韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:能源管理系統在鋼鐵行業(yè)中的應用是鋼鐵行業(yè)信息化、數據化、智能化發(fā)展的重要表現,也是鋼鐵行業(yè)實(shí)現智能制造與精細化管理的重要舉措。鑒于此,從能源管理系統在鋼鐵行業(yè)中的應用意義出發(fā),就能源管理系統應用現狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,并結合鋼鐵行業(yè)特征與智能創(chuàng )造目標,設計一種能源管理系統。通過(guò)系統架構與功能分析,確定該系統能夠與智能化配電系統、自動(dòng)化管理系統、資源計劃系統等互聯(lián)互通,實(shí)現對鋼鐵公司能源運營(yíng)狀況全面化、精細化、智能化管控,利于企業(yè)高質(zhì)量、可持續發(fā)展。

關(guān)鍵詞:智能化配電系統;能源管理;鋼鐵;智能化;信息化

0、引言

鋼鐵工業(yè)是我國工業(yè)體系中的重要組成部分，在促進(jìn)社會(huì )進(jìn)步、經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)繁榮等方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用?；诮┠赇撹F工業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵生產(chǎn)制造的自動(dòng)化水平、數字化水平、信息化水平不斷提高，在一定程度上導致鋼鐵能源供需匹配、鋼鐵制造工藝方法使用、鋼鐵生產(chǎn)流程銜接、鋼鐵各種流調度流通等發(fā)生巨大改變，能源資源智能化配置管控成為鋼鐵工業(yè)新時(shí)期建設與發(fā)展的客觀(guān)需求與必然趨勢。智能化配電系統及智能化能源管理系統能夠對多種能源介質(zhì)進(jìn)行精細化管控，能夠實(shí)現鋼鐵工業(yè)全流程各種流的等科學(xué)調度，切實(shí)提高企業(yè)管理水平，推動(dòng)企業(yè)高效、安全、環(huán)保、穩定、長(cháng)久發(fā)展。

1、鋼鐵行業(yè)中能源管理的應用意義分析

(1)智能化配電系統應用意義

基于近些年鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規模不斷擴大，導致鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)裝置增多，為滿(mǎn)足生產(chǎn)用電需求，供配電網(wǎng)內中低壓變配電所數量增多。加之在智能制造進(jìn)程的不斷推進(jìn)下，鋼鐵企業(yè)供配電網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化、信息化水平不斷提高，對供配電管理提出了更高要求，如何實(shí)現鋼鐵企業(yè)供配電系統管理有效性、安全性，促進(jìn)供配電系統管理智能化、集約化、透明化、精細化發(fā)展成為相關(guān)人員關(guān)注與思考的重要問(wèn)題。而智能化配電系統的有效設計與科學(xué)應用，能夠滿(mǎn)足鋼鐵企業(yè)供配電系統管理需求。鋼鐵企業(yè)通過(guò)使用智能化配電系統(圖1)可對電力參數、環(huán)境參數、運行參數等進(jìn)行全面監測，并根據監測結果預測負荷用能，指導企業(yè)節能減排；預警電氣設備或系統過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)溫等危險情況，降低這些危險行為發(fā)生與發(fā)展對企業(yè)安全生產(chǎn)的不利影響；監視設備運行故障與電能質(zhì)量問(wèn)題，以便運維人員及時(shí)發(fā)現和處理故障，防止事故擴散，從而將事故影響降至*低。鋼鐵企業(yè)通過(guò)使用智能化配電系統可實(shí)現對資產(chǎn)管理(如資產(chǎn)存檔快查、評估等)、運維管理(如流程規范、運維追蹤、案例存儲等)、能源管理(如能源使用監測、能耗統計、能耗評估等)的集成化、精細化管控。

(2)能源管理系統應用意義

能源短缺與環(huán)境污染是我國各領(lǐng)域建設與發(fā)展過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。鋼鐵行業(yè)不僅是能耗大戶(hù)，也是污染物排放大戶(hù)。從生產(chǎn)工藝角度來(lái)看，多數鋼鐵企業(yè)采用“燒結——煉鐵——煉鋼——軋制"工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)，涉及原料廠(chǎng)、燒結廠(chǎng)、焦化廠(chǎng)、煉鐵廠(chǎng)、煉鋼廠(chǎng)、軋制廠(chǎng)等諸多生產(chǎn)設施。據統計燒結工序能耗可達到48kgce/t左右，焦化工序能耗可達到103kgce/t左右，煉鐵工序能耗可達到386kgce/t左右，煉鋼工序能耗可達到54kgce/t左右、噸鋼電耗可達到456~462kWh/t，噸鋼新水消耗可達到2.45~2.56m3/t等，綜合能耗約為545~552kgce/t。從生產(chǎn)排放角度來(lái)看，鋼鐵行業(yè)碳排放量?jì)H次于電力行業(yè)，占全國碳總排放量的13%~15%，此外二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵、廢水等排放量也位居工業(yè)。因此，在新時(shí)期發(fā)展中，如何在保證生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低資源能源消耗，減少環(huán)境生態(tài)負荷，實(shí)現能源精細化管理成為企業(yè)以及相關(guān)人員關(guān)注與思考的重點(diǎn)問(wèn)題。能源管理系統作為鋼鐵企業(yè)信息化系統重要組成部分，其在資源能源數據采集、分析、整理、存儲、利用等方面的優(yōu)勢為鋼鐵企業(yè)能源管理智能化、精細化發(fā)展提供了支持。目前，鋼鐵企業(yè)應用的能源管理系統能夠對多種能源介質(zhì)(各種氣、各種水、采暖熱網(wǎng)、電力等)信息，如壓力、溫度、濃度、流量、運行狀態(tài)、開(kāi)閉信號等進(jìn)行監視管控，也能夠對污染物信息，如濃度、流量、排放總量、污染指數等進(jìn)行監視管控，從而為能源分配利用、設備維修養護、污染預防控制等提供指導。與此同時(shí)，能源管理系統能夠與其他信息化管理系統互聯(lián)互通，進(jìn)一步提高企業(yè)管理水平。促進(jìn)鋼鐵企業(yè)高效化、環(huán)?；?、節能化、專(zhuān)業(yè)化、科技化、創(chuàng )新化發(fā)展。

2、鋼鐵行業(yè)中能源管理系統應用現狀及存在的問(wèn)題分析

鋼鐵企業(yè)能源管理系統是一種集制造過(guò)程監控、能源資產(chǎn)管理、能源資產(chǎn)調度等功能為一體的管理系統，其有效應用對企業(yè)能源利用率提高、企業(yè)能源管理質(zhì)量提高存在積極影響，是新時(shí)期企業(yè)實(shí)現綠色化、信息化、創(chuàng )新化發(fā)展的重要手段?？v觀(guān)鋼鐵企業(yè)能源管理系統應用現狀，發(fā)現能源管控系統的應用仍存在諸多問(wèn)題，有待在后續研究發(fā)展中改進(jìn)、完善、優(yōu)化。例如，能源數據采集缺乏準確性、全面性；能源管理系統與其他系統之間融合有限，易產(chǎn)生信息孤島問(wèn)題；現場(chǎng)裝備集成度不夠高，設備監管的離散性較高；系統通訊存在一定滯后性，事后管理現象屢見(jiàn)不鮮等。

3、鋼鐵企業(yè)能源管理系統優(yōu)化設計分析

隨著(zhù)“互聯(lián)網(wǎng)+"理念以及“加快建設制造強國與網(wǎng)絡(luò )強國"任務(wù)的提出，鋼鐵企業(yè)應促進(jìn)鋼鐵制造管理與信息技術(shù)的深度融合，積極優(yōu)化能源管理系統，實(shí)現物質(zhì)流、信息流、能源流一體化智能調度與管控，從而有效解決傳統能源管理系統應用問(wèn)題，促進(jìn)能源管理系統應用作用*大化發(fā)揮，實(shí)現鋼鐵企業(yè)能源精細化管理，推動(dòng)鋼鐵企業(yè)綠色化、自動(dòng)化、創(chuàng )新化、智能化發(fā)展。

(1)智能化能源管理系統主要架構

根據鋼鐵企業(yè)特征結合“智能制造"對鋼鐵企業(yè)建設與管理的要求，鋼鐵企業(yè)應以系統安全運行、制造節能減排、全流程能源協(xié)同優(yōu)化控制為目標，以計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數據技術(shù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信

息通訊技術(shù)等為支撐，搭建智能化能源管理系統。根據智能化能源管理系統功能對其架構進(jìn)行劃分，可分為數據中心層側重于鋼鐵企業(yè)各種流的調度管控，包括生產(chǎn)原料、燃料、材料等物質(zhì)流調度管控；電能、水能、氣能、熱能、機械能等能量流調度管控；生產(chǎn)制造、運營(yíng)管理等過(guò)程中產(chǎn)生各種信息的信息流調度管控。協(xié)同管控層則是根據各種信息對能源資產(chǎn)進(jìn)行高效高質(zhì)量匹配，切實(shí)提高企業(yè)生產(chǎn)、管理質(zhì)量和效率，*大程度提高對各種能源、資產(chǎn)的利用率。智能管控層進(jìn)一步提高能源管理系統智能化水平，實(shí)現對企業(yè)全流程的智能化監測、調度、管控。

(2)智能化能源管理系統設計要點(diǎn)

1）明確系統之間的關(guān)系，提高系統交互性

提高智能化能源管理系統與其他信息化管理系統的交互能力，對智能化能源管理系統作用充分發(fā)揮存在重要影響。故在系統設計與建設過(guò)程中需要綜合考慮能源管理系統與鋼鐵企業(yè)其他信息化管理系統，如基礎自動(dòng)化系統、過(guò)程控制系統、生產(chǎn)執行系統、企業(yè)資源計劃系統等關(guān)系，從而準確確定能源管理系統在企業(yè)信息化管理系統架構中的位置。通常情況下，能源管理系統主要面向企業(yè)及業(yè)務(wù)管理層人員服務(wù)，對數據信息的可控性、關(guān)聯(lián)性具有較高要求。能源管理系統需要為企業(yè)運營(yíng)提供準確、全面信息，以滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)計劃、采購計劃、資本計劃、能源計劃等需求，故能源管理系統應具備較強的物質(zhì)流(圖2)、信息流、能源流、資金流等協(xié)調控制能力?；A自動(dòng)化系統與過(guò)程控制管理系統側重于設備運行狀態(tài)等基礎數據管控，對數據信息準確性、時(shí)效性具有較高要求。生產(chǎn)執行系統側重于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理，包括生產(chǎn)計劃執行管控、生產(chǎn)能源消耗管控等，該系統可將過(guò)程控制管理系統與能源管理系統有效銜接，進(jìn)一步提高鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運營(yíng)管控水平，消除鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種不確定性問(wèn)題。故在鋼鐵企業(yè)信息化管理系統中在鋼鐵企業(yè)信息化管理系統中，基礎自動(dòng)化系統與過(guò)程控制管理系統位于架構底層，生產(chǎn)執行系統位于信息化管理系統架構底層，能源管理系統位于架構頂層。

2）根據鋼鐵企業(yè)特征，給予系統設計綜合考慮

鋼鐵企業(yè)能源介質(zhì)管網(wǎng)分布廣泛，對能源介質(zhì)輸送具有較高要求，如何提高能源介質(zhì)輸送連續性、持久性、安全性、快速性、經(jīng)濟性，成為鋼鐵企業(yè)能源管理思考的重點(diǎn)問(wèn)題之一。對此，智能化能源管理系統在鋼鐵企業(yè)中的應用，需要具備較強的能源動(dòng)態(tài)調節平衡能力。這就需要從能源介質(zhì)輸送監控能力、能源動(dòng)態(tài)調節能力、能源介質(zhì)信心采集處理能力、能源介質(zhì)輸送故障分析處理能力、能源計劃調整能力、能源平衡預測能力等方面對智能化能源管理系統設計進(jìn)行綜合考慮，以保證企業(yè)在系統支持下對能源介質(zhì)輸送管理做出科學(xué)決策。

3）根據企業(yè)能源管理要求，科學(xué)規劃系統功能

鋼鐵企業(yè)應用能源管理系統的主要目的是提高能源利用率，保證能源生產(chǎn)、轉換、消費平衡，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)健康、穩定、長(cháng)久發(fā)展。因此，鋼鐵企業(yè)的智能化能源管理系統一方面需要對能源使用進(jìn)行管理，另一方面需要對能源成本進(jìn)行管理。其中能源使用管理側重于物質(zhì)流管控，能源成本管理側重于資金流管控。且滿(mǎn)足企業(yè)能源管理需求，智能化能源管理系統需要具備能源設備監管、能源計劃監管、能源平衡監管、能耗實(shí)績(jì)監管、能源預測監管等功能。就能耗實(shí)際管理而言，鋼鐵企業(yè)通過(guò)智能化能源管理系統能夠根據企業(yè)實(shí)際情況建立能源消耗預測模型，并在能耗歷史信息、生產(chǎn)計劃信息、能源供需計劃信息等支持下，完成能耗預測，從而為企業(yè)能源管理計劃制定提供依據，提高能源利用率。就能源平衡監管而言，鋼鐵企業(yè)通過(guò)智能化能源管理系統能夠系統、準確、全面、動(dòng)態(tài)掌握電能源、水能源、氣能源等購入情況、存儲情況、利用情況、輸送分配情況、終端使用情況等，并對其進(jìn)行監視、調度、控制，保證能源介質(zhì)在各環(huán)節安全、可用。與此同時(shí)，企業(yè)借助系統能夠將能源數據轉換為碳排放數據，實(shí)現各分廠(chǎng)或各業(yè)務(wù)污染排放智能分析，讓企業(yè)管理人員更加直觀(guān)了解各分廠(chǎng)或各業(yè)務(wù)污染狀況，便于企業(yè)管理人員發(fā)展污染排放管理問(wèn)題，從而針對性制定科學(xué)、合理、有效減排降污方案。

4）合理選擇系統實(shí)現技術(shù)，保證系統功能有效發(fā)揮

系統的實(shí)現離不開(kāi)各類(lèi)技術(shù)支持。對此，在系統設計開(kāi)發(fā)過(guò)程中應給予系統實(shí)現技術(shù)高度重視。由于鋼鐵企業(yè)能管管理范圍為全鋼鐵廠(chǎng)，故將系統設計為多層分布式結構，確保系統運行安全、可靠的同時(shí)，提高系統維修簡(jiǎn)便性。選擇客戶(hù)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò )通信模式，并引入以太網(wǎng)通信技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)通信技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)以及Modbus-RTU、IEC61850、ModbusTCP/IP等多種通信協(xié)議，滿(mǎn)足系統內部通信需求、系統與系統之間通信需求。采用模塊化設計法，根據系統主要功能將其劃分為多個(gè)子系統，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)管理需求。同時(shí)子系統設計中，能源介質(zhì)按類(lèi)型歸類(lèi)，工作人員能夠針對某種介質(zhì)查閱歷史信息。為提高信息利用效率，系統依托數據挖掘技術(shù)、數據庫技術(shù)、專(zhuān)家知識系統技術(shù)等，能夠自動(dòng)生產(chǎn)各類(lèi)報表，并以多種形式進(jìn)行可視化顯示，同時(shí)系統具備信息追蹤能力，便于溯源管理。系統依托云技術(shù)不僅能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄，也可以通過(guò)移動(dòng)終端登錄，實(shí)現對能源的遠程管控。

4、Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。用戶(hù)僅需購買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

（2）應用場(chǎng)所

本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

• 電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

• 能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用先進(jìn)的數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

• 預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

• 充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

• 智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁(yè)面

• 安全用電

安全用電采用第一時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

• 智慧消防

通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

（5）系統硬件配置

5、結束語(yǔ)

智能化配電系統與智能化能源管理系統是基于云技術(shù)、大數據技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)等推廣應用下形成的管理系統。在鋼鐵制造中，智能化配電系統應用的關(guān)鍵在于對鋼鐵企業(yè)電力設備進(jìn)行自動(dòng)化、智能化管理，以*大程度保證電力設備運行安全、穩定；智能化能源管理系統應用的關(guān)鍵在于整合鋼鐵制造全流程各種能源介質(zhì)，實(shí)現能源統籌管理與動(dòng)態(tài)調度，提高企業(yè)能源資源利用率?；谥悄芑潆娤到y及能源管理系統的有效應用，可促進(jìn)鋼鐵企業(yè)綠色化、信息化、智能化、創(chuàng )新化發(fā)展，保障鋼鐵企業(yè)長(cháng)期安全、穩定、健康運行。

參考文獻

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作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶，安科瑞電氣股份有限公司