淺談能源管理 信息化建設的實踐與實現

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：文章對企業能源管理信息化建設的主要內容進行了較為詳細的闡述，在此基礎上，探討了企業能源管理信息化系統的組成結構以及其與其他企業信息化系統（如ERP、MES、PCS）的關系。

關鍵詞：能源管理；信息化；管理系統

1.背景

        能源是支撐整個世界運行、發展的重要物質基礎。隨著我國社會經濟的飛速發展，能源消耗日益增多，能源需求不斷增長。可以說，能源供給與需求之間的矛盾已經成為制約我國社會經濟穩定、健康發展的重要因素。也正因此，節能減排目前已經成為我國一項國策，在各個能源消費領域深入開展。工業企業是我國能源消費的大戶，也是我國節能減排的領域。一直以來，我國工業企業的能源管理較為粗放，能源利用率不高，浪費現象較為嚴重，實現能源的精細化管理是當前我國企業落實節能減排任務較為迫切的一項工作內容。以計算機技術、網絡技術、現代電子通信技術為基礎的信息化建設是當前我國企業實現能源精細化管理的重要舉措，企業能源管理信息化建設水平正成為衡量企業能源管理成效的重要指標。本文理論聯系實際，就企業能源管理信息化建設的實踐策略進行探討，以期能夠為相關研究提供一些參考與借鑒。

2.企業能源管理信息化建設的主要內容

        企業能源管理信息化建設的目的是通過信息化技術和手段將企業的能源消費情況進行綜合監控與管理，使企業能夠對自身的能源消費情況做到心中有數，并依據能源消費數據進行科學合理的能源結構及使用的優化，從而實現節約能源的最終目的。

        從企業能源管理信息化建設的目的可以看出，其建設的主要內容包括企業用能的計量統計、企業主要能耗設備的實時狀況監控、企業能源管理信息化數據中心的建立、企業能源管理信息化系統的建立等。

        利用信息化技術與手段實時收集、監測企業的用能數據是企業能源管理信息化建設的基礎工作，在此方面，企業首先要建立的是完善的能源計量以及能耗設備監控終端網絡。只有采用具有數據傳輸功能的計量儀表以及設備監控終端設備，建立起完善的信息化終端網絡，企業能源的信息化管理才能具備最基本的條件。

        在具備企業能源數據信息的采集功能之后，企業應建立完善的能源管理信息化數據中心，將企業的用能數據、主要設備的實時運行參數等匯集到統一的數據中心。數據中心不僅具備企業能源數據的存儲、查詢功能，還包括數據的分析、處理、二次開發等功能。

        企業能源管理信息化系統的建立是在匯集企業能源數據的基礎上，通過對能源數據的分析、處理，實現對能源計劃、能源使用以及能源調度等的信息化管理，深入挖掘企業的能源節約潛力；通過對企業歷史能源消耗數據進行分析、處理，準確預測企業能源系統的存耗變化趨勢，并在此基礎上，建立企業能源系統的優化調度模型并生成能源優化調度方案，實現對企業能源系統的事前管理；通過對企業能源系統運行的綜合分析，深入挖掘企業能源管網和系統設備的安全上限，在確保系統安全、穩定運行的前提下，提高能源系統的二次能源回收率及使用率，實現企業能源系統安全穩定、經濟合理的運行管理目標。

3.企業能源管理信息化系統的組成結構

        企業能源管理信息化系統的建設和實施是一個比較復雜的系統化工程，需要根據企業所處的行業特點及自身的實際情況進行針對性的設計。但從規范化和標準化的角度來說，企業能源管理信息化系統的基本組成結構包括3部分，即企業能源監控系統、基礎能源管理系統及能源平衡調度系統，基本構成了企業能源管理集監控、管理、分析和優化為一體的信息化系統，是企業能源管理實現自動化、智能化的重要組成部分，其關系如圖1所示。

圖1企業能源管理系統的組成結構

3.1企業能源監控系統

        監控系統是企業能源管理系統的重要組成部分，也是最基礎的管理子系統。企業的能源系統是一個復雜的、動態變化的系統，而掌握能源系統的實時用能狀況以及用能設備的狀態變化則是企業能源監控系統的主要任務，其目的是通過對企業能源系統運行的狀態進行全過程的實時監測、分析及處理，掌握企業能源系統的運行變化狀況，及時發現能源系統出現的異常情況如能耗設備的運轉異常、能源質量的異常變化以及系統穩定性破壞等，進而確保在可控范圍內，將能源系統可能遭受的破壞損失降到水平。

        企業能源監控系統的建設內容及程序主要為：①確定對企業能源系統的數據采集項目，以此作為能源監管的基本支撐；②采集企業電力、動力及水系統等各類用能系統的實時運行數據，以及企業電力、動力以及水處理設備的實時運行數據；③對采集到的企業用能系統相關數據及耗能設備運行數據進行整理分類、存儲，并運用特定數據分析處理技術對這些數據進行分析、處理，并將處理結果進行歸檔；④以采集到的企業用能系統及能耗設備數據為基礎，對企業能源系統進行狀態異常及故障分析、處理；⑤企業能源系統如出現異常狀態或發生故障，則依據事先設定好的處理程序或預案進行異常狀態或是故障處理；⑥根據處理預案優化調整企業用能系統，并進行控制輸出；⑦確保優化調整后的企業用能系統達到穩定運行的平衡狀態。

3.2基礎能源管理系統

        基礎能源管理系統實質是屬于企業能源管理信息化系統的應用層，主要是為企業的能源管理職能提供一個信息化平臺，其功能和作用主要體現在以下3個方面：①以企業能源監控系統為基礎支撐，建立以企業成本控制為核心的數據分析和處理模型，以監控層采集到的各類用能數據為源數據，構建起企業能耗評估指標體系，為企業的生產運行和管理決策提供準確的能源數據支持；②以信息化的技術、手段和方法構建完善的企業能源管理職能體系，提高企業能源管理的效率；③以信息化的技術手段對企業能源系統的相關資產、設備進行管理與維護，提高企業資產管理水平。

        基礎能源管理系統主要由計劃實績分析、分析支持、運行支持以及能源質量管理等功能模塊組成。

        計劃實績分析模塊的主要功能是分析管理企業能源管理系統中的能源實際消耗以及能源計劃，分析過程為：通過自動及人工的方式收集企業生產計劃信息、生產實績信息以及能源實績信息；分析、計算企業能源實績信息數據，包括能源成本、綜合能耗、過程消耗等；以企業能源歷史信息數據以及能源實績分析計算結果為依據，結合企業生產計劃、生產實績信息，制定企業能源供需計劃及考核計劃等。

        分析支持模塊主要是指對企業用能系統能源消耗的預測與分析，內容包括企業能源供需計劃分析及實績分析、企業綜合能耗和工序能耗的分析以及技術經濟指標的分析等。分析過程為：①以企業生產系統各工序的歷史能耗數據為依據，通過工序能耗預測算法進行數據分析處理，得到企業工序能耗預測結果；②以企業生產系統綜合能耗歷史數據為依據，通過綜合能耗預測算法進行數據計算、分析及處理，得到企業綜合能耗預測結果；③通過實時數據采集分析，得到企業的能耗實績信息，并將之與企業的工序能耗、綜合能耗預測信息進行對比分析；④輸出并記錄各類數據分析結果。

        運行支持模塊是指通過信息化的手段與方法，對企業能源系統的運行管理提供支持。運行支持的核心是實現企業能源系統運行管理的標準化、流程化及信息化，即通過計算機技術、信息技術將企業能源系統的運行管理要素標準化、流程化，提高企業能源系統的運行管理效率。運行支持模塊的主要內容包括運行調度日志管理、能源系統運行單據管理等。

        能源質量管理是基礎能源管理系統的重要管理模塊，主要是對企業生產所需要的各類能源如電能、水資源、天然氣、煤焦油等的供應質量進行管理，確保能源質量能夠滿足企業生產及工藝要求。能源質量數據對企業生產質量具有至關重要的作用，是企業產品穩定性的關鍵性指標，且是企業能源成本管理的重要基礎數據，根據企業各類能源質量的變化規律、趨勢，企業能源管理部門、成本管理部門能夠更為科學地制定能源采購策略，最大限度地以低成本獲得高質量的能源。企業能源質量管理的主要內容包括：①確定企業能源質量監測的介質類型；②確定企業能源質量監測內容；③根據能源介質類型確定企業能源質量監測指標；④收集能源質量監測數據并與預先設定的質量標準值進行對比分析；⑤統計能源質量的對比分析結果。

3.3能源平衡調度系統

        能源平衡調度系統是以能源系統的安全穩定運行為前提，以能源系統歷史數據和實時數據為基礎，通過建立能源系統綜合平衡模型，對企業能源系統的能源供給、消耗進行分析，并根據分析結果生成能源平衡調度方案，作為企業能源調度管理人員的參考依據。能源平衡調度系統的主要運作流程為：①確定企業能源系統的用能類型以及主要管網；②建立能耗預測模型及能源系統綜合平衡分析模型；③確定能源系統調度的優化目標，根據系統綜合平衡分析結果生成系統平衡調度方案。

4.企業能源管理信息化系統與其他信息系統之間的關系

        能源管理信息化系統是企業自動化以及信息化系統建設的重要組成部分，是企業實現管理信息化、智能化的重要基礎。企業能源管理信息化系統與企業其他信息化系統之間具有密切的聯系，如能源管理信息化系統對接公司信息化系統（ERP、MES），后者可為前者提供能源統計信息、質量信息、生產及檢修計劃等，是實現能耗分析、預測的重要數據源；而能源管理信息化系統則向ERP、MES系統提供詳細的能源分析數據，是進行成本分析和管理的重要依據。與PCS系統對接，則可以自動獲取企業主工藝單元的在線生產信息。能源管理信息化系統與ERP、MES和主工藝控制系統（PCS）的關系如圖2所示。

圖2 企業能源管理信息化系統與其他信息系統關系圖

5安科瑞企業能源管理平臺

5.1 平臺概述

        安科瑞企業能源管理平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

5.2應用場所

        鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業、木材、化學原料以及機電設備、電器產品、工器具制造等。

5.3平臺結構

圖3 平臺結構

5.4平臺主要功能

5.4.1首頁

        首頁通過展示企業各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區域能源消耗對比,并三維展示企業重要工藝或設備的能源消耗動態，可直觀了解企業當前用能。

5.4.2運行監控

        能源管理系統的動態顯示對企業使用的各種能源（電、水、蒸汽）進行實時監控，并提供從概貌到具體的動態圖形顯示，并提供區域數據監控，在工廠平面圖或者某個車間的平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據。系統提供對能源管理系統運行狀態的實時監視功能，實現對能源系統運行過程中關鍵的用能狀態參數的變化趨勢、耗能設備的運行狀態以及系統運行報警事件進行實時監視，確保整個能源供給、轉換和消耗過程的安全、可靠和穩定。系統提供圖形化工具，不僅可以組態出數字化的監控界面，還具有實時趨勢顯示。

        （1）變配電系統的電氣主接線圖展示，實現對全電量參數以及開關斷路器狀態的實時監視，如電壓、電流、頻率、功率、功率因數、三相不平衡度、諧波等參數。

        （2） 水、燃氣、壓縮空氣等系統各分支管道分布示意圖以及流量、壓力、溫度等參數狀態的實時監視；

        （3）用能設備系統（如壓機等)的運行狀態以及用能參數的實時監視；

        （4）過壓、過流、欠壓等保護信號報警、系統通信中斷、電量、非電量參數越限、能耗超標預警等實時事件報警監視。

        （5）工藝流程圖展示關注工藝各設備運行參量以及能耗情況

5.4.3變壓器監控

        展示各變壓器負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比，測算變壓器損耗，找出變壓器經濟運行區間。根據變壓器經濟運行區間，調整負載，從而降低變壓器損耗，節約電量。

5.4.4用能統計

        系統支持為企業不同的計量監測對象，提供快速查詢顯示日、周、月、季、年的企業用能情況同比環比、產品單耗、產品折標對比、能耗排名等。數據通過棒圖，餅圖，直方圖等形式，實現對系統中耗電量、耗水量、耗氣量等能耗數據的統計分析。大到整個企業，小到單個設備或車間，通過對這些區域的計量節點能耗數據查詢分析，實現整個企業能耗數據的統計分析，滿足用戶實現對任意時段內區域、車間、工藝和設備類型等的能耗數據查詢要求。通過對比不同區域等的能耗數據情況，了解不同對象區域等的能耗規律，自動對這些對象進行能耗排名，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

5.4.5分項用能

        系統提供對企業分項用能的分項統計。根據分項，用柱狀圖以及餅圖，展示各分項用能情況，直觀，清晰。通過用能趨勢，及時掌握企業分項用能趨勢情況。對于分項用能異常，能即時發現，調整策略，改善用能，節約能源。

5.4.6產品/產值單耗

        系統可以與企業MES系統對接，導入產品產量。對不能導入的數據提供人工錄入功能。通過系統采集的能耗數據，結合產品產量，計算產品單耗，生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

5.4.7用能成本分析

        系統支持為企業整體以及車間等各個需要單獨進行能耗考核的對象提供各種能源消耗的總費用成本的統計對比功能。可提供電、水、氣等各種能源類型在統計周期中的消耗量以及對應的費用數據，并且可以將各種能源的費用進行百分比占比統計和對比，以了解整個企業能源費用成本的詳細分布情況。同時支持對單位成本費用進行分析。用戶可選擇多個考核區域進行耗能成本的對比分析，為用戶建立的績效獎懲機制和日常管理提供真實、可靠的數據依據。

5.4.8用能成本分析

        系統支持為企業以及需要單獨考核計量的區域提供能源成本預算管理功能，允許用戶錄入能源成本的詳細預算計劃，通過對比能源實際費用和預算費用進行預算執行管理，可以直觀的了解到每月或者每年能源成本是否超出預算，方便用戶及時的進行預算的調整和干預。此外，系統還支持按照的預測算法進行能源成本的成本預測，根據歷史的預算執行情況和實際耗能的數據預測后續的幾個月的能源成本費用，幫助用戶進行的成本計劃管理。

5.4.9績效分析

        對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力。

5.4.10能耗預測

        通過對企業車間、生產工藝、生產設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進行修正，對未來企業能耗趨勢進行分析，為節能提供的決策依據。

5.4.11運行監測

        系統的設備運行監測功能專門針對耗能設備提供的管理，主要包括設備運行狀態及關鍵參數監視、設備臺賬管理、設備能耗統計分析以及設備維護管理。通過對設備工作狀態參數以及工況參數的實時采集和監視可及時判斷設備的運行工況是否正常；設備能耗統計分析可提供針對設備對象的實時耗能量以及歷史耗能趨勢的分析和對比；設備臺賬管理以及維護管理可建立的設備基本信息檔案，可快速實現對于設備各種特性參數的查詢和統計分類，對設備及其主要零配件的檢修、更換歷史記錄進行信息化管理，并可提供設備計劃檢修到期提醒以及逾期檢修告警等功能，便于為每一個重要設備建立經濟運行檔案，確保設備的安全、穩定、經濟運行。

5.4.12能源平衡及損耗分析

        能源平衡及損耗統計分析主要為企業的電、水、氣等能源在轉換、運輸、使用過程中的各個環節提供能量平衡分析，及時的發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。通過分別統計重要用能環節的能源供給量和能源消耗量并計算兩者之間的差值損耗量，來評估個各環節的用能損耗程度。比如對用水系統的干管計量和各個車間支管的計量消耗量之和進行損耗分析，有利于及時發現是否存在水管漏水或者違規用水的情況；對用電系統的低壓進線計量和各饋線回路的計量消耗量之和進行損耗分析，來評估判斷是否存在違規用電、竊電等異常用電現場，幫助用戶發現并糾正能源使用過程中的能源浪費問題，降低能源綜合運行成本。

5.4.13節能分析

        節能分析主要是為企業在實施節能措施后，具體節能效果的分析，通過錄入節能措施，對比分析實施節能措施前與實施節能措施后的用能情況，以此來評判節能措施的實施效果，為企業節能提供幫助，提高經濟效益。

5.4.14分析報告

        系統提供的用戶分析報告主要是為企業的中、高層管理人員提供有關企業的能耗數據統計結果匯總和分析結論展示，注重整體能耗狀況和變化趨勢的說明。一般包括企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況，用能趨勢排名，能耗排名，綜合能耗排名等。通過豐富多樣的圖形化組件組態成為一份用戶分析報告，讓用戶了解系統的運行情況，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

5.4.15事件記錄

        事件報警分析主要是為系統的異常運行狀態或故障原因診斷分析提供依據和分析手段。系統運行過程中所產生的各種報警時間均會被自動記錄和存儲，通過對事件的發生時間、范圍對象、事件的類型、事件的等級以及事件描述關鍵字搜索查詢，即可快速的實現對目標事件的查詢和分類。

5.4.16自定義報表

        用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生成各種報表，從各種能耗數據及費用比較，到電力峰谷平報表；從碳排放報告到系統能耗評估，從能耗指標到能耗預算等等，使用者無需繁瑣的編輯，只需要簡單操作就能生成精美的報表。

5.4.17移動端支持

        APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、效率分析、同環比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。

5.4.18運行環境

        (1)瀏覽器運行設備

        (2)臺式電腦，手機、平板等移動端設備

        (3)瀏覽器運行環境

        (4)支持、火狐、搜狗、360等主流瀏覽器訪問

        (5)客戶端運行設備

        (6)安卓系統移動設備（android 5.0以上），蘋果ios系統

5.5推薦現場設備選型（根據實際需求選配）

【參考文獻】

[1]李碩.企業能源管理現狀及問題分析[J].中國氯堿,2020(10):37-38.

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版