淺談能源管理系統在鋼鐵行業的研究與應用

0、引言

隨著鋼鐵企業現代化發展程度的日益成熟，其裝備水平、工藝技術，具備了能源管理系統集合整理、智慧調度控制的條件。另一方面，企業對能源系統集控有強烈的需求。因此，針對大型鋼鐵企業的能源監測管理系統的構建，已經在如火如荼地展開。近年來，政府部門對建鋼鐵行業節能的重視度越來越高，相繼出臺了一系列關于鋼鐵節能方面的規定和技術性的規范。推動既有鋼鐵行業節能改造、新建鋼鐵節能達標和建立鋼鐵能耗監測分析管理系統，從設備、工藝和管理三方面推動鋼鐵行業節能。山西省也在積極推動各地高耗能企業實行能源管理平臺，實現節能降耗。山西某鋼鐵公司于2021年4月建設一套萬洲智能優化節能系統，經過一年的使用，在鋼鐵能源管控方面發揮了巨大的節能價值。

1、建設范圍

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、自來水、氧氣、氮氣、中水、處理水、煤氣、蒸汽。

企業管理者仍然在探尋進一步節能降耗的途徑。為加強鋼鐵廠的能源監測與收費管理，充分考慮該校區整體節能監管體系的發展需求、現有的設備監控系統和信息化系統、企業能源管理部門的具體需求，將建設智能優化節能系統，實現能耗自動統計、故障預警、綜合節能分析診斷等功能，解決目前存在的用能管理漏洞和用能、電費成本過髙、錯峰管理的問題。

（1）通過對該企業智能優化系統的建設，實現各個分廠各能源分類精確計量和能源運行監測功能，對今后能源管理提供數據保障和決策依據；

（2）通過WOES系統實現企業計費管理，記錄總關口電帯使用狀況，韜確收出管理，促進豐動節能，提忘人員的節能恵識；

（3）通過WOES系統可以隨時隨地對企業的能源管理系統進行訪問，并實現遠程警理.為鋼鐵廠能源利用診制、節能控甸、節能淆力分析、節能效果驗證等提供有效手段；

（4）充分考慮平臺系統對各種能耗系統管理的整合擴展能力，并為今后綜合性的數字化工廠做好充分的技術準備，并預留接口。

2、系統硬件設計

2.1監測點選擇

電表共監測355個，氮氣和氧氣共監測29個，蒸汽共監測7個，煤氣共監測28個，中水共監測22個，處理水共監測14個，自來水共監測19個。

2.2網絡架構設計

WOES智能優化節能系統以工作站主機、通訊設備、測控單元為基本工具，為企業用能數據的實時數據釆集、開關狀態監測及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統。該系統主要采用分層分布式計算機網絡結構，如圖1所示，系統自下而上分為三層結構，分別為設備層、信息層、管理層。

(1)設備層

主要由監控點設備和能源數據監測儀表組成，是系統網絡數據的來源，同時也是系統監控的對象，本次設計對鋼鐵廠各分廠的用電、用水、用氣等進行監測。

(2)信息層

信息層主要由通訊服務器組成，完成現場各層之間的數據傳輸，實現數據上傳下達功能，將現場能源數據監測儀表和設備的通訊信號接入至通訊服務器中，通過通訊服務器接入WOES智能優化節能系統網絡中。

(3)管理層

管理層是整個系統數據和分析的核心，由數據服務器、客戶端、打印機以及企業局域網中客戶端(辦公電腦)組成，按照每個人的職責分配不同的權限，實現對各分廠的用能管理。

3、系統軟件設計

本次軟件功能設計方案針對主耍用能點進行監測分析，構建該企業能源監測分析平臺，在平臺上運行能源監測分析系統軟件，對各分廠下的用能設備實時用能進行監視、對歷史能源數據進行分析，對電能質量和設備運行異常故障進行預警提醒、對能源使用過程中的跑冒滴漏進行分析。

圖1WOES智能優化節能系統網絡結構圖

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當前的能耗概況及數據變化。該功能將用電量、單耗等功能通過列表的形式展示在三維地圖里。企業的高層領導、各分廠的領導可以通過該功能，實時的看到企業和各個分廠的能耗及單耗情況，了解整個企業或各分廠的用能情況。

3.2能耗統計

WOES系統將儀表從現場采集得來的二進制數組成的原始數據，根據設備配置將數據解析成電表讀數和電能等數據。然后將此類參數進行排列以實時數據列表形式展現給用戶，使用戶能夠直觀地了解建筑的用能情況。釆用WEOS智能優化節能系統的能耗統計功能，可以減少人員的工作量，增加抄表的準確性，提高工作效率。

3.3電能質量分析

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

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表的形式進行分析。通過對企業用電情況一定時期的監視，為用戶提供頻率偏差、電壓三相不平衡度、變壓器經濟運行、線損率，功率因數、諧波含量的分析，使用戶了解當前的電能質

量狀況。通過對電能質量的分析，可定位電能質量的污染源，依據電能質量分析的結果進行諧波的治理，將諧波控制在不影響其他設備正常運行的范圍內，在進行了諧波治理后同樣可使用電能質量分析功能來檢驗諧波治理的效果。

3.4節能分析

該功能模塊下的能效分析依據鋼鐵行業各分廠的能效評估標準，計算噸鐵電耗、噸鋼電耗等數據指標，同時WOES系統通過對各分廠與企業管控值和行業值進行比較，自動找到能效異常的點，并提供詳細的數據分析，幫助企業用戶找到異常能效區域能耗異常的原因，為節能措施提供參考。空運轉分析則按照企業現場存在主輔關系的設備進行配置，監測設備發生空運轉造成的能耗損失及空運轉時長，提供詳細的報警信息用于用戶加強管控，規范操作人員行為。電費相關模塊則統計企業與***上報的總關口的計費情況，根據基本電費、電度電費和力調電費三種電費方式進行分別監測并進行數據分析，來加強企業電費管理。

圖2 煉鐵分廠能耗分析

3.5分析診斷

該功能模塊下通過對各個分廠下的主要用能設備進行實時監測，根據不同報警策略來進行相關實時報警，產生的報警記錄方便對應設備處理人進行查找異常原因并記錄過程，實施問題追蹤溯源。便于對重點用能設備進行有效管控，已達到降低能耗的目的。

3.6報警管理

通過設定分析對象運行的高低限及標準值，對配電網絡及設備進行安全預警防護，達到報警或超提出安全警示，達到設備及配網的安全，高效運行。事件記錄查詢系統中各個設備的實時報警和歷史報警的狀態和記錄，當選擇“歷史報警"的時候，可根據需求選擇時間范圍、報警類別、設備名稱、確認用戶和確認計算機對歷史數據進行檢索，搜索出歷史報警。當選擇為“實時報警"的時候，展示系統中存在的實時報警，提醒用戶要及時處理。

3.7信息查詢

用戶可以選取系統所監測的所有設備，查看其所有監測參數，查詢的起止時間和查詢的時間間隔均可設置，并可將查詢結果導出保存和打印。歷史數據查詢功能為事故的追溯、異常的分析、用能的監管提供了數據支撐。

4、應用效果

（1）尋找舁常用能單元.消除能耗廉澗煉欣分廠用電統計圖如圖2所示，能耗分析中銀據企業組織結構樹進行逐壩金找用電異常，若發電哪一節點在哪天01現用能異常，則可向下挖掘耳體子區域下的用能異常情況.

（2）發現管理漏洞，杜絕能源浪費應用于山西某鋼鐵公司的智能優化節能系統的空運轉分析模塊如圖3所示，從圖3可以看出，時段內存在設備空運轉現象，造成能耗損失1488kWh,若加強管控,電費可節省接近700元。

圖3脫硫風機空運轉

5、AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺集變電站綜合自動化、電力監控、電能質量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設備運維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠能源管理體系提供數據支持。同時引入技術，配合廠務系統優化，簡化全廠管理，并利用實時數據，優化能效并預防風險，保障關鍵制造設備的穩定運行和良品率，降低綜合成本，*終達到高效運營和制造的目的。

5.2平臺組成

安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠房管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了電力監控系統、變電所綜合自動化、電能質量監測與治理、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、消防應急照明和疏散指示系統、智能照明控制系統、能耗監測系統、新能源充電樁、預付費系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對電子廠房的用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足廠房用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

5.3平臺拓撲圖

6、平臺子系統

6.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

6.2電能質量監測與治理

監測各進線回路電能質量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數據波形記錄，進而判斷配電系統擾動方向。

配置有源濾波裝置和無功補償裝置對0.4kV側電能質量進行補償和治理，并監測有源濾波裝置和無功補償裝置運行情況，確保電能質量符合生產要求。

6.3變電站綜合自動化

變電站綜合自動化系統主要針對110kV變電站、10kV變電所和10kV柴油發電機部分，在變電站設置Acrel-1000變電站綜合自動化系統子站，實現本地遙測、遙信、遙控、報警、報表等功能，并把數據上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平臺，實現集中監測和報警。

6.4電氣安全

AcrelEMS電子廠房能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

6.5智能照明控制

單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調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為工廠搭建計量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助企業分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對工廠用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

6.7充電樁管理

電動汽車和電瓶車充電樁管理，包括收費管理、資產管理。

6.8職工公寓管理

對廠區內職工宿舍進行負載管理，包括惡性負載識別管理、負載閾值管理，避免因為惡性負載引起火災。對員工宿舍進行水電收費管理，支持微信、支付寶等繳費方式，采集職工宿舍能耗數據。

7、相關平臺部署硬件選型清單

7.1電力監控系統硬件配置

7.2能耗管理系統硬件配置方案

7.3智能照明控制系統硬件配置方案

7.4電氣火災監控系統硬件配置方案

7.5消防設備電源監控系統硬件配置方案

7.6防火門監控系統硬件配置方案

7.7消防應急照明和疏散指示系統硬件配置方案

7.8電能質量治理解決方案硬件配置方案

7.9充電樁系統硬件配置方案

7.10預付費系統硬件配置方案

8、總結

一套完整的能源管理系統的建立，不僅是單純自動化和信息化技術水平提升的表現.更是對企業整體能源管理體系中起著重要作用，它能統一調度，優化煤氣平衡，減少煤氣放散、提高環保質量、降低噸鋼能耗以及提高勞動生產率，而且對于事故預案的制定和執行，事故原因的快速分析和及時判斷處理，能源供需的合理調整和平衡以及在客觀信息基礎上的能源實績分析都具有重要影響。