基于紫金桥实时数据库构建水泥企业能源管理系统

　　1 系统建设必要性

　　1.1系统建设背景

　　1.1.1“十二五”规划目标

　　我国目前是全球第二大能源消耗国。前十年，能源消耗年增长与 GDP 增长率基本持平约为 9%。根据国家统计局的核算数据，我国 2010 年全年能源消费总量达 32.5 亿吨标准煤。

　　2011 年 3 月，“十二五”规划正式发布，未来五年是中国发展实现历史性转折的关键时期，节能工作刻不容缓，“规划”提出“十二五”期间单位国内生产总值能耗下降 16%、单位 GDP 二氧化碳排放降低 17%的节能减排目标。规划还要求综合运用调整产业结构和能源结构、节约能源和提高能效、增加森林碳汇等多种手段以促 进节能减排。预计 2010~2020年能源消耗增长率将降为 3.8%。同时，《2011 年政府工作报告》第一次提出要将节能目标分解到工业、建筑、交通运输和公共机构等行业，并继续实施重点节能工程。 在工业节能方面，工信部提出工业节能减排四大约束性指标：到 2015 年我国单位工业增加值能耗、二氧化碳排放量和用水量分别要比“十一五”末降低 18%、18%以上和 30%，工业固体废物综合利用率提高到 72%左右。 就在工业领域的节能措施而 言，在“十二五”节能减排规划中，国家将在“十一五”期间的千家企业节能行动基础上，组织开展万家企业节能低碳行动。

　　1.2系统建设的必要性分析

　　水泥是一种资源消耗型产业 ，其使用的主要能 源是煤、电、水和 油，其中，煤和电的消耗量非常大，这两者约占水泥生产成本的 70%以上。目前企业对于这些能源的使用没有进行实时监测和连续的记录，对于能源质量和设备的运行状态、运行环境也不清楚，有的还存在很大的安全隐患。另外，由于没有建立用能平衡系统，对于能源在运输、传送等过程中的损耗程度和使用情况不甚了解，造成了大量无谓的浪费。 水泥生产过程中，各类用能 设备对各种能源的 负荷需求并不是一 成不变的，但是，水泥生产中涉及的许多大功率高、低压设备都是在满负荷的运行，并没有随着实时的功率需求进行变化。

　　目前，国内水泥市场的竞争 已从区域化竞争逐 步进入全国性竞争 阶段；水泥生产进入微利时代，各个大型水泥集团都是以量取胜，所以，如何降低水泥生产成本，对于水泥企业是至关重要的，有时甚至关乎到企业的存亡。而通过能源管理系统进行能源数据的累积，计算每吨水泥的能源消耗量或每个生产班组的能源消耗量，建立用能考核定额，作为降低水泥生产成本的重要依据。 为此，非常有必要建立一套 完整有效的能源管 理系统，对水泥生 产过程进行三级在线计量，并结合水泥的生产工艺进行设备的节能控制，从而保障水泥生产系统的安全可靠运行、为节能降耗提供有效的技术手段。

　　2 建设内容

　　2.1

　　建设内容

　　2.1.1

　　能源管理系统功能

　　基于紫金桥实时数据库系统 平台构建能源数据在线监测、能源自动化节能控制，对能源数据进行采集、分析、处理、存贮、显示、打印、发布、上传等。 完成以下功能：

　　电、煤、水等各类能源实时在线三级计量，实时监控；

　　能源质量监测；

　　自动化节能控制（空压机、泵、风机等），设备的启停等；

　　集成 DCS、PLC 和 MIS 系统的能源数据；

　　能源数据采集、分析、处理、存贮、人机界面、图形及表格化显示、统计分析、打印、发布、远传等功能。

　　2.2

　　建设目标

　　1、 采用紫金桥实时数据库 平台，结合计算机网络等信息化技术，实现能源实时在线计量、能源质量监测和能源自动化节能控制，集成企业能源系统数据采集、处理和分析、生产调度和管理能源等功能，建设企业能源管理中心。

　　2、 通过能源实时在线计量和能源质量监测，提高安全管理水平。

　　3、 通过能源实时在线计量、监测和系统化的节能控制，实现能源管控一体化，达到 2%的综合节能率。

　　3 技术方案

　　3.1

　　方案设计原则

　　1）实用性 确保系统设计目标和设计结果都满足需求并行之有效。

　　2）开放性 系统设计采用开放标准、开放技术、开放结构、开放系统组件、开放用户接口。

　　3）先进性 设计思想先进；软硬件设备先进；网络结构先进；开发工具先进。

　　4）标准化与模块化 全部设计符合有关的国际标准、国家标准或部颁标准，软硬件设计全部采用模块化，便以系统扩展、运行维护和升级。

　　5）可扩展性 随着监控规模的扩大及现代化管理需求的增长，确保系统有足够的扩展能力。

　　6）实时性 系统基于现场控制网络技术，确保系统运行管理所要求的实时性。

　　7）经济合理性 系统具有最高的性能价格比和最低的生命周期成本。

　　8）易用性和可维护性 系统使用方便，人机界面友好，维护简便。

　　9）安全性 确保系统安全可靠运行，防止人为误操作和外来干扰影响本系统安全。

　　10）可靠性 确保系统在其生命周期内可靠运行。

　　3.2

　　需求分析

　　3.2.1

　　企业能源基本情况

　　主要能源消耗是固体煤炭和电能。 能源种类如下：

　　一、 一次能源

　　煤、电、水。

　　二、 二次能源

　　压缩空气。

　　3.2.2

　　能源管理功能实现

　　3.2.2.1 供煤系统

　　记录进厂的煤炭数量，统计用煤总量；通过皮带秤、转子秤、冲击式流量计等计量装置进行生产工艺流程中用煤量的统计。

　　3.2.2.2 供配电系统

　　实时监测各类供电回路的电压、电流、有功功率、功率因数、频率等参数；

　　实时监测各类供电回路的开关状态，供电回路三相不平衡监测，缺相及开关跳闸报警，变压器、开关及电缆工作温度超限报警等；

　　实时监测电能质量，提高用能安全性，避免设备的损伤；

　　实现三级计量；

　　进行用能诊断，尽早发现功率因数偏低、供电电压偏高等情况，并提示相关人员予以处理；

　　在线分析各种用电回路的需量，识别有效负荷与无效能耗，厂区配电网线损分析、变压器负荷率及效率分析等。

　　3.2.2.3 供水系统

　　对各主要用水点（计量到车间级）进行实时计量；

　　建立水平衡系统，实时分析管网的工作状况，及时发现跑、冒、滴、漏等异常状况，避免能源的无谓浪费。

　　3.2.2.4 压缩空气系统

　　对各主要用气点进行实时计量；

　　建立流量平衡系统，实时分析管网的工作状况，及时发现跑、冒、滴、漏等异常状况，避免能源的无谓浪费；

　　根据用气量实际需求，实时调节压缩机出力。

　　3.3

　　能源管理系统方案设计

　　3.3.1

　　技术结构示意图

    3.3.2

　　系统软件结构图

    3.3.3

　　系统功能

　　3.3.3.1 能源管理系统功能

　　（1） 各种能源实时分类、分户（各个分厂、车间）及三级精确计量，计 量数据远程传输并存贮在中心实时数据库。

　　（2） 系统实时监测各供电回路的电压、电流和功率等电力参数，在线分 析各种用电回路的需量与质量，识别有效负荷 与无效能耗，厂区配电 网线损分析， 变压 器负荷率及效率分析等，从而可通过技术或行为节能方式，实现企业的有效节能。

　　（3） 系统实时监视各类供电回路的开关状态，有功无无功无功率，供电回路三相不平衡，缺相及开关跳闸报警，变压器、高耗能设备超限报警等，从而确保供配电系统安全稳定运行。

　　（4） 对泵、风机和空压机等大功率电机，采用变频调速，并实现变频器实时在线联网，实现根据需量动态调节，达到节能的目的。

　　（5） 对水管网系统建立流量平衡系统，在对各主要用水进行精确计量的 同时，实现系统流量的平衡对比。实时分析管网的工作状况，及时发现跑、冒、滴、漏等异常状况，避免能源的无谓浪费。

　　（6） 采用棒图显示各类能源消耗大小，用饼图显示各分项电耗所占的比 例，用趋势图显示能耗的变化趋势；

　　（7） 系统按日、月、年打印或显示用能消耗报表，并可提供用能的同比与环比报表；

　　（8） 以实时监测数据为依据，对企业用能进行能效分析，包括企业整体 用能及各重点生产工艺和重点用能设备的能效分析。通过实际的分析对比，挖掘各方面的节能潜力，实行节能改造，实现企业有效节能。对已改造完成的项目，通过能效分析数据来验证节能效果。

　　（9） 通过与现有系统的融合与对接实现数据共享，提高企业能源的自动 化和精细化管理水平，对企业的生产起促进作用，使产品的生产数量与质量更有保证；

　　（10） 软件采用模块化结构，方便今后系统的扩展。

　　（11） 系统能耗数据可远程上传至集团中心能源管理中心。

　　（12） 结合生产工艺，在保证安全生产和产品质量的前提下，进行节能控制。

　　4 效益分析

　　4.1

　　节能效益分析

　　4.1.1

　　管理节能

　　（1） 对能源质量进行实时监测，确保提供给设备高质量的能源，提高设备工作效率和运行寿命，降低设备成本；

　　（2） 对能源质量进行实时监测，确保提供给设备高质量的能源，提高设备工作效率和运行寿命，降低设备成本；进行用能诊断，提高能源利用效率，减少能耗费用；

　　（3） 进行节能潜力分析，为节能改造提出指导方向，减少因采用不恰当节能方式引起的损失。

　　（4） 根据“科学用能、系统节能”的原理，对水泥生产系统和全厂管理的主要环节进行在线诊断、分析，能实时地掌握全厂管理和生产的状况，由操作的四个基本要素（操作指标、操作参数、操作方法、排除故障）入手，不断优化和控制，降低水泥厂生产能耗，提高水泥厂经济效益，实现水泥厂的最佳效益。

　　4.2

　　社会效益分析

　　（1） 节约能源，降低企业能耗，提高能源利用率；

　　（2） 提供水泥企业能源节能控制与管理的技术手段，提高水泥生产能源自动化管理水平；

　　（3） 获取节能经济效益，节约国家财政支出；

　　（4） 推动水泥节能系统技术进步；

　　（5） 为社会增加就业机会；

　　（6） 降低污染排放，提高环境质量；

　　（7） 验证节能效果，指引节能方向。

　　4.3

　　综合经济效益

　　能源管理系统效益包括直接经济效益和间接经济效益两部分。 建成 EMS 后，实现公司能源生产全面管理、计划生产、用能计量，实行能源成本管控，实行统一调度，优化能量平衡，减少用水量、排放量，提高环保质量，降低电网能耗，参考钢铁行业能源管理中心建设的先进经验，实现能源统一管理可节能 2～3％，按照 2.5%的综合节能率计算，能源管理中心项目实施后，年经济效益为：50000 万元×2.5%=1250 万元。