張 輝, 鄭莆燕, 王 渡, 張躍亮

(1.上海電氣臨港重型機械裝備有限公司, 上海 201308; 2.上海電力學院, 上海 200900)

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工業(yè)園區(qū)智能能源管控平臺的設計與應用

張 輝1, 鄭莆燕2, 王 渡2, 張躍亮1

(1.上海電氣臨港重型機械裝備有限公司, 上海 201308; 2.上海電力學院, 上海 200900)

能源管控是工業(yè)園區(qū)實現(xiàn)整體節(jié)能減排的必要手段.以上海電氣臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)為對象,采用先進信息技術,建立了從園區(qū)能源供應到企業(yè)終端用能的智能能源管控平臺,在實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)在線監(jiān)測和統(tǒng)計的同時,引入企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化調度技術和園區(qū)供能協(xié)調機制.

工業(yè)園區(qū); 能源管控; 信息技術; 節(jié)能

進入21世紀以來,我國的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設全面加速,工業(yè)園區(qū)作為其中的重點如雨后春筍般興盛起來.目前我國工業(yè)園區(qū)建設和發(fā)展經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從功能單一到多元化、從分散到集中的發(fā)展過程,在推動國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用.由于能源緊缺和環(huán)境污染日益嚴峻,節(jié)能減排也成為工業(yè)園區(qū)建設和發(fā)展的重點之一[1-3].

由于工業(yè)園區(qū)內企業(yè)眾多,而園區(qū)往往都有獨立的能源生產(chǎn)供應系統(tǒng),因此其系統(tǒng)節(jié)能不是單一的能源生產(chǎn)系統(tǒng)、能源輸送系統(tǒng)或能源利用系統(tǒng)節(jié)能,而是從能源生產(chǎn)到終端設備應用的全流程一體化節(jié)能[4-5].為此,必須以整個園區(qū)能源信息監(jiān)測為基礎,基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構建園區(qū)能源監(jiān)控平臺,對數(shù)據(jù)進行診斷分析,采用優(yōu)化技術實現(xiàn)管理節(jié)能.工信部節(jié)〔2014〕30號文也指出,“通過建設能源消耗數(shù)據(jù)信息系統(tǒng),運用在線監(jiān)測、能源診斷等分析”來提高節(jié)能監(jiān)察工作的能力.

1 國內工業(yè)園區(qū)能源管理現(xiàn)狀

從能源管理的水平來看,能源管理的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個階段:

(1) 粗放式能源管理 只有總的能耗數(shù)據(jù)(月賬單、年賬單);對工藝及設施的能耗數(shù)據(jù)不了解;缺乏有效的能源管理機制.

(2) 基本能源管理 有安排人員進行人工抄表,并對抄表數(shù)據(jù)進行匯總、制表;有簡單的抄表和電力檢測系統(tǒng);缺乏對海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、整理和分析.

(3) 高效能源管理體系 對能耗數(shù)據(jù)進行分析和整理;對能源用量、能耗成本進行分攤;生成各種關鍵能耗指標;根據(jù)系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)進行需求側管理;利用能源管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)浪費;利用能源系統(tǒng)進行績效考核.

目前,國內工業(yè)園區(qū)的能源管理介于第2階段和第3階段之間:有熱工抄表數(shù)據(jù)的基礎統(tǒng)計,部分企業(yè)有簡單的能耗分類統(tǒng)計、能耗分攤統(tǒng)計等簡單指標分析.但存在的問題主要有:一是信息化程度弱,沒有實現(xiàn)自動抄表、自動記錄存檔、自動生成報表功能;二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計不精細,對海量數(shù)據(jù)沒有細致、合理的分類統(tǒng)計;三是數(shù)據(jù)分析不及時,沒有對數(shù)據(jù)進行分析,沒有給出與生產(chǎn)掛鉤的核心指標,僅在年度統(tǒng)計中有考量;四是節(jié)能減排沒效果,沒有利用數(shù)據(jù)分析為企業(yè)的節(jié)能減排提供建議;五是園區(qū)和企業(yè)聯(lián)動管理不緊密.

2 方案設計

本文以上海電氣臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)為對象,以智能能源服務系統(tǒng)為核心,將能源生產(chǎn)的上游終端與能源消耗的下游終端通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有機地結合在一起,構建園區(qū)智能能源管控平臺,如圖1所示.該平臺包括能源的生產(chǎn)、輸送、分配、服務、用戶等多個要素,以生產(chǎn)設備、工藝流程為依托,以科學的管理流程為支持,以智能化的信息分析和決策模塊為手段,實施能源生產(chǎn)、輸送、調配的集中管控與快速響應,建立閉環(huán)能源管控系統(tǒng),實現(xiàn)能源供應與能源消費之間的優(yōu)化互動,從而提高設備利用率,降低園區(qū)單位產(chǎn)值的能耗,實現(xiàn)從能源生產(chǎn)到終端設備用能的系統(tǒng)節(jié)能.

圖1 重裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)智能能源管控中心功能結構

信息支撐平臺是智能能源管控平臺的基礎,它采用集成了先進的多協(xié)議轉換技術的工業(yè)網(wǎng)關產(chǎn)品,通過現(xiàn)場儀器儀表、傳感器、執(zhí)行器和工業(yè)控制系統(tǒng)等,對各種數(shù)據(jù)進行信息采集,經(jīng)園區(qū)網(wǎng)絡傳遞給數(shù)據(jù)中心;數(shù)據(jù)中心提供海量異構數(shù)據(jù)存儲、挖掘等技術,為智能能源管控中心的各類應用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)保障;在生產(chǎn)應用層面,基于數(shù)據(jù)信息完成園區(qū)的能源管控和相關的專業(yè)服務,并通過終端界面為各類用戶服務.智能能源管理中心信息結構如圖2所示.

圖2 智能能源管理中心信息結構

3 能源管控軟件系統(tǒng)

考慮到園區(qū)的管理模式,分為園區(qū)版和企業(yè)版兩個部分,并通過內部協(xié)調機制構成一個完整的體系.

3.1 企業(yè)版

(1) 生產(chǎn)能耗精細化管理系統(tǒng) 建立制造企業(yè)生產(chǎn)加工的基本單元標準加工工序庫,實現(xiàn)對基本加工工序的電子化管理.在此基礎上根據(jù)技術人員的設計,建立某產(chǎn)品的加工工藝流程,建立產(chǎn)品工藝流程的加工工序和工時管理.然后根據(jù)管理人員制定的生產(chǎn)計劃排班,結合產(chǎn)品工藝流程信息,來估計企業(yè)的生產(chǎn)用能.

(2) 企業(yè)能耗監(jiān)控與統(tǒng)計 根據(jù)需要建立企業(yè)生產(chǎn)能耗和環(huán)境能耗監(jiān)測系統(tǒng),并根據(jù)用戶需要打印報表.企業(yè)能耗監(jiān)控與統(tǒng)計示意如圖3所示.

(3) 生產(chǎn)能耗優(yōu)化調度 以降低能耗和減少生產(chǎn)能耗波動為目的,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊判斷相結合的智能排班方法,對企業(yè)生產(chǎn)進行優(yōu)化調度.管理人員可根據(jù)智能排班的結果對生產(chǎn)計劃進行修改,以達到管理節(jié)能的目的.人工排班與智能排班對比如圖4所示.

3.2 園區(qū)版

(1) 太陽能發(fā)電監(jiān)測 通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)測太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電參數(shù),并實時顯示,形成記錄.采用多元多項式回歸模型建立了太陽能發(fā)電的預測模型,通過預測值與實測值的比較來判斷太陽能發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài).

(2) 園區(qū)能耗監(jiān)控與統(tǒng)計 建立了園區(qū)能耗監(jiān)測系統(tǒng),并根據(jù)用戶需要輸出所需月度能耗報表.

(3) 企業(yè)用能匯總協(xié)調 一是園區(qū)能耗總量控制.各企業(yè)能耗需求數(shù)據(jù)上報后,可得出下月總能耗需求,由此可得出園區(qū)總能耗,若超出園區(qū)供能容量,則需要管理人員與企業(yè)進行協(xié)調.二是供能裕量估計.根據(jù)園區(qū)下月總能耗預測和園區(qū)供能容量,可得出園區(qū)能耗裕量值,并反饋給企業(yè),供企業(yè)增加、調整生產(chǎn)的參考.三是各企業(yè)間的用能協(xié)調.通過網(wǎng)絡在園區(qū)和企業(yè)之間建立有效的能源調度互動平臺,當用電量超標時,協(xié)調企業(yè)之間的生產(chǎn),特別是在有試驗的前提下更要加強協(xié)調.

圖4 人工排班與智能排班對比

4 結 語

工業(yè)園區(qū)的能源管控往往包括能源生產(chǎn)系統(tǒng)、能源輸送系統(tǒng)或能源利用系統(tǒng),這需要借助信息技術建立的全流程一體化的能源管理體系,引入智能分析和優(yōu)化手段,達到園區(qū)整體節(jié)能減排的目標.本文為臨港重裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)設計建立的智能能源管控平臺,借助信息技術,實現(xiàn)了多層次、多視圖、多維度的供能、用能數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測、統(tǒng)計分析系統(tǒng);以標準加工能耗和加工工時庫為基礎,完成了生產(chǎn)計劃和用能調度的優(yōu)化,實現(xiàn)了降低生產(chǎn)過程中的無效能耗和單位產(chǎn)值能耗的目標;建立了供能與用能互動的閉環(huán)能源管控模型,不僅考慮“面向能耗的能源供應”,而且考慮“面向能源供應的能耗”,提高了供能設備和生產(chǎn)設備的利用率,降低了園區(qū)的單位產(chǎn)值能耗.

[1] 林世平.工業(yè)園區(qū)小型分布式能源系統(tǒng)應用研究[J].沈陽工程學院學報:自然科學版,2012,7(2):103-106.

[2] 羅艷玲,鄢烈祥,盧海,等.基于分布式能源的工業(yè)園區(qū)能源規(guī)劃[J].化工進展,2013,32(2):308-312.

[3] 楊敏林,楊曉西,隋軍,等.工業(yè)園區(qū)獨立能源系統(tǒng)方案分析與應用[J].熱能動力工程,2009,24(4):442-446.

[4] HWA C S,HUN K S,GEUN Y S,etal.Optimization of a waste heat utilization network in an eco-industrial park[J].Applied Energy,2010,87(6):1 978-1 988.

[5] LI Y F,JIANG N,WANG H L.Study on energy saving and resources comprehensive utilization in a large dyeing industrial park[C]//Proceedings-International Conference on Computer Distributed Control and Intelligent Environmental Monitoring,CDCIEM 2011,2011:1 733-1 736.

(編輯 胡小萍)

Design and Appliation of Intelligent Energy Management andControl Platform of Industrial Park

ZHANG Hui1, ZHENG Puyan2, WANG Du2, ZHANG Yueliang1

(1.ShanghaiElectricLingangHeavyMachineryCo.,Ltd.,Shanghai201306,China; 2.ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China)

Energy management and control is a necessary means of realizing the energy saving and emission reduction of the whole industrial park.The Shanghai Electric Lingang Heavy Machinery Industrial Park is taken as the study object,the advanced information technology is used,and the intelligent energy management and control platform from the energy supply of the park to the energy user of the enterprises is established.The energy data is online monitored and counted.At the same time,the production scheduling optimization technology of the enterprises and the energy supply coordination mechanism of the park are introduced into the platform.

industrial park; energy management and control; information technology; energy saving

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.05.008

2015-03-23

簡介：鄭莆燕(1972-),女,博士,副教授,福建莆田人.主要研究方向為節(jié)能與能源系統(tǒng)的優(yōu)化分析.E-mail:tyy33@163.com.

上海市科學技術委員會節(jié)能減排專項項目(12dz1200300).

TP311.52;TK018

A

1006-4729(2016)05-0449-05