互联网条件下有色冶炼行业能源管理中心的建设探究

李俊杰 陈迎武 张 煜，2

(1.阳谷祥光铜业有限公司，山东 聊城 252000；2.中南大学化学化工学院，湖南 长沙 410083)

0 前言

有色金属冶炼行业具有多元素矿产资源共生、原料品质波动大、冶炼工艺复杂等特点，加上能源自身无法进行储存，为保证生产的的可持续性，有色金属冶炼企业的能源供应必须一直保持冗余状态，因此能源浪费一直是有色金属冶炼行业能源管理无法解决的难题。况且，相对于其他行业，有色金属能源消耗具有介质种类多、无规律性、消耗量大等特点，进一步加大了能源管理的难度。然而，伴随着现代冶炼企业自动化建设、信息化建设的发展，以及互联网、大数据、人工智能、5G 技术、边缘计算、虚拟现实等前沿技术在有色金属冶炼企业的应用，有色金属冶炼能源管理的难题已得到成功解决[1]。

能源管理中心作为实现现代技术综合利用的能源管理机构，通过采用自动化技术、信息化技术和集中管理模式，建立节能降耗的管控一体化系统[2]。一方面，通过信息自动化技术，可实现生产过程控制、物料过程检测、能源消耗等资源制造要素的数字化汇聚、网络化共享和平台化协同，最终完成生产数据的集中化和指令调配的统一性，避免传统能源管理模式的各种弊端，提高能源利用效率；另一方面，通过大数据分析技术，以已有的生产数据为依据，对生产进行准确地分析、诊断和预测，并依此提出节能运行优化方案，建立合理的能源消耗模型，成功解决有色冶炼过程中能源消耗复杂多变的问题，从而使能源供应一直处于理想状态，保证生产的持续性、稳定性。

有色金属冶炼企业结合自身生产状况建立能源管理中心，可充分发挥现代化信息技术的优势，合理地调控各种能源，使各类能源得到充分利用，提高能源管理水平。本文从有色金属冶炼企业能源管理中心的建设意义、建设现状与存在问题、如何建设、发展趋势等方面，对有色金属冶炼行业能源管理中心的建设和发展进行分析。

1 有色金属冶炼行业能源管理中心建立的意义

能源管理中心作为现代大中型制造业企业能源管理信息化系统的重要组成部分，越来越引起各个高能耗企业的重视。一方面，能源管理中心可以突破企业的传统能源管理方式，如单一能源介质控制、管理依赖于人、管理缺乏数据等，通过开展面向能源使用终端的用能大数据采集、分析和预测，实现对能源消耗各环节的扁平化动态监控和智能数字化管理，提高企业能源管理水平；另一方面，能源管理中心的建设还可以改变企业在能源管理方面的理念及思路，使其由以前的粗放式管理转变为以数据为依据的精细化管理，实现企业的减耗增效，提高能源的利用水平及效率；此外，能源管理中心的建设对能源系统的管理将产生深刻的影响，不仅可以关注结果，而且可以关注过程，确保能源管理成为一个稳定、优化、可追溯、可评估的过程，使企业对能源发生(或输入)、能源分配和传输、能源使用(消耗)、能源消耗分析(评估)、节能技术应用(改进)等各阶段的情况了如指掌[3]。

有色金属冶炼行业建立能源管理中心，将有助于加强国家对能源管理的宏观调控，推动我国能源管理的智能化发展。在国家层面，能源管理中心主要发挥以下三方面的作用:1)方便政府实时了解有色冶炼企业的能耗情况，进行有效的能源调控；2)促进社会信息技术的建设应用，加快大数据分析技术在能源管理工作中的应用，更好地做好能源消耗的统计、监测、预警和评估；3)加快国家能源管理体制的建设，提升国家能源管理水平[4]。

2 有色金属冶炼行业能源管理中心现状及存在问题

西方国家最早将能源管理中心应用于工业生产中，我国工业则起步较晚，以宝钢为代表的钢铁企业最先在国内建立能源管理中心，后来钢铁行业逐渐推广建设，对其他行业起到示范作用[5]。通过调研有色冶炼行业能源管理中心的建设情况，了解到我国有色金属冶炼行业的能源管理中心建设相对其他行业起步较晚，但是各有色金属冶炼企业非常重视能源管理中心建设工作。近几年来，建立能源管理中心的企业越来越多，截至2018 年底，我国有色金属冶炼行业已有十多家企业建立了能源管理中心。然而，由于有色金属冶炼行业涉及的金属种类广，企业类型多，能源管理中心建设缺乏标准，各企业能源管理中心的技术水平和管理水平参差不齐，导致能源管理中心的作用未达到预期。通过对比分析，认为现有有色金属冶炼企业能源管理中心主要存在以下5 个方面的问题:

1)企业认为能源管理中心节能减排效果较差、投资回报率低，并且局限性地认为能源管理中心建立后会导致企业经营运作方式、关键工艺、经济成本等机密信息泄露。

2)部分企业在能源管理中心建成以后，未能保证持续的资金投入，在后期未进行维护升级，仅将能源管理中心作为形象工程打造。

3)负责能源管理中心运行的管理人员节能意识不足、技术水平不高、管理水平低，无法实现高效的能源管理。

4)建立能源管理中心后，企业的管理结构调整困难，改革受阻，导致能源管理中心没有在科学的管理机制下运转。

5)能源管理中心的建设发展仍处于初级阶段，企业与政府的职能部门不能有效结合，各项分工协作机制尚未建立，已积累的数据没有得到有效运用和分析，限制了能源管理中心作用的发挥。

纵观上述问题，可以发现有色金属冶炼企业在能源管理中心建设要求和功能的认知上存在不少误区，导致资金投入大，能源管理中心效率低，企业总体节能效果不明显，不利于能源管理中心在有色金属冶炼行业内的推广与应用。

3 有色金属冶炼行业能源管理中心的建立

能源管理中心主要包括两个部分:能源运行管理和基础能源管理。根据管理的时间粒度的不同，上述两部分也分别称为能源系统在线管理(时间粒度一般为秒级)和能源系统离线管理(时间粒度一般为分钟级)。在线管理涉及生产设备运行操作、能源平衡调整、生产设备或产品异常处理等与生产过程直接相关的动态过程管理；而离线管理主要涉及流程管理、数据分析、考核评估等静态过程管理。

3.1 能源管理中心建立原则

1)先进、实用。以现有能源管理中心的成熟技术为基础，不断进行改善和创新，研发新技术、新设备，并在保证安全的前提条件下使用，确保能源管理中心长期稳定运行。

2)安全、稳定、易操作。能源管理中心建设过程中，要确保安装的计量系统设备、监控系统设备、数据采集系统设备、数据处理系统设备与网络数据输送设备的安全稳定性。能源管理中心的终端化管理程序应简便、易操作，能够及时提供有关生产的各项信息数据，确保生产过程数据的可追溯。在各子系统进行信息数据共享的过程中，需保证数据的运输效率和安全稳定性，以及生产调控设备和信息数据处理终端设备具备快速反应的能力，从而充分满足能源管理中心对生产过程调控的实时性要求。

3)可维护性。能源管理中心建设过程中设施设备和软件系统应考虑通用性与开放性，以方便设备维修保养，提高故障处理效率。

4)可扩展性。能源管理中心建设设计时应充分考虑企业的未来发展需求，尤其是未来系统扩展的便利性和在线扩展的技术可行性。

3.2 能源管理中心建设内容

有色金属冶炼行业能源管理中心的整体结构在功能上分为三个系统:

1)现场计量和监控系统。主要用于对能源输送进行计量、监测及必要的控制，为能源数据的采集、传输、调控提供用能现场数据支撑。

2)数据采集系统。根据企业所用的不同能源介质，建立科学的采集方式，保证数据采集的快速、准确和稳定。

3)信息管理系统，能源监控、管理、分析和优化功能集成一体的管控化系统。

能源管理中心总体功能的实现在本质上就是上述三个系统紧密衔接、配合的过程。为保证这一过程的有效实施，能源管理中心的软件、硬件在建设过程中应包含以下所述6 部分。

3.2.1 能源计量系统

通过对重点用能设备进行加装或改造，以便安装和应用能源计量器具，实时监测生产过程中的能源消耗数据，保证企业用能单位准确地进行能源计量。

3.2.2 能源数据采集网络

按照企业能源管理中心建设需求，对各单位原有或者新增的计量仪表及现场能源消耗数据采集系统进行接入改造。在建设过程中，为节约成本，可基于现有自动化系统(PLC 设备、RTU 设备、DCS 设备等)，完善现场各网络线路，确保数据信号和控制指令的安全、稳定传输。

3.2.3 能源管理中心平台

能源管控中心平台是企业进行能源调度的指挥中心，直接影响能源调度过程的及时性、顺畅性和稳定性。平台建设所包括的基础设施有:中心控制室、大屏幕显示系统、电力和通讯系统、机房、安防系统等。能源管理中心平台可以在企业原有的基础上进行改造或新建。

3.2.4 基础能源管理系统

基础能源管理系统是能源管理中心的核心部分，应根据企业的生产工艺及能源管理要求灵活配置，并根据用户的业务需求对数据进行整合分析与报表输出。基础能源管理系统的主要管理内容包括能源供需计划、能源实绩、生产运行、能源对比分析、能源质量、能源环保等。

在基础能源管理系统建设过程中，应充分考虑信息收集、传输和处理过程中出现的问题和偏差，定期进行配置维护。维护内容主要包括:1)计量点增删维护；2)主要用能单位(二级计量单位及重点用能设备)维护；3)能源介质维护；4)数据项逻辑维护，主要包括实绩数据项、能源平衡数据项、能源计划数据项、能源指标数据项及其他能源数据项的逻辑计算配置；5)输出数据维护(画面输出可进行二次开发扩展，报表输出可通过维护报表模板进行自定义输出)；6)用户维护(可增加软件系统用户，并对系统模块功能进行权限控制)。

3.2.5 能源预测与优化调度系统

利用数据分析系统的功能，及时对生产运营过程中不合理的安排进行优化，并通过长期数据积累和结合数据分析对生产过程中的不可控因素进行科学预测分析，减少能源浪费，提高能源利用效率。

3.2.6 配套管理体系

为了提升能源系统的管理水平和有效性，建立一套完整、高效、与能源管理中心相匹配的管理体制和管理模式是十分必要的。能源管理工程不仅要规划设计一套管理系统，而且要同步规划相应的管理体制和管理模式，以适应比传统管理更高的新要求，确保能源管理中心的设计目标能够有效实现。

3.3 能源管理中心建设要求

3.3.1 智能化要求

企业建立能源管理中心过程中，软硬件使用不恰当，导致能源管理中心功能没有充分发挥，比如部分企业能源管理中心的功能仅局限于数据采集，或者数据采集功能无法覆盖所有能源数据，数据采集依然需要依靠人工完成。究其原因是由于系统数据自动采集功能不具备，无法有效保障能源管理中心的智能化管理。因此，建立自动化的监控系统是能源管理中心发挥作用的基础硬件要求。

3.3.2 改变管理模式

能源系统的管理理念将在很大程度上影响能源管理中心的规划和应用系统的有效性。先进的管理理念不仅能指导工程项目的设计和实施，而且直接影响日后的使用效果。部分企业虽然已经具备技术自动化采集和监控功能，但由于对能源管理认识不足，无从下手，导致能源管理中心成为一项对外展示的面子工程，没有发挥应有的节能作用。因此，能源管理中心在初始建设设计中，应强化集中一贯管理理念，坚持扁平化调度管理，优化工序服从的协同工作环境，使整个能源生产和平衡输配过程真正成为一盘活棋。

集中一贯、扁平化管理是适用于企业的有效的能源系统管理模式。实践证明，这种管理模式在提高运行管理效率、优化能源分配、改进能源管理、系统性节约能源等方面的效果十分显著。

3.3.3 建立完善的能源管理体系

能源管理中心的建设和运行是一个系统工程，需要建立一个符合有色金属冶炼企业自身特点的管控一体化系统。通过这个管控系统的建立理顺管理关系，使能源系统的各项工作建立在一个完整的体系之上。

3.3.4 数据及信息安全

能源管理中心在建立过程中应充分考虑信息系统的安全性，从防火墙隔离、病毒软件安装、数据的定期备份及存档、访问权限的控制等方面保证数据信息的安全与稳定。

4 有色金属冶炼行业能源管理中心发展趋势

近几年，我国有色金属冶炼企业不断增多，生产规模迅速发展。2019 年，铜、铅、锌、铝产量分别达到978.4 万t、579.7 万t、623.6 万t 和3 504.3 万t，占世界产量的比重越来越高。有色金属冶炼具有生产流程工序繁杂、生产设备种类广泛、消耗能源品种多样等特点，存在能源供需不平衡、节能意识不强、能源管理理念缺失等问题。广泛鼓励有色冶炼企业建设能源管理中心，能够有效、快速地解决当前问题；加之，当前的环保高压态势对能耗较大的有色冶炼企业提出了更高的节能要求。因此，有色金属冶炼企业是能源管理中心首要推广的重点对象。

在世界范围内，由于中国铜、镍、铅、锌等有色金属冶炼技术和装备水平已达到或接近世界先进水平，中国有色金属冶炼企业的技术和管理水平已然对世界有色金属冶炼企业起到了重要的引领作用[6]。我国有色金属冶炼行业能源管理中心的建立和应用将会得到世界各国有色金属冶炼企业的认可，对世界有色金属冶炼行业能源管理起到促进作用，可有效降低世界有色金属冶炼行业的能源消耗，为能源节约、生态环境保护做出重要贡献。

在国家政策方面，国家为促进“节能减排”和“两化融合”战略，正加紧促进能源管理信息化建设工作，建立标准化的能源管理系统已被提上日程，财政部、工业和信息化部等多部门已制定多项政策，以支持企业开展能源管理中心建设项目研究，为企业建立能源管理中心提供强有力的保障。

在收益方面，能源管理中心建设虽然投资成本和技术门槛均较高，但是可实时监测用能信息，深入挖掘数据，促使企业更有效地加强自身节能管理，大幅降低生产成本，不仅为企业带来更大的利益，对社会的节能减排也产生了巨大推动作用。因此，能源管理中心建设可促进有色金属冶炼行业的可持续发展，且在该领域内具有良好的发展前景。

5 结束语

有色金属冶炼企业建立能源管理中心，可最大程度地提高能源利用效率，提高环保质量，降低生产方式调整对人的依赖性，解决生产、设备、人力等多专业协同产生的矛盾，从而有效降低产品的生产成本和管理成本。持续推动能源管理中心在有色金属冶炼行业的建设工作，对于企业能源管理水平的提高和国家智能化能源管理系统的完善具有重要的意义。