能源综合管理平台在企业中的设计和应用

王 珊

上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂

能源综合管理平台在企业中的设计和应用

王 珊

上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂

为响应国家节能减排号召，改变企业能源供给分散、智能化程度不高的现状，提出在厂区内建立能源综合管理平台的设想，应用自动化、信息化、互联网等技术，结合工厂实际，从站房操作运行到能源数据采集分析，实现一体化管理，最大化优化资源配置，提高能源管理水平，为企业持续性的节能改造，实现节能目标打下基础。

能源综合管理；能源一体化；能源信息化；节能降耗

早在2010年，中国已成为世界第二大能源生产国，能源消费量超越美国跃居世界第一，2016年全国能源消费总量达约43.6亿tce，同比增长1.4%。虽然能源消费结构整体更趋合理，能源消费量处于较低增长水平，但工业能耗仍占较大比重，工业节能，特别是大型制造企业的节能降耗对全社会的节能有着重大意义。上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂（以下简称上汽厂）积极响应国家节能减排号召，从管理入手，突破传统能源管理的模式，引入自动化、信息化及互联网技术，建立能源综合管理站，优化人力资源配置，降低人力成本，并利用能源综合管理平台，增加能耗数据获取的精准性，提高其可分析性，提升整体能源管理水平，为更合理、高效地使用能源、进行节能降耗打好基础。

1 能源综合管理的思路

上汽厂目前主要使用的能源有：电、水、压缩空气、天然气、蒸汽等，之前大多分散管理，各自有各自的站房及运行维护人员，实行倒班制，能耗数据的获取主要靠人力抄表，运行人员需求量巨大且操作者技能单一，不利于人力资源的优化，各站房间维护人员也很少互通互助。为此，我们提出能源综合管理的思路，目的就是通过搭建能源信息化平台将这些传统意义上分散管理的能源进行集中管控，人员也进行复合型培养，统一分配，所有能耗数据不再依靠工人抄表，而是统一送到能源综合管理平台，进行自动报表生成、自动能耗分析等。

整个平台的搭建先按照不同能源进行分类，针对特定类别的能源细化具体要求，分批分别建设各类能源的在线监控和操作运行系统，然后再将可合并、整合的视频辅助监控系统、分析报表系统等通用组件进行集成，统一规划，经过系统多次升级改造，可逐渐将全厂的能源形成一体化管理的局面，在能源管理上最大化的优化人力、物力资源，并能更科学系统的进行能耗数据分析，掌握工厂能源使用情况，为工厂节能降耗提供数据依据，发现高耗能生产环节、高耗能设备，进而提出节能规划、改造方向。

2 系统设计及架构

根据上述思路，提出系统主要架构如图1所示。

其中，各用能系统中独立的部分为各自监控、操作运行系统，主要通过将原来各站房的就地操作通过光纤进行远程操作实现。这样做虽然整合了系统，但由于距离较远，即使大部分仪表能送回设备基本状况，但对其还是无法有更直观的认识，因此，在能源综合管理平台中，对所有重要供能设备还要增加视频辅助监控这个“双保险”，确保供能安全可靠。

图1 能源综合平台系统架构

除将各站房集中管理外，能源综合管理平台更重要的任务是进行能耗数据的采集与分析，给工厂提供节能降耗的发展方向。这需要首先对各能源消耗末端安装终端采集器，完成对基本能源数据的采集，再综合运用现场总线、以太网、光纤通信等多种通信方式上传至能源管理平台，对能耗进行分类、分项、分时段记录。在这些数据上加以分析比较，就可找出用能不合理的环节，通过管理用能习惯，改造用能设备等手段，指导能源消耗合理化、高效化发展，帮助调整、优化用能模式。

3 能源综合管理平台功能及应用

3.1 配电自动化操作监控

配电自动化操作监控系统在能源管理平台中运行部分占比最大，也是最重要的运行系统。目前，上汽厂供电模式是将电网公司提供的两路35kV进线，采用双母线分段形式，经厂内配电网6kV及400 V二级变电后，送至厂区内各车间、办公室负荷。其中6 kV等级的高压配电室有6座，变压器室及400 V低压配电室有近50座。电网自动化监控系统主要就是应用控制技术、信息处理和通信技术，通过计算机系统及自动装置，代替人工进行各种运行作业，以提高供配电系统运行的安全可靠性。上汽厂配电自动化的主要对象是6座高压配电室，利用二次回路的继电保护系统对其进行实时监控和保护，利用远程操作机构可对电容器进行投切，随时调整全厂的功率因数在允许范围之内，保障电能质量。同时，通过信息化远动装置及相关技术辅以视频监控手段，直接对各高压开关柜实现远程操作，以进一步减轻值班人员工作强度，提高配电系统操作运行效率和水平。其主要网络结构如图2所示，根据上汽厂实际情况，目前已实施完成配电系统自动化运行大屏幕显示。如图3。

图3 配电自动化大屏幕监控

3.2 供水、压缩空气操作监控

图2 配电自动化操作监控系统主要网络结构

同样，对供水、供气可作相应自动化改造，改变原有就地操作、就地监控的运行模式，将运行自动化程度提高，实现远程操作，达到减员增效的效果。目前，上汽厂供水系统已完成改造，实现两个升压泵站自动化运行。压缩空气站也在改造过程中，此处不作详细说明。

3.3 视频辅助监控

虽然供能设备的远程操作可提高运行操作的响应能力，但由于距离较远，一些设备当场的状态难以被掌控，如压力阀跳开，虽然通过各项仪表显示可以意识到大致状态，但远没有视频清楚明确。因此，为进一步提高远程运行的可靠性，避免因远程运行而导致的设备故障不能及时发现的情况，我们对原来设有值班人员的重要站房安装视频辅助设施，对其进行视频实时监控，并可适当配以音效报警，提高远程站房值班人员对远端供能设备、设施关注的实时性，这在某种意义上也形成了“人在远方，犹如就地”的值班模式。

数字视频监控系统主要由网络摄像机、IP智能存储设备、解码器、PC工作站、系统服务器以及网络交换机组成，其系统结构如图4所示：其中，网络摄像机置于各重点供能设备，通过光纤将视频信息送到网络交换机，由解码器进行解码，最终把视频呈现在上位机或集控室的大屏幕上，并由网络硬盘录像机将视频保存，以供事后回看。有了视频辅助系统，可更直观地发现设备故障，或运行人员现场操作的失误，能起到一定的监护作用。

图4 视频辅助监控系统

3.4 能源综合分析、报表系统

不同于集成化运行，能源综合报表系统更注重于能耗数据的实时采集和分析挖掘，以提供对工厂更有价值的节能降耗规划和发展方向。它主要通过分配于各能源消耗末端的终端采集设备，完成对能耗数据的基础采集，再综合运用现场总线、以太网、光纤通信传输等多种通信方式上传至能源综合分析平台，对能耗进行分类、分项、分时段记录，找出用能不合理的环节，从而改造用能设备或是改变用能习惯，指导能源消耗合理分配，落实节能方案，为工厂生产节能产生直接经济效益。

能源综合分析、报表系统主要功能如下：

1）能源数据的采集与监测

能源数据的采集与监测是指在能源进厂储存、加工转换、输送分配、终端消费的全过程中，对各工艺环节、工艺设备中的能源计量点进行各种定量，如电流、电压、流量、温度、压力等的测定，将这些能源数据进行校验，通过光缆等通信方式上传至系统，解析后存储至数据库中，并实时呈现在操作电脑的显示屏上，使用户及时了解各自系统中的运行情况。图5展示的是上汽厂二次供水系统实时运行的参数界面，其它供能系统也和供水系统一样，具有可视化的友好操作界面，直观显示各项运行参数。

图5 厂区二次供水实时监测画面

上汽厂已对所有高压配电室、2个二次供水水站以及1个压缩空气供气站进行了能源表计的改造，实现了能耗数据的联网，目前，正进行新一轮的表计改造，逐步将所有低压室也加入到能源监测平台中。目标是经过多次的改造和完善，能将各车间用户（终端）的用电、用水、用气全部纳入监测平台并进一步细化，对厂内的重点能耗设备也逐步加入能耗监控中，为企业积累一定量的基本能源数据。

2）能源数据的查询与分析

能源数据查询指的是系统可按照各种条件进行选择，对某一特定计量点或多个计量点的能源数据进行查询，既可追溯历史数据、也可跟踪实时数据。如图6可知，本系统可在列表中选择一个或多个数据类型，加入曲线图中进行比较，也可直接按照时间查找对应参数的准确值。这些数据、图表不仅能在能源系统发生故障时作为事故分析的依据，更可通过多方位的比较，了解各区域，各部门、及各重点耗能设备用能的差异，为做好能源的合理化管理打下基础。

3）能耗的预警与报警

图6 能源历史数据查询

能耗的预警与报警指的是系统能在能耗发生异常时触发预警或报警机制，实现实时上报。为达到更精准的预警和报警功能，可根据重要设备的历史数据分档设立能耗报警参数，在监测的数据越限时触发不同程度的警示，并记录在案，便于随时追溯查看。主要实现形式可分为能耗监察、用能异常追踪、重点设备用能报警等。

图7 系统自动生成的能耗数据年报表

4）能源报表的生成与管理

能源报表的生成与管理指的是通过建立统一的能源信息数据库，能对各类采集的能源数据进行加工处理、统计计算，并根据实际需求灵活方便地生成各种报表，提供给各级能源管理人员。目前，系统能根据指定日期自动生成日报表、月报表、年报表等多种能耗数据统计表格，并可按能源管理的要求不断扩展，设计并生成更多更细致的能耗数据比较表格。图7展示的是系统自动生成的2017年年报表形式示例，按照各车间或各开关柜对用户按月进行数据统计汇总，归纳清晰，一目了然。

自动生成的报表采用Excel形式，可直接存档，也可另存后在新表中自由操作，选取需要的数据再利用。不仅如此，操作运行人员还可根据不同车间、部门的实际能耗管理要求，如将某车间多台重点耗能设备单独抽出作比较等，自定义报表，直接生成常规报表或图形报表等多种形式，提供高效快捷的分析手段。

5）系统的安全管理

能源管理系统是个庞大而复杂的系统，涉及的操作管理人员非常多，需要针对不同用户设置不同权限，甚至为了提高整个系统安全可靠性，在操作运行和查询分析两大不同功能组件之间，采用硬件隔离，即采用一套终端数据，两个通信网络，确保两个网络各有侧重，互不干扰。

按上述思路，将整个能源管理分为操作运行和查询分析两大系统。其中，操作运行所处的网络相对封闭，且响应速度更高，为的是满足操作运行的安全可靠，快速响应要求，对它的管理还可进一步划分层次，给不同等级的操作人员不同的操作权限，用技术的手段实现规范化的运行管理目标。相比之下，查询分析所处的网络就可相对比较开放，也能和工厂内部网络相连，除能源运行人员外，能源管理人员、能源技术员，甚至能源用户都可以通过不同客户端，使用不同的权限进入查询系统，随时掌握能耗情况，随时进行用能分析。

4 结语

企业节能减排的主要途径是采用新技术对高耗能生产设备、生产环节进行节能改造，上汽厂建立的能源综合管理平台正是对主要耗能设备、耗能生产环节进行监测、识别的基础。采用信息化技术、自动化手段，将厂区内的能源进行一体化管理，从表层上看首先优化了人力资源，提高了能源供给的自动化程度；从深层上说，建成的统一的能源数据库，打好了企业能源管理的根基，提高了企业能源管理的综合水平，为企业更好地配置资源、组织生产提供支持和服务，使能源成本核算工作更加准确，从而帮助企业更好地实现节能目标，履行社会责任。

Design and Application of Energy Comprehensive Management Platform in Enterprises

Wang Shan
Shanghai Electric Power Plant Equipment Co.，Ltd Shanghai Steam Turbine Plant

In order to meet national energy saving and emission reducing goal and change current situation of dispersed and low level intelligence enterprise energy supply, the author puts forward to build up energy comprehensive platform to fit for plant production, which applies automation, information, internet and other technologies. From station operation to energy data collection and analysis, the system realizes integrated management and maximizes resources allocation and improves energy management level to achieve energy saving goal and sustainable energy renovation for enterprise.

Energy Comprehensive Management, Energy Integration, Energy Information, Energy Saving and Consumption Reducing

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.06.013