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能源管理系统
能源管理系统是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时,合理计划和利用能源,降低单位产品能源消耗,提高经济效益,降低CO2排放量为目的信息化管控系统

1应用背景

今天,能源已成为人类社会不可或缺的基本要素。在这个星球上, 随着能源日益紧张和环境恶化, 获得经济方便环保的能源变成一个关系人类生存与可持续发展的急迫问题, 寻找提高能源利用效率的解决之道成为小到社会家庭,大到企业与政府等全社会的共同责任。各类水、电、气设备与分类能耗是工业设施、社会基础设施与各类建筑建设投资和日常运营成本的主要构成部分之一,合理布局能源设施配置和管控功能可以显著提高设施与能源利用效率并降低成本。

2系统介绍

能源管理系统采用分层分布式系统体系结构,对建筑的电力、燃气、水等各分类能耗数据进行采集、处理,并分析建筑能耗状况,实现建筑节能应用等。
通过能源计划,能源监控,能源统计,能源消费分析,重点能耗设备管理,能源计量设备管理等多种手段,使企业管理者对企业的能源成本比重,发展趋势有准确的掌握,并将企业的能源消费计划任务分解到各个生产部门车间,使节能工作责任明确,促进企业健康稳定发展。[1] 
体系结构
@EMS全时动态能源管理系统体系结构图@EMS全时动态能源管理系统体系结构图

3案例解剖

冶金能耗管理案例解剖
冶金工业能耗居高不下和环境质量太差是长期困扰冶金企业的难题。利用高科技信息技术作为平台,综合新技术、新工艺、配套技术和管理措施,减少消耗,形成安全、稳定、可靠、经济和高效的能源管理系统,对于降低钢铁生产成本,改善环境质量,提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。
钢铁厂的能源消耗约占钢铁成本的20%~40%。不同的装备水平,工艺流程,产品结构和能源管理水平对能源消耗都会产生不同的影响。实用经济的节能技术、数字化的平衡输配系统和基础能源管理是现代钢铁企业实现节能降耗的基础技术措施。建设公司一体化的集中统一的能源管理系统是数字化能源管理的技术支持措施,也是大型钢铁企业提高节能效益的重大技术装备措施,应从企业发展战略的高度认识建设企业能源管理系统的必要性和迫切性。

4系统作用

作为冶金企业自动化和信息化的重要组成部分,不仅对能源的统一调度、优化煤气平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低吨钢能耗和提高劳动生产率有重要作用,而且对于事故预案的制定和执行、事故原因的快速分析和及时判断处理、能源供需的合理调整和平衡以及在客观信息基础上的能源实绩分析、能源计划编制、能源质量管理、能源系统的预测等都是十分有效的。
A)完善能源信息的采集、存储、管理和能源的有效利用
EMS对能源数据进行分析、处理和加工,能源调度人员和专业能源管理人员就能实时掌握系统状态, 经过系统的合理调整,确保系统运行在最佳状态。
B)在公司层面对能源系统采用分散控制和集中管理
EMS将在公司全局角度审视能源的基本管理需求,满足能源工艺系统分散特性和能源管理需要集中的客观要求,以适应钢厂的战略发展需要。
C)减少管理环节,优化管理流程,建立客观能源消耗评价体系
实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造,满足能源设备管理、运行管理等的自动化,建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系,向管理要效益。
D)减少能源系统运行成本,提高劳动生产率
EMS的建设,对能源管理体制的改革将发挥重要作用。其基本目标之一是可以实现简化能源运行管理,减少日常管理的人力投入, 节约人力资源成本,提高劳动生产率。
E)加快系统的故障处理,提高对全厂性能源事故的反应能力
EMS能迅速从全局的角度了解系统的运行状况,故障的影响程度等,及时采取系统的措施,限制故障范围的进一步扩大,并有效恢复系统的正常运行。
F)通过优化能源调度和平衡指挥系统,节约能源和改善环境
EMS将通过优化能源管理的方式和方法,改进能源平衡的技术手段,实时了解钢厂的能源需求和消耗的状况,能有效地减少高炉煤气的放散,提高转炉煤气的回收率,采用综合平衡和燃料转换使用的系统方法,使能源的合理利用达到一个新的水平。
G)为进一步对能源数据进行挖掘、分析、加工和处理提供条件
能源管理系统的建设,不仅可有效解决能源实时平衡管理和监控管理,还可以通过对大量历史数据的归档和管理,为进一步对数据进行挖掘、分析、加工和处理创造条件。

5技术路线

能源管理系统在企业信息化系统中具有重要的地位,公司级E或S完成对包括能源管理系统在内的信息集成和一贯制管理,以实现公司生产、经营的过程优化和提高公司的总体效率,进而提高公司的市场竞争力。为了实现上述目标,能源管理系统建设的基本技术路线是:
A)规划先进的能源SCADA系统
能源工艺系统分散,面广量大。数据采集对象的选择应按照工艺监控的实际要求、能源系统输配和平衡的要求、能源管理的精度和粒度要求谨慎选择。数据采集系统宜采用分散方式,以减少系统风险和提高系统的安全性和可维护性。根据能源系统的特点和具体情况,综合采用与之适应的基本技术:
①行业标准监控和管理技术;②现代安全网络技术和数据通信技术;③数据库及实时数据处理技术;④预测和平衡优化技术;⑤集成式GIS(地理信息系统)技术;⑥数字化运行和调度技术;⑦异构系统无缝集成技术。
B)设计集中统一的“数字化”的能源输配及平衡控制应用系统
“数字化”的能源输配及平衡控制应用系统是指在上述基本技术基础上,利用信息技术手段,实时地再现工艺系统的过程映象,使运行管理和调整决策建立在可靠的过程信息之上。调度人员能够在能源控制中心对系统的动态平衡进行直接控制和调整,从而减少管理控制环节,提高工作效率,尤其在工艺系统故障时的处理指挥和即时系统调整方面,体现出了极大的优越性。
C)建立系统化的能源成本中心管理平台
EMS从成本控制的角度,优化能源管理体制,合理定义能源系统的成本中心。EMS在系统规划、架构设计、功能配置和应用集成等方面全面反映能源系统本质的管理特征,根据效益最大化的原则配置能源管理要素,通过能源管理系统的计划编制、实绩分析、质量管理、平衡预测、能耗评价等技术手段对能源生产过程和消耗过程进行管理评价。
D)与ERP或MES系统的无缝集成能源管理
系统实现与ERP系统的无缝集成,是确保能源管理功能完整实现和ERP系统信息完整的重要技术保证。能源管理系统的基础管理任务之一是实现按成本中心模式,向ERP系统提供完整的能源系统分析数据和分析结果,ERP也将按能源管理和预测分析的需要,向能源管理系统提供公司的生产计划、检修计划和相关的生产实绩信息。信息的交互作用能较好地解决能源系统评价中的不科学因素,在公司层面及时掌握能源消耗情况,并对环境状况作出估计。

6解决方案

方案设计

能源数据包括三种:能源供给状态数据、能源供给整点数据、能源供给累加数据,每种数据都有不同的应用范围。而能源供给状态数据是所有数据的基础,其它两种数据是通过仪器、仪表、手工录入或计算程序得到,是其它应用系统需要的关键数据。因此,安科瑞的能源数据采集系统,就是在撷取能源供给状态数据的同时,能将其它应用程序需要的关键数据分检出来,主动发送到各应用程序,满足各部门的办公、处理需要,在监测的同时,满足结算、决策的需求。

系统结构

能源管理系统可对低压设备消耗的电能进行分项计量。其软件运行于windows操作系统,包括windows2000、windows NT、windowsXP等windows系列操作系统。系统除了与本公司自主研发的仪表良好兼容外,还支持数百种硬件设备,包括流行的各种板卡、仪表、PLC等。支持各种常用电力通信规约,如部颁CDT规约、POLLING、1801、101、DNP等电力规约。
按照国家对电能计量的相关要求,本系统对耗电量进行分项计量,包括:
A)照明插座用电:为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括建筑物内的照明和插座用电、应急照明用电、室外景观照明用电等。
B)空调用电:主要包括冷热站用电、空调末端用电。
C)动力用电:主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电等。
D)特殊用电:主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用电。

系统功能

能源管理系统,作为大中型钢铁企业ERP和MES的重要组成部分,在企业信息化系统中具有重要的地位,其基本功能划分为三大部分:
1、信息处理子系统
信息处理子系统的基本功能是数据采集和过程监控,它是能源管理系统的基础子系统,包括了最基本的SCADA系统功能:a)不同需求的数据采集(周期采集、中断采集、SOE);b)分类数据归档(实时数据、短时数据、统计数据、历史数据、记录);c)实时闭环调节;d)逻辑分析处理(条件联锁、越限报警等);e)人机界面(过程图、过程曲线、设定和查询等);f)管理报表(瞬时报、正点报、日报、月报等);g)基本数据处理等。
2、故障处理子系统
故障处理子系统主要包括:监测;分级报警(按轻、重故障分类);信息记录和归档(按类别);故障基本分析(时序记录分析、在线查询等);故障分析专家系统等。
3、能源管理子系统
能源管理子系统的基本功能包括:a)能源计划管理(计划编制、跟踪等);b)能源实绩管理(实绩分析、归档、查询、平衡分析、成本分析、对标分析等);c)能源质量管理(质量分析、质量跟踪、趋势评估、越限警告等);d)运行技术支持(运行方式管理、停复役管理、操作评估等);e)预测分析(在线预测决策、能耗预测分析、电力负荷预测等)。

7监测计量

(1)高压回路或低压进线回路选KESP1仪表
监测仪表监测仪表
该表为电能质量分析仪表,主要功能有:LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限电能计量、复费率电能统计;THDu,THDi、2-31次各次谐波分量;电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算;电网电压电流正、负、零序分量(含负序电流)测量;4DI+3DO(DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警);RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸:120×120mm,开孔尺寸:108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。
(2)低压联络或出线回路选KESP1电力仪表
该表主要功能有:4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸:96×96mm,开孔尺寸:88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。
(3)动力柜、照明箱选KESP5电力仪表或导轨式电表
KE5000GS-E电力仪表主要功能有:2DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸:开孔尺寸80×80mm,开孔尺寸72×72mm。适用于动力柜。
KE5000GS-E导轨式电表主要功能:电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸:126×89×74mm,7模数。适用于动力柜。
LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F);四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计。
KESP2导轨式电表主要功能:外形尺寸:126×89×74mm,7模数。适用于照明箱的三相电能计量。
照明箱KE5000GS-E电表主要功能:外形尺寸:76×89×74mm,4模数。适用于照明箱的电流、电压测量;单相电能计量。
电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。

8应用发展

在能源管理、运行决策支持、预测分析等方面进行了探索,取得了较好的效果,为能源系统的安全稳定和持续经济运行提供了很好的支持。
一批集成有现代数据分析技术、预测评价技术、地理信息技术、调度决策最优化技术等的能源管理系统将应运而生。①数据分析技术数据分析、统计、数据挖掘等技术在不同条件下的应用,向业务人员提供高端的综合应用和整合信息,协助能源管理人员提高他们的数据应用能力,为能源系统的规划、设计、系统优化服务。②预测评价技术SCADA系统能够完成的数据采集是基本的测量数据,其完整性受许多条件的限制。利用预测评价技术可以在有限的测量集下,了解系统(如消耗)的变化趋势。如在电力系统中广泛使用的中短期负荷预测,对大型钢铁企业也是十分必要的。③地理信息技术能源系统的数据采集设备和传输网络遍布全厂的每一个角落,利用地理信息技术,能实现管网(线路)地理信息与能源管理系统的无缝结合,对运行管理人员及时准确地掌握系统信息,指挥操作人员加快系统故障的分析和处理,提高能源工艺系统的运行可靠性和稳定性有良好的指导作用。④调度决策最优化技术大中型冶金企业的能源工艺系统的复杂性,使在线能源平衡调度工作无法达到理想的状态。优化能源介质的传输、合理安排能源介质的转换、综合生产需要和经济要求的能源分配、动态评估能源系统的运行状态,是解决能源系统的安全运行和经济运行的必然要求。建立企业能源系统调度决策最优化模型是达到上述要求的有效手段。
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