時間:2023-03-13 11:15:20
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該能源管理系統包括1個管理中心即集團公司總部能源管理中心大廳及5個分公司分別設立能源管理分中心。主中心與分中心通過工業環網網絡連接,構建成千兆數據傳輸的局域網絡。按等級授權網絡用戶權限,不同用戶通過WEB訪問EMS系統數據。整個工業園區的能源流程實時信息、生產工藝流程實時信息和安全環保視頻監控畫面都可以在主中心(能源管理中心大廳)大屏幕系統上自由切換,便于實時監控和管理。集團總調度可通過能源管理系統平臺對下屬5個分公司的生產、能源、物流、環保、重大危險源等情況進行集中監控、集中管理和綜合平衡調度。EMS主要包括能源管理子系統、生產調度子系統和EMS綜合監控子系統。
1.1能源管理子系統
建立健全能源管理組織機構和能源管理各項制度,制定集團及各分公司的能源管理方針和節能目標,為能源管理活動提供行為準則和目標。將水、電、煤、蒸汽能源作為集團公司級的資源,集中進行監控管理和平衡調度,實現集團各分公司能源數據的統一采集、統一管理和使用,一站式的管理和按授權級別的分散使用,實現能源的工序成本核算,將采集的能源數據進行歸納、分析和整理,建立客觀的以數據為依據的能源消耗評價體系。其主要功能模塊包括能源管理組織機構和制度建設、能源預測、能源計劃和平衡及實績管理、能源數據統計分析、能源對標管理和節能改造、能源計量系統。
1.1.1能源管理組織機構和制度建設在集團總部成立以董事長為組長,總經理、生產副總為副組長的能源管理小組,對能源管理工作進行統籌規劃和決策。在集團生產辦設立能源管理辦公室,負責集團能源管理各項工作的具體實施,并對能源管控大廳進行管理和調度。各分公司成立以生產副總為首的能源管理辦公室,成員由各車間主任組成,落實集團能源管理決策和方針,負責本公司的能源管理日常工作。結合國家相關法律法規和產業政策,建立、健全集團和各分公司的各項能源管理制度,制定能源管理的方針和目標,通過自上而下的能源機構建設和制度建設,對各分公司的能源管理工作實績進行評價和績效考核,從而保障集團能源管理工作的順利實施和持續改進。
1.1.2能源預測通過對EMS數據庫各產品耗能歷史數據的匯總、分析和整理,結合未來某一期間(月、季度、年)的生產計劃,建立各分公司能源消耗預測與優化調度模型,對水、電、煤、蒸汽等主要能源的生產和消耗進行預測,得到能源優化調度的建議和方案,實現能源的“事前靜態管理”,提高能源的利用效率。
1.1.3能源計劃和平衡及實績管理按照各分公司月度生產計劃及能源預測優化方案編制能源供需計劃,指導各分公司按照供需計劃組織生產,向各生產工序提供所需要的能源量,并實時跟蹤能源計劃執行情況和現場運行狀況,在線動態調整能源供需;建立各分公司的水、電、蒸汽的能源平衡網絡圖并設置平衡記錄點,結合月度各能源統計數據,依據能源平衡表對各能源的實際發生量、使用量、損耗量進行計算,使能源介質的供入量=有效能量+損失量保持平衡,取得能源生產運行的實績數據,用于反映各種能源數據生產、分配和使用情況。
1.1.4能源數據統計分析利用統計分析技術、對平衡后的當期和歷史能源數據進行分析,及時獲取能源消耗定額和能源計劃的執行情況、能源成本的變化情況,得到集團及各分公司產品能耗的單耗量和累計量的月度報表,水、電、煤、蒸汽等能源的月消耗量、折標量和綜合能耗量,重要產品的能耗同比和環比數據以及相應報表的餅狀圖、柱狀圖、折線圖等。通過各種圖表(例)可以直觀地掌握集團各期能源消耗的對比情況,查找能源消耗水平。依據各產品詳細的能源對標值,不僅可以用于指導集團公司的能源對標管理工作,真正做到能源的合理利用,實現節能減排目標,而且可以按照集團公司能源管理制度對能耗超額和節能單位、個人進行獎懲,通過適度的考核機制,督促各分公司節能減排工作的持續改善。
1.1.5能源對標管理和節能改造通過對產品綜合能耗分析,確定需要通過能效對標活動提高的產品能耗值或工序能耗值,并與國際國內同行業先進企業能效指標進行對比分析,找到差距,分析原因制定對標改進方案,實施淘汰落后產能項目和實施節能項目進度計劃,分階段對能源對標活動的效果進行評估,及時調整對標標值,并制定下一階段的能源對標活動計劃,進行更高層次的能源對標活動,不斷提高企業的節能降耗水平和能源利用效率。
1.1.6能源計量系統建立各分司的能源計量器具、主要用能設備、次要用能設備以及能源計量人員臺賬,建立能源計量儀表記錄數據庫和臨時能源錄入數據庫、設備運行檔案,保證設備有計劃檢修,監控大功率耗能設備及各系統運行,統計各系統開車率及大功率耗能設備運行時間,并落實考核,督促各公司提高開車率,在系統停車后,檢查有沒有無關設備空運轉,降低電力消耗。通過對全公司設備運行狀態的監控,實現主設備停機、輔助設備停運的節能效果。
1.2生產調度子系統
通過集團能源管理中心系統平臺實現集團生產總調度對各分公司生產實時控制,監控生產工藝參數,重要設備的運行狀態,原料、中間品、產成品的產量和質量情況,滿足生產總調度和分廠調度實時把握生產現場情況,實現生產和能源的協調管理。同時將生產現場重要裝備和重要場所的視頻畫面調入調度中心,實現生產事故的報警及應急指揮等功能。
1.2.1生產計劃模塊建立集團各分公司產品的年度生產計劃表,按月進行分解,通過查詢系統對生產計劃的完成情況進行計劃和實績的對比分析,作為對各分公司年度方針目標的落實情況的評價依據。
1.2.2生產調度模塊各分公司調度通過能源管理網絡系統將當班的生產情況上傳至能源管理中心系統平臺,集團調度根據調度日志可以及時了解和掌握各分公司的生產運行情況和產品產量信息,掌握各分公司的生產實際情況。通過調度指令系統將集團的生產決策和計劃任務傳達至各分公司;通過監控系統,實時監測重大危險源或裝置的溫度、壓力和存貯量等指標的運行情況,一旦超出設定的上、下限指標,自動觸發報警裝置,集團調度能夠快速調出應急預案,指導應急指揮,并通過短信系統將相關信息發送給對應的人員,實現生產事故的聯動救援和防護。
1.2.3生產統計報表模塊建立各分公司每種產品的生產日報表系統,自動生成月報表、年報表、經濟技術指標報表、產量報表、能耗報表,具備自動儲存匯總分析功能,便于系統內各用戶以數據為依據開展能源管理工作。
1.3EMS綜合監控子系統
以集團能源管理中心大廳為中心將各分公司的DCS系統和視頻監控系統的實時數據采集上傳到管理中心機房服務器,集團總調度通過大屏幕系統監控園區分廠生產運行和安全環保情況,實現集團對各分公司生產和安全進行集中監控、協調和報警的管理。
1.3.1生產工藝監控將各分公司的DCS系統連接至集團能管中心服務器,通過工藝流程圖、組態畫面、趨勢圖(多點、單點不同時間段對比)、實時工藝參數和生產數據監控等手段對各分公司的生產工藝運行情況進行集中監控和調度;建立各分公司重點工藝指標監控圖和重大耗能設備運行圖,通過設立上下限指標和實時報警措施,及時了解公司生產開停車率情況和重要設備的運行情況。
1.3.2能源和共用介質監控建立集團工業園區水、蒸汽、硫酸、氫氣、氨氣等能源和共用介質的管網圖,通過具有遠傳功能的流量計將實時數據上傳至能管中心,從而實現對園區內能源和共用介質流向的實時狀態監控,及時用量,并根據各種能源平衡規則和平衡模型進行實時平衡和能耗預測,確保整個能源管網的安全平穩運行和各用能用戶的能源供給。
1.3.3三維GIS監控平臺借助三維GIS技術,建立集團循環經濟園區的立體監控平臺。通過對園區的企業建筑、車間廠房、道路、生產設備、企業管網、監控設備進行三維建模,以坐標匹配的方式導入三維地理信息系統平臺,建立園區三維GIS系統數據庫,用虛擬現實的方式全方位展現園區全景框圖。用戶通過點擊三維圖上的目標建筑、目標設備和目標管網可以即時查詢建筑、設備和管網的基礎信息,并能實時了解設備的運行狀態和管網運輸介質的流量、分配情況。系統連接生產工藝運行系統和視頻監控系統,點擊三維圖上工藝、視頻監控圖標,可以直接查看實時工藝運行和視頻監控區域的畫面,從而提升集團對整個園區的管理和監控效率。
1.3.4安全環保監控通過三維GIS系統對集團工業園區各分公司的廠房、車間、管道、倉庫、重大危險源設備等設施進行全景監控,實時監控重大危險源(液氨、甲醇儲罐,氫氣、液氯和鹽酸儲罐,硫酸和液氨儲罐)等存儲量及裝置運行情況。通過對參數的設置可以實現分級報警,以便啟動應急救援指揮系統。在115m造粒塔頂部安裝4部高清高變焦360度旋轉攝像裝置,實現對園區方圓6000m內實時監控,能管中心對其直接控制并儲存相關數據具備視頻回放功能,對園區內的重大危險裝置和設施、排污點(污水、煙氣等)進行實時監控、實時報警和提示。一旦出現重大危險信號要自動觸發應急預案,根據安全預案開啟相關救援活動。
1.3.5電力監控建立各分公司電力運行組態圖,將各公司高壓供配電監控系統以及6kV以上大型用能設備的運行工況、開關位置狀態、保護信息、實時運行數據等信息采集上傳到管理中心進行監控管理,以便于集團及時了解各分公司的電力用能情況。
2EMS系統網絡設計要求
2.1EMS系統設計原則及要求
能源管理中心系統應采用集先進的RTU技術、現場總線技術、網絡通訊技術、數據庫技術、SCADA/HMI技術及客戶/服務器技術等于一體的機電集成管控系統,對生產工況數據進行統計和管理,并應留有足夠余量。該系統具有可擴展性,即系統隨工藝不斷擴展的特點,可以實現在線擴展和系統擴展;系統還具有實用性和可靠性,根據能源系統的工藝特點,確保系統具有較長的運行周期;對安裝的服務器、終端設備、網絡設備、控制設備等兼容穩定性要好,開放性要好,且必須能適應惡劣工作環境。該系統要部署安全隔離措施,在EMS數據網絡和辦公網絡間要設置硬件防火墻進行物理隔離,EMS系統網絡禁止與互聯網絡連接,確保系統各層次(系統、網絡、應用及與工藝配套)的安全,必要時應設立有效的防病毒防黑客技術措施。整體系統網絡設備和綜合布線系統滿足技術要求,應具備便利的技術和備件支持服務,相關技術指標必須滿足國家相關標準要求。
2.2EMS系統網絡總體架構
本系統采用C/S(工程組態時和簡單訪問時用到)和B/S(一般客戶訪問時用到)相結合的架構。網絡整體架構如圖1所示。在能管中心大廳機房配置WEB服務器、實時數據庫服務器、關系數據庫服務器、應用服務器、磁盤存儲器等設備。能管中心設立集團調度負責EMS系統的正常運行、維護和管理;各客戶端和各個用戶通過內部局域網,采用WEB方式進行訪問能源管理系統。在能源管理中心大廳建立大屏幕系統,能源管理系統信息和視頻監控畫面可以直接上傳到大屏幕系統,便于調度管理和控制。
3結語
能源智能管理系統基礎結構應包括:網絡系統、大屏幕顯示系統、GPS系統、中央服務器、采集子站所組成。系統采用工業以太網和中央標準以太網的兩層結構,主干網絡速度要達到100M以上。中央以太網用于連接數據采集(I/O)服務器、應用服務器、數據庫服務器、報警趨勢服務器、GPS服務器、數據備份服務器及磁盤陣列、工程師站(現場也可配備移動工程師站)及系統操作站。以上設備都通過UTP電纜直接掛在中央以太網上。中央網絡的結構如圖1。以下為主要設備的功能描述:①數據采集子站。根據現場情況,搭建現場數據采集子站和遠程I/O站。數據采集子站分別連接在不同的交換機上,交換機通過與現場PLC設備接口通訊,進行數據采集。數據采集子站主要用于數據采集、基本計算、邏輯連鎖、控制等功能。此站選用工業交換機,系統配置應保證到各個端口具有不小于100Mbps的線速。②數據采集(I/O)服務器。數據采集服務器與現場以太網連接,采集數據后與其他單元進行通訊,完成趨勢、報警、數據短時歸檔和向數據庫站傳送數據等功能,并保存有操作記錄和信息記錄。服務器一備一用,建議配置為4核CPU,4G內存,250G硬盤,雙電源,支持熱插拔,帶有PCI和PCI-X擴展槽。③應用服務器。在應用服務器上安裝運行管理類的應用軟件,軟件要具備能源管理、數據查詢、能源預測、報表查詢和打印等功能,以及與ERP的數據交換。可以設置一臺服務器作為網頁服務器(WebServer)用,在相關崗位的終端上可以很方便地通過網頁方式瀏覽過程畫面和過程曲線,并可進行數據查詢、報表查詢、報表打印。服務器的硬盤、電源要有熱插拔功能,建議選擇四串口卡(RS422/RS485,RJ45式連接口)。④實時歷史數據庫服務器。在數據庫服務器上安裝有Windows操作系統、IH或者EDNA實時歷史數據庫,采用實時歷史數據庫用以存儲長時歸檔數據。該服務器具有數據的長時歸檔、數據壓縮、數據備份、冗余功能等。歸檔數據是先由數據采集服務器內部數據初步運算和整理后,再送到數據庫服務器。⑤操作站(HMI)。操作站可以設置在能源管控中心的調度室,通過操作界面,對有關的能源數據和設備進行監控。這些操作站用于完成畫面監視、設備狀態顯示、信息數據顯示、參數設定、實時曲線、語音報警等功能,也可以在操作站上執行數據查詢、報表查詢、報表打印等工作。操作站可選用兼容性好的商用PC機。⑥時間同步系統。為確保全系統的時間一致性并保持精度,在系統中設置GPS接收裝置。GPS服務器接收GPS時間同步信號,定時校正各計算機及PLC的時鐘,使系統內各設備的時鐘精度達到ms級分辨率,同時在供配電系統及自動化系統中設置獨立的GPS裝置,確保高壓系統事件的分辨率。⑦WEB服務器及備份服務器系統。WEB服務器是用于B/S框架的服務器。備份服務器系統能確保能源中心EMS系統安全、可靠,實時完成系統的數據保護工作。⑧遠程控制設備及能源量計量設備。遠程控制設備包括:電動調節閥、氣動調節閥、監控攝像儀、電氣綜合保護裝置。能源量計量設備包括:電磁流量計、超聲波流量計、巴類流量計、壓力變送器、差壓變送器、熱電阻、熱電偶、電能表、電壓互感器、電流互感器等。
上述設備組成能源管理系統的核心,由數據采集子站從現場控制系統中采集所使用的數據點(不同系統采用相匹配的接口方式),在數據采集子站內形成數據庫類型,各個采集子站相互連接建立環形網絡,使數據在環網內實現共享數據,采集服務器再從環網內采集數據庫中的數據進行處理,并上傳到監控管理電腦。通過應用服務器、數據采集服務器、數據庫服務器等來實現操作電腦的各項功能,操作人員使用監控管理電腦可以及時地掌握全廠能源量情況,通過提高能源管理效率來實現企業的能源管理。
2結論
體系管理部門與能源管理部門相融合,使現有節能管理網絡和體系管理網絡從組織機構上統一。公司在運行部設置節能技術監督崗位,能源管理體系也由運行部牽頭歸口管理。DL/T1052-2007《節能技術監督導則》規定,節能技術監督應全面覆蓋火電企業的規劃設計與基建、生產運行、能源計量多方面。能源管理體系是將監督覆蓋的各方面分解到能源消耗的各個環節,體系要求影響能源效率的能耗環節和管理體系結合,使現有節能技術監督工作融入體系管理并得到延伸。
2火電企業能源管理體系建設的重點
2.1能源評審能源評審是指基于數據和其他信息,確定組織的能源績效水平和識別改進機會的工作。能源評審內容和步驟包括以下3點。(1)能源使用和消耗的測量數據分析,包括:生產指標統計結果、主要耗能設備及系統的能源消耗、運行及試驗參數監控結果等。(2)基于能源使用和能源消耗的分析,識別主要能源使用區域情況,以及對能源使用和能源消耗有重要影響的設施、設備、系統、過程和人員,并確定其現狀。評估未來能源使用和消耗以及需求變化。(3)識別改進能源績效的機會,并進行排序,包括但不限于:采用、推廣行業最佳節能實踐經驗;通過技術改造,淘汰落后工藝、設備,提高發供電設備能源使用效率;充分利用余熱、余壓,提高能源利用效率;加強與本企業能源流有關的部門協調、配合,提高能源績效水平。通過能源評審確定優先控制能源因素時,考慮消耗能源最多的因素、決定能源使用或要求的因素、最具節能潛力的能源因素[1]。公司通過2013年度能源評審,明確優先控制能源因素,進而明確能源管理的重點部門(見表1)。表中補充控制措施可以是以下一項或幾項組合:a.制定能源目標、指標及管理方案;b.制定運行控制程序或作業指導書;c.制定崗位責任、人員能力要求、培訓要求及能力評價準則;d.制定應急預案;e.制定現場監督檢查制度;f.技術改造(技術方案)。在識別后重點結合能源因素控制情況針對性地制定管理方案,形成年度節能計劃,實現能源因素的閉環控制。電力企業能源消耗主要種類:煤炭、電力、淡水。按能源消耗種類分析電力生產過程中影響能耗的因素。能源管理體系運行的主線是能源控制(運行過程控制),而前提是能源評審。在進行能源評審過程中,各部門均參與了本部門的能源評審,這項工作在各部門的開展中取得了良好效果。部門員工通過應用科學合理的標準化方法,識別出本部門的能源因素,并對這些因素進行分析,確定其是否為可控能源因素,并在此基礎上評價出能源因素控制的優先級別。生產中嚴格按照對應級別進行控制,并將可行的控制方法納入到操作規程中實現標準化,真正使節能工作深入到生產過程中,將節約能源變為每個員工的具體行動。
2.2法律法規收集和評價公司在能源管理體系建設過程中,多方面收集能源管理和節能管理相關的國家、地方節能法律法規、政府文件、行業標準、上級主管部門文件等。依據法律法規及其他要求,進一步規范公司節能管理和能源管理方式。優化生產工藝、挖掘生產過程中節能潛力的同時,通過增加環保投入、淘汰落后工藝、采用循環利用等措施,加大減排工作力度,做到清潔發展、循環發展,謀求企業效益與社會效益的和諧統一。推進國家能源方面法律法規、政策、標準和其他要求的實施,對火電企業的節能減排、循環經濟提供指導,以促進火電企業提高能源利用率,降低能耗。體系要求在規定時間間隔內評審相關的法律法規和其他要求,公司規定每年進行法律法規收集和評審,收集和重新整理法律法規和其他要求,在保證有效性的前提下廣泛學習相關的法律法規和要求并切實執行。
2.3基準標桿和能源績效參數管理對能源實施體系化管理,先要建立與企業規模相適應的、先進的耗能標準,應考慮以下3點:(1)符合國家對能源管理的要求;(2)達到或超越本企業的歷史最佳水平;(3)以國內外同行業的先進水平為目標。這個標準同時具備兩個方面的特性:(1)標準的可持續改進性,即標準要隨著企業能源管理水平的提升而提高;(2)標準的動態適應性,即標準既要符合企業正常運營狀態下的要求,又要在企業產能發生波動,在高負荷和低負荷等非正常狀態下,適應環境和條件的變化并繼續保持標準的動態先進性[2]。火電企業節能管理的初衷是在保證外部需求的前提下不斷降低能源消耗。在實際評價能源消耗水平的過程中需要相應的參照值,即基準和標桿。中電聯每年收集國內部分火電機組能耗指標情況并進行比對。企業通過將自身能耗情況與其他發電廠指標進行對比分析,制定公司能耗基準和標桿,見表2、表3,明確公司努力的方向。公司采用上年度能耗水平作為基準,選取中電聯年度能效對標結果中公司同類型機組前20%能耗水平作為標桿值。在確定基準和標桿后,分解到部門有對應的能源績效參數,比如運行部作為能源消耗的重要操作部門,確定其能源績效考核項目,見表4。
2.4制定全面綜合的節能管理方案通過用能結構分析、用能系統各環節分析梳理節能措施,有效識別和評價出適合公司的各項節能技術和方法,形成年度節能計劃作為管理方案。梳理能源管理工作中的職責和接口,建立和完善相互聯系、相互制約和相互促進的能源管理組織結構,通過識別節能潛力以及節能管理工作中存在的問題,尋找節能管理中的短板,針對性地制定持續改進措施,從而實現制定的能源方針和能源目標,減少工作中的隨意性,提高節能工作整體效果和效率。公司在確定機組能效短板后分析得出優先控制能源因素是汽輪機熱耗,果斷制定了汽輪機通流改造的方案并實施,收到良好的預期效果。
2.5形成能源管理方案的閉環管理與傳統的節能管理模式不同的“能源管理采用PDCA系統管理模式,強調體系運作、全員性與、全過程控制的理念”,節能變成公司各個部門、各項工作共用環節,扭轉節能工作僅僅是單一部門責任、單獨一項工作的意識。落實運行控制,加強培訓,提高意識;通過監測機制發現問題并予以糾正。公司針對能源短缺、能源設施故障或設備狀況欠佳造成能源消耗上升等情況,制定整改和改善措施,降低能耗并定期對其開展評估;實施閉環管理對不適合的措施進行糾正,最終消除造成能源浪費的因素;對節能管理方案的實施情況進行閉環,對制定的節能技改進行跟蹤,做到“事前有可研,事后有評估”;改造后的經濟性評估作為管理方案的評價方法,通過評估總結節能技術改造的經濟效益和改造中遺留的問題,進一步制定措施,確保改造取得預期的效果。
2.6監督審核推動節能管理工作規范性能源管理應實時跟蹤、實時監視、評價。公司明確衡量公司能源效率管理的重要指標是供電煤耗、綜合廠用電率、發電水耗,對照基準、標桿以及上級考核要求定期開展評價和分析,做到指標閉環控制。管理方案的評價,將每項節能技術改造前的可行性研究和項目實施后評估引入能效評價。針對體系的運行情況,公司內部每年安排對體系內審和管理評審。根據國家規定每年組織4次專業機構外審,對公司能源管理體系開展評價,始終保持體系的正常運行。
3結論