工业厂房如何通过能耗监测系统降本增效
发布时间2024-07-05 浏览次数：143
易允恒
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：为保证企业实现节能减排目标，设计和使用远程在线监测系统势在必行。远程在线监测系统是基于传感器与网络技术的优势，在企业区域各个位置针对性安装传感器，对实时数据进行采集、编码传输到远程管理系统。远程管理系统对采集的数据进行分析，计算出生产性能指标指导运行人员优化运行。
关键词：工业；远程；在线；监测系统；技术
0前言
近年来，我国工业化、城镇化进程明显加快，消费结构快速升级，对能源需求旺盛，经济发展与环境保护矛盾突出。提高能源利用率，在环境友好的情况下进行社会发展已成为策略和社会共识。根据“十三五”发展规划，到2020年，全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，能源消费总量控制在50亿tce以内，节能减排工作任重道远。
1远程在线监测技术应用现状
目前，远程在线监测技术的应用仍有一定的局限性，在燃油、燃气等企业还未有效全面铺开，尚未全面涵盖到地方监督管理层，且未专门针对既有锅炉等设备特性进一步深化与集成创新。因此，深入探究工业远程在线监测系统具有十分重要的现实意义。
2解决方案
2.1数据采集层面
采用MODBUS通讯协议完成对能耗数据的采集，将数据以压缩加密方式通过网络传输到能耗在线监测预警平台数据服务器。由于数据采集具备断点续传功能，保证了采集数据的实时性和可靠性。企业内部采用二级采集方式：一级面向各级生产系统，二级为能耗系统（见图1）。
图1数据采集方式
2.2数学分析层面
运用大数据、云计算及建模技术解决系统数据量大、运算逻辑复杂、预测不准等问题。对系统数据量，首先要解决存储问题，然后是查询、检索及加工（处理）等。远程在线监测系统包含一系列大数据处理工具和方法，通过对数据的研究，将发现的问题和规律应用到相关领域。此外，云计算技术也将彻底改变整个信息产业的生态环境，如基础设施、计算机、网络设备、及软件等。
2.3统一平台层面
系统基于管控一体化信息平台，采用分布式部署方式。在整体需求的基础上，对系统业务功能及核心数据进行统一规划，以达到结构清晰和易于扩展。在设计中，遵循实用可行、适用易用、安全可靠、成熟、可扩展、可移植的原则，保证系统安全、稳定、有效运行，同时满足未来扩展需求。在功能方面，采用微服务方式，包括:能耗动态监管、能耗水平识别及评价、重点用能企业能效对标分析、重点用能企业节能分析及考核、城市能源预测及预警、决策支持及专家智能等。此外，系统还提供了报表分析、计算引擎、模型分析等十多种支持工具，以便能源数据的管理和分析。
3远程在线监测系统在某重点用能企业中的应用
3.1现场调研
在安装远程在线监测系统前，生产监视由仪表完成，数据采集来自人工的按时段抄表；缺乏分析工具，使所获数据不能反映当前能源消耗状况、不能预测未来消耗趋势、不能支持优化运行。
3.2系统设计及实施
针对调研结果，远程在线监测系统的设计以现场数据采集为起点，向上依次包括数据传输层、数据存储层、支撑平台层、应用层和展示层。清晰的层次结构满足了企业的需求，保证了后续的扩展性，见图2
图2能源在线监测系统设计框架
3.3项目培训、交付和运行维护
项目完成后，建立项目验收文档，由专家团队进行验收。验收内容包括项目过程文档、系统设计文档、系统测试文档等。项目验收合格后移交后期维护及技术服务工作给远程在线监测系统供应商。依托完整的运维体系，服务团队实现7×24h不间断服务，保证系统问题在15min内响应、2h内出具解决方案。同时，服务团队对系统运行状态进行监控，做到提前发现问题并及时解决，保证系统稳定运行。
3.4系统应用成效
（1）实现静态监管转为动态监管
通过建立标准化能耗采集监测体系，规范采集工作操作流程：对接入监测的数据进行规范处理，确保能耗在线监测数据的有效性，从而对生产过程及时优化和调整，保证节能大化。
（2）实现单一部门管理转为联合办公管理
通过远程在线监测系统，以能耗为重点，录入建筑、生产线、办公区域等能耗数据，实现数据共享，为企业节能减排、整体规划提供支撑，提高厂区各职能部门办公效率，降低监管成本。
（3）实现由强制执行转为主动引导
建立公共服务平台，实现用能单位、节能服务公司及员工的紧密连接：通过平台发挥节能减排激励作用和示范效应，引导企业及员工提升能源利用效率、加强用能管理。
（4）实现事后分析转为预测分析
在获取重点区域、生产线、能源使用、消耗、配置及调度情况的基础上，对历史能耗数据进行挖掘，并利用大数据技术对全厂能源日平均消费量趋势进行分析，从而对库存周转情况进行监督，如储备预警等。采用大数据技术、系统计算及模型优化，对能源消耗趋势进行准确预测，提前掌握行业、区域能源消费趋势，从而提前布局管控政策，保证节能高效、准确执行。
（5）实现电平衡、水平衡实时动态分析
通过对电、水、气、汽等开展能源平衡测试，及时发现耗能异常问题：系统通过饼图、柱状图等对能耗数据进行统计，对用能情况进行分析，通过能源平衡测试及在线监控，发现重点耗能，以挖掘潜力，缓解企业节能减排压力。
4建筑能耗分析系统
4.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照有关规定实施能源审计，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上人民管理节能工作的部门报送能源审计报告。
4.2应用场所
适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。
4.3系统结构
Acrel-5000建筑能耗分析系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体化结构。建立如下层次结构：
4.4系统功能
（1）系统概况
平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。
（2）用能概况
对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。
（3）用能统计
对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出EXCEL，支持选择建筑数据进行生成柱状图。
（4）复费率统计
复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。
（5）同比分析
对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。
（6）能源流向图
能源流向图展示单栋建筑时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。
（7）配电监测/管网图
以变电站配电结构一次图或建筑水、燃气管网图展示结构中各重要节点数据，方便用户掌握能源运行时参数。
（8）夜间能耗分析
夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在时段工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。
（9）三维展示
通过3D图形方式展示项目现场模拟图，以直观的方式对项目中建筑或设备数据进行动态展示。
（10）设备管理
设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。
（11）用户报告
用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。
5系统硬件配置
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应用场景 |
型号 |
图 片 |
保护功能 |
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建筑能耗管理系统 |
Acrel-5000web |
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采用泛在物联、云计算、大数据、移动通讯、智能传感等技术手段可为用户提供能源数据采集、统计分析、能效分析、用能预警、设备管理等服务，平台可以广泛应用于多种领域。 |
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智能网关 |
ANet-1E2S1 |
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采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，作为信息采集系统中采集终端与平台系统间的桥梁，能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总，并使用相应的规约转发现场设备的数据给平台系统。 |
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高压重要回路或低压进线柜 |
APM810 |
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具有全电量测量，电能统计，电能质量分析及网络通讯等功能，主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理。该系列仪表采用了模块化设计，当客户需要增加开关量输入输出，模拟量输入输出，SD卡记录，以太网通讯时，只需在背部插入对应模块即可。 |
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APM520 |
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三相全电量测量，2-63次谐波，不平衡度，大需量，支持付费率，越限报警，SOE,4-20mA输出。 |
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低压联络柜、 |
AEM96 |
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三相多功能电能表，均集成三相电力参数测量及电能计量及考核管理，提供上24时、上31日以及上12月的电能数据统计。具有63次分次谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和继电器输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出，可广泛应用于多种控制系统，SCADA系统和能源管理系统中。 |
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动力柜 |
ACR120EL |
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测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度，谐波等，并具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统。 |
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DTSD1352 |
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DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。 |
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AEW100 |
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三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。 |
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照明箱 |
DTSD1352 |
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DIN35mm导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。 |
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DDSD1352 |
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DDSD1352单相电子式电能表主要用于计量低压网络的单相有功电能，同时可测量电压、电流、功率等电量，具有红外通讯功能，并可选配RS485通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。 |
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DDS1352 |
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单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量，红外及RS485通讯，电流规格10（60）A，有功电能精度1级。无功精度2级，尺寸:1P |
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ADW300/4G |
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计量低压网络的三相有功电能，具有RS485通讯和470MHz无线通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。 |
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ARCM300T-Z-4G |
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三相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2G/4G通讯。 |
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给水管道 |
水表 |
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计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据。 |
6结语
“面向典型重点用能企业能耗在线监测平台”的建设是信息化与节能工作相结合的可行方式，能 有效提高企业能源利用率，挖掘企业节能潜力，对 提高企业科学管理水平具有战略意义。
参考文献
[1]国务院.“十三五”节能减排综合工作方案[Z].2015.
[2]观研天下.2018年中国合同能源管理市场分析报告—行业深度调研与发展趋势预测[Z].2018.
[3]何召辉,罗孝美,孙 翼.能耗远程在线监测系统在工业节能中的应用
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.