淺談水泥行業(yè)能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用效益

徐霜
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：文章闡述了本文提出的能源管理將結(jié)合生產(chǎn)管理、設(shè)備管 理及專家優(yōu)化系統(tǒng)等多方面信息維度進(jìn)行整合和分 析，在數(shù)字化的基礎(chǔ)上通過大數(shù)據(jù)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí) 現(xiàn)能源管理的實(shí)時(shí)策略及能耗預(yù)警，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)能源管理的智能化。
關(guān)鍵詞：能源管理；能耗采集設(shè)備；節(jié)能綜合管理

1 引言
       在節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)的大環(huán)境下，水泥行業(yè)作為高能耗生產(chǎn)企業(yè)，一直是發(fā)改委、能源局、等國家有關(guān)部門的關(guān)注對象。為貫徹落實(shí)關(guān)于 節(jié)能減排綜合工作方案等有關(guān)工作的要求，加強(qiáng)能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度“雙控”形式分析和預(yù)警，推動完成“雙控”目標(biāo)，國內(nèi)各大水泥廠都將能源管理作為可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵課題作為考慮，但目前水泥企業(yè)的能源管理依舊存在以下問題： 
       （1）數(shù)據(jù)采集不完整。水泥生產(chǎn)的主要能耗介 質(zhì)為水、電、氣、煤，部分企業(yè)包括天然氣、氧、熱能和柴油等。目前大部分水泥工廠已實(shí)現(xiàn)電、煤的在線計(jì)量，但實(shí)現(xiàn)水、氣計(jì)量的企業(yè)*。水泥生產(chǎn)中，由于不同的原材料、配比、設(shè)備、工藝及質(zhì)量控制要求會導(dǎo)致不同的能源消耗，采用傳統(tǒng)的能源在線監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示，但卻無法獲得生產(chǎn)過程中工藝、質(zhì)量、設(shè)備的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致能源管理數(shù)據(jù)分析不具備可靠性及真實(shí)性。 
       （2）重展示，輕分析。能源管理的目的是實(shí)現(xiàn) 節(jié)能降耗、成本，在智能化的背景下，水泥流程的能源管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的能源流和物料流的數(shù)據(jù)全自動分析，為工廠提供量化的能耗優(yōu)化數(shù)據(jù)。目前，國內(nèi)的能源管控更側(cè)重于電能管理，很多能源產(chǎn)品來源于電力行業(yè)，這些系統(tǒng)的目的是為了實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的集中采集與展示，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的能源管理和優(yōu)化。對于水泥生產(chǎn)過程，能耗數(shù)據(jù)的分布存在明確的層級關(guān)系，在時(shí)間維度上能夠?qū)崿F(xiàn)與其他實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，這使得水泥工廠的能源管理具備了實(shí)現(xiàn)全自動分析的基礎(chǔ)條件。 
       （3）信息孤島嚴(yán)重。能源管理目前在大部分工廠都以獨(dú)立系統(tǒng)存在，但對于實(shí)現(xiàn)工廠能源管理決策而言，該系統(tǒng)需要生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)的支撐。如對于電耗異常，可能是原材料的問題，也可能是工藝或設(shè)備的問題，單一的電耗高或低不具備指導(dǎo)電耗優(yōu)化的條件。如果工廠有多個(gè)系統(tǒng)，如生產(chǎn)系統(tǒng)、質(zhì)量系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)，需要工廠人工逐個(gè)檢查不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行交叉對比確認(rèn)，這使能源管理喪失了能源優(yōu)化的功能，也是工廠實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化的瓶頸。當(dāng)前，有部分思想認(rèn)為只要各個(gè)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)接口，即可解決信息孤島。但對于智能化或者業(yè)務(wù)自動化而言，數(shù)據(jù)接口只解決了數(shù)據(jù)問題，對于完整的數(shù)據(jù)分析與執(zhí)行，需要對應(yīng)的業(yè)務(wù)支撐，而這些業(yè)務(wù)只有在對應(yīng)的功能產(chǎn)品才能完整。

2 能源管理體系的系統(tǒng)概述
2.1 能源管理的建設(shè)方案

       針對目前能源管理系統(tǒng)應(yīng)用的瓶頸，企業(yè)在能源管理系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，應(yīng)用能源分析應(yīng)用為導(dǎo)向，通過對物料流和能量流的數(shù)據(jù)采集和抽取，建立水泥廠能源對象模型，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化及關(guān)系模型化。通過模型運(yùn)算分析，幫助工廠找到當(dāng)前情況能耗策略，實(shí)現(xiàn)能源管理的 PDCA（Plan - Do - Check-Act）的模式。
一個(gè)具備能源分析應(yīng)用的管理系統(tǒng)，應(yīng)覆蓋計(jì)量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲運(yùn)算、數(shù)據(jù)分析建模、業(yè)務(wù)配置、可視化展示及智能決策這些功能。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2.2 能源管理的建設(shè)內(nèi)容
2.2.1 建設(shè)目標(biāo)通過能源管理的建設(shè)，擬達(dá)到如下主要目標(biāo)：能源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化及實(shí)時(shí)監(jiān)控；關(guān)鍵指標(biāo)的計(jì)算及預(yù)測；能耗計(jì)劃與生產(chǎn)計(jì)劃的交叉分析；能耗關(guān)聯(lián)因素分析及推薦。
2.2.2 功能概要
       （1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)參數(shù)配置。按照水泥企業(yè) 的地理信息及工藝信息建立各采集數(shù)據(jù)的層級關(guān)系模型及對應(yīng)能耗數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)基于能源對象模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集及運(yùn)算，為其他業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。 
       （2）實(shí)時(shí)監(jiān)控：全廠用能的實(shí)時(shí)監(jiān)測，趨勢觀察、報(bào)警、回放。準(zhǔn)確的能耗數(shù)據(jù)是節(jié)能工作的基礎(chǔ)，能源管理系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要，對水泥熟料生產(chǎn)各工藝，包括石灰石破碎、原料粉磨、煤粉制備、熟料燒成、余熱發(fā)電等能耗信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括電能數(shù)據(jù)、蒸汽數(shù)據(jù)、熱能數(shù)據(jù)、煤耗數(shù)據(jù)、空氣數(shù)據(jù)、用水量及流量、燃?xì)鈹?shù)據(jù)等等。該監(jiān)控以工廠流程及能耗分布為基礎(chǔ)，構(gòu)建全廠能耗的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化，為用戶提供各類數(shù)據(jù)的交叉對比，預(yù)警監(jiān)控及歷史數(shù)據(jù)回放等功能。 
       （3）能源統(tǒng)計(jì)報(bào)表。按工廠業(yè)務(wù)需求，建立對應(yīng)的能源統(tǒng)計(jì)報(bào)表，提供按工藝流程或設(shè)備的能耗報(bào)表，對各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行單耗、總耗統(tǒng)計(jì)，報(bào)表可查詢不同時(shí)間段的電煤水氣等能源介質(zhì)的消耗情況，以及主機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，為發(fā)現(xiàn)節(jié)能漏點(diǎn)提供數(shù)據(jù)參考。 
       （4）能耗分析。針對不同能耗的特性進(jìn)行特征分析，如通過峰尖谷平的能耗與生產(chǎn)成本及計(jì)劃關(guān)聯(lián)分析，幫助工廠找出的粉磨啟停時(shí)間及產(chǎn)量。通過燃料類按照質(zhì)量及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)對不同質(zhì)量燃料的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，幫助工廠建立不同原材料質(zhì)量下的能耗模型及數(shù)據(jù)分析。該分析模塊支持多維度的聚類分析，同比環(huán)比等預(yù)警分析及模型預(yù)警應(yīng)用。 
       （5）績效分析。針對產(chǎn)量和能耗的數(shù)據(jù)計(jì)算和目標(biāo)值管理，通過比重分析進(jìn)行班組考核和操作考核，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化和KPI考核，形成能耗考核的量化指標(biāo)。
       （6）運(yùn)行狀態(tài)分析。通過設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及電力狀況數(shù)據(jù)，對設(shè)備的有效運(yùn)行、無效運(yùn)行、故障和停止進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和歷史回溯，減少非正常生產(chǎn)的能源消耗。 
       （7）能耗預(yù)測。通過以上多個(gè)分析數(shù)據(jù)和能耗模型，建立能耗關(guān)聯(lián)因素分析模型，實(shí)時(shí)對不符合工藝操作流程的用能設(shè)備、各監(jiān)測點(diǎn)能源消耗的異常情況進(jìn)行自動診斷和報(bào)警提示。

3 能源管理的系統(tǒng)效益
3.1 生產(chǎn)效益 
       完善能源信息系統(tǒng)。改變原有單一的能源 監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源多維數(shù)據(jù)分析，增強(qiáng)能源信息的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，在數(shù)據(jù)量的基礎(chǔ)上增強(qiáng)能耗關(guān)注度和信息共享性。 
優(yōu)化能源管理體系。指標(biāo)異常的實(shí)時(shí)分析、能源數(shù)據(jù)的節(jié)能反饋、結(jié)果分析、費(fèi)用控制、余熱利用、設(shè)備使用狀況、成本的核算等。通過預(yù)警模塊將各類信息通過能源管理模塊及時(shí)發(fā)布反饋，實(shí)現(xiàn)能源異常分析的自動化和智能化，減少人工分析工作量，實(shí)現(xiàn)及時(shí)異常預(yù)警。 
提高能源使用率。能源管理的終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全自動化能源運(yùn)行管理，通過與生產(chǎn)控制的實(shí)時(shí)聯(lián)動及與物料、設(shè)備管理的優(yōu)化分析，實(shí)現(xiàn)能源在水泥生產(chǎn)中的。 
3.2 社會效益
       完善能源管理系統(tǒng)既可以提高企業(yè)能源管理水平，落實(shí)能效目標(biāo)，又能夠更好的實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能目標(biāo)，同時(shí)有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著各類能源消耗的持續(xù)增長，以及日趨嚴(yán)重的各種新型負(fù)載，國家對節(jié)能減排和生產(chǎn)類企業(yè)的能源利用率提出了越來越多的要求，企業(yè)從自身增收節(jié)支方面考慮的同時(shí)也順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)-分析-智能的過程中逐步邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，積引導(dǎo)水泥廠綠色生產(chǎn)，達(dá)到社會價(jià)值效益。

4 安科瑞工業(yè)能耗管理平臺介紹
4.1  平臺架構(gòu)介紹
       安科瑞能源管控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的可靠性與實(shí)時(shí)性，主要由現(xiàn)場設(shè)備層（能源計(jì)量終端）、通訊管理層（通訊管理終端）和主站層（能源監(jiān)控平臺）三個(gè)部分組成。
以上三個(gè)部分分別貫穿整個(gè)系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)。能源管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)按照能源管理的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足以上三部分的同時(shí)，增加了部分分析、監(jiān)控、決策和發(fā)布平臺。
 

表1 工業(yè)能耗管理設(shè)備選型示意圖

4 結(jié)束語
       綜合能源管理系統(tǒng)是按照相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則進(jìn)行設(shè)計(jì)的一個(gè)多層次，多功能，跨區(qū)域，可雙向交換信息的復(fù)雜系統(tǒng)。通過搭建這樣的能耗監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測建筑的能耗使用情況，通過能耗數(shù)據(jù)的分類分項(xiàng)計(jì)算，數(shù)據(jù)的分時(shí)統(tǒng)計(jì)，公共展示平臺等，能促使國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑提高節(jié)能運(yùn)行管理水平，為 機(jī)關(guān)制定切實(shí)有效的政策和決策提供參考和有力的支持，并過能源綜合管理系統(tǒng)軟件對各電能計(jì)量點(diǎn)的用電量實(shí)施在線計(jì)量、動態(tài)監(jiān)測、集中管理、科學(xué)考核，通過有效的末端監(jiān)控管理，綜合性地實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能，為高能耗建筑的進(jìn)一步節(jié)能改造提供依據(jù)。
【參考文獻(xiàn)】
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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.[J]2019.11版