王 珊

上海電氣電站設(shè)備有限公司上海汽輪機廠

能源綜合管理平臺在企業(yè)中的設(shè)計和應(yīng)用

王 珊

上海電氣電站設(shè)備有限公司上海汽輪機廠

為響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，改變企業(yè)能源供給分散、智能化程度不高的現(xiàn)狀，提出在廠區(qū)內(nèi)建立能源綜合管理平臺的設(shè)想，應(yīng)用自動化、信息化、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，結(jié)合工廠實際，從站房操作運行到能源數(shù)據(jù)采集分析，實現(xiàn)一體化管理，最大化優(yōu)化資源配置，提高能源管理水平，為企業(yè)持續(xù)性的節(jié)能改造，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)打下基礎(chǔ)。

能源綜合管理；能源一體化；能源信息化；節(jié)能降耗

早在2010年，中國已成為世界第二大能源生產(chǎn)國，能源消費量超越美國躍居世界第一，2016年全國能源消費總量達(dá)約43.6億tce，同比增長1.4%。雖然能源消費結(jié)構(gòu)整體更趨合理，能源消費量處于較低增長水平，但工業(yè)能耗仍占較大比重，工業(yè)節(jié)能，特別是大型制造企業(yè)的節(jié)能降耗對全社會的節(jié)能有著重大意義。上海電氣電站設(shè)備有限公司上海汽輪機廠（以下簡稱上汽廠）積極響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，從管理入手，突破傳統(tǒng)能源管理的模式，引入自動化、信息化及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立能源綜合管理站，優(yōu)化人力資源配置，降低人力成本，并利用能源綜合管理平臺，增加能耗數(shù)據(jù)獲取的精準(zhǔn)性，提高其可分析性，提升整體能源管理水平，為更合理、高效地使用能源、進(jìn)行節(jié)能降耗打好基礎(chǔ)。

1 能源綜合管理的思路

上汽廠目前主要使用的能源有：電、水、壓縮空氣、天然氣、蒸汽等，之前大多分散管理，各自有各自的站房及運行維護(hù)人員，實行倒班制，能耗數(shù)據(jù)的獲取主要靠人力抄表，運行人員需求量巨大且操作者技能單一，不利于人力資源的優(yōu)化，各站房間維護(hù)人員也很少互通互助。為此，我們提出能源綜合管理的思路，目的就是通過搭建能源信息化平臺將這些傳統(tǒng)意義上分散管理的能源進(jìn)行集中管控，人員也進(jìn)行復(fù)合型培養(yǎng)，統(tǒng)一分配，所有能耗數(shù)據(jù)不再依靠工人抄表，而是統(tǒng)一送到能源綜合管理平臺，進(jìn)行自動報表生成、自動能耗分析等。

整個平臺的搭建先按照不同能源進(jìn)行分類，針對特定類別的能源細(xì)化具體要求，分批分別建設(shè)各類能源的在線監(jiān)控和操作運行系統(tǒng)，然后再將可合并、整合的視頻輔助監(jiān)控系統(tǒng)、分析報表系統(tǒng)等通用組件進(jìn)行集成，統(tǒng)一規(guī)劃，經(jīng)過系統(tǒng)多次升級改造，可逐漸將全廠的能源形成一體化管理的局面，在能源管理上最大化的優(yōu)化人力、物力資源，并能更科學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)分析，掌握工廠能源使用情況，為工廠節(jié)能降耗提供數(shù)據(jù)依據(jù)，發(fā)現(xiàn)高耗能生產(chǎn)環(huán)節(jié)、高耗能設(shè)備，進(jìn)而提出節(jié)能規(guī)劃、改造方向。

2 系統(tǒng)設(shè)計及架構(gòu)

根據(jù)上述思路，提出系統(tǒng)主要架構(gòu)如圖1所示。

其中，各用能系統(tǒng)中獨立的部分為各自監(jiān)控、操作運行系統(tǒng)，主要通過將原來各站房的就地操作通過光纖進(jìn)行遠(yuǎn)程操作實現(xiàn)。這樣做雖然整合了系統(tǒng)，但由于距離較遠(yuǎn)，即使大部分儀表能送回設(shè)備基本狀況，但對其還是無法有更直觀的認(rèn)識，因此，在能源綜合管理平臺中，對所有重要供能設(shè)備還要增加視頻輔助監(jiān)控這個“雙保險”，確保供能安全可靠。

圖1 能源綜合平臺系統(tǒng)架構(gòu)

除將各站房集中管理外，能源綜合管理平臺更重要的任務(wù)是進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)的采集與分析，給工廠提供節(jié)能降耗的發(fā)展方向。這需要首先對各能源消耗末端安裝終端采集器，完成對基本能源數(shù)據(jù)的采集，再綜合運用現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、光纖通信等多種通信方式上傳至能源管理平臺，對能耗進(jìn)行分類、分項、分時段記錄。在這些數(shù)據(jù)上加以分析比較，就可找出用能不合理的環(huán)節(jié)，通過管理用能習(xí)慣，改造用能設(shè)備等手段，指導(dǎo)能源消耗合理化、高效化發(fā)展，幫助調(diào)整、優(yōu)化用能模式。

3 能源綜合管理平臺功能及應(yīng)用

3.1 配電自動化操作監(jiān)控

配電自動化操作監(jiān)控系統(tǒng)在能源管理平臺中運行部分占比最大，也是最重要的運行系統(tǒng)。目前，上汽廠供電模式是將電網(wǎng)公司提供的兩路35kV進(jìn)線，采用雙母線分段形式，經(jīng)廠內(nèi)配電網(wǎng)6kV及400 V二級變電后，送至廠區(qū)內(nèi)各車間、辦公室負(fù)荷。其中6 kV等級的高壓配電室有6座，變壓器室及400 V低壓配電室有近50座。電網(wǎng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要就是應(yīng)用控制技術(shù)、信息處理和通信技術(shù)，通過計算機系統(tǒng)及自動裝置，代替人工進(jìn)行各種運行作業(yè)，以提高供配電系統(tǒng)運行的安全可靠性。上汽廠配電自動化的主要對象是6座高壓配電室，利用二次回路的繼電保護(hù)系統(tǒng)對其進(jìn)行實時監(jiān)控和保護(hù)，利用遠(yuǎn)程操作機構(gòu)可對電容器進(jìn)行投切，隨時調(diào)整全廠的功率因數(shù)在允許范圍之內(nèi)，保障電能質(zhì)量。同時，通過信息化遠(yuǎn)動裝置及相關(guān)技術(shù)輔以視頻監(jiān)控手段，直接對各高壓開關(guān)柜實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，以進(jìn)一步減輕值班人員工作強度，提高配電系統(tǒng)操作運行效率和水平。其主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，根據(jù)上汽廠實際情況，目前已實施完成配電系統(tǒng)自動化運行大屏幕顯示。如圖3。

圖3 配電自動化大屏幕監(jiān)控

3.2 供水、壓縮空氣操作監(jiān)控

圖2 配電自動化操作監(jiān)控系統(tǒng)主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

同樣，對供水、供氣可作相應(yīng)自動化改造，改變原有就地操作、就地監(jiān)控的運行模式，將運行自動化程度提高，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，達(dá)到減員增效的效果。目前，上汽廠供水系統(tǒng)已完成改造，實現(xiàn)兩個升壓泵站自動化運行。壓縮空氣站也在改造過程中，此處不作詳細(xì)說明。

3.3 視頻輔助監(jiān)控

雖然供能設(shè)備的遠(yuǎn)程操作可提高運行操作的響應(yīng)能力，但由于距離較遠(yuǎn)，一些設(shè)備當(dāng)場的狀態(tài)難以被掌控，如壓力閥跳開，雖然通過各項儀表顯示可以意識到大致狀態(tài)，但遠(yuǎn)沒有視頻清楚明確。因此，為進(jìn)一步提高遠(yuǎn)程運行的可靠性，避免因遠(yuǎn)程運行而導(dǎo)致的設(shè)備故障不能及時發(fā)現(xiàn)的情況，我們對原來設(shè)有值班人員的重要站房安裝視頻輔助設(shè)施，對其進(jìn)行視頻實時監(jiān)控，并可適當(dāng)配以音效報警，提高遠(yuǎn)程站房值班人員對遠(yuǎn)端供能設(shè)備、設(shè)施關(guān)注的實時性，這在某種意義上也形成了“人在遠(yuǎn)方，猶如就地”的值班模式。

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機、IP智能存儲設(shè)備、解碼器、PC工作站、系統(tǒng)服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)交換機組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示：其中，網(wǎng)絡(luò)攝像機置于各重點供能設(shè)備，通過光纖將視頻信息送到網(wǎng)絡(luò)交換機，由解碼器進(jìn)行解碼，最終把視頻呈現(xiàn)在上位機或集控室的大屏幕上，并由網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機將視頻保存，以供事后回看。有了視頻輔助系統(tǒng)，可更直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，或運行人員現(xiàn)場操作的失誤，能起到一定的監(jiān)護(hù)作用。

圖4 視頻輔助監(jiān)控系統(tǒng)

3.4 能源綜合分析、報表系統(tǒng)

不同于集成化運行，能源綜合報表系統(tǒng)更注重于能耗數(shù)據(jù)的實時采集和分析挖掘，以提供對工廠更有價值的節(jié)能降耗規(guī)劃和發(fā)展方向。它主要通過分配于各能源消耗末端的終端采集設(shè)備，完成對能耗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)采集，再綜合運用現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、光纖通信傳輸?shù)榷喾N通信方式上傳至能源綜合分析平臺，對能耗進(jìn)行分類、分項、分時段記錄，找出用能不合理的環(huán)節(jié)，從而改造用能設(shè)備或是改變用能習(xí)慣，指導(dǎo)能源消耗合理分配，落實節(jié)能方案，為工廠生產(chǎn)節(jié)能產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益。

能源綜合分析、報表系統(tǒng)主要功能如下：

1）能源數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測

能源數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測是指在能源進(jìn)廠儲存、加工轉(zhuǎn)換、輸送分配、終端消費的全過程中，對各工藝環(huán)節(jié)、工藝設(shè)備中的能源計量點進(jìn)行各種定量，如電流、電壓、流量、溫度、壓力等的測定，將這些能源數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，通過光纜等通信方式上傳至系統(tǒng)，解析后存儲至數(shù)據(jù)庫中，并實時呈現(xiàn)在操作電腦的顯示屏上，使用戶及時了解各自系統(tǒng)中的運行情況。圖5展示的是上汽廠二次供水系統(tǒng)實時運行的參數(shù)界面，其它供能系統(tǒng)也和供水系統(tǒng)一樣，具有可視化的友好操作界面，直觀顯示各項運行參數(shù)。

圖5 廠區(qū)二次供水實時監(jiān)測畫面

上汽廠已對所有高壓配電室、2個二次供水水站以及1個壓縮空氣供氣站進(jìn)行了能源表計的改造，實現(xiàn)了能耗數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)，目前，正進(jìn)行新一輪的表計改造，逐步將所有低壓室也加入到能源監(jiān)測平臺中。目標(biāo)是經(jīng)過多次的改造和完善，能將各車間用戶（終端）的用電、用水、用氣全部納入監(jiān)測平臺并進(jìn)一步細(xì)化，對廠內(nèi)的重點能耗設(shè)備也逐步加入能耗監(jiān)控中，為企業(yè)積累一定量的基本能源數(shù)據(jù)。

2）能源數(shù)據(jù)的查詢與分析

能源數(shù)據(jù)查詢指的是系統(tǒng)可按照各種條件進(jìn)行選擇，對某一特定計量點或多個計量點的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，既可追溯歷史數(shù)據(jù)、也可跟蹤實時數(shù)據(jù)。如圖6可知，本系統(tǒng)可在列表中選擇一個或多個數(shù)據(jù)類型，加入曲線圖中進(jìn)行比較，也可直接按照時間查找對應(yīng)參數(shù)的準(zhǔn)確值。這些數(shù)據(jù)、圖表不僅能在能源系統(tǒng)發(fā)生故障時作為事故分析的依據(jù)，更可通過多方位的比較，了解各區(qū)域，各部門、及各重點耗能設(shè)備用能的差異，為做好能源的合理化管理打下基礎(chǔ)。

3）能耗的預(yù)警與報警

圖6 能源歷史數(shù)據(jù)查詢

能耗的預(yù)警與報警指的是系統(tǒng)能在能耗發(fā)生異常時觸發(fā)預(yù)警或報警機制，實現(xiàn)實時上報。為達(dá)到更精準(zhǔn)的預(yù)警和報警功能，可根據(jù)重要設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)分檔設(shè)立能耗報警參數(shù)，在監(jiān)測的數(shù)據(jù)越限時觸發(fā)不同程度的警示，并記錄在案，便于隨時追溯查看。主要實現(xiàn)形式可分為能耗監(jiān)察、用能異常追蹤、重點設(shè)備用能報警等。

圖7 系統(tǒng)自動生成的能耗數(shù)據(jù)年報表

4）能源報表的生成與管理

能源報表的生成與管理指的是通過建立統(tǒng)一的能源信息數(shù)據(jù)庫，能對各類采集的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、統(tǒng)計計算，并根據(jù)實際需求靈活方便地生成各種報表，提供給各級能源管理人員。目前，系統(tǒng)能根據(jù)指定日期自動生成日報表、月報表、年報表等多種能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表格，并可按能源管理的要求不斷擴(kuò)展，設(shè)計并生成更多更細(xì)致的能耗數(shù)據(jù)比較表格。圖7展示的是系統(tǒng)自動生成的2017年年報表形式示例，按照各車間或各開關(guān)柜對用戶按月進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總，歸納清晰，一目了然。

自動生成的報表采用Excel形式，可直接存檔，也可另存后在新表中自由操作，選取需要的數(shù)據(jù)再利用。不僅如此，操作運行人員還可根據(jù)不同車間、部門的實際能耗管理要求，如將某車間多臺重點耗能設(shè)備單獨抽出作比較等，自定義報表，直接生成常規(guī)報表或圖形報表等多種形式，提供高效快捷的分析手段。

5）系統(tǒng)的安全管理

能源管理系統(tǒng)是個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及的操作管理人員非常多，需要針對不同用戶設(shè)置不同權(quán)限，甚至為了提高整個系統(tǒng)安全可靠性，在操作運行和查詢分析兩大不同功能組件之間，采用硬件隔離，即采用一套終端數(shù)據(jù)，兩個通信網(wǎng)絡(luò)，確保兩個網(wǎng)絡(luò)各有側(cè)重，互不干擾。

按上述思路，將整個能源管理分為操作運行和查詢分析兩大系統(tǒng)。其中，操作運行所處的網(wǎng)絡(luò)相對封閉，且響應(yīng)速度更高，為的是滿足操作運行的安全可靠，快速響應(yīng)要求，對它的管理還可進(jìn)一步劃分層次，給不同等級的操作人員不同的操作權(quán)限，用技術(shù)的手段實現(xiàn)規(guī)范化的運行管理目標(biāo)。相比之下，查詢分析所處的網(wǎng)絡(luò)就可相對比較開放，也能和工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相連，除能源運行人員外，能源管理人員、能源技術(shù)員，甚至能源用戶都可以通過不同客戶端，使用不同的權(quán)限進(jìn)入查詢系統(tǒng)，隨時掌握能耗情況，隨時進(jìn)行用能分析。

4 結(jié)語

企業(yè)節(jié)能減排的主要途徑是采用新技術(shù)對高耗能生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能改造，上汽廠建立的能源綜合管理平臺正是對主要耗能設(shè)備、耗能生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測、識別的基礎(chǔ)。采用信息化技術(shù)、自動化手段，將廠區(qū)內(nèi)的能源進(jìn)行一體化管理，從表層上看首先優(yōu)化了人力資源，提高了能源供給的自動化程度；從深層上說，建成的統(tǒng)一的能源數(shù)據(jù)庫，打好了企業(yè)能源管理的根基，提高了企業(yè)能源管理的綜合水平，為企業(yè)更好地配置資源、組織生產(chǎn)提供支持和服務(wù)，使能源成本核算工作更加準(zhǔn)確，從而幫助企業(yè)更好地實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，履行社會責(zé)任。

Design and Application of Energy Comprehensive Management Platform in Enterprises

Wang Shan
Shanghai Electric Power Plant Equipment Co.，Ltd Shanghai Steam Turbine Plant

In order to meet national energy saving and emission reducing goal and change current situation of dispersed and low level intelligence enterprise energy supply, the author puts forward to build up energy comprehensive platform to fit for plant production, which applies automation, information, internet and other technologies. From station operation to energy data collection and analysis, the system realizes integrated management and maximizes resources allocation and improves energy management level to achieve energy saving goal and sustainable energy renovation for enterprise.

Energy Comprehensive Management, Energy Integration, Energy Information, Energy Saving and Consumption Reducing

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.06.013