淺談水泥行業(yè)能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用效益

劉丹
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：文章闡述了本文提出的能源管理將結(jié)合生產(chǎn)管理、設(shè)備管 理及專家化系統(tǒng)等多方面信息維度進行整合和分 析，在數(shù)字化的基礎(chǔ)上通過大數(shù)據(jù)計算、機器學(xué)習(xí)實 現(xiàn)能源管理的實時策略及能耗預(yù)警，幫助企業(yè)實現(xiàn)能源管理的智能化。
關(guān)鍵詞：能源管理；能耗采集設(shè)備；節(jié)能綜合管理

1 引言
       在節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)的大環(huán)境下，水泥行業(yè)作為高能耗生產(chǎn)企業(yè)，一直是發(fā)改委、能源局、環(huán)保局等有關(guān)部門的關(guān)注對象。為貫徹落實關(guān)于 節(jié)能減排綜合工作方案等有關(guān)工作的要求，加強能源消費總量和強度“雙控”形式分析和預(yù)警，推動完成“雙控”目標，國內(nèi)各大水泥廠都將能源管理作為可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵課題作為考慮，但目前水泥企業(yè)的能源管理依舊存在以下問題： 
       （1）數(shù)據(jù)采集不完整。水泥生產(chǎn)的主要能耗介 質(zhì)為水、電、氣、煤，部分企業(yè)包括天然氣、氧、熱能和柴油等。目前大部分水泥工廠已實現(xiàn)電、煤的在線計量，但實現(xiàn)水、氣計量的企業(yè)*。水泥生產(chǎn)中，由于不同的原材料、配比、設(shè)備、工藝及質(zhì)量控制要求會導(dǎo)致不同的能源消耗，采用傳統(tǒng)的能源在線監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的實時展示，但卻無法獲得生產(chǎn)過程中工藝、質(zhì)量、設(shè)備的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致能源管理數(shù)據(jù)分析不具備可靠性及真實性。 
       （2）重展示，輕分析。能源管理的目的是實現(xiàn) 節(jié)能降耗、成本，在智能化的背景下，水泥流程的能源管理系統(tǒng)需要實現(xiàn)整個工廠的能源流和物料流的數(shù)據(jù)全自動分析，為工廠提供量化的能耗化數(shù)據(jù)。目前，國內(nèi)的能源管控更側(cè)重于電能管理，很多能源產(chǎn)品來源于電力行業(yè)，這些系統(tǒng)的目的是為了實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的集中采集與展示，無法實現(xiàn)真正意義上的能源管理和化。對于水泥生產(chǎn)過程，能耗數(shù)據(jù)的分布存在明確的層級關(guān)系，在時間維度上能夠?qū)崿F(xiàn)與其他實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這使得水泥工廠的能源管理具備了實現(xiàn)全自動分析的基礎(chǔ)條件。 
       （3）信息孤島嚴重。能源管理目前在大部分工廠都以獨立系統(tǒng)存在，但對于實現(xiàn)工廠能源管理決策而言，該系統(tǒng)需要生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)的支撐。如對于電耗異常，可能是原材料的問題，也可能是工藝或設(shè)備的問題，單一的電耗高或低不具備指導(dǎo)電耗化的條件。如果工廠有多個系統(tǒng)，如生產(chǎn)系統(tǒng)、質(zhì)量系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)，需要工廠人工逐個檢查不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來進行交叉對比確認，這使能源管理喪失了能源化的功能，也是工廠實現(xiàn)能源化的瓶頸。當前，有部分思想認為只要各個系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)接口，即可解決信息孤島。但對于智能化或者業(yè)務(wù)自動化而言，數(shù)據(jù)接口只解決了數(shù)據(jù)問題，對于完整的數(shù)據(jù)分析與執(zhí)行，需要對應(yīng)的業(yè)務(wù)支撐，而這些業(yè)務(wù)只有在對應(yīng)的功能產(chǎn)品才能完整。

2 能源管理體系的系統(tǒng)概述
2.1 能源管理的建設(shè)方案

       針對目前能源管理系統(tǒng)應(yīng)用的瓶頸，企業(yè)在能源管理系統(tǒng)建設(shè)時，應(yīng)用能源分析應(yīng)用為導(dǎo)向，通過對物料流和能量流的數(shù)據(jù)采集和抽取，建立水泥廠能源對象模型，實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化及關(guān)系模型化。通過模型運算分析，幫助工廠找到當前情況能耗策略，實現(xiàn)能源管理的 PDCA（Plan - Do - Check-Act）的模式。
一個具備能源分析應(yīng)用的管理系統(tǒng)，應(yīng)覆蓋計量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲運算、數(shù)據(jù)分析建模、業(yè)務(wù)配置、可視化展示及智能決策這些功能。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2.2 能源管理的建設(shè)內(nèi)容
2.2.1 建設(shè)目標通過能源管理的建設(shè)，擬達到如下主要目標：能源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化及實時監(jiān)控；關(guān)鍵指標的計算及預(yù)測；能耗計劃與生產(chǎn)計劃的交叉分析；能耗關(guān)聯(lián)因素

分析及。
2.2.2 功能概要
       （1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)參數(shù)配置。按照水泥企業(yè) 的地理信息及工藝信息建立各采集數(shù)據(jù)的層級關(guān)系模型及對應(yīng)能耗數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)基于能源對象模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集及運算，為其他業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。 
       （2）實時監(jiān)控：全廠用能的實時監(jiān)測，趨勢觀察、報警、回放。準確的能耗數(shù)據(jù)是節(jié)能工作的基礎(chǔ)，能源管理系統(tǒng)可以根據(jù)實際需要，對水泥熟料生產(chǎn)各工藝，包括石灰石破碎、原料粉磨、煤粉制備、熟料燒成、余熱發(fā)電等能耗信息進行實時監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括電能數(shù)據(jù)、蒸汽數(shù)據(jù)、熱能數(shù)據(jù)、煤耗數(shù)據(jù)、空氣數(shù)據(jù)、用水量及流量、燃氣數(shù)據(jù)等等。該監(jiān)控以工廠流程及能耗分布為基礎(chǔ)，構(gòu)建全廠能耗的實時數(shù)據(jù)可視化，為用戶提供各類數(shù)據(jù)的交叉對比，預(yù)警監(jiān)控及歷史數(shù)據(jù)回放等功能。 
       （3）能源統(tǒng)計報表。按工廠業(yè)務(wù)需求，建立對應(yīng)的能源統(tǒng)計報表，提供按工藝流程或設(shè)備的能耗報表，對各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)進行單耗、總耗統(tǒng)計，報表可查詢不同時間段的電煤水氣等能源介質(zhì)的消耗情況，以及主機設(shè)備的實時生產(chǎn)情況，為發(fā)現(xiàn)節(jié)能漏點提供數(shù)據(jù)參考。 
       （4）能耗分析。針對不同能耗的特性進行特征分析，如通過峰尖谷平的能耗與生產(chǎn)成本及計劃關(guān)聯(lián)分析，幫助工廠找出的粉磨啟停時間及產(chǎn)量。通過燃料類按照質(zhì)量及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)對不同質(zhì)量燃料的能耗進行統(tǒng)計分析，幫助工廠建立不同原材料質(zhì)量下的能耗模型及數(shù)據(jù)分析。該分析模塊支持多維度的聚類分析，同比環(huán)比等預(yù)警分析及模型預(yù)警應(yīng)用。 
       （5）績效分析。針對產(chǎn)量和能耗的數(shù)據(jù)計算和目標值管理，通過比重分析進行班組考核和操作考核，實現(xiàn)生產(chǎn)化和KPI考核，形成能耗考核的量化指標。
       （6）運行狀態(tài)分析。通過設(shè)備運行狀態(tài)及電力狀況數(shù)據(jù)，對設(shè)備的運行、無效運行、故障和停止進行實時監(jiān)督和歷史回溯，減少非正常生產(chǎn)的能源消耗。 
       （7）能耗預(yù)測。通過以上多個分析數(shù)據(jù)和能耗模型，建立能耗關(guān)聯(lián)因素分析模型，實時對不符合工藝操作流程的用能設(shè)備、各監(jiān)測點能源消耗的異常情況進行自動診斷和報警提示。

3 能源管理的系統(tǒng)效益
3.1 生產(chǎn)效益 

完善能源信息系統(tǒng)。改變原有單一的能源 監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)能源多維數(shù)據(jù)分析，增強能源信息的準確性、及時性，在數(shù)據(jù)量的基礎(chǔ)上增強能耗關(guān)注度和信息共享性。 
化能源管理體系。指標異常的實時分析、能源數(shù)據(jù)的節(jié)能反饋、結(jié)果分析、費用控制、余熱利用、設(shè)備使用狀況、成本的核算等。通過預(yù)警模塊將各類信息通過能源管理模塊及時發(fā)布反饋，實現(xiàn)能源異常分析的自動化和智能化，減少人工分析工作量，實現(xiàn)及時異常預(yù)警。 
提高能源使用率。能源管理的終目標是實現(xiàn)全自動化能源運行管理，通過與生產(chǎn)控制的實時聯(lián)動及與物料、設(shè)備管理的化分析，實現(xiàn)能源在水泥生產(chǎn)中的化。 
3.2 社會效益
       完善能源管理系統(tǒng)既可以提高企業(yè)能源管理水平，落實能效目標，又能夠更好的實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能目標，同時有助于企業(yè)實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著各類能源消耗的持續(xù)增長，以及日趨嚴重的各種新型負載，對節(jié)能減排和生產(chǎn)類企業(yè)的能源利用率提出了越來越多的要求，企業(yè)從自身增收節(jié)支方面考慮的同時也順應(yīng)時代發(fā)展的要求，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)-分析-智能的過程中逐步邁進，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益和社會效益，積引導(dǎo)水泥廠綠色生產(chǎn)，達到社會價值效益。

4 安科瑞工業(yè)能耗管理平臺介紹
4.1  平臺架構(gòu)介紹
       安科瑞能源管控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的可靠性與實時性，主要由現(xiàn)場設(shè)備層（能源計量終端）、通訊管理層（通訊管理終端）和主站層（能源監(jiān)控平臺）三個部分組成。
以上三個部分分別貫穿整個系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)。能源管理系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)按照能源管理的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足以上三部分的同時，增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺。
 

圖2 工業(yè)能耗管理平臺架構(gòu)組成

4.2 平臺功能介紹

圖3 工業(yè)能耗管理功能示意圖

4.2.1可視化展示
       展示企業(yè)各類能耗總量、折標值、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)。
4.2.2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，同時能更快速高效的掌握點位的報警4.2.3變壓器監(jiān)控。
4.2.3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、折標對比，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。
4.2.4單耗統(tǒng)計
       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。
4.2.5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，結(jié)合能源計劃或定額制定的績效指標進行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。
4.2.6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)能提供的決策依據(jù)。
4.2.7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。
4.2.8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、運維情況等進行的統(tǒng)計分析，讓用戶了解系統(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。
4.2.9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、用能預(yù)測、運行監(jiān)視、異常報警等
4.3工業(yè)能耗平臺設(shè)備選型

表1 工業(yè)能耗管理設(shè)備選型示意圖

4 結(jié)束語
       綜合能源管理系統(tǒng)是按照相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則進行設(shè)計的一個多層次，多功能，跨區(qū)域，可雙向交換信息的復(fù)雜系統(tǒng)。通過搭建這樣的能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測建筑的能耗使用情況，通過能耗數(shù)據(jù)的分類分項計算，數(shù)據(jù)的分時統(tǒng)計，公共展示平臺等，能促使辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運行管理水平，為制定切實的政策和決策提供參考和有力的支持，并過能源綜合管理系統(tǒng)軟件對各電能計量點的用電量實施在線計量、動態(tài)監(jiān)測、集中管理、科學(xué)考核，通過的末端監(jiān)控管理，綜合性地實現(xiàn)整體節(jié)能，為高能耗建筑的進一步節(jié)能改造提供依據(jù)。
【參考文獻】
[1]“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案[R].國發(fā) 2016（74號）
[2]張成偉, 梁婷, 朱海歐，張焱，任靜，水泥行業(yè)能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.[J]2019.11版

作者簡介：
劉丹，女，主要研究方向為水泥行業(yè)能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用效益的應(yīng)用。手機：18702111763；QQ：2881392118  2880263320@qq.com