淺談能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)的研究與應(yīng)用

黃琴

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：WOES智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)依托各類鋼鐵廠信息化系統(tǒng)，構(gòu)建鋼鐵行業(yè)用能可視化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)用能精細(xì)化管理,提升各分廠能效水平，降低各分廠能源消耗。結(jié)合山西某鋼鐵公司智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)維，重點(diǎn)探討智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)在能耗統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì)量、能效分析、空運(yùn)轉(zhuǎn)分析和對(duì)比分析等方面的應(yīng)用研究，并對(duì)平臺(tái)建設(shè)帶來(lái)的節(jié)能進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：鋼鐵；分析診斷;節(jié)能分析;節(jié)能

0引言

隨著鋼鐵企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展程度的日益成熟，其裝備水平、工藝技術(shù)，具備了能源管理系統(tǒng)集合整理、智慧調(diào)度控制的條件。另一方面，企業(yè)對(duì)能源系統(tǒng)集控有強(qiáng)烈的需求。因此，針對(duì)大型鋼鐵企業(yè)的能源監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的構(gòu)建，已經(jīng)在如火如荼地展開(kāi)。近年來(lái)，政府部門對(duì)建鋼鐵行業(yè)節(jié)能的重視度越來(lái)越高，相繼出臺(tái)了一系列關(guān)于鋼鐵節(jié)能方面的規(guī)定和技術(shù)性的規(guī)范。推動(dòng)既有鋼鐵行業(yè)節(jié)能改造、新建鋼鐵節(jié)能達(dá)標(biāo)和建立鋼鐵能耗監(jiān)測(cè)分析管理系統(tǒng)，從設(shè)備、工藝和管理三方面推動(dòng)鋼鐵行業(yè)節(jié)能。山西省也在積極推動(dòng)各地高耗能企業(yè)實(shí)行能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。山西某鋼鐵公司于2021年4月建設(shè)一套萬(wàn)洲智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一年的使用，在鋼鐵能源管控方面發(fā)揮了巨大的節(jié)能價(jià)值。

1建設(shè)范圍

山西某鋼鐵公司下分廠主要由煉鐵分廠、煉鋼分廠、軋鋼分廠、制氧分廠和電廠組成。主要消耗的能源為電、自來(lái)水、氧氣、氮?dú)狻⒅兴⑻幚硭⒚簹狻⒄羝?/span>

企業(yè)管理者仍然在探尋進(jìn)一步節(jié)能降耗的途徑。為加強(qiáng)鋼鐵廠的能源監(jiān)測(cè)與收費(fèi)管理，充分考慮該校區(qū)整體節(jié)能監(jiān)管體系的發(fā)展需求、現(xiàn)有的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)、企業(yè)能源管理部門的具體需求，將建設(shè)智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能耗自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、故障預(yù)警、綜合節(jié)能分析診斷等功能，解決目前存在的用能管理漏洞和用能、電費(fèi)成本過(guò)髙、錯(cuò)峰管理的問(wèn)題。

（1）通過(guò)對(duì)該企業(yè)智能優(yōu)化系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)分廠各能源分類精確計(jì)量和能源運(yùn)行監(jiān)測(cè)功能，對(duì)今后能源管理提供數(shù)據(jù)保障和決策依據(jù)；

（2）通過(guò)WOES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)計(jì)費(fèi)管理，記錄總關(guān)口電帯使用狀況，韜確收出管理，促進(jìn)豐動(dòng)節(jié)能，提忘人員的節(jié)能恵識(shí)；

（3）通過(guò)WOES系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地對(duì)企業(yè)的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程警理.為鋼鐵廠能源利用診制、節(jié)能控甸、節(jié)能淆力分析、節(jié)能效果驗(yàn)證等提供有效手段；

（4）充分考慮平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)各種能耗系統(tǒng)管理的整合擴(kuò)展能力，并為今后綜合性的數(shù)字化工廠做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備，并預(yù)留接口。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇

電表共監(jiān)測(cè)355個(gè)，氮?dú)夂脱鯕夤脖O(jiān)測(cè)29個(gè)，蒸汽共監(jiān)測(cè)7個(gè)，煤氣共監(jiān)測(cè)28個(gè)，中水共監(jiān)測(cè)22個(gè)，處理水共監(jiān)測(cè)14個(gè)，自來(lái)水共監(jiān)測(cè)19個(gè)。

2.2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

WOES智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)以工作站主機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，為企業(yè)用能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)釆集、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，系統(tǒng)自下而上分為三層結(jié)構(gòu)，分別為設(shè)備層、信息層、管理層。

(1)設(shè)備層

主要由監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備和能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀表組成，是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的來(lái)源，同時(shí)也是系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象，本次設(shè)計(jì)對(duì)鋼鐵廠各分廠的用電、用水、用氣等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(2)信息層

信息層主要由通訊服務(wù)器組成，完成現(xiàn)場(chǎng)各層之間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳下達(dá)功能，將現(xiàn)場(chǎng)能源數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀表和設(shè)備的通訊信號(hào)接入至通訊服務(wù)器中，通過(guò)通訊服務(wù)器接入WOES智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中。

(3)管理層

管理層是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和分析的核心，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶端、打印機(jī)以及企業(yè)局域網(wǎng)中客戶端(辦公電腦)組成，按照每個(gè)人的職責(zé)分配不同的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)各分廠的用能管理。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本次軟件功能設(shè)計(jì)方案針對(duì)主耍用能點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，構(gòu)建該企業(yè)能源監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)，在平臺(tái)上運(yùn)行能源監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)軟件，對(duì)各分廠下的用能設(shè)備實(shí)時(shí)用能進(jìn)行監(jiān)視、對(duì)歷史能源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)電能質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行異常故障進(jìn)行預(yù)警提醒、對(duì)能源使用過(guò)程中的跑冒滴漏進(jìn)行分析。

圖1WOES智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.1能耗總覽

能耗總覽主要顯示用戶的能源使用情況，以地圖樣式鳥瞰展示校區(qū)當(dāng)前的能耗概況及數(shù)據(jù)變化。該功能將用電量、單耗等功能通過(guò)列表的形式展示在三維地圖里。企業(yè)的高層領(lǐng)導(dǎo)、各分廠的領(lǐng)導(dǎo)可以通過(guò)該功能，實(shí)時(shí)的看到企業(yè)和各個(gè)分廠的能耗及單耗情況，了解整個(gè)企業(yè)或各分廠的用能情況。

3.2能耗統(tǒng)計(jì)

WOES系統(tǒng)將儀表從現(xiàn)場(chǎng)采集得來(lái)的二進(jìn)制數(shù)組成的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備配置將數(shù)據(jù)解析成電表讀數(shù)和電能等數(shù)據(jù)。然后將此類參數(shù)進(jìn)行排列以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)列表形式展現(xiàn)給用戶，使用戶能夠直觀地了解建筑的用能情況。釆用WEOS智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)的能耗統(tǒng)計(jì)功能，可以減少人員的工作量，增加抄表的準(zhǔn)確性，提高工作效率。

3.3電能質(zhì)量分析

WOES系統(tǒng)分別從電壓合格率、頻率合格率、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)、不同電壓等級(jí)的總電壓諧波畸

變率、奇次及偶次電壓諧波畸變率、奇次電流諧波畸變率等方面分別以圖形和報(bào)表的形式進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)企業(yè)用電情況一定時(shí)期的監(jiān)視，為用戶提供頻率偏差、電壓三相不平衡度、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、線損率，功率因數(shù)、諧波含量的分析，使用戶了解當(dāng)前的電能質(zhì)

量狀況。通過(guò)對(duì)電能質(zhì)量的分析，可定位電能質(zhì)量的污染源，依據(jù)電能質(zhì)量分析的結(jié)果進(jìn)行諧波的治理，將諧波控制在不影響其他設(shè)備正常運(yùn)行的范圍內(nèi)，在進(jìn)行了諧波治理后同樣可使用電能質(zhì)量分析功能來(lái)檢驗(yàn)諧波治理的效果。

3.4節(jié)能分析

該功能模塊下的能效分析依據(jù)鋼鐵行業(yè)各分廠的能效評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算噸鐵電耗、噸鋼電耗等數(shù)據(jù)指標(biāo)，同時(shí)WOES系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各分廠與企業(yè)管控值和行業(yè)值進(jìn)行比較，自動(dòng)找到能效異常的點(diǎn)，并提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，幫助企業(yè)用戶找到異常能效區(qū)域能耗異常的原因，為節(jié)能措施提供參考。空運(yùn)轉(zhuǎn)分析則按照企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在主輔關(guān)系的設(shè)備進(jìn)行配置，監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生空運(yùn)轉(zhuǎn)造成的能耗損失及空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)，提供詳細(xì)的報(bào)警信息用于用戶加強(qiáng)管控，規(guī)范操作人員行為。電費(fèi)相關(guān)模塊則統(tǒng)計(jì)企業(yè)與***上報(bào)的總關(guān)口的計(jì)費(fèi)情況，根據(jù)基本電費(fèi)、電度電費(fèi)和力調(diào)電費(fèi)三種電費(fèi)方式進(jìn)行分別監(jiān)測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，來(lái)加強(qiáng)企業(yè)電費(fèi)管理。

圖2 煉鐵分廠能耗分析

3.5分析診斷

該功能模塊下通過(guò)對(duì)各個(gè)分廠下的主要用能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)不同報(bào)警策略來(lái)進(jìn)行相關(guān)實(shí)時(shí)報(bào)警，產(chǎn)生的報(bào)警記錄方便對(duì)應(yīng)設(shè)備處理人進(jìn)行查找異常原因并記錄過(guò)程，實(shí)施問(wèn)題追蹤溯源。便于對(duì)重點(diǎn)用能設(shè)備進(jìn)行有效管控，已達(dá)到降低能耗的目的。

3.6報(bào)警管理

通過(guò)設(shè)定分析對(duì)象運(yùn)行的高低限及標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備進(jìn)行安全預(yù)警防護(hù)，達(dá)到報(bào)警或超提出安全警示，達(dá)到設(shè)備及配網(wǎng)的安全，高效運(yùn)行。事件記錄查詢系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警的狀態(tài)和記錄，當(dāng)選擇“歷史報(bào)警"的時(shí)候，可根據(jù)需求選擇時(shí)間范圍、報(bào)警類別、設(shè)備名稱、確認(rèn)用戶和確認(rèn)計(jì)算機(jī)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，搜索出歷史報(bào)警。當(dāng)選擇為“實(shí)時(shí)報(bào)警"的時(shí)候，展示系統(tǒng)中存在的實(shí)時(shí)報(bào)警，提醒用戶要及時(shí)處理。

3.7信息查詢

用戶可以選取系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的所有設(shè)備，查看其所有監(jiān)測(cè)參數(shù)，查詢的起止時(shí)間和查詢的時(shí)間間隔均可設(shè)置，并可將查詢結(jié)果導(dǎo)出保存和打印。歷史數(shù)據(jù)查詢功能為事故的追溯、異常的分析、用能的監(jiān)管提供了數(shù)據(jù)支撐。

4應(yīng)用效果

（1）尋找舁常用能單元.消除能耗廉澗煉欣分廠用電統(tǒng)計(jì)圖如圖2所示，能耗分析中銀據(jù)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行逐壩金找用電異常，若發(fā)電哪一節(jié)點(diǎn)在哪天01現(xiàn)用能異常，則可向下挖掘耳體子區(qū)域下的用能異常情況.

（2）發(fā)現(xiàn)管理漏洞，杜絕能源浪費(fèi)應(yīng)用于山西某鋼鐵公司的智能優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)的空運(yùn)轉(zhuǎn)分析模塊如圖3所示，從圖3可以看出，時(shí)段內(nèi)存在設(shè)備空運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成能耗損失1488kWh,若加強(qiáng)管控,電費(fèi)可節(jié)省接近700元。

圖3脫硫風(fēng)機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)

5 AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺(tái)

5.1平臺(tái)概述

AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺(tái)集變電站綜合自動(dòng)化、電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設(shè)備運(yùn)維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠能源管理體系提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)引入技術(shù)，配合廠務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化，簡(jiǎn)化全廠管理，并利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，優(yōu)化能效并預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)，保障關(guān)鍵制造設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和良品率，降低綜合成本，*終達(dá)到高效運(yùn)營(yíng)和制造的目的。

5.2平臺(tái)組成

安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠房管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所綜合自動(dòng)化、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、新能源充電樁、預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。用戶可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)電子廠房的用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿足廠房用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

5.3平臺(tái)拓?fù)鋱D

6平臺(tái)子系統(tǒng)

6.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。

6.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

監(jiān)測(cè)各進(jìn)線回路電能質(zhì)量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數(shù)據(jù)波形記錄，進(jìn)而判斷配電系統(tǒng)擾動(dòng)方向。

配置有源濾波裝置和無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)0.4kV側(cè)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償和治理，并監(jiān)測(cè)有源濾波裝置和無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行情況，確保電能質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。

6.3變電站綜合自動(dòng)化

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要針對(duì)110kV變電站、10kV變電所和10kV柴油發(fā)電機(jī)部分，在變電站設(shè)置Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)子站，實(shí)現(xiàn)本地遙測(cè)、遙信、遙控、報(bào)警、報(bào)表等功能，并把數(shù)據(jù)上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

6.4電氣安全

AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。

6.5智能照明控制

單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等多種控制方式。

6.6能耗分析

AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)為工廠搭建計(jì)量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助企業(yè)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。從能源使用種類、監(jiān)測(cè)區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設(shè)備、班組、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)工廠用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jī)分析，折標(biāo)對(duì)比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費(fèi)。

6.7充電樁管理

電動(dòng)汽車和電瓶車充電樁管理，包括收費(fèi)管理、資產(chǎn)管理。

6.8職工公寓管理

對(duì)廠區(qū)內(nèi)職工宿舍進(jìn)行負(fù)載管理，包括惡性負(fù)載識(shí)別管理、負(fù)載閾值管理，避免因?yàn)閻盒载?fù)載引起火災(zāi)。對(duì)員工宿舍進(jìn)行水電收費(fèi)管理，支持微信、支付寶等繳費(fèi)方式，采集職工宿舍能耗數(shù)據(jù)。

7相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

7.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

7.2

7.87電能質(zhì)量治理解決方案硬件配置方案

7.9

8總結(jié)

一套完整的能源管理系統(tǒng)的建立，不僅是單純自動(dòng)化和信息化技術(shù)水平提升的表現(xiàn).更是對(duì)企業(yè)整體能源管理體系中起著重要作用，它能統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化煤氣平衡，減少煤氣放散、提高環(huán)保質(zhì)量、降低噸鋼能耗以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且對(duì)于事故預(yù)案的制定和執(zhí)行，事故原因的快速分析和及時(shí)判斷處理，能源供需的合理調(diào)整和平衡以及在客觀信息基礎(chǔ)上的能源實(shí)績(jī)分析都具有重要影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文亮.能源管控體系在寶鋼股份煉鐵廠的建立與應(yīng)用[D],復(fù)旦大學(xué),2012.

[2]王中毅，葉瑞海.能源管理系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2012(21):4.

[3]凌振華.鋼鐵企業(yè)能源管理信息系統(tǒng)的研究[D],2005.

[4]王鏗.能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡(jiǎn)介：

黃琴，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司