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    淺析綜合能源管理系統(tǒng)在企業(yè)能耗監(jiān)測中的應(yīng)用

    2023-12-11 14:25:49  來源:安科瑞陳芳芳

    摘要:環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素,為此我國提出了節(jié)能減排的目標(biāo)。但目前我國節(jié)能減排形勢依然嚴(yán)峻。截至2015年,全國能源消費(fèi)總量達(dá)到了約40億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。嚴(yán)峻的能源短缺與資源矛盾浪費(fèi)日益激烈,對(duì)于企業(yè),尤其是高能耗的工礦企業(yè),須以科技手段實(shí)現(xiàn)能源的實(shí)時(shí)監(jiān)測與合理配置。

    關(guān)鍵詞:企業(yè);能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng);設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)

    1引言

    隨著改革開放進(jìn)入深水區(qū),我國的經(jīng)濟(jì)總量已躍居世界前列 ,但是目前的發(fā)展依然是建立在傳統(tǒng)的高能耗、低效率的模式上,而目前環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)峻,對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約也越來越嚴(yán)重,因此,我們須采取科學(xué)技術(shù),加強(qiáng)對(duì)能源的控制,建立完善的企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)。

    2企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    2.1企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

    企業(yè)建立能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)主要是為了對(duì)一些重要的耗能設(shè)備以及能源介質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控,進(jìn)而了解和掌握各種能耗設(shè)備的運(yùn)行情況和耗能情況,為做出科學(xué)合理的決策提供依據(jù),從而達(dá)到能源系統(tǒng)有效、安全地運(yùn)行的目標(biāo)。

    設(shè)計(jì)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容包含以下幾點(diǎn):(1)采集能源相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息,對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;(2)完善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及自動(dòng)化系統(tǒng) ;(3)挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力,從能源的計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)到考核形成多方位的能源管理;(4)建立能源調(diào)度模型,從而給出優(yōu)化能源調(diào)度的可行性意見和建議。

    2.2企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的主要架構(gòu)

    2.2.1采集能源數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

    能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上,按照可行性、冗余性和可靠性將工礦企業(yè)的三級(jí)能源數(shù)據(jù)采集平臺(tái)進(jìn)一步完善,進(jìn)而建立更加實(shí)用的能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),以此來適應(yīng)未來能流高度集成的需要。

    2.2.2能源監(jiān)測控制中心

    能源監(jiān)測控制中心主要包含了和節(jié)能減排緊密相關(guān)的各種信息,比如耗電設(shè)備和耗能設(shè)備、生產(chǎn)關(guān)鍵信息、質(zhì)量安全環(huán)保信息、能源質(zhì)量信息等,并且相關(guān)信息還涉及一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。能源監(jiān)測中心具備不同的功能,比如狀態(tài)監(jiān)視功能、查詢歷史趨勢、監(jiān)控實(shí)時(shí)報(bào)表、集成實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能,再與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行集成,從而達(dá)到管控—體化的目的。

    2.2.3能源管理平臺(tái)

    能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)計(jì)劃、調(diào)度和操作、考核等過程進(jìn)行閉環(huán)管理,從事前、事中和事后進(jìn)行多方位的考核田。

    1)事前管理。能源管理系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成之后可以獲取相關(guān)的生產(chǎn)信息,然后再針對(duì)各個(gè)能源建立耗能模型,并給出各工序能源介質(zhì)的消耗以及生產(chǎn)計(jì)劃,在事前做好靜態(tài)管理。另外,能源管理系統(tǒng)與能源調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行集成,可以對(duì)能耗信息進(jìn)行一定的預(yù)測,然后再獲取相關(guān)的能源優(yōu)化調(diào)度建議。

    2)事中監(jiān)督 。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)包含調(diào)度運(yùn)行管理和質(zhì)量環(huán)保管理對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)場的運(yùn)行狀況進(jìn)行的實(shí)時(shí)跟蹤 ,還可以對(duì)能源設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)督,利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和挖掘工具分析影響系統(tǒng)運(yùn)行的不同因素,并對(duì)能源的調(diào)度和調(diào)整進(jìn)行準(zhǔn)確的指導(dǎo),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

    3)事后考核。能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)需要對(duì)能源進(jìn)行控制和管理,因此,需要使本系統(tǒng)的計(jì)量結(jié)算功能、考核功能、報(bào)表功能、統(tǒng)計(jì)分析功能等得到實(shí)現(xiàn)。只有這些功能都得到實(shí)現(xiàn)才能獲取能源的計(jì)劃以及定額的執(zhí)行情況、能源設(shè)備運(yùn)行情況、環(huán)境與安全情況等。對(duì)一些超額現(xiàn)象要進(jìn)行處罰,節(jié)能現(xiàn)象要給予獎(jiǎng)勵(lì)。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的考核制度,改善當(dāng)前的高能耗 、低效益發(fā)展模式。

    2.2.4預(yù)測、調(diào)度能源模型

    能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)通過能流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控和分析,建立起能源的調(diào)度與預(yù)測模型。此模型可以對(duì)能耗情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測,還可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算,進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況給出優(yōu)化調(diào)度方案,通過對(duì)能源進(jìn)行合理的調(diào)度,使能源的利用效率得到提高,繼而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

    3企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

    3.1監(jiān)測和管理能源功能的實(shí)現(xiàn)

    監(jiān)測和管理功能的實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù) 系統(tǒng)使用的 ESP-ISYS系統(tǒng)和綜合集成平臺(tái),進(jìn)而建立對(duì)能源進(jìn)行綜合監(jiān)控的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行覆蓋,比如質(zhì)量安全環(huán)保信息、耗能和耗電設(shè)備信息等。能源管理平臺(tái)對(duì)搜集到的三級(jí)能源數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵的耗能設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保數(shù)據(jù)等進(jìn)行進(jìn)一步的集成和管理。

    能源管理系統(tǒng)還可以對(duì)收集到的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和診斷,對(duì)各個(gè)耗能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障診斷與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等功能,在實(shí)際的運(yùn)行過程中可以結(jié)合能源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源的預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度等,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源管控的—體化。

    3.2數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)

    本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn)主要是結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),利用三層交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的劃分。核心層一般采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)。

    另外,為了滿足本系統(tǒng)的要求 ,需要采集的能源數(shù)據(jù)包含了一些耗能耗電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、質(zhì)量環(huán)保安全數(shù)據(jù),以及與能源相關(guān)的一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。在系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程中需要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的計(jì)量儀表,并且還需要改造沒有通訊接口的計(jì)量儀表,這樣不但可以提高能源儀表的配備率,而且也為能源系統(tǒng)的監(jiān)控與管理提供了堅(jiān)實(shí)的保證。

    3.3平衡和調(diào)度能源功能的實(shí)現(xiàn)

    本系統(tǒng)中能源的調(diào)度與平衡功能的實(shí)現(xiàn)需要在對(duì)能源數(shù)據(jù)的采集和分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行,通過建立相關(guān)的優(yōu)化調(diào)度模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)能源生產(chǎn)與消耗的預(yù)測。另外,可以借助在線系統(tǒng)對(duì)能源進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算,還可以在預(yù)測和模擬的基礎(chǔ)上對(duì)未來一段時(shí)間內(nèi)的能源消耗成本進(jìn)行簡要的預(yù)測,給出更優(yōu)化的具體調(diào)度方案和意見,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

    4平臺(tái)介紹

    AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)通過在源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝監(jiān)測、分析、保護(hù)、治理裝置,通過高性能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)并上傳至企業(yè)微網(wǎng)平臺(tái)。平臺(tái)根據(jù)電網(wǎng)價(jià)格、用電負(fù)荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況,調(diào)整各系統(tǒng)控制策略并遠(yuǎn)程下發(fā),使企業(yè)微電網(wǎng)始終合理穩(wěn)定運(yùn)行,降低企業(yè)用電成本,實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)、信息互動(dòng)。

    4.1業(yè)務(wù)邏輯圖

    4.2平臺(tái)架構(gòu)

    4.3組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

    4.4平臺(tái)功能

    4.5主要功能

    4.5.1電力監(jiān)控

    實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的五遙功能,根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行頁面組態(tài)繪制配電一次圖監(jiān)視,能實(shí)現(xiàn)曲線趨勢分析,對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行集抄,查看綜保SOE事件,查看故障錄波,對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行平均值統(tǒng)計(jì),對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測如:直流屏、發(fā)電機(jī)、變壓器等。

    4.5.2電能管理

    提供用電集抄,用電統(tǒng)計(jì),分時(shí)段用電統(tǒng)計(jì),用電同環(huán)比分析,分組用電統(tǒng)計(jì)等功能。

    4.5.3電能質(zhì)量

    提供電能質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測,諧波頻譜圖分析,曲線分析,SOE事件,ITIC、SEMI容忍度曲線分析、故障錄波等功能。

    4.5.4能耗分析

    提供支路能耗統(tǒng)計(jì),分組能耗統(tǒng)計(jì),能耗折標(biāo)統(tǒng)計(jì),能耗同環(huán)比分析,能源流向圖等功能。

    4.5.5分布式光伏

    提供光伏電站運(yùn)行監(jiān)視,逆變器運(yùn)行監(jiān)視,電站發(fā)電統(tǒng)計(jì),逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì),光伏電站配電監(jiān)測,逆變器曲線分析等功能。

    4.5.6檔案、運(yùn)維

    提供設(shè)備定義,設(shè)備檔案管理,設(shè)備保養(yǎng)報(bào)表,設(shè)備二維碼維護(hù)等功能。提供任務(wù)管理,巡檢記錄,缺陷記錄,消警記錄,搶修記錄,通知工單等功能。

    4.6硬件選型

     

    型號(hào)規(guī)格

    功能

    AWT100

    支持串口MODBUS RTU協(xié)議的數(shù)據(jù)采集,并通過安科瑞平臺(tái)協(xié)議與安科瑞服務(wù)器通訊。

    ARTU系列

    ARTU遙信遙控單元,負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制,分為開關(guān)量信號(hào)采集和繼電器輸出,用于執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作。

    ARD3M電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

    測量三相電流、三相電壓、頻率、有功功率、有功電能、無功功率、無功電能、接地電流PTC等多種電參量。過載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、不平衡、過壓、欠壓等多種保護(hù)。保護(hù)模式、直接起動(dòng)、星三角、雙速等多種起動(dòng)方式。標(biāo)配10D1/6D0可編程,2路MODBUS-RTU通訊。

    ARD2F電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

    能對(duì)額定電流范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)超時(shí)、過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、不平衡、斷相等保護(hù)

    AEM96

    三相電參量 (U、I、P、Q、S、PF、Hz、相序圖) ;正反向有功/無功電能、四象限電能、視在電能;實(shí)時(shí)需量(I、P、Q、S);當(dāng)月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-63次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A,有功電能精度0.5S級(jí)無功電能精度2級(jí)

    AEM72

    三相電參量(U、I、P、Q、S、PF、Hz、cos中);正反向有功/無功電能、四象限電能、視在電能;實(shí)時(shí)需量(I、P、Q、S);當(dāng)月電參量值(U、I、P、Q、S);基波及諧波電參量(U、I、P、Q)、三相電壓及電流的總、奇、偶諧波與2-31次諧波;電壓、電流不平衡度;電流規(guī)格3X1.5(6)A,有功電能精度0.5S級(jí)無功電能精度2級(jí)

    AGF

    AGF-T穿孔式光伏匯流采集裝置是專門應(yīng)用于智能光伏匯流箱,用于監(jiān)測光電池陣列中電池板運(yùn)行狀態(tài),組串電流測量,匯流箱中防雷器狀態(tài)采集、直流斷路器狀態(tài)采集、裝置帶有RS485接口可以把測量和采集到的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)上傳。

    ATC600無線測溫

    工作電源:AC/DC85~265V或DC12~48V

    安裝方式:35mm導(dǎo)軌安裝

    通訊方式:一路RS485接口,Modbus協(xié)議

    報(bào)警接口:2路D0

    ARTM-Pn無線測溫

    ARTM-Pn無線測溫裝置:ARTM-Pn無線測溫裝置可以單獨(dú)安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內(nèi),每臺(tái)裝置可以接收18個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),傳感器型號(hào)可選配ATE100、ATE200、ATE300。裝置帶有一路485接口,可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。

    ACR系列

    該系列儀表能測量所有的常用電力參數(shù),如三相電流、電壓,有功、無功功率,電度,諧波等,并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能,非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。

    APM系列

    APM系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表按IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),具有全電量測量,電能統(tǒng)計(jì),電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能,主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì),當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出,SD卡記錄,以太網(wǎng)通訊時(shí),只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。

    DDS

    單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,正反向有功電能統(tǒng)計(jì),正反向無功電能統(tǒng)計(jì);電流規(guī)格:直接接入10(60)A,有功電能精度1級(jí),無功電能精度2級(jí)

    DDSD

    單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量;紅外通訊;電流規(guī)格:直接接入10(60)A,有功電能精度1級(jí)無功電能精度2級(jí)

    ADL200

    單相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量;電流規(guī)格:直接接入10(80)A,有功電能精度1級(jí),無功電能精度2級(jí)

    ADL400

    三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量,分相總有功電能,總正反向有功電能統(tǒng)計(jì),總正反向無功電能統(tǒng)計(jì);電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3X1(6)A,直接接入3X 10 (80)A,有功電能精度0.5S級(jí),無功電能精度2級(jí);2-31次分次諧波及總諧波分析 (H)

    ACR10R

    外置開合式互感器的導(dǎo)軌式多功能電力儀表,適用于冶煉、鋼鐵、電焊、半導(dǎo)體等高能耗行業(yè)的節(jié)能改造工程,也適用于分布式光伏并網(wǎng)柜的功率監(jiān)測、電力需求側(cè)管理等應(yīng)用。具有無需拆一次母線、接線簡單方便、施工安全,為用戶節(jié)約改造成本等特點(diǎn)。它集成全部電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理。

    ADW200

    ADW2xx系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測量,同時(shí)可選擇四個(gè)回路的電流輸入。可直接或間接測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。 還可通過其RJ45接口擴(kuò)展輔助功能,實(shí)現(xiàn)DI、DO、測溫、剩余電流測量,以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無線通信功能。

    ADW210

    ADW2xx系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于低壓三相回路全電參量測量,同時(shí)可選擇四個(gè)回路的電流輸入?芍苯踊蜷g接測量電壓、電流、功率、功率因數(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。 還可通過其RJ45接口擴(kuò)展輔助功能,實(shí)現(xiàn)DI、DO、測溫、剩余電流測量,以及2G、4G、LoRa、LoRaWan、NB-Lot無線通信功能。

    DJSF1352直流電能表

    直流電壓、電流、功率測量,正反向電能計(jì)量;8位LCD顯示;紅外通訊;電壓輸入可到1000V,電流外接分流器接入· (75mV)或爾元件接入 (0-20mA、0-5V):電能精度1級(jí)

    5結(jié)語

    在國外,很多公司已經(jīng)開始應(yīng)用能耗監(jiān)測和能源管理系統(tǒng),歐洲專門有一項(xiàng)研究工程致力于為中小企業(yè)中的制造型企業(yè)開發(fā)具體提高能效的方法。目前,能源管理過程中應(yīng)用的新方法主要有:(1)將現(xiàn)有的能源管理軟件與AMI~MOSES平臺(tái)進(jìn)行整合;(2)為收集能耗數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和運(yùn)行平臺(tái)提供新的硬件。

    對(duì)我國而言,能耗管理起步較晚,因此,目前能耗監(jiān)測與管理系統(tǒng)尚不完善,但有很大的發(fā)展空間。無論政府還是企業(yè)管理者都要認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代化管理起到的重要作用,它不但可以使企業(yè)的運(yùn)行成本不斷降低,而且使企業(yè)實(shí)現(xiàn)了信息化的管理。目前,我國國內(nèi)不少研究機(jī)構(gòu)已致力于這方面的工作,也提出了相關(guān)的建議,旨在改變我國工礦企業(yè)當(dāng)前高能耗、低收益的發(fā)展模式。企業(yè)建立起能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng),可以對(duì)企業(yè)中的一些耗能設(shè)備、質(zhì)量環(huán)境數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析整理,進(jìn)而充分發(fā)揮系統(tǒng)的能源調(diào)度與平衡功能,為未來一段時(shí)間內(nèi)的能源消耗成本進(jìn)行分析,并給出可行的能源調(diào)度方案。

    參考文獻(xiàn)

    [1]生亮田,唐政.企業(yè)能耗監(jiān)測與能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).

    [2]耿強(qiáng).節(jié)能控制與能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南:山東大學(xué) ,2012.

    [3]曾亮.工業(yè)企業(yè)能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測與智能管控技術(shù)研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2014.

    [4]智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控/電能管理/電氣安全(產(chǎn)品報(bào)價(jià)手冊(cè)).2023.01版

    [5]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.

    作者介紹:

    陳芳芳 ,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事微電網(wǎng)平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用,


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    陳芳芳 女士