电解铝企业能源管理

2014-04-12班剑锋

中国有色金属 2014年11期

班剑锋|文

本文结合电解铝企业能源管理中心系统的建设实例，阐述了能源管理中心系统的主要建设内容和关键要素，探讨了如何应用能源管理系统平台，推动电解铝企业能源管理意识的提高和能源的高效利用，最终实现节能减排目标。

电解铝工业是我国重要的基础产业，也是历来被称为“高耗能”的产业。在“十一五”期间虽然节约了数亿吨标准煤的能源，减排了二氧化碳等温室气体和有害物质，但与完成“十一五”期间的节能减排目标任务还有很大的差距。电解铝企业是国家宏观调控重点对象之一。

能源管控中心建设的内容

电解铝能源管理中心项目既是一个整合自动化和信息化技术的管控一体化节能技术项目，更是一个将先进的能源管理理念和管控思想推行到全员节能的一个管理项目。能源管理中心管控项目是指采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业能源系统的生产、输配和消耗环节实施集中扁平化的动态监控和数字化管理，改进和优化能源平衡，实现系统性节能降耗的管控一体化系统。

能源管控中心系统项目包括如下重要组成部分：

能源调度中心大厅建设：调度中心大厅作为企业水、电、风、气等公共能源设施的统一调度监控室，是调度人员进行集中调度、管控、协调的重要场所。调度大厅一般包括大屏幕、调度台、电话与视频监控系统等。

中心计算机系统与网络系统建设：能源管理中心系统计算机系统，主要包括计量和工艺数据采集服务器和能源管理应用服务器以及其他辅助设备。同时要实现全厂范围的计量数据采集和监控系统接入，需要建立全厂能源数据采集网络。采集网络的主要接入点为公共能源系统的监控室。数据采集网络与其他信息化系统网络通过防火墙进行隔离接入，保证各自系统的独立性和安全性。

计量仪表的改造和接入以及现场自动化系统的接入：将现有具备通讯功能的计量仪表，接入能源管理系统中；对不具有通讯接口的机械表，进行换表接入，改变人工抄表的现状，提高计量配置水平；对于暂且不能更换的计量表，提供人工录入接口，同时支持人工手动抄表。对于现场能源和生产工艺的自动化控制系统，为了保持一级调度，两级控制的管理模式，也需要接入到能源调度中心系统中，以便调度中心统一监控调度。

能源管理中心系统监控和管理应用软件系统建设：能源管理中心应用软件系统，包括计量数据采集、监控调度应急处理以及能源管理业务管理软件几部分。能源数据采集和监控调度软件主要完成能源数据采集和处理，并通过对能源工艺的工艺图、接线图显示，对报警给出声、光指示、自动生成值班报表方式，对水、电、风、气系统进行实时监控和调度处理和应急协调；能源管理软件对能源的实绩、CBS能效分析、成本进行统计计算，生成各种能源报表；对能源调度的交接班、值班、用能监察、事故分析等进行支持，对能源管理体系运行、节能指标跟踪、对节能项目改造跟踪等进行功能支持。

关键技术和关注重点

能源管控系统的关键技术，主要包括基于实时数据库系统的能源监控调度平台的选择、计量仪表的改造接入和能源管理业务平台功能的定位。

1.监控调度与能源管理平台

监控调度平台需要选用实时数据库的SCAD平台。实时数据库系统适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间限制的事务处理。能源管理系统是实时数据库系统应用的一个典型代表。能源管理系统需要与现场自控系统、仪器仪表等通信采集过程数据，其通信协议数量各类繁多，其采集标签点数量依企业规模不同从数千点到数万甚至十万点不等，其采集频率依应用的需要从毫秒级到分钟级不等，其数据存储的周期从几个月至数年，而这些都需要依托实时数据库来实现。

2.计量数据的完整性与准确性

中国铝业连城分公司生产调度指挥中心

计量数据是能源管理系统最重要的数据基础，数据的完整性和准确性，是体现能源管理系统可用性的前提。

对计量数据和控制系统接入，采用了网关方式接入，既保证了与底层原系统的物理隔离，也统一了上传的通讯规约，同时通过网关，对原来不准确的数据进行了修正或补偿，对于某些不能铺设网络的散点，也采用相应的无线数据采集方式。数据处理方面，针对某些计量数据无法自动采集的情况，保留了人工输入的接口；对数据突变进行报警，对固有的计量数据的损耗或不平衡，提供多种方式进行平衡和分摊等，保证计量数据系统是一个可信和可用的数据系统。

3.能源规划与计划管理

能源规划管理提供能源计划辅助编制、重点用能设备能耗、重点用能工艺环节能源规划管理功能。能源规划是企业能源管理的核心业务，关系到企业能源管理的总体目标确定和宏伟蓝图设计，具有高度的前瞻性和能源管理指导作用。该业务主要由企业的管理高层，企业的能源管理委员会及其下属机构共同完成。一般由能源管理委员会常设机构发起活动，各责任部门及单位参与并遵照执行。

根据生产系统提供的电解铝生产计划信息，设备检修信息以及生产原料、能源介质的购入和库存信息，结合从SCADA系统中采集处理的各能源介质的实绩信息，计算能源单耗，根据对能耗历史的分析，帮助制定能源计划，对能源使用计划给出指标指导。

4.能源实绩与指标管理

能源实绩管理功能主要完成：根据从过程监控SCADA系统获取电、燃气、水、蒸汽等各个能源介质的消耗量、发生量、回收量的实时计量数据，计算按工序，按成本中心等给出各个能源介质的每日或每月的消耗量/发生量/回收量的统计信息并形成日报或月报。

除自动抄表的数据之外，能源实绩管理模块还从生产和ERP及其他第三方系统中获取数据以进行能耗指标的计算，例如铝液交流电耗，铝锭综合交流电耗，万元产值能耗，铝产品综合能耗，原铝动力电耗等。

5.设备能效分析

系统能够对重点工艺环节、耗能设备能耗水平进行设定值与差值趋势分析。针对电解铝的实际特点，能效分析重点提供以下能效分析工具：

设备负荷分析。按时间维度对公司计量点负荷趋势进行分析，完成同一时段或不同时段相同耗能设备负荷分析对比分析、相同或类似条件下工艺环节负荷对比分析，同时提供与企业用能相关其他指标分析，同时支持最大需量分析并提供工作时段建议。

设备运行状态分析。实时显示用能设备状态值，以不同时间维度分别统计，通过阀值判别用能设备状态，按照时间维度计算不同状态下能耗占比。设备状态曲线显示可提供负荷曲线，同时可针对设备配置对应的经济运行曲线以便实时比较运行情况与经济负荷的差距，提高设备运行效率。

电解槽能耗分析。电解工序电能消耗占全公司能耗90%以上，是电解铝节能降耗工作的重点和难点，同时也是电解铝行业能源管理区别于其他行业的重要特征。因此，电解槽能耗分析对电解槽的耗能以及效率情况的掌握和改善具有十分重要的指导意义。从电算站和动力系统取得各电解槽的电耗信息，对单个电解槽的用电情况进行分析。单台槽出铝计量精确性可满足工艺要求的情况下，统计单台槽的产能；通过分析准确地找出槽况较好的电解槽和较差的电解槽，通过调整出铝计划、调整工艺参数等优化电解槽的运行与出铝，提高整个工序的能效。

空压系统能耗分析。跟踪分析各空压机运行情况、能耗情况、供风总量等，从而确定各空压机的经济曲线并提供运行时的实时比对功能，使用运行人员可有依据地调整工作参数。对空压系统的空压站、各用能点的风量和风压进行分析，检查是否有欠供、过供的情况，同时对比所有运行空压机组的能耗情况与运行效率，对常见的空压系统运行模式进行分析，以确定不同负荷级别的最优调度模式。