能源管理中心建设思路的探讨

谢智勇， 李爱东，常睿

(1. 天津渤海化工有限责任公司 天津碱厂，天津 300452；2. 北京邮电大学 国际学院，北京 100876)

1 能源管理中心建设的必要性

天津碱厂经过搬迁改造，由单一的无机化工转变为集海洋化工、石油化工、碳一化工三位一体的大型现代化工企业，拥有煤气化、合成氨、甲醇、醋酸、丁辛醇、聚甲醛等多套生产装置。2010年8月，随着新区各装置陆续开车成功及负荷逐步提升，新区能源消耗也在不断提高。该厂能源消耗情况如图1所示。

该新区各化工装置采用了国内外先进的工艺技术，能源消耗水平优于国内同行业平均水平，但同国际先进水平相比还存在着一定差距。同时，该新区拥有多套化工装置，所使用的能源不仅数量庞 大，而且品种繁多，能源的分级综合利用、余热余能回收以及整个园区的节能控制还有很大的提升空间，为了实现节能降耗水平的不断提升，除使用高效节能的化工设备、不断变革工艺技术之外，研究并建立一套符合自身发展需要的能源管理体系，对能源使用进行科学、有效的综合管理至关重要。能源管理中心系统是指采用自动化、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。该系统通过对企业生产、辅助系统用能数据的在线采集、储存处理以及模型优化计算，为企业的优化用能提供在线指导，同时能够对企业能耗指标的变化进行在线监控、分析和回溯，并对企业的能耗计划、能耗需求及供应渠道进行优化，最终实现企业能源利用效率的持续提高。

2 能源管理中心的建设及作用

2.1 架构及组成

该厂能源管理中心是以现有生产执行系统(MES)为基础，进行数据点扩充而建立的。作为能源管理和优化的一体化系统，由硬件、软件及在线优化模型组成，包括全厂各个装置中能源介质的计量、控制与管理。能源管理中心分别采集动力(煤、天然气、柴油、蒸汽等)、电力、水(循环水、冷凝水、除盐水、一次水等)、氧气、压缩空气、氮气、环保等信息进行分析和处理，再将信息传送到数据库、操作站等，进行能源介质运行趋势及主要能源设备运行状态的显示与报警，通过系统对主要设备进行运行参数设定实现远程操作和实时调整。能源管理中心系统通过与PLC，DCS，MES，ERP等进行数据关联完成计划管理、质量管理、成本管理、能耗预测、优化调度、循环经济运行等管理功能。能源管理中心的功能架构如图1所示。

图1 天津碱厂能源管理中心功能整体架构示意

2.2 建设内容

该能源管理中心的建设，重点需完善现有能源数据采集系统，建设内容主要包括以下几项：

1)主工艺单元生产控制系统数据的采集。该厂共有7套主工艺生产装置，各生产工艺装置都有各自的DCS，且DCS相关数据已经上传至总厂的MES。能源管理中心系统从已有的MES中采集所需数据，现有系统未囊括的部分采集数据作为新增检测点。

2)物流系统改造。将全厂一级、二级及部分三级物资计量信号采集到能源管理中心系统中，对物料(煤)计量、轨道衡、汽车衡、皮带秤等信号进行整合。通信方面实现各计量器具的信号互通。

3)电力系统数据的采集。能源管理中心的建设需对现场的变、配电所进行改造，并按照负荷与地理位置情况分区域划分，通过增加远动通信单元等方式将电力信号接入能源管理中心网络。改造完成后，拟对1座110kV变电站和7座35kV变电站都实现信号监控，并对其余工艺系统的低压配电室实现装置级(重点设备)的用电量数据采集。

4)能源计量数据的采集。能源计量主要需将全厂的一级和二级及部分三级计量信号集中采集到能源管理系统中，在计量点相对集中的位置设置计量数据采集站(PLC系统)，以RS-485接口，Modbus等通信协议或者无线通信的方式采集计量数据，采集的数据由现场仪表进行累计或者数据补正等，并通过通信协议传输至计量数据采集站，再通过以太网协议将数据送至能源管理中心服务器中。

2.3 技术特点

该能源管理中心的建设是从现场实际情况出发，综合考虑了生产连续性强、用能单位较多等特点，具有以下技术特点：

1)以节能减排为核心目标。无论从底层的仪表计量、数据采集和网络改造，还是上层的综合监控和优化调度，均以节能减排为指导思想，凡是明显利于节能减排的，优先考虑。

2)符合该厂实际现状和需求。充分吸收和利用该厂已有的自动化与信息化建设成果，如DCS，实时数据库系统，MES，ERP系统以及已有工业和信息网络等，使其在未来的能源管控系统中发挥应有的作用。

3)与生产系统紧密结合。能源管理以服务于生产为最终目的，很多能源介质产自于主流程和生产设备，同时又供主流程和生产设备消耗。未来能源管理中心需要监控生产情况和关键设备的运行状况，需要了解生产计划和维修计划。同时，能源管理中心也要将能源计划和实绩、能源统计分析、能源预测调度等信息以及有利于节能减排的优化生产方式反馈给生产系统。

4)强调重点耗能设备的监控。重点耗能设备的能耗占系统总能耗的绝大部分，实时监控重点耗能设备的运行状况和能源利用效率是提高能源管理水平，促进节能减排的关键。

5)实现重点能源介质的事前管理和优化调度。蒸汽、电力、循环水、冷凝水、氮气是该厂能源消耗和损耗较大的二次能源介质，针对此类介质，建立能源负荷预测与优化调度模型，实现基于模型的“事前调度”和“定量调度”，可以明显地提高能源系统的平衡水平和能源介质的综合利用水平。

6)加强事后统计和考核。基于能源管理中心，对各项能耗指标(包括总厂、各分厂、各装置、各产品的能耗指标)和定额指标进行细化，并通过闭环管理措施，严格执行定额加价、整改惩罚、执法监督制度，基于严格分层次考核管理提高能源利用水平。

2.4 目标及作用

该能源管理中心的建设是一项系统工程，旨在优化该厂能源利用率，根据能源管理中心各个系统的作用建立的层次目标如图2所示。

图2 能源管理中心层次目标

能源管理中心建成后，将以此为平台，实现集管理、生产组织、工艺调整为一体的集中管理方式。与传统管理模式相比，能源管理中心的作用效果更加明显，具体作用效果见表1所列。

3 需注意的问题和建议

1)整合利用现有资源，减少投资。该厂新区建设建立了较完善的DCS、生产实时监控系统、MES、调度系统、企业局域网系统，部分生产装置实施了先进控制，并且正在建设ERP系统，这都为建立企业能源管理系统打下了良好的基础。随着能源管理系统项目建设的启动，整合好此类资源可以较大程度地减少投资，缩短建设周期。

2)针对能源管理的薄弱环节，以能源管理中心的建设为契机，持续改进。新区各化工装置相互依赖性较强，上下游装置受生产负荷波动影响较大，由于管控及调节手段有限，造成部分装置的蒸汽、循环水、除盐水、电力等能源介质的消耗较设计值有一定的差距。以蒸汽为例，该厂新区拥有高压、中压、次中压、低压、次低压5个等级的蒸汽管网及相应的减温减压装置，由于减温减压装置及重点用能(蒸汽)设备分散在各个装置区，使蒸汽的分级综合利用及余热、冷凝水的回收利用都受到限制，通过能源管理中心的建设及运行，可以在能源管理中心实现对上述能源介质的集中管控，从而降低消耗。

3)完善的计量体系、统计体系、核算体系是能源管理中心有效运行的前提条件。能源管理中心基础数据来源于各个生产装置，全厂各个装置计量设施采集数据准确与否对能源管理中心的有效运行至关重要，同时为更好地发挥能源管理中心对生产经营的指导作用，因此在能源管理中心建设期间，需要对计量体系、统计体系和核算体系进行完善，以满足能源管理中心运行的需要。

4)培养高素质人才，真正发挥能源管理中心系统的作用。能源管理中心是融合化工生产专业知识和自动化、信息化、数字化为一体的现代化管理体系，其运行的成功与否，管理人员的职业素质是关键。在建设及运行期间应实时加强员工的培训工作，使管理人员理解并熟练掌握操作要点。为充分发挥能源管理中心能源管理的作用，实现全厂能耗的最优控制，建议建立首席能源专家管理制度，根据能源管理中心系统的功能架构，可分别设立动力、电力、水系统等专业首席专家，专家分别对能源介质进行全方位、权威管控。

5)坚持产、学、研合作进行能源管理中心项目建设，积极引进先进的节能技术。能源管理中心项目的建设其实质就是通过对先进的节能技术的集成和应用，从而使企业达到节能减排、提高经济效益的目标，因而在能源管理中心的建设过程中，要注重产、学、研合作，引进、吸收国内外先进的节能技术，使能源管理中心所发挥的作用更加明显。

表1 能源管理中心作用效果对比

4 结束语

“十二五”期间，国家节能政策环境和政策力度不断加强，“安全、环保、节能”已成为化工企业不断发展的根本宗旨。天津碱厂新区的能源管理中心的建设已进入实施阶段，作为重点示范，项目已获得工业和信息化部专项资金的支持。笔者相信通过能源管理中心的建设及有效运行，将为该厂降低能源消耗，完成节能减排目标提供有力的保障。

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