摘要: 環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主要因素，為此我國提出了節(jié)能減排的目標(biāo)。但目前我國節(jié)能減排形勢依然嚴(yán)峻。截至2015年，全國能源消費總量達到了約4O億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。嚴(yán)峻的能源短缺與資源矛盾浪費日益激烈，對于企業(yè)，尤其是高能耗的工礦企業(yè)，須以科技手段實現(xiàn)能源的實時監(jiān)測與合理配置。

關(guān)鍵詞:企業(yè)；能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

1 引言

隨著改革開放進入深水區(qū)，我國的經(jīng)濟總量已躍居世界前列，但是目前的發(fā)展依然是建立在傳統(tǒng)的高能耗、低效率的模式上，而目前環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)峻，對經(jīng)濟發(fā)展的制約也越來越嚴(yán)重，因此，我們須采取科學(xué)技術(shù)，加強對能源的控制，建立完善的企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)。

2 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)

企業(yè)建立能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)主要是為了對一些重要的耗能設(shè)備以及能源介質(zhì)進行實時控制和監(jiān)控，進而了解和掌握各種能耗設(shè)備的運行情況和耗能情況，為做出科學(xué)合理的決策提供依據(jù)，終達到能源系統(tǒng)有效、安全地運行的目標(biāo) 。

設(shè)計能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容包含以下幾點：(1)采集能源相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，對其進行實時監(jiān)控；(2)完善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及自動化系統(tǒng)；(3)盡量挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力，從能源的計劃 、統(tǒng)計到終的考核形成多方位的能源管理；(4)建立能源調(diào)度模型，從而給出優(yōu)化能源調(diào)度的可行性意見和建議 。

2.2  企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要架構(gòu)

2.2.1采集能源數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，按照可行性、冗余性和可靠性將工礦企業(yè)的三級能源數(shù)據(jù)采集平臺進一步完善，進而建立更加實用的能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，以此來適應(yīng)未來能流高度集成的需要。

2.2.2能源監(jiān)測控制中心

能源監(jiān)測控制中心主要包含了和節(jié)能減排緊密相關(guān)的各種信息，比如重點的耗電設(shè)備和耗能設(shè)備、生產(chǎn)關(guān)鍵信息、質(zhì)量安全環(huán)保信息、能源質(zhì)量信息等，并且相關(guān)信息還涉及一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。能源監(jiān)測中心具備不同的功能，比如狀態(tài)監(jiān)視功能、查詢歷史趨勢、監(jiān)控實時報表、集成實時監(jiān)控等功能，再與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行集成，后達到管控—體化的目的。

2.2.3能源管理平臺

能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)對整個計劃、調(diào)度和操作、考核等過程進行閉環(huán)管理，從事前、事中和事后進行多方位的考核田。

1)事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)集成之后可以獲取相關(guān)的生產(chǎn)信息，然后再針對各個能源建立耗能模型，并給出各工序能源介質(zhì)的消耗以及生產(chǎn)計劃，在事前做好靜態(tài)管理。另外，能源管理系統(tǒng)與能源調(diào)度系統(tǒng)進行集成，可以對能耗信息進行一定的預(yù)測，然后再獲取相關(guān)的能源優(yōu)化調(diào)度建議。

2)事中監(jiān)督。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)包含調(diào)度運行管理和質(zhì)量環(huán)保管理對系統(tǒng)現(xiàn)場的運行狀況進行的實時跟蹤，還可以對能源設(shè)備進行在線監(jiān)督，利用強大的數(shù)據(jù)分析和挖掘工具分析影響系統(tǒng)運行的不同因素，并對能源的調(diào)度和調(diào)整進行準(zhǔn)確的指導(dǎo)，進而實現(xiàn)節(jié)能的目的 。

3)事后考核。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)需要對能源進行控制和管理，因此，需要使本系統(tǒng)的計量結(jié)算功能、考核功能、報表功能、統(tǒng)計分析功能等得到實現(xiàn)。只有這些功能都得到實現(xiàn)才能獲取能源的計劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設(shè)備運行情況、環(huán)境與安全情況等。對一些超額現(xiàn)象要進行處罰，節(jié)能現(xiàn)象要給予獎勵。在系統(tǒng)的運行過程中要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的考核制度，改善當(dāng)前的高能耗、低效益發(fā)展模式。

2.2.4 預(yù)測、調(diào)度能源模型

能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)控和分析，建立起能源的調(diào)度與預(yù)測模型。此模型可以對能耗情況進行準(zhǔn)確的預(yù)測，還可以進行動態(tài)模擬計算，進而根據(jù)實際情況給出優(yōu)化調(diào)度方案，通過對能源進行合理的調(diào)度，使能源的利用效率得到提高，繼而實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

3 企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1監(jiān)測和管理能源功能的實現(xiàn)

監(jiān)測和管理功能的實現(xiàn)主要是依據(jù)系統(tǒng)使用的綜合集成平臺，進而建立對能源進行綜合監(jiān)控的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以對相關(guān)信息進行覆蓋，比如質(zhì)量安全環(huán)保信息、重點耗能和耗電設(shè)備信息等。能源管理平臺對搜集到的三級能源數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵的耗能設(shè)備的運行數(shù)據(jù) 、相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù) 、質(zhì)量環(huán)保數(shù)據(jù)等進行進一步的集成和管理。

能源管理系統(tǒng)還可以對收集到的能源數(shù)據(jù)進行校正和診斷，對各個耗能設(shè)備進行實時監(jiān)視、故障診斷與應(yīng)急聯(lián)動等功能，在實際的運行過程中可以結(jié)合能源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)能源的預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度等，進而實現(xiàn)能源管控的—體化。

3.2數(shù)據(jù)采集與自動化功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn)主要是結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用三層交換技術(shù)實現(xiàn)局域網(wǎng)的劃分。核心層一般采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計，圖1為數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)示意圖。

另外，為了滿足本系統(tǒng)的要求，需要采集的能源數(shù)據(jù)包含了一些重點的耗能耗電設(shè)備運行數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保安全數(shù)據(jù)，以及與能源相關(guān)的一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。在系統(tǒng)的具體運行過程中需要結(jié)合企業(yè)的實際情況設(shè)置相應(yīng)的計量儀表，并且還需要改造沒有通訊接口的計量儀表，這樣不但可以提高能源儀表的配備率，而且也為能源系統(tǒng)的監(jiān)控與管理提供了堅實的保證。

3.3平衡和調(diào)度能源功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)中能源的調(diào)度與平衡功能的實現(xiàn)需要在對能源數(shù)據(jù)的采集和分析的基礎(chǔ)上進行，通過建立相關(guān)的優(yōu)化調(diào)度模型，實現(xiàn)對能源生產(chǎn)與消耗的預(yù)測。另外，可以借助在線系統(tǒng)對能源進行動態(tài)模擬計算，還可以在預(yù)測和模擬的基礎(chǔ)上對未來一段時間內(nèi)的能源消耗成本進行簡要的預(yù)測，給出更優(yōu)化的具體調(diào)度方案和意見，進而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

4 安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)介紹

安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃?xì)?、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設(shè)備的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 應(yīng)用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。

4.3 系統(tǒng)功能

4.3.1 可視化展示

展示企業(yè)各類能耗總量、折標(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,以及當(dāng)前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。

4.3.2 實時監(jiān)控

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快速有效的掌握點位的報警。

4.3.3 變壓器監(jiān)控

展示各電壓器的負(fù)載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學(xué)合理的規(guī)劃。通過各種運行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出較佳運行模式。根據(jù)較佳運行模式調(diào)整負(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

4.3.4 用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時間、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標(biāo)對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

4.3.5 產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.3.6 績效分析

對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進行日、周、月、年、時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標(biāo)進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。

4.3.7 能耗預(yù)測

通過對企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據(jù)人工智能算法對數(shù)據(jù)和模型進行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進行預(yù)測分析，為節(jié)能提供有效的決策依據(jù)。

4.3.8 運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視。可直接從動態(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guān)能源用量。

4.3.9 分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運行情況、運維情況等進行多方面的統(tǒng)計分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

4.3.10 事件報警

持續(xù)監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)運行，對通訊失敗、數(shù)據(jù)異常、定額超限、工藝參數(shù)異常越限、設(shè)備異?；蚬收线M行報警，提醒企業(yè)注意和查找問題，并形成報警日志。

4.3.11 移動端支持

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標(biāo)、用能預(yù)測、運行監(jiān)視、異常報警等。

4.4 現(xiàn)場設(shè)備選型

5 結(jié)語

在國外，很多公司已經(jīng)開始應(yīng)用能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng)，歐洲專門有一項研究工程致力于為中小企業(yè)中的制造型企業(yè)開發(fā)具體提高能效的方法。目前，能源管理過程中應(yīng)用的新方法主要有 ：(1)將現(xiàn)有的能源管理軟件與AMI～MOSES平臺進行整合；(2)為收集能耗數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和運行平臺提供新的硬件。

對我國而言，能耗管理起步較晚，因此，目前能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)尚不完善，但有很大的發(fā)展空間。無論政府還是企業(yè)管理者都要認(rèn)識到計算機技術(shù)對現(xiàn)代化管理起到的重要作用 ，它不但可以使企業(yè)的運行成本不斷降低，而且使企業(yè)實現(xiàn)了信息化的管理。目前，我國國內(nèi)不少研究機構(gòu)已致力于這方面的工作 ，也提出了相關(guān)的建議，旨在改變我國工礦企業(yè)當(dāng)前高能耗、低收益的發(fā)展模式。企業(yè)建立起能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)，可以對企業(yè)中的一些耗能設(shè)備、質(zhì)量環(huán)境數(shù)據(jù)等進行分析整理，進而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調(diào)度與平衡功能，為未來一段時間內(nèi)的能源消耗成本進行分析，并給出可行的能源調(diào)度方案。

參考文獻

[1]耿強.節(jié)能控制與能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的部分設(shè)計與實現(xiàn)[D]濟南：山東大學(xué),2012．

[2]生亮田，唐政.企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與選型手冊.2019.11版.