摘要：能源監控管理系統以數據采集為基礎，以管控一體化為主體，力求實(shí)現能源計劃管制、集中管控和精細化管理的目標。在簡(jiǎn)介了能源監控管理的需求與相關(guān)標準、能源分類(lèi)與消耗和能源監控管理系統的結構之后，本文著(zhù)重介紹了貝加萊推出的EnMon能源監控管理解決方案，包括能源基礎數據采集、能源監控的節能目標、節能方法等。最后給出了節能應用實(shí)例。

   關(guān)鍵詞：EnMon能源監控管理解決方案；系統結構；數據采集；節能方法；應用實(shí)例

   1 引言

   能源作為一種必需的消費品，被普遍視為是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。能源的發(fā)展，能源的合理利用，能源和環(huán)境的和諧統一，是全世界乃至全人類(lèi)共同關(guān)心的問(wèn)題。

   但是，人類(lèi)在享受能源帶來(lái)的經(jīng)濟發(fā)展、科技進(jìn)步等利益的同時(shí)，也遇到了一系列無(wú)法避免的能源安全挑戰，能源短缺、資源爭奪以及過(guò)度使用能源造成的環(huán)境污染等問(wèn)題威脅著(zhù)人類(lèi)的生存與發(fā)展。在新世紀，能源問(wèn)題必將是人類(lèi)在全世界范圍內最大的挑戰。

   2 能源監控管理系統簡(jiǎn)介

   2.1 能源監控管理的需求與相關(guān)標準
2011年7月15日國際標準化組織發(fā)布的關(guān)于能源監控的標準ISO 50001，為公共和私立組織的能源管理建立一個(gè)框架，以協(xié)助企業(yè)進(jìn)行能源管理，提高能源使用效率，減少成本支出和改進(jìn)能源效益的管理策略。表1示出了有關(guān)國際組織和國家在2000～2011 年期間頒布的主要能源監控標準。

   表1 2000～2011年期間頒布的主要能源監控標準
  
                  

   參照這一標準，由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中能源利用效率的提升使財務(wù)支出大幅度削減到2020年底能源價(jià)格預計漲價(jià)20%。貝加萊工業(yè)自動(dòng)化的能源監控管理解決方案EnMon就是在適應能源監控管理需求的基礎上推出的，設計開(kāi)發(fā)的能效理念和應用實(shí)現全部符合ISO 50001標準要求。

   2.2 能源分類(lèi)與消耗

   要做好能源測量，首先要明確能源數據的種類(lèi)和分類(lèi)，能源監控系統中能源數據按來(lái)源可劃分為一次能源和二次能源，或者說(shuō)直接能源和間接能源。 

   工廠(chǎng)一次能源是企業(yè)向供能企業(yè)獲取的能源。例如水、電、蒸汽、煤、煤氣、天然氣、汽油、柴油、重油、酒精等。在企業(yè)中認知的一次能源通常是指企業(yè)自身無(wú)法生產(chǎn)，需要從外部獲取，需要進(jìn)行對外采購并付出相應成本的能源，通常以自然資源為主。 

   工廠(chǎng)二次能源是指企業(yè)自身生產(chǎn)的能源。例如純水、壓縮空氣、氮氣、冷凍水、冷卻水、采暖水等。該能源是企業(yè)消耗一次能源和人工，經(jīng)過(guò)各車(chē)間或分廠(chǎng)二次加工產(chǎn)生的能源。產(chǎn)生的二次能源可作為工藝環(huán)節的產(chǎn)品供給企業(yè)其它的生產(chǎn)部門(mén)使用，二次能源分布可以在一定程度上表明能流的方向。
 
                  
                                 圖1 美國能源消耗的行業(yè)結構

   同時(shí)，能源在各個(gè)社會(huì )領(lǐng)域里的消耗是不均勻的。圖1是美國能源部門(mén)統計的各個(gè)社會(huì )領(lǐng)域能源消耗所占的比重。從中可以看出，工業(yè)能耗消費仍然占有比較大的比重。

   2.3 能源監控管理系統的結構

   能源的監控和管理系統由底至頂可劃分為能源測量、能源監控、能耗控制和能源管理4個(gè)層次，如圖2所示。
能源測量是所有層次的基礎。該層次往往跟節能的對象和節能的目標有重大關(guān)聯(lián)。
 
                   
                         圖2 能源監控管理系統的分層架構

   3 貝加萊EnMon能源監控管理解決方案

   3.1 能源基礎數據采集

   貝加萊EnMon能源監控管理系統按能源形態(tài)分為液體介質(zhì)、氣體介質(zhì)和電能。液體介質(zhì)：如工業(yè)用水、生活用水、軟水、工業(yè)用油、石油、柴油、化工液體等等；氣體介質(zhì)：高爐煤氣（BFG）、焦爐煤氣(COG)、轉爐煤氣(LDG)、壓縮空氣(Air)、氬氣(Ar)、氧氣(O2)、氮氣(N2)、蒸汽(Steam)、天然氣(NG)等等； 電能：如380V 動(dòng)力電、6kV 高壓、35kV高壓、110kV高壓等各種規格中的電壓、電流、頻率等電量及各種電力設備的運行情況等等。

   貝加萊EnMon能源監控解決方案中，將不同能源數據在系統側結合自身數據庫的特點(diǎn)又進(jìn)行了一次存儲方式的分類(lèi)，把能源數據按供給形式劃分為三種類(lèi)型：能源供給狀態(tài)數據、能源供給整點(diǎn)數據、能源供給累加數據。 

   能源供給狀態(tài)數據主要是滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監測的需要，一般采集頻率較高，無(wú)需長(cháng)時(shí)間保存歷史數據。例如蒸汽實(shí)時(shí)溫度、壓力等數據。該數據主要完成企業(yè)對能源質(zhì)量實(shí)時(shí)監測，及時(shí)調整能源供給質(zhì)量。一般情況下無(wú)需實(shí)時(shí)保存每一個(gè)數據。 

   能源供給整點(diǎn)數據是為滿(mǎn)足管理、計量用的資料，主要記錄整點(diǎn)時(shí)能源供給的狀態(tài)值或累加值。具有采集頻率低，時(shí)間精度要求高的特點(diǎn)，一般形成報表，作為績(jì)效考核、管理、結算的依據，數據需要存檔成歷史數據。 

   能源供給累加數據是一段時(shí)間內能源供給值的累加，主要是為決策、核算提供資料依據，是企業(yè)管理層進(jìn)行領(lǐng)導決策、企業(yè)財務(wù)核算所關(guān)心的重要數據資料，應存檔成歷史數據。

   能源基礎數據采集為上層能耗分析和能耗控制提供了基礎保90 AUTOMATION PANORAMA 2012.10 證。

   貝加萊在電能采集和電力參數獲取上提供專(zhuān)業(yè)的模塊，可以對電力線(xiàn)路進(jìn)行直接監控，電能數據直接上系統，為客戶(hù)節約安裝電能表的開(kāi)支。同時(shí)，貝加萊的模塊化的采集單元可以分散布置，既可對現有的電能表通過(guò)總線(xiàn)通信方式進(jìn)行采集，又可通過(guò)傳統的4~20mA/1~5V信號對能源數據進(jìn)行直接采集（見(jiàn)圖3）。 
 
                     
                               圖3 貝加萊的電能參數采集方案  

   除此之外，EnMon還在系統平臺上提供手工錄入接口，一些暫時(shí)無(wú)法安裝監測儀表或需要人工估算或者計算的能源數值可以手工錄入系統，方便靈活，面向實(shí)際應用（如圖4所示）。

   3.2 能源監控的節能目標

   貝加萊EnMon的節能商業(yè)目標主要用于以下幾個(gè)方面： 

   在對能源進(jìn)行管理的基礎上，能源支出明顯減少； 

   能源信息化促使能源成本跟成本緊密聯(lián)系； 

   推動(dòng)能源用戶(hù)的能源成本問(wèn)責制(基于消耗量的成本核算)； 

   識別能源成本低廉的工程，同時(shí)找到能源節約的本質(zhì)； 

   通過(guò)監視能源質(zhì)量減少系統設備停機時(shí)間； 

   通過(guò)對能源的計劃和預期的把握，避免非計劃停機； 

   使用能源消耗監控數據，決策電力配額申請； 

   為能耗設備、過(guò)程、部門(mén)、工廠(chǎng)或者企業(yè)提供能源消耗的報表和趨勢圖； 

   用最少的透支換取能源信息及對能源使用的分析結果。
  
                  
                               圖4 手工能源數據錄入接口             

   3.3 節能方法

   為了能達到上述節能目標，貝加萊EnMon從節能原理上對系統的效能進(jìn)行把握。

   目前行業(yè)中的節能手段一般分為以下三種：

   （1）工藝節能

   該節能方法主要是通過(guò)對制造和生產(chǎn)流程的工藝進(jìn)行干預或優(yōu)化，通過(guò)改變工序，縮短能源使用時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；或者采用全新工藝，壓縮處理環(huán)節，充分利用自然力或生物能代替耗能環(huán)節來(lái)實(shí)現節能降耗。

   （2）設備節能

   主要是通過(guò)更換能耗設備，用節能的設備替代傳統的設備來(lái)實(shí)現節能，比如用變頻器替代傳統調速裝置，用新設備來(lái)替代老損的舊設備實(shí)現節能。

   （3）管理節能

   通過(guò)加強對能源使用者以及使用規則的管理，實(shí)現節能降耗。比如將公共場(chǎng)所空調的溫度設定在26℃，辦公室無(wú)工作人員時(shí)關(guān)燈，盡量錯峰用電等，節約能耗成本。

   貝加萊EnMon重點(diǎn)著(zhù)眼于設備節能和管理節能，通過(guò)提供能源管理的經(jīng)驗給客戶(hù)提供能源成本縮減的實(shí)惠。

       4 貝加萊APROL EnMon的節能應用實(shí)例  

  
                   
                               圖5 歐洲電能使用的分時(shí)成本

   圖5示出了歐洲電能使用的分時(shí)成本圖。電能的價(jià)格在高峰時(shí)間、中等峰值時(shí)間以及低谷時(shí)間的價(jià)格是不一樣的，分別是10.8分/度、9.2分/度和6.2分/度。通過(guò)對分時(shí)時(shí)段電力供應成本的準確把握，可以在時(shí)間上優(yōu)化能源使用配額。如上午7點(diǎn)是波谷時(shí)間，假如正常上班時(shí)間是8點(diǎn)，對于大樓辦公區域空調的控制可以在7點(diǎn)之前半個(gè)小時(shí)開(kāi)始滿(mǎn)負荷運轉，將工作區域的室溫調節到目標工作狀態(tài)，當進(jìn)入7點(diǎn)以后，中央空調變頻工作在低頻狀態(tài)，這種做法在能耗成本開(kāi)銷(xiāo)上有明顯節約。

   貝加萊EnMon同時(shí)實(shí)時(shí)監控生產(chǎn)企業(yè)的重點(diǎn)能耗設備，對其運行狀態(tài)和能耗開(kāi)銷(xiāo)作常規監視，發(fā)現異常情況，系統將預警并對能耗單元的故障盤(pán)查和維修，從源頭上掐斷能源的浪費。與此同時(shí)，能源系統將工廠(chǎng)的所有能耗設備設定能源使用優(yōu)先等級， 將能耗設備分為：可隨時(shí)關(guān)停、緊急情況下可關(guān)停、不允許關(guān)停三個(gè)等級，當能源負載超出載荷時(shí)，系統預警激活，負荷報警在系統中警示和記錄，能源負載變化超出容忍范圍，系統將進(jìn)入負荷優(yōu)化狀態(tài)，關(guān)停低等級能耗設備。如果能源負荷供應進(jìn)一步降低，緊急情況下可關(guān)停低等級設備以確保維持生產(chǎn)的關(guān)鍵設備運行，當能源負荷降低到難以維持狀態(tài)，工藝系統才最終跳閘。

   貝加萊EnMon的這一功能，有效地將能源供給波動(dòng)給生產(chǎn)造成的損失降到最小值，減少了停機時(shí)間。 

   貝加萊EnMon對一個(gè)企業(yè)的監測安裝范圍包括總廠(chǎng)供電/ 供熱/供氣/供水用量（無(wú)論是地下水還是城市管網(wǎng)供水）數據采集，供水水壓，水溫等實(shí)時(shí)數據采集，各個(gè)分廠(chǎng)供電/供熱/供氣/ 供水用量數據采集，其它相關(guān)獨立核算部門(mén)數據采集等，能源消耗量能綜合比對分析（如圖6所示）。此外，EnMon還著(zhù)重于對能源介質(zhì)品質(zhì)進(jìn)行監控，而最終的目標是能效利用率最大化。
 
                    
                          圖6 貝加萊EnMon的企業(yè)綜合能耗監測   

   EnMon從信息角度提供對全廠(chǎng)能源介質(zhì)的跑冒滴漏進(jìn)行有效監控和分析，構建能流平衡模型，通過(guò)對調整措施的效果評估， 重新確定改進(jìn)措施，提高能源利用率。整個(gè)過(guò)程符合PDCA連續改進(jìn)模型框架。
 
                  
                              圖7 能源消費報告   

   系統關(guān)注各個(gè)工藝段產(chǎn)品產(chǎn)量采集，計算產(chǎn)品能耗效益比， 能耗效益超標的工序需要重點(diǎn)整治。對各種能源廠(chǎng)的供給數據和各個(gè)獨立核算單位的供給數據采集或記錄，形成能源消費報告（如圖7所示）。 

   5 總結

  作為一項復雜的系統工程，能源監控管理系統不僅僅是要建設一個(gè)能源管理的信息化平臺，更重要的是一種管理模式的革新，需要企業(yè)全體上下提高對節能降耗的認識，提高能源管理人員的管理和技術(shù)素質(zhì)，對傳統的能源管理流程進(jìn)行優(yōu)化和再造， 對現場(chǎng)的設備和裝備進(jìn)行改造和完善。貝加萊以EnMon能源監控系統解決方案為平臺，將歐洲領(lǐng)先的節能理念融入其中，給中國用戶(hù)帶來(lái)了全新的節能體驗。

  參考文獻： 

[1] 周湘梅. ISO 50001:2011內容簡(jiǎn)介[J]. 認證技術(shù). 2011,10, 32-33.
[2] 張德元. 淺談干燥設備系統的節能減排[J]，化工機械. 2009(36)3.
[3] 孫彥廣. 鋼鐵企業(yè)能量流網(wǎng)絡(luò )信息模型及多種能源介質(zhì)動(dòng)態(tài)調控[C]. 2010年全國能源環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)會(huì )議文集,2010.
[4] 李冰. 紡織空調設備運行管理與節能[J]. 科技信息,2009,30.
[5] 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化. 2011年產(chǎn)品選型手冊[Z].

  葉峰（1982-） 

  男，浙江人，2004年畢業(yè)于華北電力大學(xué)自動(dòng)化系，雙學(xué)士。2010年加入貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司，主要從事APROL系統的推廣和支持工作。專(zhuān)注于貝加萊系統在水處理， 熱能電站、樓宇自控、交通運輸以及能源管理等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的應用研究。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第十期