浅析建陶企业能源管理中心的建立

2014-08-22陈贤伟林伟范新晖

佛山陶瓷 2014年7期

陈贤伟　林伟　范新晖

摘要：建筑陶瓷是我国能源消耗大户，节能减排、低碳环保是陶瓷行业永远的追求，技术节能蕴含着广阔的空间。本文从节能减排的角度出发，介绍了陶瓷企业能源管理中心的构建模式、主要架构、功能，阐述了建设能源管理中心的意义，并对其在建设中存在的问题进行了分析，为建筑陶瓷企业能源管理中心的建设提供了借鉴和参考。

关键词：能源管理中心；建陶企业；节能减排

1 背景

建材工业是国民经济的重要基础产业，其能源消耗总量在全国工业部门中位于电力、冶金、石化之后，居第四位。近年来，随着社会资源与环境问题日益突出，国家和社会对节能减排、环境保护的大力倡导和支持，建材行业结构调整、节能减排效果日益凸显。建材行业水泥、平板玻璃、石灰制造、建筑陶瓷、砖瓦和轻质建材等主要产品单位综合能耗大幅降低。2010年，建材行业单位工业增加值综合能耗比2005年降低52%，其中，建筑陶瓷单位工业增加值综合能耗累计下降25%。主要污染物排放总量呈明显下降趋势，其中，烟气粉尘排放量、二氧化硫排放量分别比2005年明显减少，建材工业利用各类工业固体废弃物超过6亿t。当前，我国建材工业发展面临严峻挑战和新的发展机遇，传统的粗放型发展模式已难以为继。迫切要求陶瓷企业积极推进节能减排，进行产业结构调整、转变发展方式，利用高新技术和信息化技术改造、提升行业技术管理水平，走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型工业化道路。

国家“十二五规划”提出，到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%，比2005年的1.276吨标准煤下降32%；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。国务院“十二五节能减排综合性工作方案”要求强化重点用能单位节能管理。依法加强年耗能万吨标准煤以上用能单位节能管理，开展万家企业节能低碳行动，实现节能2.5亿吨标准煤，加强工业节能减排。重点推进电力、煤炭、钢铁、有色金属、石油石化、化工、建材、造纸、纺织、印染、食品加工等行业节能减排，并要求广东省十二五期间单位国内生产总值能耗降低18%（约束性指标），陶瓷产业作为典型的高耗能产业，能源成本往往达到全部成本的50%以上。而据德国节能研究部门的研究结论，通过加强企业的能源管理可为企业减少15%～20%的能源消耗，即节约能源又节约成本，故作为国家调整产业结构、产品结构、降低高能耗产品的重点行业，推行能源管理体系，开展能源的有效管理、提高能源的利用效率，并实施必要的认证，已成为调整产业结构、产品结构、逐步淘汰高能耗产品的一种手段。

2 能源管理中心的架构及模式

2.1 能源管理中心组织架构

企业能源管理中心主要是通过综合运用信息技术、网络技术、自动化技术；结合陶瓷生产特点；利用生产过程能量系统建模技术、能量综合优化方法、能量梯级利用技术、工艺装备优化集成技术等，建立以企业建模与信息系统集成为核心的能量系统优化调度管理信息平台。通过合理的管理模式和精确的生产模型，对陶瓷企业的能量流、物料流、信息流进行综合、透明、实时的监控与优化调度，旨在实现陶瓷企业的高效生产，提高陶瓷企业的资源利用率，降低陶瓷企业的单位产品综合能耗、综合水耗。

该平台的建设需要企业决策层的高度重视并参与，其体系架构的组建大体上由公司、科室部门和车间三级能源管理体系组成。公司决策者（董事长或总经理）任能源管理小组组长，主要统筹全局；生产负责人任能源管理小组副组长，负责全公司节能方案、节能措施的制定，密切联系市、区经贸委等政府部门，传达国家政策和节能要求。科室部门主要指设备科、人力资源部、财务部、研发技术中心、质管部、PMC科等，其中，设备科是主要的能源管理部门，具体负责各项能源管理工作，而其它科室部门起协调能源管理作用。车间部门主要指各个生产车间及生产辅助车间，主要职责就是执行能源管理制度，尽最大能力完成公司的能源目标与方针。公司的能源管理架构如图1所示。

2.2 能源管理中心监督及运行模式

企业能源管理中心平台是一项政府对重点耗能企业监测的系统工程。除了对节能设备的监测外，还提供具体的耗能设备数据以便于针对性的管理。陶瓷企业通过对耗能数据的掌握、分析，从而加强节能管理，视不同企业的生产模式预计可减少5%～20%的能源消耗。同时，政府相关部门也可以在能源管理平台上监测到陶瓷企业最新的耗能数据。

能源管理中心监督管理模式如图2所示。

2.3 能源管理中心网络架构

建陶企业的耗能主要为电能、水煤浆、天然气、柴油、水，配电房和用电设备已配置的计量仪表大多为机械式电度表。为建立在线监测系统，须更换为三相多功能电力参数计量仪，配以MiniFC，将MiniFC接入企业内部局域网络，通过本地构建的服务器实现远程监控。自来水的采集通过超声波流量计采集数据，配以无线PCC通讯，将数据传至MiniFC，再将MiniFC接入企业内部网络；用户可以实现web方式的本地服务器的登录查看实时数据。

本地服务器的建设采用B/S 设计结构与分布式管理。系统服务器由数据服务器、通讯服务器双机热备份组成，并配置正版的服务器软件系统，包括SQL server 数据库，Windows Server 2008 中文企业版，IBM24服务器。能源管理中心平台架构层次结构示意图如图3所示。

最底层的是基于计量智能传感网络的能源监控平台，采用物联网技术，将所有能源形式的计量仪表通过通讯设备按照智能传感网络的技术进行组网，对陶瓷企业内部的各站点用能设备、各车间的能源消耗状态进行网络化自动采集，一方面为陶瓷企业内部管理节能提供准实时的信息；另一方面，借助企业的Internet出口，将相关信息递交到相关的管理单位。

第二层为协议转换接口层。智能传感网络将企业内部所有的监测设备的信息与数据采用自定义的通信规约和数据转换形式，设备通过RS-485 总线或者无线方式将数据传至MiniFC 现场控制器。由MiniFC实现规约转换和高速数据传输。

第三层为数据管理层。采集的数据在MiniFC层分类管理、保存以提供后台系统实时访问和历史数据的提取。针对不同的智能监测设备在数据管理层提供唯一的数据库链接和实时状态查询访问功能。作为系统监测中心的后台软件，将为用户提供数据的显示、统计、分类管理和建档。对节能措施的方案制定、能源统计、能耗分析与预测、用能质量的评估，以及能源进行审计。能源管理中心拓扑结构如图4所示。

图4中SCADA、IFIX CLIENT为计算机，HISTORIAN 和PORTAL为服务器。SCADA节点用于采集现场数据，HISTORIAN作为历史数据库服务器，PORTAL服务器用于WEB发布。

3 能源管理中心的意义及存在的问题

3.1 建立企业能源管理中心的必要性

开展企业能源管理中心建设，是建设资源节约型、环境友好型社会的需要；是落实国家节能减排目标、实现两化融合的重要举措；也是企业管理增效、提高竞争力、实现可持续发展的有效途径。

3.1.1社会和产业发展需要

我国陶瓷行业经过三十多年的迅猛发展，已成为世界上传统陶瓷砖最大生产国（年产量达90亿m2以上）、消费国和出口国。每年要耗用1.7亿t不可再生的天然矿物原料，耗用能源达5000万t标煤，对自然环境造成一定的损害和污染，资源、能源和环境问题已经成为陶瓷行业发展的瓶颈。同时，陶瓷行业存在生产资源消耗大、能耗高、污染严重等主要问题，成为我国能源消费大户，因此，是一个存在巨大节能潜力的产业。随着相关生产原料和能源的成本不断上升，企业整体经济效益日益下降，节能减排既是国家可持续发展的需要，也是企业生存和发展的需要。

3.1.2践行国家产业政策需要

国家产业政策也鼓励和支持建材企业建立能源管理中心。2009年工信部与财政部在联合下发的《工业企业能源管理中心建设示范项目财政补助资金管理的暂行办法》中提出，为提高工业企业能源管理水平和能源利用效率，将在钢铁、有色、化工、建材等重点用能行业逐步开展能源管理中心建设的示范工作。在大中型建材企业建立能源管理中心，推进合同能源管理，提升能效水平，最大限度实现能源梯级利用。

建设能源管理中心是国家节能降耗的要求，也是推进两化融合的要求。我国提出以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走新型工业化道路。两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。我国在工业领域尤其是重点用能行业中推广企业能源管理中心项目建设，是信息化和工业化融合的表现之一，是促进“两化”融合的重要内容。

3.1.3企业实现可持续发展需要

随着“两型”社会建设步伐的加快，国家从严从紧的节能减排政策的陆续出台，作为高能耗、高排放和依赖能源资源的建材企业面临着进一步提高能源利用效率，降低单位能耗和二氧化碳排放量，进一步削减氮氧化物和二氧化硫排放总量等多重挑战。建材企业要提高发展质量和效益，实现可持续发展，就必须加强能源使用管控。

3.2 能源管理中心对企业的现实意义

随着计算机技术、控制技术的发展，能源中心管理技术也突飞猛进，数据库管理、集散控制技术、网络技术、分析决策系统、智能系统和智能管理等已经应用于工业企业，成为企业能源管理现代化的基本支撑。通过建立企业能源管理中心，可为企业带来显著的效益，如：

（1）通过建立企业能源管理中心，运用信息化手段，可提高企业对用能情况监督管理的能力；

（2）通过建立企业能源管理中心，建立一套有效的自动化能源数据获取系统，对能源供应进行监测，以便企业实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控打下坚实的数据基础，同时方便企业的计量和成本核算工作。

（3）通过建立企业能源管理中心，利用能源数据获取系统，对各重点耗能设备的能源利用状况实时监控，了解和掌握各重点耗能设备实时能源利用情况。

（4）通过建立企业能源管理中心，运用数学模式进行比较分析，对重点耗能设备进行能效评价，分析各耗能设备的能源利用状况，采用先进适用的节能技术、设备，降低能源消费，对原有工艺系统进行自动化改造。使能源数据更标准化、专业化、科学化、时效化，从而提高能源管理水平。

3.3 建陶企业能源管理中心存在的问题

通过调研，笔者认为目前陶瓷企业的能源系统现状已难于适应新的管理要求，从企业能源管理信息化角度讲，虽然一些公司信息化技术的运用近年来取得了一定的成绩，但是其仅限于ERP等生产经营信息化方面。而能源管理的模式以及能源调度和管控自动化水平，仍然落后于生产经营信息化步伐，仅在能源管理的某些专业领域建立了局部的采集、监视和控制自动化系统。就整体而言，陶瓷能源管理的手段、人力资源和信息化水平不高，主要表现在：

（1）能源从输入到使用的各个环节使用效率不高，能源综合利用水平有待提升。

（2）能源平衡调度信息缺乏，能源的产生和使用过程综合利用效率低。

（3）能源系统运行稳定性有待提高，异常情况下的调度手段单一，反应速度慢。

（4）能源设备装备水平低，与公司所需安全、稳定、快捷的生产格局不相匹配。

（5）关注局部工艺技术节能，工序间联系较少，没有“系统节能”的科学的技术评价和节能效益评价平台体系，不能达到最终的节能效果。

（6）综合能耗和可比能耗与国内外同行先进水平相比，仍有差距。

4 能源管理中心的筹建措施

能源管理中心建设是一项全面系统的能源管理提升工程，主要包括“三个系统”，即现场控制系统改造、数据采集系统建设和信息管理系统建设。实现能源计划、能源计量管理、能源监控、能耗分析、数据报送、重点设备能耗管理等功能。

4.1 现场控制系统改造

现场控制系统是能源管理中心建设的基础。主要是通过企业对能源输送、生产、应用控制系统进行改造，为能源管理中心的采集、传输、调控提供用能现场数据支撑。其中，包括能源输送控制系统改造、能源生产控制系统改造、关键生产环节现场改造等。

4.2 数据采集系统建设

数据采集系统是能源管理中心建设的保障。企业各能源介质存在于工业现场的不同环境中，因性质不同，计量设备的计量方式差异较大。针对不同介质和不同计量方式，结合现场实际情况，采用不同采集方式建设数据系统。

4.2.1配备能源计量器具

对重点用能设备加装或改造能源计量器具，实现用能数据的数字化读取及传输，计量准确度等级应达到GB 17167-2006的要求。钢铁、有色、化工等有国家或省产品能耗限额标准要求的企业，应根据限额标准中规定的统计范围及计算方法，配备满足测量要求的能源计量器具。

4.2.2定期检定计量仪表

编制检定、校准计划，对计量器具进行定期检定、校准。根据计量类型不同，分别由质监部门或自行检定，确保能源计量器具的准确性，提高能源管理中心能源供需平衡调度精度。

4.2.3健全能源计量管理制度

建立完善的计量管理体系，明确岗位工作职责，组织能耗限额管理、能源计量器具检定等培训，提高能源计量数据基础管理能力，规范能源计量管理制度。

4.3 信息管理系统建设

信息管理系统是能源管理中心建设的核心。通过基础软件、控制系统、基础硬件、现场视频监控和能源管理中心大厅建设，实现企业能源管理的集中控制。

4.3.1基础软件建设

软件建设是能源管理中心数据采集、传输、存储的基础，是完成系统监控、进行数据分析、处理和加工的先决条件。重点开发网络监管软件、操作系统、开发工具软件、备份软件、远程运行维护软件、实时数据库、操作站监控软件、服务器平台软件、服务器驱动、WEB发布客户端授权、现场操作站软件、实时库客户端授权软件以及与省节能信息系统互联互通的接口软件等。

4.3.2控制系统建设

控制系统是对基础软件功能的开发应用，企业根据行业特点采用不同的控制系统。一是监控系统。对采集的不同能源介质实时数据进行集中监控，呈现实时调配的“人机界面”。二是基础能源管理系统。进行能源计划管理、能源调度管理、用能过程管理、能源计量管理、能耗数据统计分析、能源指标绩效管理考核、能源成本结算等。三是运行维护系统。能源管理中心的数据采集、网络支撑、软件系统是同步运行的整体，依靠运行维护系统保障整体的持续稳定运行。

4.3.3基础硬件建设

硬件建设是构筑能源管理中心实时数据采集、交换的平台，包括工业以太网交换机、一体化以太网交换机、核心交换机、汇聚交换机、光纤线路以及其它建设安装材料和设备等。

4.3.4现场视频监控建设

视频监控是通过监控装置实现对生产环节和用能环节的现场实景展示，是保证调控可靠性的直接反映。主要是在生产、水电油气（汽）各主要控制点安装视频，通过远程监控实施协调调度，进行扁平化的故障监测及分析处理等。

4.3.5能源管理中心大厅建设

能源管理中心大厅是企业能源调度指挥中心，是实现能源调度、分析、调控的核心组成。包括能源管理中心机房、大屏幕显示系统、空调和电源系统、通信和安防系统等基础设施建设。

5 结论

企业能源管理中心的能源平衡调度过程，是将采集的能源工艺系统数据（发生和消耗量等）传送能源管理系统，经系统分析和处理，获得能源平衡及其预测模型需要的信息，并将平衡预测结果以数据和图示方式展示。调度可根据能源平衡预测结果发出调度指令。企业能源管理中心系统采用的基础技术包括系统集成和应用集成技术、现代计算机和网络技术、数据库和实时数据库技术、数据分析和预测技术等。

目前，企业能源管理中心技术的发展已从单纯设备监控转向过程和系统综合监控，并继续向管控一体化方向发展；部分陶瓷企业着手开展优化节能调度和综合平衡方法的研究，在应用功能上，成功引入预测模型和平衡模型等技术。由于能源利用与环境保护的高度关联性，企业能源管理中心系统将逐步与环境监测系统融合，以实现相互促进、协同管理，这将是未来企业能源管理中心系统的发展方向。

参考文献

[1] 王鹏. 建材企业建设能源管理中心的必要性探讨. 中国建材， 2012（03）.

[2] 王志蕴，陈丰，潘玉桐，等. 钢铁企业能源管理中心的建设[J]. 资源节约与环保，2010（03）.

[3] 邢龙，苏福源，高军. 节能管理新路——能源管理中心[C]. 2013年全国冶金能源环保生产技术会论文集，2013.