浅谈工业能源管控平台在工业园区的设计与应用
摘要: 能源管控是工业园区实现整体节能减排的必要手段。以上海电气临港重装备产业园区为对象，采用较好的信息技术，建立了从园区能源供应到企业终端用能的智能能源管控平台，在实现能源数据在线监测和统计的同时，引入企业生产优化调度技术和园区供能协调机制。
关键词:工业园区；能源管控；信息技术；节能
进入21世纪以来，我国的工业化和城镇化建设加速，工业园区如雨后春笋般兴盛起来。目前我国工业园区建设和发展经历了从无到有、从小到大、从功能单一到多元化、从分散到集中的发展过程，在推动国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。由于能源紧缺和环境污染日益严峻，节能减排也成为工业园区建设和发展的要点之一。
由于工业园区内企业众多，而园区往往都有独立的能源生产供应系统，因此其系统节能不是单一的能源生产系统、能源输送系统或能源利用系统节能，而是从能源生产到终端设备应用的全流程一体化节能。为此，需要以整个园区能源信息监测为基础，基于工业物联网构建园区能源监控平台，对数据进行诊断分析，采用优化技术实现管理节能。工信部节[2014]30号文也指出，“通过建设能源消耗数据信息系统，运用在线监测、能源诊断等分析”来提高节能监察工作的能力。
1 国内工业园区能源管理现状
从能源管理的水平来看，能源管理的发展经历了以下3个阶段：
(1)粗放式能源管理只有总的能耗数据(月账单 、年账单)；对工艺及设施的能耗数据不了解；缺乏有效的能源管理机制。
(2)基本能源管理有安排人员进行人工抄表，并对抄表数据进行汇总、制表；有简单的抄表和电力检测系统；缺乏对海量数据的统计、整理和分析。
(3)能源管理体系对能耗数据进行分析和整理；对能源用量、能耗成本进行分摊；生成各种关键能耗指标；根据系统的分析数据进行需求侧管理；利用能源管理系统发现浪费；利用能源系统进行绩效考核。
目前，国内工业园区的能源管理介于第2阶段和第3阶段之间：有热工抄表数据的基础统计，部分企业有简单的能耗分类统计、能耗分摊统计等简单指标分析。但存在的问题主要有：一是信息化程度弱，没有实现自动抄表、自动记录存档、自动生成报表功能；二是数据统计不精细，对海量数据没有细致、合理的分类统计；三是数据分析不及时，没有对数据进行分析，没有给出与生产挂钩的核心指标，仅在年度统计中有考量；四是节能减排没效果，没有利用数据分析为企业的节能减排提供建议；五是园区和企业联动管理不紧密。
2 方案设计
本文以上海电气临港重装备产业园区为对象，以智能能源服务系统为核心，将能源生产的上游终端与能源消耗的下游终端通过工业物联网有机地结合在一起，构建园区智能能源管控平台，如图l所示。该平台包括能源的生产、输送、分配、服务、用户等多个要素，以生产设备、工艺流程为依托，以科学的管理流程为支持，以智能化的信息分析和决策模块为手段，实施能源生产、输送、调配的集中管控与快速响应，建立闭环能源管控系统，实现能源供应与能源消费之间的优化互动，从而提高设备利用率，降低阔区单位产值的能耗，实现从能源生产到终端设备用能的系统节能。
信息支撑平台是智能能源管控平台的基础，它采用集成了多协议转换技术的工业网关产品，通过现场仪器仪表、传感器、执行器和工业控制系统等，对各种数据进行信息采集，经园区网络传递给数据中心；数据中心提供海量异构数据存储、挖掘等技术，为智能能源管控中心的各类应用系统提供数据保障；在生产应用层面，基于数据信息完成园区的能源管控和相关的服务，并通过终端界面为各类用户服务。智能能源管理中心信息结构如图2所示。
3 能源管控软件系统
考虑到园区的管理模式，分为园区版和企业版两个部分，并通过内部协调机制构成一个完整的体系。
3.1 企业版
(1)生产能耗精细化管理系统
建立制造企业生产加工的基本单元标准加工工序库，实现对基本加工工序的电子化管理。在此基础上根据技术人员的设计，建立某产品的加工工艺流程，建立产品工艺流程的加工工序和工时管理。然后根据管理人员制定的生产计划排班，结合产品工艺流程信息，来估计企业的生产用能。
(2)企业能耗监控与统计
根据需要建立企业生产能耗和环境能耗监测系统，并根据用户需要打印报表。
(3)生产能耗优化调度
以降低能耗和减少生产能耗波动为目的，采用BP神经网络与模糊判断相结合的智能排班方法，对生产进行优化调度。管理人员可根据智能排班的结果对生产计划进行修改，以达到管理节能的目的。
3.2 园区版
(1)太阳能发电监测
通过实时数据监测太阳能发电系统的发电参数，并实时显示，形成记录。采用多元多项式回归模型建立了太阳能发电的预测模型，通过预测值与实测值的比较来判断太阳能发电系统的运行状态。
(2)园区能耗监控与统计
建立了园区能耗监测系统，并根据用户需要输出所需月度能耗报表。
(3)企业用能汇总协调
一是园区能耗总量控制。各企业能耗需求数据上报后，可得出下月总能耗需求，由此可得出园区总能耗，若超出园区供能容量，则需要管理人员与企业进行协调。二是供能裕量估计。根据园区下月总能耗预测和园区供能容量，可得出园区能耗裕量值，并反馈给企业，供企业增加、调整生产的参考。三是各企业间的用能协调。通过网络在园区和企业之间建立有效的能源调度互动平台，当用电量超标时，协调企业之间的生产，特别是在有试验的前提下更要加强协调。
4 安科瑞工业能源管控平台介绍
安科瑞工业能源管控平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。
4.1 系统结构
4.2 应用场所
钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。
4.3 系统功能
4.3.1 可视化展示
展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,以及当前天气情况、污染情况，并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。
4.3.2 实时监控
对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快速有效的掌握点位的报警。
4.3.3 变压器监控
展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出较佳运行模式。根据较佳运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。
4.3.4 用能统计
从能源使用种类、监测区域、生产工艺/工段时间、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。
4.3.5 产品/产值单耗
与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。
4.3.6 绩效分析
对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、产线、工段等进行日、周、月、年、指定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。
4.3.7 能耗预测
通过对企业生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析，建立能耗计算模型，根据人工智能算法对数据和模型进行修正，对未来企业能耗趋势进行预测分析，为节能提供有效的决策依据。
4.3.8 运行监测
系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。
4.3.9 分析报告
以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行多方面的统计分析，让用户多方面了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。
4.3.10 事件报警
持续监测设备和系统运行，对通讯失败、数据异常、定额超限、工艺参数异常越限、设备异常或故障进行报警，提醒企业注意和查找问题，并形成报警日志。
4.3.11 移动端支持
APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。
4.4 现场设备选型
5 结语
工业园区的能源管控往往包括能源生产系统、能源输送系统或能源利用系统，这需要借助信息技术建立的全流程一体化的能源管理体系，引入智能分析和优化手段，达到园区整体节能减排的目标。本文为临港重装备产业园区设计建立的智能能源管控平台，借助信息技术，实现了多层次、多视图、多维度的供能、用能数据的在线监测、统计分析系统；以标准加工能耗和加工工时库为基础，完成了生产计划和用能调度的优化，实现了降低生产过程中的无效能耗和单位产值能耗的目标；建立了供能与用能互动的闭环能源管控模型，不仅考虑“面向能耗的能源供应”，而且考虑“面向能源供应的能耗”，提高了供能设备和生产设备的利用率，降低了园区的单位产值能耗。
