在設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)中出現(xiàn)的異常工況的智能分析和識(shí)別的辦法。

②能效分析評(píng)估。

針對(duì)不同工況，建立能效模型庫。研究基于模型和數(shù)據(jù)的穩(wěn)、動(dòng)態(tài)能效評(píng)估策略，研究能源負(fù)荷預(yù)測(cè)、能源管網(wǎng)分析、模擬和仿真技術(shù)。研究生產(chǎn)過程中原料的轉(zhuǎn)化過程和能源傳遞、轉(zhuǎn)換與消耗過程，建立設(shè)備能耗統(tǒng)計(jì)模型、能效分析模型。此外，要重點(diǎn)研究能效退化監(jiān)測(cè)、分析及校正技術(shù)，基于實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)的能效診斷基準(zhǔn)，基于模型的能效診斷基準(zhǔn)。

③能效瓶頸診斷。

石化企業(yè)各生產(chǎn)單元中工藝路徑的改變、過程參數(shù)的調(diào)整和操作模式的變化都會(huì)對(duì)能源短期需求產(chǎn)生重要影響。通過能源管網(wǎng)分析、數(shù)值模擬和仿真的方法，確定過程單元中能源介質(zhì)產(chǎn)生、消耗的關(guān)鍵影響因素；基于上述模型、平衡關(guān)系等，分析影響能效的瓶頸，確定不同時(shí)期影響能效的關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(5)建立設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的能源優(yōu)化配置、調(diào)度和優(yōu)化控制技術(shù)。

研究保證石化企業(yè)設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)基本用能需求的能源綜合優(yōu)化配置；開發(fā)動(dòng)態(tài)平衡分析的多能源介質(zhì)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度模型、開發(fā)多目標(biāo)智能優(yōu)化調(diào)度算法；研究多控制器協(xié)同的以產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行安全為約束的能效閉環(huán)優(yōu)化控制技術(shù)。

①基于系統(tǒng)用能需求的能源優(yōu)化配置。

基于系統(tǒng)用能需求，研究面向系統(tǒng)級(jí)的能量流、物質(zhì)流耦合條件下，能源優(yōu)化配置的建模方法，以描述系統(tǒng)內(nèi)各層次能源的內(nèi)部橫向關(guān)聯(lián)與耦合關(guān)系，給出能源利用效率最大化的能源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置方案。

②面向能效的多能源介質(zhì)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度。

協(xié)同考慮各能源介質(zhì)間的耦合關(guān)系，建立考慮能源系統(tǒng)各種約束條件的多能源介質(zhì)協(xié)同調(diào)度模型，研究以能源協(xié)同平衡、能源放散最少、能源消耗成本最低和設(shè)備操作最平穩(wěn)等為優(yōu)化目標(biāo)的多能源介質(zhì)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法。

(6)建立能耗定額標(biāo)準(zhǔn)，明確各級(jí)能源定額，確定能源對(duì)標(biāo)、節(jié)能管理的基準(zhǔn)線。

(7)建立完善的審計(jì)考核，在能源管理統(tǒng)一平臺(tái)上，對(duì)能源利用，節(jié)能優(yōu)化進(jìn)行審計(jì)、考核。

(8)建立新興管理支持，支持碳排放、合同能源、分布式能源管理。

5結(jié)束語

通過采取信息化的手段，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化管理和全生命周期的能源閉環(huán)管控，建設(shè)能源管理系統(tǒng)，幫助中國(guó)石化企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，已越發(fā)成為中國(guó)石化企業(yè)信息建設(shè)的重中之重。近年來，中國(guó)大力推進(jìn)和高度重視能源管理和石化企業(yè)建設(shè)，加快推進(jìn)能源效率計(jì)劃；要求對(duì)能源管理全業(yè)務(wù)流程采取先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石化企業(yè)節(jié)能減排，促進(jìn)企業(yè)綠色發(fā)展。中國(guó)大型石化企業(yè)正通過采用信息技術(shù)，全流程優(yōu)化能源管理，建設(shè)具備中國(guó)特色的大型石化行業(yè)能源管理。因此，我們需要建立集能源供應(yīng)、轉(zhuǎn)換、輸配、消耗于一體的綜合能源管理系統(tǒng)，以大型石化企業(yè)為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)能源消耗的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、能源統(tǒng)一管理及能源的優(yōu)化利用；逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)三級(jí)，涉及油田煉化、銷售、社區(qū)/輔助等范圍的能源管理、監(jiān)控、預(yù)警、分析和評(píng)價(jià)的集團(tuán)一體化能源管理系統(tǒng)。

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Overview of the Energy Management of Largescale Petrochemical Enterprises in China

鄭東梁1汪志勇1鄒濤2

(沈陽中科博微自動(dòng)化技術(shù)有限公司1, 遼寧 沈陽110016；中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所2，遼寧 沈陽110819)

摘要：闡述了大型石化企業(yè)能源管理系統(tǒng)的主要功能。通過分析一些國(guó)外石化企業(yè)能源管理體系的應(yīng)用效果，得到中國(guó)石化企業(yè)在能源管理建設(shè)方面的啟示。根據(jù)中國(guó)石化企業(yè)能源管理的現(xiàn)狀和需求，提出了一種基于設(shè)備級(jí)、過程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的能源管理方法,建立了集能源供應(yīng)、轉(zhuǎn)換、輸配、消耗于一體的綜合能源管理系統(tǒng)，降低了企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本和能源消耗，提高了石化企業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：能源管理企業(yè)管理能源利用率能效評(píng)估石油化工設(shè)備級(jí)過程級(jí)系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)分析

Abstract：The main functions of the energy management system of large scale petrochemical enterprises are expounded. By analyzing the application effects of energy management architecture in some foreign petrochemical enterprises, the enlightenment about energy management of petrochemical enterprises in China are gained. According to the current status and needs for energy management of Chinese petrochemical enterprises, the method based on device level, process level and system level is proposed, the energy management system integrating energy supply, conversion, transmission and distribution is built, and operating costs and energy consumption of enterprise are reduced, the overall competitiveness of petrochemical enterprises are improved.

Keywords:Energy managementBusiness managementEnergy utilization rateEnergy efficiency assessmentPetrochemicalDevice level

中圖分類號(hào)：TH-3;TP29

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201604001

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(863) (編號(hào)：2014AA041802)；

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：61374112)；

中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：WLHKZ2014010)。

修改稿收到日期：2016-01-04。

第一作者鄭東梁(1989-)，男，2014年畢業(yè)于東北大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，實(shí)習(xí)研究員；主要從事流程工業(yè)優(yōu)化與控制方向的研究。