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   摘要：能源監(jiān)控管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，以管控一體化為主體，力求實(shí)現(xiàn)能源計(jì)劃管制、集中管控和精細(xì)化管理的目標(biāo)。在簡介了能源監(jiān)控管理的需求與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、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(chǔ)數(shù)據(jù)采集、能源監(jiān)控的節(jié)能目標(biāo)、節(jié)能方法等。最后給出了節(jié)能應(yīng)用實(shí)例。

   關(guān)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(yīng)用實(shí)例

   1 引言

   能源作為一種必需的消費(fèi)品，被普遍視為是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。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(guān)心的問題。

   但是，人類在享受能源帶來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步等利益的同時(shí)，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(jì)，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(guān)標(biāo)準(zhǔn)
2011年7月15日國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的關(guān)于能源監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)ISO 50001，為公共和私立組織的能源管理建立一個(gè)框架，以協(xié)助企業(yè)進(jìn)行能源管理，提高能源使用效率，減少成本支出和改進(jìn)能源效益的管理策略。表1示出了有關(guān)國際組織和國家在2000～2011 年期間頒布的主要能源監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。

   表1 2000～2011年期間頒布的主要能源監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)
  
                  

   參照這一標(biāo)準(zhǔn)，由于工業(yè)生產(chǎn)過程中能源利用效率的提升使財(cái)務(wù)支出大幅度削減到2020年底能源價(jià)格預(yù)計(jì)漲價(jià)20%。貝加萊工業(yè)自動(dòng)化的能源監(jiān)控管理解決方案EnMon就是在適應(yīng)能源監(jiān)控管理需求的基礎(chǔ)上推出的，設(shè)計(jì)開發(fā)的能效理念和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)全部符合ISO 50001標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(jìn)行對外采購并付出相應(yīng)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?dú)狻⒗鋬鏊⒗鋮s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(shí)，能源在各個(gè)社會領(lǐng)域里的消耗是不均勻的。圖1是美國能源部門統(tǒng)計(jì)的各個(gè)社會領(lǐng)域能源消耗所占的比重。從中可以看出，工業(yè)能耗消費(fèi)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(gè)層次，如圖2所示。
能源測量是所有層次的基礎(chǔ)。該層次往往跟節(jié)能的對象和節(jié)能的目標(biāo)有重大關(guān)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(chǔ)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?fàn)t煤氣(COG)、轉(zhuǎn)爐煤氣(LDG)、壓縮空氣(Air)、氬氣(Ar)、氧氣(O2)、氮?dú)?N2)、蒸汽(Steam)、天然氣(NG)等等； 電能：如380V 動(dòng)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(shè)備的運(yùn)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(diǎn)又進(jìn)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(diǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)測的需要，一般采集頻率較高，無需長時(shí)間保存歷史數(shù)據(jù)。例如蒸汽實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整能源供給質(zhì)量。一般情況下無需實(shí)時(shí)保存每一個(gè)數(shù)據(jù)。 

   能源供給整點(diǎn)數(shù)據(jù)是為滿足管理、計(jì)量用的資料，主要記錄整點(diǎn)時(shí)能源供給的狀態(tài)值或累加值。具有采集頻率低，時(shí)間精度要求高的特點(diǎn)，一般形成報(bào)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(shí)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(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)決策、企業(yè)財(cái)務(wù)核算所關(guān)心的重要數(shù)據(jù)資料，應(yīng)存檔成歷史數(shù)據(jù)。

   能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集為上層能耗分析和能耗控制提供了基礎(chǔ)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(jìn)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(shí)，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(jìn)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(jìn)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(shí)無法安裝監(jiān)測儀表或需要人工估算或者計(jì)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(yīng)用（如圖4所示）。

   3.2 能源監(jiān)控的節(jié)能目標(biāo)

   貝加萊EnMon的節(jié)能商業(yè)目標(biāo)主要用于以下幾個(gè)方面： 

   在對能源進(jìn)行管理的基礎(chǔ)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(dòng)能源用戶的能源成本問責(zé)制(基于消耗量的成本核算)； 

   識別能源成本低廉的工程，同時(shí)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(shè)備停機(jī)時(shí)間； 

   通過對能源的計(jì)劃和預(yù)期的把握，避免非計(jì)劃停機(jī)； 

   使用能源消耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，決策電力配額申請； 

   為能耗設(shè)備、過程、部門、工廠或者企業(yè)提供能源消耗的報(bào)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(dá)到上述節(jié)能目標(biāo)，貝加萊EnMon從節(jié)能原理上對系統(tǒng)的效能進(jìn)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(jìn)行干預(yù)或優(yōu)化，通過改變工序，縮短能源使用時(shí)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(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

   （2）設(shè)備節(jié)能

   主要是通過更換能耗設(shè)備，用節(jié)能的設(shè)備替代傳統(tǒng)的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，比如用變頻器替代傳統(tǒng)調(diào)速裝置，用新設(shè)備來替代老損的舊設(shè)備實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

   （3）管理節(jié)能

   通過加強(qiáng)對能源使用者以及使用規(guī)則的管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。比如將公共場所空調(diào)的溫度設(shè)定在26℃，辦公室無工作人員時(shí)關(guān)燈，盡量錯(cuò)峰用電等，節(jié)約能耗成本。

   貝加萊EnMon重點(diǎn)著眼于設(shè)備節(jié)能和管理節(jié)能，通過提供能源管理的經(jīng)驗(yàn)給客戶提供能源成本縮減的實(shí)惠。

       4 貝加萊APROL EnMon的節(jié)能應(yīng)用實(shí)例  

  
                   
                               圖5 歐洲電能使用的分時(shí)成本

   圖5示出了歐洲電能使用的分時(shí)成本圖。電能的價(jià)格在高峰時(shí)間、中等峰值時(shí)間以及低谷時(shí)間的價(jià)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(shí)時(shí)段電力供應(yīng)成本的準(zhǔn)確把握，可以在時(shí)間上優(yōu)化能源使用配額。如上午7點(diǎn)是波谷時(shí)間，假如正常上班時(shí)間是8點(diǎn)，對于大樓辦公區(qū)域空調(diào)的控制可以在7點(diǎn)之前半個(gè)小時(shí)開始滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，將工作區(qū)域的室溫調(diào)節(jié)到目標(biāo)工作狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入7點(diǎn)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(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)企業(yè)的重點(diǎn)能耗設(shè)備，對其運(yùn)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(yù)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(fèi)。與此同時(shí)，能源系統(tǒng)將工廠的所有能耗設(shè)備設(shè)定能源使用優(yōu)先等級， 將能耗設(shè)備分為：可隨時(shí)關(guān)停、緊急情況下可關(guān)停、不允許關(guān)停三個(gè)等級，當(dāng)能源負(fù)載超出載荷時(shí)，系統(tǒng)預(yù)警激活，負(fù)荷報(bào)警在系統(tǒng)中警示和記錄，能源負(fù)載變化超出容忍范圍，系統(tǒng)將進(jìn)入負(fù)荷優(yōu)化狀態(tài)，關(guān)停低等級能耗設(shè)備。如果能源負(fù)荷供應(yīng)進(jìn)一步降低，緊急情況下可關(guān)停低等級設(shè)備以確保維持生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行，當(dāng)能源負(fù)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(dòng)給生產(chǎn)造成的損失降到最小值，減少了停機(jī)時(shí)間。 

   貝加萊EnMon對一個(gè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，各個(gè)分廠供電/供熱/供氣/ 供水用量數(shù)據(jù)采集，其它相關(guān)獨(dú)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(jìn)行監(jiān)控，而最終的目標(biāo)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(jìn)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(jìn)措施，提高能源利用率。整個(gè)過程符合PDCA連續(xù)改進(jìn)模型框架。
 
                  
                              圖7 能源消費(fèi)報(bào)告   

   系統(tǒng)關(guān)注各個(gè)工藝段產(chǎn)品產(chǎn)量采集，計(jì)算產(chǎn)品能耗效益比， 能耗效益超標(biāo)的工序需要重點(diǎn)整治。對各種能源廠的供給數(shù)據(jù)和各個(gè)獨(dú)立核算單位的供給數(shù)據(jù)采集或記錄，形成能源消費(fèi)報(bào)告（如圖7所示）。 

   5 總結(jié)

  作為一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，能源監(jiān)控管理系統(tǒng)不僅僅是要建設(shè)一個(gè)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(rèn)識，提高能源管理人員的管理和技術(shù)素質(zhì)，對傳統(tǒng)的能源管理流程進(jìn)行優(yōu)化和再造， 對現(xiàn)場的設(shè)備和裝備進(jìn)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(lǐng)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(yàn)。

  參考文獻(xiàn)： 

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[5] 貝加萊工業(yè)自動(dòng)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(xué)自動(dòng)化系，雙學(xué)士。2010年加入貝加萊工業(yè)自動(dòng)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(yùn)輸以及能源管理等專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第十期