煤矿综合能耗在线监控平台及能源管理体系建设应用研究

薛必芬，李美生，延春明，牛毓慧，谢立兴，张 虎，张 勇，苏 丹，马永华

(1.阳泉煤业(集团)有限责任公司，山西 阳泉 045000；2.众禾晟科技(北京)有限公司，北京 100022)

我国经过近30 a的改革开放，经济获得迅速增长，但是也付出了巨大的资源和环境代价，能源、资源不足的矛盾越来越突出，节能减排及环境压力也越来越大。煤炭企业作为能源生产企业，在用耗能设备仍有很多是八九十年代的老旧高能耗设备，替换需较长周期。有些煤矿自身能源管理工作还存在诸如浪费严重、管理较粗放、信息化程度不高等问题。能源是企业生产成本的重要组成部分，用信息化手段提高能源管理水平，促进技术节能效果的落实与巩固，是未来管理节能方式的发展趋势。能源信息化管理符合国家节能减排、“两化”融合相关政策。国内各行业能源管理建设如火如荼，并形成了各行业不同的知识产权和特色。照搬其他行业的模式，对煤炭行业并不适用。建设适合煤炭企业自身的能源管理系统，并使之与能源管理体系有机深度融合迫在眉睫。

现代化的综合能耗在线监控平台及能源管理体系是能源管理、节能减排工作的基础和总抓手，具有投入少、效果持久的特点，尤其适合于能源管理水平相对较弱的行业企业，通过系统的运行和管理优化，综合节能效果显著。能源管理信息化平台是以帮助企业安全生产的同时，合理计划和安排利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益为目的，为企业能源管理提供信息化管理手段。

1 建设目标

项目的建设目标是建立符合煤炭企业的现代化能源管理信息化平台及能源管理体系，并将两者有机深度融合，提升煤矿能源管理信息化水平，提升数字能效管理水平，满足国家及地方的政策要求，推动法律法规、标准贯彻执行。建立能源管理体系和制度，使得节能工作常态化，有利于企业内部能源节约和综合平衡；作为先行试点，取得良好效果后为集团平台及兄弟单位应用、推广先进有效的能源管理方法和技术提供经验和平台。

煤矿综合能耗在线监控平台将为阳煤五矿整个能源系统的合理开发、高效利用、优化配置方面起到重要作用。以能源监视、统计以及能效分析为基础，建立起整个能源管理的信息系统，对工艺中存在的能源不合理消耗及工艺设备的用能状态进行综合分析，用于指导对生产过程和生产设备的升级、改造；对用能单元能效情况的跟踪记录、预估预判、预先调整的决策指导和方案制定，实现能源资源管理的信息化和现代化，实现企业生产系统的经济运行，提高能源利用率，实现能源管理优化，以达到企业节能降耗的目标。

2 设计思路与要求

在功能上要实现能耗信息快捷采集、流通，每个部门能够方便收集到所需要的业务数据，经过处理，及时发布到相关部门，实现扁平化管理，最终实现全厂能耗的信息化和管控一体化。

(1)以企业能源消耗流程为依据，体现整个企业能耗系统之间的业务流程顺序关系、信息流向，实现管理信息的传递与处理，确保能耗信息一体化的整体性能，避免由于接口规划不到位导致系统扩充困难、信息传递错误，不能实现真正的信息共享。

(2)以企业生产工艺为依据，对能耗技术指标进行分析，为提升能源利用效率决策提出有针对性的支持，进一步服务于生产管理，提高管理效率，降低能源成本。

(3)以企业管理模式和组织机构为依据，设计信息化系统的架构和功能及各分系统的功能设置、系统配置和各分系统间的接口，依据组织机构抽象出应用系统功能、权限规划策略、对业务管理信息进行分类等。

3 设计建设内容

综合能耗在线监控平台的硬件平台主要包括能耗计量系统、数据采集与通讯系统、服务器系统、计算机系统及显示系统等。对于硬件产品的选型采用当前主流厂商的产品，质量可靠，对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备，必须能适应严格的工作环境。系统具备反应快速、满足行业要求的性能，最终确保能源中心的高效、稳定、实时运行。

能源管理系统通过数据统计分析手段，对能源计划、能源耗用、能源过程、能源质量、能源设备以及环保系统等进行管理，为能源调度人员、能源管理人员以及公司级领导提供信息查询界面，实现能源综合监控和管理。

阳煤五矿综合能耗在线监控平台为全矿整个能源系统的合理开发、高效利用、优化配置起到重要作用。以能源监视、统计以及能效分析为基础，建立起整个能源管理的信息系统，对工艺中存在的能源不合理消耗及工艺设备的用能状态进行综合分析，用于指导对生产过程和生产设备的升级、改造；对用能单元能效情况的跟踪记录、预估预判、预先调整的决策指导和方案制定，实现能源资源管理的信息化和现代化，实现企业生产系统的经济运行，提高能源利用率，实现能源管理优化，以达到企业节能降耗的目标。

4 煤矿能源管理体系建设与认证

本项目技术路线方案主要分为两部分：能源管理体系建设及综合能耗在线管控平台建设。两者互相促进、互相融合。能源管控平台建设遵循了管理体系的要求并将之融入系统开发和应用中;能源管理体系借助管控平台使得体系得以信息化、系统化和便利化。能源管理体系是指用以建立能源方针，确立能源目标，制定过程和程序，以实现能源目标的体系。认证机构根据试点矿能源管理体系的运行效果进行能源管理体系认证审核。能源管理体系建设目标与步骤：① 成立工作组；② 开展能源管理体系培训；③ 实施初始能源评审；④ 策划能源管理体系；⑤ 编制体系文件；⑥ 文件发布实施，体系试运行；⑦ 实施内部审核和管理评审；⑧ 体系文件优化，正式运行。

5 阳煤五矿综合能耗在线监管平台方案

综合能耗在线监控平台的硬件平台主要包括能耗计量系统、数据采集与通讯系统、服务器系统、计算机系统及显示系统等。对于硬件产品的选型采用当前主流厂商的产品，质量可靠；对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备，必须能适应严格的工作环境。系统具备反应快速、满足行业要求的性能，最终确保能源中心的高效、稳定、实时运行。

能源管理系统通过数据统计分析手段，对能源计划、能源耗用、能源过程、能源质量、能源设备以及环保系统等进行管理，为能源调度人员、能源管理人员以及公司级领导提供信息查询界面，实现能源综合监控和管理。系统主要功能：① 能耗实时监控；② 设备能效分析；③ 能源计量统计；④ 综合能耗分析；⑤ 能效对标管理；⑥ 能源平衡分析；⑦ 能耗设备与计量器具管理。

5.1 能耗计量系统设计边界

五矿能源系统的管网模型及计量点根据实际工艺系统进行构建，主要包含以下几项内容。

5.1.1 电力系统网络

35 kV及6 kV变电站供电统计及各区域及能源管理体系所要求重点耗能设备用电统计等。

(1)一、二级计量及主要耗能设备(对矿井主要工序单元采掘、通风、运输、提升、压风、选煤等计量，主要机电设备包括采煤机、掘进机、通风机、运输机、提升机、排水泵、空压机等)。

(2)设计更换智能电力计量表148块(备用2块)，链接原有智能电表(具备链接条件的实施链接)124块。

(3)主要用能设备如不能覆盖单机，将覆盖单元，如压风工序等。

5.1.2 特征量计量

结合现场实际考虑输入方案，比如压风量、通风量等。

5.1.3 水系统网络

包括全厂总耗水统计、各区域用水，矿井水统计及能源管理体系所要求重点耗水设备等。

(1)市政用水更换智能表记数量31块。

(2)矿井水新增智能水表3块，分别表示总量、处理量、新水用量。

5.1.4 蒸汽系统网络

热力公司供汽统计，各区域耗汽统计，生产线耗气统计及能源管理体系所要求重点耗能设备等。

(1)蒸汽网络及仪表部分，设计新增8台流量计。

(2)热水网络及仪表部分，设计新增3台热水表。

5.1.5 燃料气系统网络

设计新增3台流量计。

(1)包括煤层气入厂统计、选煤厂用量等。

(2)考虑小南庄低浓度瓦斯氧化通风用量。

5.1.6 原料柴油系统网络

包括原料油入厂统计、使用消耗统计及能源管理体系所要求重点耗能设备等。

主要是建立人工交互输入选项。

5.1.7 原料汽油系统网络

包括原料油入厂统计、使用消耗统计及能源管理体系所要求重点耗能设备等

主要是建立人工交互输入选项。

5.1.8 煤炭产量及自用燃煤

包括五矿生产煤统计及自用煤统计。

(1)重点考虑建立自动采集或者人工交互输入选项。

(2)考虑热风炉用煤统计方法。

5.2 数据采集通讯

借助于全厂分布于各变电站、配电室的既有局域网络接口，考虑部分偏远位置的水表、煤气表等，数据采集及网络通讯采用有线与无线相结合的方式，如图1所示。

图1 数据采集及网络通讯示意

5.3 系统功能设计

5.3.1 能耗实时监控

以企业生产过程设备为监控对象，对各能源介质进行分类，对每个能源介质的生产情况进行采集与实时监控，采用能源介质分类流向画面，方便直观地显示各能源节点的实时数据，并可对能源数据的历史趋势曲线进行浏览查询。实现企业对主要能源网络及生产流程画面的显示、对关键能源数据的监控以及关键产品和关键工序能源数据的实时监控，使得操作人员能够快速准确地掌握生产情况，及时做出正确决策。

能源数据监控管理采用图形化能量监控系统，可实现数据自由组态，监控数据来源更加丰富和自由，除可以监视过程数据之外，还可将网络数据库中的数据作为数据源，直接与实时数据库、历史数据库和能源管理数据库相连接，为其他功能模块提供监视和控制依据。

5.3.2 设备能效分析

分析能源设备与情景，实现对企业单一设备或同类型设备的能效进行监测、分析与计算。对比同类型设备的能效差别，并识别出潜在问题，分析设备在相同或不同情景下的作业效率和能效。并根据能效状况，提前合理安排设备维修，调整基准负荷与变动负荷。

(1)监测、分析单一设备单耗能效，做出同类型设备能效分析对比报告。

(2)对各种工序及设备的能效进行模型运算，将能源使用情况直接显示给用户。

(3)为企业开展用能诊断、用能分析等其他能源管理工作提供数据基础。

5.3.3 能源计量统计

能源计量统计模块实现企业能源流程中各环节计量统计信息的搜集汇总和计算分析，通过准确、及时、系统地统计企业能源购进、贮存、加工、转换、输送分配、使用消耗等环节基础数据，如实反映企业能源系统流程的数量关系和平衡状况，揭示能源形成、能源使用方向及变化状况，为用能企业生产、经营管理者提供能源统计信息和有效的能源管理决策依据。

5.3.4 综合能耗分析

企业能源最终使用统计分两部分。一部分是企业在生产中消耗的各种能源和耗能工质，另一部分是非生产单位、职工生活和外供的各种能源和耗能工质。综合能耗计算、综合平衡统计和数据分析完全建立在基础数据统计的基础上，这三节之间的层次关系可以概括为汇总—计算—分析。

(1)综合能耗统计计算。综合能耗分为四种，即总综合能耗、单位产值综合能耗、产品单位产量综合能耗(又叫单位产品综合能耗)、产品单位产量可比综合能耗。

(2)能源综合平衡统计。能源综合平衡统计以整个企业为平衡统计范围，根据企业对能源管理的需要和实际情况，在能源收支与库存、产品生产、能源消耗、能源加工转换等统计表格的基础上，编制能源实物量平衡表并进行必要的计算。 能源综合平衡统计反映了企业各种能源的来踪去迹和能源消费构成、投入产出情况，能体现出企业能量的平衡关系。

(3)数据分析。统计数据分析指通过饼图、柱状图和趋势图的方式，对企业能源消费构成、某种能源消耗所占比例、能耗历史趋势图对比等完成统计数据分析，直观地显示出来。用户可定义不同时段、不同数据源的历史趋势曲线、饼图或柱状图，分析能耗变化及生产加工在不同时期的能源消耗状态，为企业管理者提供有效的能源管理决策信息。

5.3.5 能效对标管理

能源绩效与对标管理模块是能源管理系统的重要组成部分，主要通过系统接口收集产量信息、原料量信息等实绩能源数据，统计计算后编制各种能源介质的结算报表。能源实绩是衡量企业能源生产运行、技术管理水平的主要依据，同时也可作为企业经营管理的重要内容。

模块提供能源供需计划与实绩的比较功能，例如能源月供需计划与实绩的对比数据比较，帮助分析考核能源计划的执行情况，系统还可提供通过对自身不同时段的纵向指标对比和其他企业同期横向指标对比，找出能源使用的差距，了解企业用能的总体情况，以此为依据提出完善与提升的目标。

(1)能源实绩统计，即获取电、水、蒸汽等各个能源介质的购入量、消耗量、发生量等计量数据，按工序计算出各个能源介质的每日/月/季度/年的消耗量/发生量的统计信息并形成能源实绩报表，实现能源实绩统计。

(2)实绩计划对比，在能源实绩统计的基础上进行实绩与计划的对比，以对比报表及跟踪图的形式输出对比结果并进行对比分析。

(3)实现对标管理，确定能效标杆数据的管理范围，对各工序能耗情况与国内外同类产品的生产工艺进行比较，分析其能源利用的异同，评价生产工艺(装置)的先进性。

(4)能耗对比，包括同比、环比及分时、分区间查询、对比。

5.3.6 能量平衡分析

能量平衡涉及的能量为水、电、气、蒸汽、原料、产品等。能量平衡的理论基础是热力学第一定律。能量平衡采用焓值平衡分析法，考虑能量收支关系，并给出能量分布和平衡指标。根据能量平衡分析的需要，采用面向对象的设计方法进行组织与管理。根据选定的用能系统和指定时间内的历史数据进行能量平衡分析，对车间的能量流、物料流进行量化和统计，进而分析各项指标，得到系统总体性能的定量结论。自动生成分析报告，包括能量平衡分析指标和能量分布百分比，并提供分析时间内各项评价指标的变化趋势曲线。

5.3.7 能耗设备及计量器具管理

关键能耗设备管理包括设备台账、维护保养台账及关键较大耗能设备的重点关注与监测，计量器具管理模块实现企业计量部门各种计量器具的信息化管理，提供企业计量器具资料和数据的管理功能，计量器具的定期检定、校准和维修管理功能。通过所提供的功能，使企业计量人员掌握器具从购入、安装使用、检定、维护及报废过程的所有信息，有助于企业完善计量器具管理工作，稳定生产并促进产品质量的提高。

6 项目意义及主要创新点

管理节能是技术节能和结构节能的基础，具有投入少、效果持久的特点，尤其适合于对能源管理水平比较差的发展中国家。中国预计通过管理节能节约能源消耗的比例可达10%。能源管理信息化是以帮助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，提高经济效益为目的，为企业能源管理提供了信息化管理手段。其主要意义有3个方面：一是有利于提升企业能源监测水平；二是有利于提高能源利用效率；三是有利于促进生产安全，减少排放。

本项目旨在为煤炭企业量身打造适合煤炭行业自身节能管理需求的能源管理平台，并将能源管理体系的要求及运行与之深度有机融合，是一项具有创新意义的项目。