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案例頻道 摘要：能源監(jiān)控管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集為基礎，以管控一體化為主體，力求實現(xiàn)能源計劃管制、集中管控和精細化管理的目標。在簡介了能源監(jiān)控管理的需求與相關標準、能源分類與消耗和能源監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之后，本文著重介紹了貝加萊推出的EnMon能源監(jiān)控管理解決方案，包括能源基礎數(shù)據(jù)采集、能源監(jiān)控的節(jié)能目標、節(jié)能方法等。最后給出了節(jié)能應用實例。
關鍵詞：EnMon能源監(jiān)控管理解決方案；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)采集；節(jié)能方法；應用實例
1 引言
能源作為一種必需的消費品，被普遍視為是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。能源的發(fā)展，能源的合理利用，能源和環(huán)境的和諧統(tǒng)一，是全世界乃至全人類共同關心的問題。
但是，人類在享受能源帶來的經(jīng)濟發(fā)展、科技進步等利益的同時，也遇到了一系列無法避免的能源安全挑戰(zhàn)，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環(huán)境污染等問題威脅著人類的生存與發(fā)展。在新世紀，能源問題必將是人類在全世界范圍內(nèi)最大的挑戰(zhàn)。
2 能源監(jiān)控管理系統(tǒng)簡介
2.1 能源監(jiān)控管理的需求與相關標準
2011年7月15日國際標準化組織發(fā)布的關于能源監(jiān)控的標準ISO 50001，為公共和私立組織的能源管理建立一個框架，以協(xié)助企業(yè)進行能源管理，提高能源使用效率，減少成本支出和改進能源效益的管理策略。表1示出了有關國際組織和國家在2000～2011 年期間頒布的主要能源監(jiān)控標準。
表1 2000～2011年期間頒布的主要能源監(jiān)控標準
參照這一標準，由于工業(yè)生產(chǎn)過程中能源利用效率的提升使財務支出大幅度削減到2020年底能源價格預計漲價20%。貝加萊工業(yè)自動化的能源監(jiān)控管理解決方案EnMon就是在適應能源監(jiān)控管理需求的基礎上推出的，設計開發(fā)的能效理念和應用實現(xiàn)全部符合ISO 50001標準要求。
2.2 能源分類與消耗
要做好能源測量，首先要明確能源數(shù)據(jù)的種類和分類，能源監(jiān)控系統(tǒng)中能源數(shù)據(jù)按來源可劃分為一次能源和二次能源，或者說直接能源和間接能源。
工廠一次能源是企業(yè)向供能企業(yè)獲取的能源。例如水、電、蒸汽、煤、煤氣、天然氣、汽油、柴油、重油、酒精等。在企業(yè)中認知的一次能源通常是指企業(yè)自身無法生產(chǎn)，需要從外部獲取，需要進行對外采購并付出相應成本的能源，通常以自然資源為主。
工廠二次能源是指企業(yè)自身生產(chǎn)的能源。例如純水、壓縮空氣、氮氣、冷凍水、冷卻水、采暖水等。該能源是企業(yè)消耗一次能源和人工，經(jīng)過各車間或分廠二次加工產(chǎn)生的能源。產(chǎn)生的二次能源可作為工藝環(huán)節(jié)的產(chǎn)品供給企業(yè)其它的生產(chǎn)部門使用，二次能源分布可以在一定程度上表明能流的方向。
圖1 美國能源消耗的行業(yè)結(jié)構(gòu)
同時，能源在各個社會領域里的消耗是不均勻的。圖1是美國能源部門統(tǒng)計的各個社會領域能源消耗所占的比重。從中可以看出，工業(yè)能耗消費仍然占有比較大的比重。
2.3 能源監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
能源的監(jiān)控和管理系統(tǒng)由底至頂可劃分為能源測量、能源監(jiān)控、能耗控制和能源管理4個層次，如圖2所示。
能源測量是所有層次的基礎。該層次往往跟節(jié)能的對象和節(jié)能的目標有重大關聯(lián)。
圖2 能源監(jiān)控管理系統(tǒng)的分層架構(gòu)
3 貝加萊EnMon能源監(jiān)控管理解決方案
3.1 能源基礎數(shù)據(jù)采集
貝加萊EnMon能源監(jiān)控管理系統(tǒng)按能源形態(tài)分為液體介質(zhì)、氣體介質(zhì)和電能。液體介質(zhì)：如工業(yè)用水、生活用水、軟水、工業(yè)用油、石油、柴油、化工液體等等；氣體介質(zhì)：高爐煤氣（BFG）、焦爐煤氣(COG)、轉(zhuǎn)爐煤氣(LDG)、壓縮空氣(Air)、氬氣(Ar)、氧氣(O2)、氮氣(N2)、蒸汽(Steam)、天然氣(NG)等等； 電能：如380V 動力電、6kV 高壓、35kV高壓、110kV高壓等各種規(guī)格中的電壓、電流、頻率等電量及各種電力設備的運行情況等等。
貝加萊EnMon能源監(jiān)控解決方案中，將不同能源數(shù)據(jù)在系統(tǒng)側(cè)結(jié)合自身數(shù)據(jù)庫的特點又進行了一次存儲方式的分類，把能源數(shù)據(jù)按供給形式劃分為三種類型：能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)、能源供給整點數(shù)據(jù)、能源供給累加數(shù)據(jù)。
能源供給狀態(tài)數(shù)據(jù)主要是滿足實時監(jiān)測的需要，一般采集頻率較高，無需長時間保存歷史數(shù)據(jù)。例如蒸汽實時溫度、壓力等數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)主要完成企業(yè)對能源質(zhì)量實時監(jiān)測，及時調(diào)整能源供給質(zhì)量。一般情況下無需實時保存每一個數(shù)據(jù)。
能源供給整點數(shù)據(jù)是為滿足管理、計量用的資料，主要記錄整點時能源供給的狀態(tài)值或累加值。具有采集頻率低，時間精度要求高的特點，一般形成報表，作為績效考核、管理、結(jié)算的依據(jù)，數(shù)據(jù)需要存檔成歷史數(shù)據(jù)。
能源供給累加數(shù)據(jù)是一段時間內(nèi)能源供給值的累加，主要是為決策、核算提供資料依據(jù)，是企業(yè)管理層進行領導決策、企業(yè)財務核算所關心的重要數(shù)據(jù)資料，應存檔成歷史數(shù)據(jù)。
能源基礎數(shù)據(jù)采集為上層能耗分析和能耗控制提供了基礎保90 AUTOMATION PANORAMA 2012.10 證。
貝加萊在電能采集和電力參數(shù)獲取上提供專業(yè)的模塊，可以對電力線路進行直接監(jiān)控，電能數(shù)據(jù)直接上系統(tǒng)，為客戶節(jié)約安裝電能表的開支。同時，貝加萊的模塊化的采集單元可以分散布置，既可對現(xiàn)有的電能表通過總線通信方式進行采集，又可通過傳統(tǒng)的4~20mA/1~5V信號對能源數(shù)據(jù)進行直接采集（見圖3）。
圖3 貝加萊的電能參數(shù)采集方案
除此之外，EnMon還在系統(tǒng)平臺上提供手工錄入接口，一些暫時無法安裝監(jiān)測儀表或需要人工估算或者計算的能源數(shù)值可以手工錄入系統(tǒng)，方便靈活，面向?qū)嶋H應用（如圖4所示）。
3.2 能源監(jiān)控的節(jié)能目標
貝加萊EnMon的節(jié)能商業(yè)目標主要用于以下幾個方面：
在對能源進行管理的基礎上，能源支出明顯減少；
能源信息化促使能源成本跟成本緊密聯(lián)系；
推動能源用戶的能源成本問責制(基于消耗量的成本核算)；
識別能源成本低廉的工程，同時找到能源節(jié)約的本質(zhì)；
通過監(jiān)視能源質(zhì)量減少系統(tǒng)設備停機時間；
通過對能源的計劃和預期的把握，避免非計劃停機；
使用能源消耗監(jiān)控數(shù)據(jù)，決策電力配額申請；
為能耗設備、過程、部門、工廠或者企業(yè)提供能源消耗的報表和趨勢圖；
用最少的透支換取能源信息及對能源使用的分析結(jié)果。
圖4 手工能源數(shù)據(jù)錄入接口
3.3 節(jié)能方法
為了能達到上述節(jié)能目標，貝加萊EnMon從節(jié)能原理上對系統(tǒng)的效能進行把握。
目前行業(yè)中的節(jié)能手段一般分為以下三種：
（1）工藝節(jié)能
該節(jié)能方法主要是通過對制造和生產(chǎn)流程的工藝進行干預或優(yōu)化，通過改變工序，縮短能源使用時間，提高生產(chǎn)效率；或者采用全新工藝，壓縮處理環(huán)節(jié)，充分利用自然力或生物能代替耗能環(huán)節(jié)來實現(xiàn)節(jié)能降耗。
（2）設備節(jié)能
主要是通過更換能耗設備，用節(jié)能的設備替代傳統(tǒng)的設備來實現(xiàn)節(jié)能，比如用變頻器替代傳統(tǒng)調(diào)速裝置，用新設備來替代老損的舊設備實現(xiàn)節(jié)能。
（3）管理節(jié)能
通過加強對能源使用者以及使用規(guī)則的管理，實現(xiàn)節(jié)能降耗。比如將公共場所空調(diào)的溫度設定在26℃，辦公室無工作人員時關燈，盡量錯峰用電等，節(jié)約能耗成本。
貝加萊EnMon重點著眼于設備節(jié)能和管理節(jié)能，通過提供能源管理的經(jīng)驗給客戶提供能源成本縮減的實惠。
4 貝加萊APROL EnMon的節(jié)能應用實例
圖5 歐洲電能使用的分時成本
圖5示出了歐洲電能使用的分時成本圖。電能的價格在高峰時間、中等峰值時間以及低谷時間的價格是不一樣的，分別是10.8分/度、9.2分/度和6.2分/度。通過對分時時段電力供應成本的準確把握，可以在時間上優(yōu)化能源使用配額。如上午7點是波谷時間，假如正常上班時間是8點，對于大樓辦公區(qū)域空調(diào)的控制可以在7點之前半個小時開始滿負荷運轉(zhuǎn)，將工作區(qū)域的室溫調(diào)節(jié)到目標工作狀態(tài)，當進入7點以后，中央空調(diào)變頻工作在低頻狀態(tài)，這種做法在能耗成本開銷上有明顯節(jié)約。
貝加萊EnMon同時實時監(jiān)控生產(chǎn)企業(yè)的重點能耗設備，對其運行狀態(tài)和能耗開銷作常規(guī)監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將預警并對能耗單元的故障盤查和維修，從源頭上掐斷能源的浪費。與此同時，能源系統(tǒng)將工廠的所有能耗設備設定能源使用優(yōu)先等級， 將能耗設備分為：可隨時關停、緊急情況下可關停、不允許關停三個等級，當能源負載超出載荷時，系統(tǒng)預警激活，負荷報警在系統(tǒng)中警示和記錄，能源負載變化超出容忍范圍，系統(tǒng)將進入負荷優(yōu)化狀態(tài)，關停低等級能耗設備。如果能源負荷供應進一步降低，緊急情況下可關停低等級設備以確保維持生產(chǎn)的關鍵設備運行，當能源負荷降低到難以維持狀態(tài)，工藝系統(tǒng)才最終跳閘。
貝加萊EnMon的這一功能，有效地將能源供給波動給生產(chǎn)造成的損失降到最小值，減少了停機時間。
貝加萊EnMon對一個企業(yè)的監(jiān)測安裝范圍包括總廠供電/ 供熱/供氣/供水用量（無論是地下水還是城市管網(wǎng)供水）數(shù)據(jù)采集，供水水壓，水溫等實時數(shù)據(jù)采集，各個分廠供電/供熱/供氣/ 供水用量數(shù)據(jù)采集，其它相關獨立核算部門數(shù)據(jù)采集等，能源消耗量能綜合比對分析（如圖6所示）。此外，EnMon還著重于對能源介質(zhì)品質(zhì)進行監(jiān)控，而最終的目標是能效利用率最大化。
圖6 貝加萊EnMon的企業(yè)綜合能耗監(jiān)測
EnMon從信息角度提供對全廠能源介質(zhì)的跑冒滴漏進行有效監(jiān)控和分析，構(gòu)建能流平衡模型，通過對調(diào)整措施的效果評估， 重新確定改進措施，提高能源利用率。整個過程符合PDCA連續(xù)改進模型框架。
圖7 能源消費報告
系統(tǒng)關注各個工藝段產(chǎn)品產(chǎn)量采集，計算產(chǎn)品能耗效益比， 能耗效益超標的工序需要重點整治。對各種能源廠的供給數(shù)據(jù)和各個獨立核算單位的供給數(shù)據(jù)采集或記錄，形成能源消費報告（如圖7所示）。
5 總結(jié)
作為一項復雜的系統(tǒng)工程，能源監(jiān)控管理系統(tǒng)不僅僅是要建設一個能源管理的信息化平臺，更重要的是一種管理模式的革新，需要企業(yè)全體上下提高對節(jié)能降耗的認識，提高能源管理人員的管理和技術素質(zhì)，對傳統(tǒng)的能源管理流程進行優(yōu)化和再造， 對現(xiàn)場的設備和裝備進行改造和完善。貝加萊以EnMon能源監(jiān)控系統(tǒng)解決方案為平臺，將歐洲領先的節(jié)能理念融入其中，給中國用戶帶來了全新的節(jié)能體驗。
參考文獻：
[1] 周湘梅. ISO 50001:2011內(nèi)容簡介[J]. 認證技術. 2011,10, 32-33.
[2] 張德元. 淺談干燥設備系統(tǒng)的節(jié)能減排[J]，化工機械. 2009(36)3.
[3] 孫彥廣. 鋼鐵企業(yè)能量流網(wǎng)絡信息模型及多種能源介質(zhì)動態(tài)調(diào)控[C]. 2010年全國能源環(huán)保生產(chǎn)技術會議文集,2010.
[4] 李冰. 紡織空調(diào)設備運行管理與節(jié)能[J]. 科技信息,2009,30.
[5] 貝加萊工業(yè)自動化. 2011年產(chǎn)品選型手冊[Z].
葉峰（1982-）
男，浙江人，2004年畢業(yè)于華北電力大學自動化系，雙學士。2010年加入貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司，主要從事APROL系統(tǒng)的推廣和支持工作。專注于貝加萊系統(tǒng)在水處理， 熱能電站、樓宇自控、交通運輸以及能源管理等專業(yè)領域的應用研究。
摘自《自動化博覽》2012年第十期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號