摘 要：本文按照國家標準、行業(yè)標準、地方標準構(gòu)建了數(shù)字化標準化能源管理系統(tǒng)，通過統(tǒng)計各種能源的使用情況、各車間的用能情況、用電質(zhì)量、鍋爐耗煤量及蒸汽產(chǎn)出量等，規(guī)范企業(yè)員工和設(shè)備的用能行為，提高用能效率，降低企業(yè)用能成本。并且通過分析，預(yù)測能源數(shù)據(jù)，進而優(yōu)化生產(chǎn)計劃和調(diào)度，節(jié)省能源采購成本，挖掘節(jié)能潛力。

關(guān)鍵詞：甲醇企業(yè)，數(shù)據(jù)分析，能源管理，能源安全，降低成本

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.20.019

0 引 言

甲醇生產(chǎn)企業(yè)是高能耗行業(yè)，能源成本占企業(yè)運營成本的重要部分。能源管理在化工企業(yè)中具有舉足輕重的地位，它不僅是降低運營成本、提高能源利用效率、減少污染保護環(huán)境的關(guān)鍵途徑，也是增強企業(yè)競爭力和確保合規(guī)性的重要手段。通過實施能源管理體系，建立數(shù)字化標準化能源管理系統(tǒng)，化工企業(yè)可以全面監(jiān)測和分析能源使用情況，優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)，借鑒節(jié)能新技術(shù)和最佳實踐，建立高效運行的能源管理結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。此外，從系統(tǒng)設(shè)計階段開始，嚴格遵循GB/T23331—2020《能源管理體系要求》等國家標準，同時通過標準化實現(xiàn)流程優(yōu)化、數(shù)據(jù)一致性，加速決策過程，為綠色轉(zhuǎn)型和長期競爭力奠定堅實基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從數(shù)據(jù)采集出發(fā)，通過自動化的采集與通訊網(wǎng)絡(luò)實時捕獲煤、電、水、油等多種能源介質(zhì)的使用數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)應(yīng)用層，一個集中的能源管控中心實現(xiàn)了對全公司能源使用的實時監(jiān)控，并能自動進行異常報警，確保能源消耗與產(chǎn)出在合理、經(jīng)濟的范圍。在數(shù)據(jù)分析與管理層，基礎(chǔ)能源管理系統(tǒng)提供了全面、深入的數(shù)據(jù)分析和管理功能，確保能源使用有理有據(jù)、控制有度。最終，數(shù)據(jù)報告與決策層通過實時真實的數(shù)據(jù)共享和深度挖掘，為公司高層提供了可靠的決策支持，助力公司在節(jié)能減排和能效提升方面取得顯著成果，如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

2 能源數(shù)據(jù)監(jiān)控

在能源管理中，實現(xiàn)對電、煤、油、蒸汽、水以及碳排放的監(jiān)控是至關(guān)重要的，能源使用全領(lǐng)域和全過程的可視化、透明化，有助于企業(yè)更好地掌握能源使用情況，提高能源利用效率，降低能源消耗和排放，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

在數(shù)據(jù)采集與傳輸方面，遵循GB 17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》等國家標準，明確數(shù)據(jù)采集的對象，包括能源及耗能工質(zhì)的消耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)和產(chǎn)品產(chǎn)量相關(guān)數(shù)據(jù)。

此外，能夠按規(guī)定的時間間隔對運行中影響能源績效的關(guān)鍵特性進行識別、測量、監(jiān)視和分析。同時制定并實施適合其規(guī)模、復(fù)雜程度、資源及其測量和監(jiān)測設(shè)備的能源數(shù)據(jù)收集計劃并規(guī)定監(jiān)測其關(guān)鍵特性所需的數(shù)據(jù)，說明收集、保留這些數(shù)據(jù)的方式和頻次[1]。

2.1 能耗統(tǒng)計

系統(tǒng)通過先進的傳感技術(shù)，在工業(yè)電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵部位布置傳感器節(jié)點，實現(xiàn)了對電力、水、燃氣、熱力等多種能源的實時監(jiān)控。按照G B / T3484—2009《企業(yè)能量平衡通則》科學(xué)、有效地組織能源統(tǒng)計工作，包括對能源消費和利用狀況進行統(tǒng)計分析和定期發(fā)布；同時，進行能源統(tǒng)計資料的管理與歸檔工作，確保能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準確性與及時性[2]。此外，管理者通過即時獲取系統(tǒng)當前狀態(tài)的洞察，能夠支持他們在發(fā)現(xiàn)潛在問題時迅速采取相應(yīng)措施，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

系統(tǒng)可以實現(xiàn)對能源從購入、過程、最終使用情況的全程進行查看，可以通過折線圖或柱形圖、能流圖、數(shù)據(jù)表格的方式，展現(xiàn)煤、油、蒸汽、水在整個廠區(qū)范圍內(nèi)的購入/產(chǎn)出、消耗情況，以及整個廠區(qū)生產(chǎn)過程中的碳排放量。在綜合能耗模塊，可以對廠區(qū)各能源產(chǎn)生的能耗和全廠的綜合能耗進行查看調(diào)整。

2.2 電能質(zhì)量管理

通過對企業(yè)的電壓、電流、頻率、諧波等電能質(zhì)量指標進行實時監(jiān)測，記錄錄入電波峰、谷、平時期電價，從而掌握電能質(zhì)量的實時狀況。

在系統(tǒng)中可以對班次的時間進行設(shè)置，系統(tǒng)記錄錄入的班次，在設(shè)置不更新的情況下可一直使用。電的點位為手動錄入點，每天早中晚分三次進行錄入，錄入班次后可以更明確錄入數(shù)據(jù)時間，更加明確排班情況。

此外，通過此模塊還可以查看任何時期電量波峰、波谷、波平趨勢和三個時期的電量費用，通過優(yōu)化電能質(zhì)量管理，可以減少不必要的電能損耗，降低企業(yè)的能耗成本。

3 能源數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)具備強大的智能控制能力，通過先進的數(shù)據(jù)處理算法對大量實時采集到的數(shù)據(jù)進行實時分析和處理?；谶@些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠智能地進行能源調(diào)度，優(yōu)化能源使用策略，以滿足工業(yè)電氣系統(tǒng)的生產(chǎn)需求。這種智能控制使得能源的利用更加高效，降低了能源浪費，同時保障了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中不斷變化的需求[1]。

3.1 確定主要能源使用

首先，能源管理系統(tǒng)在通過識別主要能源使用的區(qū)域?qū)τ媚軤顩r進行分析方面，能夠識別對能源使用和能源消耗有重要影響的設(shè)施、設(shè)備、系統(tǒng)、過程和人員，并確定其現(xiàn)狀。人員包括企業(yè)工作的人和代表企業(yè)工作的人員，代表企業(yè)工作的人員包括服務(wù)承包商兼職人員以及臨時人員等。

其次，本系統(tǒng)能夠識別影響主要能源使用的變化因素，如原材料變化、生產(chǎn)工藝變化、產(chǎn)品變化、采用先進節(jié)能技術(shù)項目造成能源消費品種的變化、選用更先進的生產(chǎn)工藝等。

再次，能夠評估未來的能源使用和能源消耗對主要能源使用的影響，如擴產(chǎn)后能源結(jié)構(gòu)、能源需求、設(shè)備及工藝更新改造的變化等。

同時，能夠評估企業(yè)的經(jīng)營要求、成本與收益等對主要能源使用的影響[3]。

3.2 能耗分析

在數(shù)字化能源管理系統(tǒng)中，能源分析與優(yōu)化控制扮演著核心的角色。該功能始于系統(tǒng)對多方面能源數(shù)據(jù)的深度分析，通過監(jiān)測電力、水、煤、熱力等系統(tǒng)的能源使用情況，系統(tǒng)生成詳盡的能源消耗報告，涵蓋系統(tǒng)總體能耗和各設(shè)備、工藝的詳細能耗數(shù)據(jù)，為管理者提供全面的能源使用概況，助力深入理解主要能源消耗來源和趨勢[4]。有助于企業(yè)更好地掌握能源使用情況，提高能源利用效率，降低能源消耗和排放，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.2.1 電力監(jiān)控

通過用電監(jiān)控技術(shù)，利用電能監(jiān)控裝置監(jiān)測用電指標、進行計劃用電管理。

通過定期記錄電表讀數(shù)，并利用智能電表和自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時獲取電能使用信息，實現(xiàn)定期抄表和數(shù)據(jù)采集的功能，提高數(shù)據(jù)采集的效率和精度。

通過統(tǒng)計和分析電力負荷隨時間的變化規(guī)律，揭示電能使用模式和瓶頸問題，進行負荷曲線分析，以此來調(diào)整和優(yōu)化負荷，減少電能浪費和成本消耗。

3.2.2 煤炭監(jiān)控

（1）通過對煤炭的庫存量、消耗量的實時監(jiān)測，確保能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

（2）煤炭的質(zhì)量檢測能夠確保其符合使用要求，避免因質(zhì)量問題影響能源利用效率和設(shè)備安全。

（3）通過監(jiān)測燃燒設(shè)備的運行狀況，如溫度、壓力、燃燒效率等，優(yōu)化燃燒過程，提高能源利用效率。

3.2.3 蒸汽、水監(jiān)控

蒸汽和水監(jiān)控主要包括流量和壓力監(jiān)測、泄漏檢測、能源消耗分析、統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析。

其中，對蒸汽和水的流量、壓力進行實時監(jiān)測，能夠確保其供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性；通過安裝泄漏檢測裝置，能夠及時發(fā)現(xiàn)蒸汽和水的泄漏問題，減少能源浪費和環(huán)境污染；通過對蒸汽和水的消耗數(shù)據(jù)的收集和分析，能夠找出能源消耗異常的原因，從而制定節(jié)能措施；通過收集和分析能源的使用數(shù)據(jù)，監(jiān)測能源浪費和能耗異常的情況，進行數(shù)據(jù)整合和決策支持，幫助管理者制定有效的能源管理策略和節(jié)能改造方案。

3.3 數(shù)據(jù)管理

考慮到實際生產(chǎn)中，存在部分無法用儀表自動采集的數(shù)據(jù)，比如需要手動抄表的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)設(shè)計了在系統(tǒng)中手動錄入部分數(shù)據(jù)的入口。

系統(tǒng)中錄入了設(shè)定及修改KPI標準值，作為衡量數(shù)據(jù)的標準。

系統(tǒng)可根據(jù)用戶設(shè)定的報警規(guī)則，在系統(tǒng)頁面上顯示報警框，用戶確認后才可取消報警，并可輸入報警相關(guān)的備注，并可對發(fā)生過的報警記錄進行查詢，報警記錄可根據(jù)日期、報警類型進行查詢。

4 能源統(tǒng)計的自動化

4.1 能源統(tǒng)計

通過統(tǒng)計各車間的能源使用量（如電量、煤炭消耗量、水消耗量、油品消耗量、蒸汽消耗量等）來評估其能源消耗量，計算方法按照GB/T 2589《綜合能耗計算通則》進行，這種分析有助于企業(yè)識別能源消耗的主要來源，評估能源使用的效率，并據(jù)此制定節(jié)能措施和策略。

針對折算系數(shù)，按照GB 29436—2023《甲醇、乙二醇和二甲醚單位產(chǎn)品能源消耗限額》中各種能源及電力、熱力折標準煤的參考系數(shù)表在系統(tǒng)中手動設(shè)置電折標、煤折標、水折標、蒸汽折標、油折標。

收集各車間的能源使用數(shù)據(jù)，包括電力、蒸汽等消耗量后，對數(shù)據(jù)進行整理、分類，并計算各車間的能源消耗總量；隨后對比不同車間和時段的能耗情況，識別出能耗較高的區(qū)域和時段；進一步分析導(dǎo)致高能耗的原因，如設(shè)備效率、生產(chǎn)流程等；基于這些分析，評估節(jié)能潛力，并制定相應(yīng)的節(jié)能措施；最后實施并監(jiān)控這些措施的效果，持續(xù)優(yōu)化能源管理，以實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

煤炭作為主要的化石燃料，通過碳熱還原反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣，進而用于甲醇的生產(chǎn)。將所需原料按照一定比例進行混合和配比，以滿足后續(xù)生產(chǎn)的需求。通過統(tǒng)計分析用煤情況和耗電情況，具體分析方法參照GB 29436—2023。

通過鍋爐將水轉(zhuǎn)化成各壓力等級蒸汽，用于發(fā)電、煙氣脫硫除塵等，通過統(tǒng)計蒸汽耗煤、蒸汽耗電、蒸汽耗氨水、蒸汽耗石灰石、蒸汽耗藥劑、發(fā)電機耗氣等指標進行能耗分析。

通過變換氣凈化、冷凍、硫回收、氫回收、氣體壓縮、甲醇粗合成、甲醇精餾等工序生產(chǎn)出符合GB/T 338—2011《工業(yè)用甲醇》中工業(yè)用甲醇一等質(zhì)量要求的精甲醇。通過統(tǒng)計甲醇耗蒸汽、二氧化碳耗電、甲醇耗新鮮氣、甲醇耗變換氣、甲醇產(chǎn)量、副產(chǎn)二氧化碳產(chǎn)量等指標及產(chǎn)量指標進行能耗分析。

通過煤漿制備、氣化及灰水處理、合成氣制備等工序，統(tǒng)計水煤氣耗循環(huán)水、水煤氣耗煤、水煤氣耗電、水煤氣耗脫鹽水等指標進行能耗分析。

通過給水、水循環(huán)、污水處理等工序，統(tǒng)計循環(huán)水量、循環(huán)水電量、入廠水量等指標進行能耗分析。

4.2 報表中心

GB/T 36713—2018《能源管理體系 能源基準和能源績效參數(shù)》中提出，能源績效參數(shù)（EnPI）是能源績效的度量或單位。能源績效參數(shù)可以用簡單的度量單位、比率或一個模型來表示。能源基準（EnBs）是用作比較能源績效的定量參考依據(jù)。使用能源績效參數(shù)值和能源基準可以幫助組織建立和量化能源績效改進，還可以識別能源績效顯著偏離期望值的異常情況。可以采用這種方式，定期記錄能源消耗數(shù)據(jù)（例如每月），并對數(shù)據(jù)進行分析，如在核算電子表格中，可以幫助識別能源趨勢[4]。

在數(shù)據(jù)集成后，對數(shù)據(jù)進行清洗、轉(zhuǎn)換和標準化處理。這包括去除重復(fù)數(shù)據(jù)、糾正錯誤數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式等。處理后的數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)的分析和報告生成。

報告模板設(shè)計模塊可以根據(jù)實際的需求，制定各車間水汽統(tǒng)計報表、內(nèi)部市場化、各車間用電量報表、能源購進、消費與庫存、能源生產(chǎn)、銷售與庫存、數(shù)據(jù)日報表、數(shù)據(jù)月報表、數(shù)據(jù)年報表。

自動化報告生成功能能夠設(shè)置自動報告生成任務(wù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的時間間隔（如每天、每周或每月）運行，并自動從數(shù)據(jù)庫中獲取最新的能源數(shù)據(jù)。然后，使用這些數(shù)據(jù)填充報告模板，并生成最終的能源報告。

在監(jiān)控與改進方面，通過定期查看和分析能源報告，監(jiān)控能源使用趨勢和性能，并識別出潛在的節(jié)能機會或問題?；谶@些信息，可以制定改進措施或優(yōu)化方案，以進一步提高能源使用效率和降低成本。

5 用能設(shè)備能效管理

傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)，收集到的只有能源數(shù)據(jù)，沒有包含設(shè)備狀態(tài)以及產(chǎn)量信息。因此對于某些公用工程部分，無法按照設(shè)備實際運行狀態(tài)進行分攤。企業(yè)往往采用粗放式分攤方法，即按照平面布局，對公共部分能耗進行平攤。

數(shù)字化能源管理系統(tǒng)因為結(jié)合了生產(chǎn)排產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)備運行數(shù)據(jù)。可以根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)進行分攤。比如某車間共有兩條生產(chǎn)線Ａ和Ｂ。當Ａ、Ｂ同時生產(chǎn)時，按照預(yù)設(shè)的分攤比例，將公用動力部分能耗分攤至兩個產(chǎn)品。但是當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)只有Ａ在生產(chǎn)，而Ｂ停產(chǎn)時，公用動力部分全部計入Ａ的成本。這樣做的好處是企業(yè)在進行財務(wù)核算時，更加準確客觀[5]。

顯示全廠鍋爐蒸汽產(chǎn)出量、產(chǎn)出蒸汽煤的消耗量、產(chǎn)出蒸汽水的消耗量和鍋爐產(chǎn)出蒸汽等設(shè)備的能效，根據(jù)對核心用能設(shè)備的能效進行監(jiān)控，及時提醒進行設(shè)備維護。

通過對能效數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，找出能效低下的原因和規(guī)律；對比不同設(shè)備、不同時間段、不同生產(chǎn)負荷下的能效數(shù)據(jù)，評估設(shè)備的能效水平；對比不同設(shè)備、不同時間段、不同生產(chǎn)負荷下的能效數(shù)據(jù)，評估設(shè)備的能效水平。

根據(jù)能效數(shù)據(jù)分析結(jié)果，診斷設(shè)備能效低下的具體原因，如設(shè)備老化、運行參數(shù)設(shè)置不合理、維護不到位等。進一步針對不同原因制定相應(yīng)的改進措施，如更換高效節(jié)能設(shè)備、優(yōu)化運行參數(shù)、加強設(shè)備維護等。

6 結(jié) 語

數(shù)字化標準化能源管理系統(tǒng)，是全集成自動化和全集成能源自動化（TIA & TIP）解決方案的一個組成部分。本文所構(gòu)建的數(shù)字化標準化能源管理系統(tǒng)，可以方便地將原來分散在廠區(qū)各個角落的能源數(shù)據(jù)采集到一起，進行存儲、統(tǒng)計、分析、考核等工作，不僅規(guī)范了企業(yè)全體員工的用能行為，減少跑冒滴漏，提高了用能效率，降低企業(yè)用能成本，且通過分析，預(yù)測能源數(shù)據(jù)，進而優(yōu)化生產(chǎn)計劃和調(diào)度，節(jié)省能源采購成本，挖掘節(jié)能潛力。不僅如此，從數(shù)據(jù)采集的標準化流程及能源計量標準化度量，到數(shù)據(jù)分析的標準化方法，再到預(yù)測與優(yōu)化策略的標準化制定，都實現(xiàn)了對標準化的高度重視與嚴格執(zhí)行。這不僅提升了數(shù)據(jù)的可信度與系統(tǒng)的可靠性，還為后續(xù)的管理決策提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)依據(jù)。

參考文獻

[1]能源管理體系 要求及使用指南：GB/T 23331—2020[S].

[2]甲醇單位產(chǎn)品能源消耗限額第4部分：焦爐煤氣制甲醇：GB 29436.4—2015[S].

[3]化工行業(yè)能源管理體系實施指南：GB/T 38899—2020[S].

[4]能源管理體系 分階段實施指南：GB/T 15587—2023[S].

[5]趙子逸.面向工廠的能源管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[C]//中國汽車工程學(xué)會（China Society of Automotive Engineers）.2019中國汽車工程學(xué)會年會論文集（5）.機械工業(yè)出版社，2019：4.

作者簡介

宋琳，碩士研究生，工程師，從事儀表、信息化工作。

張成祥，高級工程師，總工程師，從事煤化工工藝方面工作。

（責任編輯：袁文靜）