張向農(nóng)

（中國(guó)石化能源管理與環(huán)境保護(hù)部，北京 100035）

關(guān)鍵字：能源管理 節(jié)能減排 煉化企業(yè) 數(shù)字化

“四個(gè)革命，一個(gè)合作”能源安全戰(zhàn)略，是能源管理工作總遵循。黨的十九大報(bào)告在構(gòu)建清潔低碳新體系方面明確提出全面建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，重塑產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、價(jià)值鏈，增強(qiáng)發(fā)展新動(dòng)力。發(fā)改委等7部委印發(fā)《重點(diǎn)用能單位節(jié)能管理辦法》，要求建設(shè)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提升能源管理信息化水平。通過能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料結(jié)構(gòu)和用能過程的實(shí)時(shí)監(jiān)管，倒逼企業(yè)優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)，減少能源消耗。在此背景下，通過建設(shè)能源管理系統(tǒng)推進(jìn)能源管理從計(jì)劃、監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)到優(yōu)化的業(yè)務(wù)完整閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)能流、能耗的動(dòng)態(tài)監(jiān)控及能源集中統(tǒng)一管理和優(yōu)化利用，有效提升企業(yè)能源管理水平。

1 國(guó)內(nèi)外石化企業(yè)能源管理數(shù)字化現(xiàn)狀

實(shí)現(xiàn)能源管理信息化是企業(yè)適應(yīng)數(shù)字化經(jīng)濟(jì)、信息化時(shí)代的必然要求，也是節(jié)能增效的主要手段之一，許多大型國(guó)際石油公司采用數(shù)字化技術(shù)對(duì)重點(diǎn)用能工藝、公用工程等進(jìn)行建模和潛力分析，開展能效改進(jìn)工作。

殼牌全球解決方案公司（SGS）推出亞太碳及能源管理方案，旨在在全球范圍內(nèi)提高能源使用效率并顯著降低CO2排放量。殼牌開發(fā)的碳及能源管理（CEM）項(xiàng)目以節(jié)能、控排、降成本為目標(biāo)，建立能效評(píng)估模型，指導(dǎo)用戶優(yōu)化操作進(jìn)一步降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。該能源管理系統(tǒng)主要功能有：①損失估定，即科學(xué)確定平衡規(guī)則，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)平衡，提高能源利用率；②缺口分析，即對(duì)被偶然遺忘、故意消除和仍需發(fā)展的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性；③實(shí)時(shí)優(yōu)化，即對(duì)公用工程和工藝裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化和優(yōu)化模型的實(shí)時(shí)修正，保證模型準(zhǔn)確性。該能源管理系統(tǒng)在幫助企業(yè)削減能源消耗，減少排放方面發(fā)揮了積極作用，并被制造和加工行業(yè)中的眾多客戶所采納執(zhí)行。

阿克蘇諾貝爾公司（Akzo Nobel）從戰(zhàn)略層面統(tǒng)一對(duì)綠色低碳目標(biāo)的認(rèn)識(shí)，制定了企業(yè)能源管理信息化建設(shè)路線圖，歸納了能源管理業(yè)務(wù)模型和相關(guān)業(yè)務(wù)流程，定義了可持續(xù)發(fā)展KPI指數(shù)及衡量方法，可有效量化企業(yè)節(jié)能低碳變化。支持各級(jí)業(yè)務(wù)用戶的能源管控訴求及集團(tuán)層面能效管理需求。管理方面以能源產(chǎn)生、輸配、消耗全價(jià)值鏈進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，識(shí)別實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化的領(lǐng)域并對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)和管理流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。該公司還設(shè)計(jì)了一套涵蓋外部、總部、板塊、工廠和過程的五級(jí)指標(biāo)衡量體系，作為基準(zhǔn)來衡量企業(yè)節(jié)能減排成效。技術(shù)層面建立能源管理平臺(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)各層面能源管理業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)處理功能和績(jī)效綜合展示儀表盤，實(shí)時(shí)監(jiān)控和展示企業(yè)能源管理情況，并對(duì)意外情況及時(shí)提出報(bào)警。

中國(guó)石油在信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃中，為支持企業(yè)實(shí)現(xiàn)國(guó)資委要求的階段節(jié)能節(jié)水目標(biāo)、加快資源節(jié)約型企業(yè)建設(shè)，規(guī)劃了節(jié)能節(jié)水管理系統(tǒng)并于2012年啟動(dòng)項(xiàng)目建設(shè)，滿足集團(tuán)總部、專業(yè)石化和地區(qū)公司三級(jí)用戶統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分級(jí)管理、分級(jí)負(fù)責(zé)的體系要求，以及可研單位節(jié)能節(jié)水管理業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)全流程管理。該管理系統(tǒng)包含的核心功能有計(jì)劃管理、統(tǒng)計(jì)管理、能源審計(jì)管理、項(xiàng)目管理、監(jiān)測(cè)管理、技術(shù)管理、能評(píng)管理、隊(duì)伍管理、考核管理，以集團(tuán)業(yè)務(wù)管理為主，滿足全局監(jiān)管要求。

2 中國(guó)石化煉化企業(yè)能源管理數(shù)字化實(shí)踐

2014年4月中國(guó)石化啟動(dòng)能源管理信息系統(tǒng)建設(shè)方案編制工作，方案從信息系統(tǒng)建設(shè)和能源業(yè)務(wù)管理兩方面入手，重點(diǎn)調(diào)研煉化企業(yè)業(yè)務(wù)需求及對(duì)系統(tǒng)建設(shè)期望，并堅(jiān)持在信息系統(tǒng)建設(shè)“六統(tǒng)一”原則下統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施。第一步是建設(shè)覆蓋煉化企業(yè)能源供應(yīng)、生產(chǎn)、輸送、轉(zhuǎn)換、消耗全過程的完整能源管理系統(tǒng)；第二步是以降低能源消耗、提高能源使用效率為目標(biāo)，全面推廣能源在線優(yōu)化，提升能源管理系統(tǒng)效能；第三步是實(shí)現(xiàn)中國(guó)石化煉化企業(yè)能源整體在線優(yōu)化，節(jié)能效益最大化，達(dá)到世界一流水平。經(jīng)過近七年的系統(tǒng)建設(shè)，目前已經(jīng)建成覆蓋下屬所有煉化企業(yè)的能源管理平臺(tái)，取得了良好的效益和效果。

煉化企業(yè)能源管理工作涉及到計(jì)劃、運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)、優(yōu)化全流程，其數(shù)字化過程也是全流程的，因此系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容涵蓋以上五個(gè)方面，詳見圖1。

圖1 能源管理系統(tǒng)功能架構(gòu)

能源計(jì)劃主要包括優(yōu)化的能源需求生產(chǎn)計(jì)劃、節(jié)能項(xiàng)目計(jì)劃、產(chǎn)能預(yù)測(cè)、用能預(yù)測(cè)計(jì)劃功能以及企業(yè)制定計(jì)劃后上報(bào)以及企業(yè)自身內(nèi)部計(jì)劃下達(dá)分解，以及其中的上報(bào)、審批、下達(dá)、調(diào)整等業(yè)務(wù)功能，對(duì)計(jì)劃進(jìn)行全流程管理，提高計(jì)劃的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。

能源運(yùn)行主要是完成能源運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集和確認(rèn)以及能源運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和維護(hù)，最終通過能源運(yùn)行報(bào)表反映全公司能源產(chǎn)耗的全貌和具體情況，為能源優(yōu)化、能源統(tǒng)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐并作為優(yōu)化效果評(píng)價(jià)依據(jù)。能源運(yùn)行監(jiān)控主要是通過各類分布 圖展示主要介質(zhì)和能耗數(shù)據(jù)分布情況，通過設(shè)置上下限監(jiān)控裝置是否運(yùn)行正常，并對(duì)異常報(bào)警進(jìn)行跟蹤處理。

能源統(tǒng)計(jì)是利用能源運(yùn)行收集和確認(rèn)的能源產(chǎn)耗數(shù)據(jù)對(duì)全廠的能源運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行歸集和統(tǒng)計(jì)，形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，支撐ERP、總部、地方政府能源數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。

能源評(píng)價(jià)分析是在能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用物料、質(zhì)量、設(shè)備等相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)能源產(chǎn)耗狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，找出能源產(chǎn)耗存在的問題和可優(yōu)化空間。能源管理系統(tǒng)對(duì)能源指標(biāo)的定義及規(guī)則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并在系統(tǒng)中完成建模，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)快速計(jì)算，橫向和縱向可比較,同時(shí)為企業(yè)對(duì)能源績(jī)效評(píng)價(jià)提供依據(jù)并形成能源指標(biāo)體系。

能源優(yōu)化是技術(shù)節(jié)能的重要途經(jīng)之一，包含能源生產(chǎn)、輸送、消耗優(yōu)化三個(gè)環(huán)節(jié)，主要以蒸汽動(dòng)力優(yōu)化（生產(chǎn)優(yōu)化）和蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化（輸送優(yōu)化）為工作方向。蒸汽動(dòng)力實(shí)時(shí)優(yōu)化以企業(yè)熱電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行成本最小化作為目標(biāo)，建立企業(yè)鍋爐、汽輪機(jī)、減溫減壓器等設(shè)備機(jī)理模型，構(gòu)建企業(yè)熱電系統(tǒng)綜合模型，實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化。一是企業(yè)通過系統(tǒng)在線形成燃料配比方案，實(shí)現(xiàn)熱電系統(tǒng)的油、氣和煤炭等燃料的配置優(yōu)化，降低外購(gòu)電力成本；二是根據(jù)熱電系統(tǒng)各設(shè)備性能曲線核算鍋爐、汽輪機(jī)等主要設(shè)備能效（每噸蒸汽燃料消耗、每千瓦時(shí)電燃料消耗），尋找最優(yōu)運(yùn)行方式，提出鍋爐和汽機(jī)操作優(yōu)化方案。蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化應(yīng)用一是實(shí)現(xiàn)了蒸汽管網(wǎng)在線模擬，及時(shí)、全面、準(zhǔn)確提供運(yùn)行參數(shù)，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)“跑、冒、滴、漏”等薄弱環(huán)節(jié)，形成管網(wǎng)輸送優(yōu)化方案；二是企業(yè)通過評(píng)估蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行提出擴(kuò)能改造規(guī)劃方案。通過蒸汽動(dòng)力優(yōu)化實(shí)操和管網(wǎng)優(yōu)化改造建議進(jìn)行改造，連續(xù)為企業(yè)節(jié)能降耗獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 細(xì)化生產(chǎn)消耗數(shù)據(jù)，讓能源管理“說得清、說得細(xì)”

系統(tǒng)將能源運(yùn)行數(shù)據(jù)最小支撐粒度細(xì)化到班，數(shù)據(jù)收集邊界細(xì)化到裝置甚至主要耗能設(shè)備邊界，能源統(tǒng)計(jì)支撐“班跟蹤、日歸并、旬平衡、月結(jié)算”的管理粒度，實(shí)現(xiàn)從公司到工廠、車間、裝置的能源產(chǎn)、存、轉(zhuǎn)、輸、耗數(shù)據(jù)說得清，能源計(jì)量、指標(biāo)、不平衡量說得清等，支持能源統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)結(jié)算應(yīng)用，滿足能源生產(chǎn)和消耗說得清、說得細(xì)的要求，同時(shí)提高能源統(tǒng)計(jì)和計(jì)算效率。

某煉化企業(yè)通過能流管理（計(jì)劃、運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)和分析）構(gòu)建能源工廠模型，對(duì)企業(yè)各類能源介質(zhì)的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、輸送、消耗全過程數(shù)據(jù)量值進(jìn)行采集、歸并和統(tǒng)計(jì)，利用能源管理系統(tǒng)將能源管理的觸角延伸到熱電廠和水廠裝置、班組，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源全過程量值精確掌控，同時(shí)月度結(jié)算時(shí)間由原來的2天縮短到4—8小時(shí)。

2.2 提高能源監(jiān)管能力，讓能源管理“管得住、管得好”

以企業(yè)實(shí)際能源運(yùn)行流程圖為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和優(yōu)化數(shù)據(jù)，構(gòu)造能源運(yùn)行的企業(yè)級(jí)全局監(jiān)控和預(yù)警流程圖，實(shí)現(xiàn)能源運(yùn)行一個(gè)環(huán)節(jié)有異常、相關(guān)環(huán)節(jié)有響應(yīng)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提高企業(yè)能源運(yùn)行監(jiān)管能力，滿足政府重點(diǎn)耗能企業(yè)能耗在線監(jiān)測(cè)的要求。同時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煉化生產(chǎn)、熱電生產(chǎn)和水務(wù)運(yùn)行相關(guān)指標(biāo)的核算，將考核指標(biāo)監(jiān)控粒度細(xì)化到日，使企業(yè)能夠及時(shí)根據(jù)指標(biāo)趨勢(shì)進(jìn)行能源產(chǎn)耗評(píng)價(jià)和分析，為企業(yè)能源監(jiān)管和考核提供依據(jù)。

某煉化企業(yè)通過在能源管理系統(tǒng)能源運(yùn)行監(jiān)控圖上設(shè)置各關(guān)鍵監(jiān)控位置的閾值，對(duì)全公司蒸汽運(yùn)行異常預(yù)警，防患于未然；將能源管理系統(tǒng)蒸汽系統(tǒng)圖作為調(diào)度室的監(jiān)控屏，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行和優(yōu)化建議情況及時(shí)進(jìn)行裝置運(yùn)行方案的調(diào)整。某企業(yè)通過氫氣和瓦斯系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化調(diào)度管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)氫氣瓦斯系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和科學(xué)調(diào)度，提升氫氣和瓦斯監(jiān)管能力。

2.3 提升優(yōu)化增效空間，讓能源成本“省得下、省得多”

一是系統(tǒng)提供在線優(yōu)化功能。在線優(yōu)化是以企業(yè)實(shí)際熱電生產(chǎn)流程為依據(jù)，構(gòu)建熱電生產(chǎn)在線優(yōu)化模型，以熱電生產(chǎn)的運(yùn)行參數(shù)、工藝參數(shù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，以熱電生產(chǎn)效益最大化為目標(biāo)，及時(shí)提供熱電運(yùn)行的最佳方案。

某煉化企業(yè)優(yōu)化煉油區(qū)域CFB鍋爐燃料結(jié)構(gòu)，依據(jù)燃料價(jià)格、鍋爐效率優(yōu)化燃料的煤焦比，降低燃料運(yùn)行費(fèi)用，根據(jù)冬季低壓汽用量多的特點(diǎn)優(yōu)化汽輪機(jī)組各級(jí)抽汽，提高機(jī)組效率及發(fā)電量。

某煉化企業(yè)優(yōu)化主廠區(qū)、乙烯站、煉油站供汽負(fù)荷，降低蒸汽損失率，提高蒸汽利用率，同時(shí)開展鍋爐運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化，優(yōu)化鍋爐給水溫度、煤風(fēng)比、氧含量等運(yùn)行參數(shù)，提高鍋爐運(yùn)行效率。

二是系統(tǒng)提供管網(wǎng)優(yōu)化功能。管網(wǎng)優(yōu)化是通過評(píng)估優(yōu)化企業(yè)蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行，提高輸送效率減少蒸汽用量，逐步改善保溫減少損耗，并對(duì)蒸汽管網(wǎng)的擴(kuò)能改造進(jìn)行合理規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)蒸汽運(yùn)行節(jié)能 降耗。

某煉化企業(yè)通過搭建中低壓蒸汽管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型，利用管網(wǎng)優(yōu)化平臺(tái)進(jìn)行熱損評(píng)估，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力站至一催化、動(dòng)力站至聚丙烯等管線保溫效率差，企業(yè)及時(shí)更換保溫材料，獲得了可觀經(jīng)濟(jì)效益；通過多組工況模擬計(jì)算，分析三加氫汽機(jī)用汽溫度低原因，切換供汽方案以提高三加氫做功能力。

2.4 梳理固化業(yè)務(wù)流程，讓能源管理“靠得上、靠得住”

結(jié)合企業(yè)能源管理實(shí)際對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理和優(yōu)化，固化相關(guān)流程，涉及裝置、車間、工廠和公司等多個(gè)層面，涵蓋裝置操作、能源計(jì)量、能源統(tǒng)計(jì)、能源優(yōu)化等二十幾個(gè)崗位。企業(yè)通過系統(tǒng)將能源管理深入到車間班組，并制定能源管理系統(tǒng)運(yùn) 行管理制度，按照業(yè)務(wù)流程明確各崗位職責(zé)，使能源管理更加規(guī)范、順暢、快捷。通過動(dòng)態(tài)在線優(yōu)化，熱電生產(chǎn)過程從“憑經(jīng)驗(yàn)、憑直覺”提升到“靠系統(tǒng)、靠數(shù)據(jù)”，全局優(yōu)化效益可觀。建議企業(yè)成立能源優(yōu)化小組，以動(dòng)力優(yōu)化數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，對(duì)全廠調(diào)度運(yùn)行進(jìn)行全局把控，實(shí)現(xiàn)了“真用、真優(yōu)化”，同時(shí)通過系統(tǒng)提供的優(yōu)化效益展示，提高熱電生產(chǎn)調(diào)度人員和裝置運(yùn)行人員節(jié)能降耗意識(shí)，加快了企業(yè)能源管理中心建設(shè)，助推企業(yè)能源管理體系變革。

3 結(jié)論

通過能源管理系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施，推進(jìn)企業(yè)固化了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23331《能源管理體系要求》和能源統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)、存、轉(zhuǎn)、輸、耗全流程系統(tǒng)監(jiān)管,滿足國(guó)家和地方對(duì)重點(diǎn)用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)管理的要求。能源產(chǎn)用平衡由“旬平衡”或者“月平衡”提升到“日平衡、班跟蹤”，滿足廠際結(jié)算到班組評(píng)比考核的管理要求，提升月結(jié)效率。能流管理在業(yè)務(wù)粒度、裝置邊界、管網(wǎng)平衡、裝置消耗等方面提高了企業(yè)精細(xì)化管理水平。