韓歡慶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:能源管理系統在鋼鐵行業中的應用是鋼鐵行業信息化、數據化、智能化發展的重要表現,也是鋼鐵行業實現智能制造與精細化管理的重要舉措。鑒于此,從能源管理系統在鋼鐵行業中的應用意義出發,就能源管理系統應用現狀進行了簡要分析,并結合鋼鐵行業特征與智能創造目標,設計一種能源管理系統。通過系統架構與功能分析,確定該系統能夠與智能化配電系統、自動化管理系統、資源計劃系統等互聯互通,實現對鋼鐵公司能源運營狀況全面化、精細化、智能化管控,利于企業高質量、可持續發展。
關鍵詞:智能化配電系統;能源管理;鋼鐵;智能化;信息化
0、引言
鋼鐵工業是我國工業體系中的重要組成部分，在促進社會進步、經濟發展、技術繁榮等方面發揮著至關重要的作用。基于近些年鋼鐵工業的高速發展，鋼鐵生產制造的自動化水平、數字化水平、信息化水平不斷提高，在一定程度上導致鋼鐵能源供需匹配、鋼鐵制造工藝方法使用、鋼鐵生產流程銜接、鋼鐵各種流調度流通等發生巨大改變，能源資源智能化配置管控成為鋼鐵工業新時期建設與發展的客觀需求與必然趨勢。智能化配電系統及智能化能源管理系統能夠對多種能源介質進行精細化管控，能夠實現鋼鐵工業全流程各種流的等科學調度，切實提高企業管理水平，推動企業高效、安全、環保、穩定、長久發展。
1、鋼鐵行業中能源管理的應用意義分析
(1)智能化配電系統應用意義
基于近些年鋼鐵工業的高速發展，鋼鐵企業生產規模不斷擴大，導致鋼鐵企業生產裝置增多，為滿足生產用電需求，供配電網內中低壓變配電所數量增多。加之在智能制造進程的不斷推進下，鋼鐵企業供配電網絡自動化、信息化水平不斷提高，對供配電管理提出了更高要求，如何實現鋼鐵企業供配電系統管理有效性、安全性，促進供配電系統管理智能化、集約化、透明化、精細化發展成為相關人員關注與思考的重要問題。而智能化配電系統的有效設計與科學應用，能夠滿足鋼鐵企業供配電系統管理需求。鋼鐵企業通過使用智能化配電系統(圖1)可對電力參數、環境參數、運行參數等進行全面監測，并根據監測結果預測負荷用能，指導企業節能減排；預警電氣設備或系統過載、過壓、過溫等危險情況，降低這些危險行為發生與發展對企業安全生產的不利影響；監視設備運行故障與電能質量問題，以便運維人員及時發現和處理故障，防止事故擴散，從而將事故影響降至*低。鋼鐵企業通過使用智能化配電系統可實現對資產管理(如資產存檔快查、評估等)、運維管理(如流程規范、運維追蹤、案例存儲等)、能源管理(如能源使用監測、能耗統計、能耗評估等)的集成化、精細化管控。
(2)能源管理系統應用意義
能源短缺與環境污染是我國各領域建設與發展過程中關注的重點問題。鋼鐵行業不僅是能耗大戶，也是污染物排放大戶。從生產工藝角度來看，多數鋼鐵企業采用“燒結——煉鐵——煉鋼——軋制"工藝流程進行生產，涉及原料廠、燒結廠、焦化廠、煉鐵廠、煉鋼廠、軋制廠等諸多生產設施。據統計燒結工序能耗可達到48kgce/t左右，焦化工序能耗可達到103kgce/t左右，煉鐵工序能耗可達到386kgce/t左右，煉鋼工序能耗可達到54kgce/t左右、噸鋼電耗可達到456~462kWh/t，噸鋼新水消耗可達到2.45~2.56m3/t等，綜合能耗約為545~552kgce/t。從生產排放角度來看，鋼鐵行業碳排放量僅次于電力行業，占全國碳總排放量的13%~15%，此外二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵、廢水等排放量也位居工業。因此，在新時期發展中，如何在保證生產質量，提高生產效率的同時，降低資源能源消耗，減少環境生態負荷，實現能源精細化管理成為企業以及相關人員關注與思考的重點問題。能源管理系統作為鋼鐵企業信息化系統重要組成部分，其在資源能源數據采集、分析、整理、存儲、利用等方面的優勢為鋼鐵企業能源管理智能化、精細化發展提供了支持。目前，鋼鐵企業應用的能源管理系統能夠對多種能源介質(各種氣、各種水、采暖熱網、電力等)信息，如壓力、溫度、濃度、流量、運行狀態、開閉信號等進行監視管控，也能夠對污染物信息，如濃度、流量、排放總量、污染指數等進行監視管控，從而為能源分配利用、設備維修養護、污染預防控制等提供指導。與此同時，能源管理系統能夠與其他信息化管理系統互聯互通，進一步提高企業管理水平。促進鋼鐵企業高效化、環保化、節能化、專業化、科技化、創新化發展。
2、鋼鐵行業中能源管理系統應用現狀及存在的問題分析
鋼鐵企業能源管理系統是一種集制造過程監控、能源資產管理、能源資產調度等功能為一體的管理系統，其有效應用對企業能源利用率提高、企業能源管理質量提高存在積極影響，是新時期企業實現綠色化、信息化、創新化發展的重要手段。縱觀鋼鐵企業能源管理系統應用現狀，發現能源管控系統的應用仍存在諸多問題，有待在后續研究發展中改進、完善、優化。例如，能源數據采集缺乏準確性、全面性；能源管理系統與其他系統之間融合有限，易產生信息孤島問題；現場裝備集成度不夠高，設備監管的離散性較高；系統通訊存在一定滯后性，事后管理現象屢見不鮮等。
3、鋼鐵企業能源管理系統優化設計分析
隨著“互聯網+"理念以及“加快建設制造強國與網絡強國"任務的提出，鋼鐵企業應促進鋼鐵制造管理與信息技術的深度融合，積極優化能源管理系統，實現物質流、信息流、能源流一體化智能調度與管控，從而有效解決傳統能源管理系統應用問題，促進能源管理系統應用作用*大化發揮，實現鋼鐵企業能源精細化管理，推動鋼鐵企業綠色化、自動化、創新化、智能化發展。
(1)智能化能源管理系統主要架構
根據鋼鐵企業特征結合“智能制造"對鋼鐵企業建設與管理的要求，鋼鐵企業應以系統安全運行、制造節能減排、全流程能源協同優化控制為目標，以計算機技術、互聯網技術、大數據技術、云技術、物聯網技術、信
息通訊技術等為支撐，搭建智能化能源管理系統。根據智能化能源管理系統功能對其架構進行劃分，可分為數據中心層側重于鋼鐵企業各種流的調度管控，包括生產原料、燃料、材料等物質流調度管控；電能、水能、氣能、熱能、機械能等能量流調度管控；生產制造、運營管理等過程中產生各種信息的信息流調度管控。協同管控層則是根據各種信息對能源資產進行高效高質量匹配，切實提高企業生產、管理質量和效率，*大程度提高對各種能源、資產的利用率。智能管控層進一步提高能源管理系統智能化水平，實現對企業全流程的智能化監測、調度、管控。
(2)智能化能源管理系統設計要點
1）明確系統之間的關系，提高系統交互性
提高智能化能源管理系統與其他信息化管理系統的交互能力，對智能化能源管理系統作用充分發揮存在重要影響。故在系統設計與建設過程中需要綜合考慮能源管理系統與鋼鐵企業其他信息化管理系統，如基礎自動化系統、過程控制系統、生產執行系統、企業資源計劃系統等關系，從而準確確定能源管理系統在企業信息化管理系統架構中的位置。通常情況下，能源管理系統主要面向企業及業務管理層人員服務，對數據信息的可控性、關聯性具有較高要求。能源管理系統需要為企業運營提供準確、全面信息，以滿足企業生產計劃、采購計劃、資本計劃、能源計劃等需求，故能源管理系統應具備較強的物質流(圖2)、信息流、能源流、資金流等協調控制能力。基礎自動化系統與過程控制管理系統側重于設備運行狀態等基礎數據管控，對數據信息準確性、時效性具有較高要求。生產執行系統側重于鋼鐵企業生產管理，包括生產計劃執行管控、生產能源消耗管控等，該系統可將過程控制管理系統與能源管理系統有效銜接，進一步提高鋼鐵企業生產運營管控水平，消除鋼鐵企業生產過程中的各種不確定性問題。故在鋼鐵企業信息化管理系統中在鋼鐵企業信息化管理系統中，基礎自動化系統與過程控制管理系統位于架構底層，生產執行系統位于信息化管理系統架構底層，能源管理系統位于架構頂層。
2）根據鋼鐵企業特征，給予系統設計綜合考慮
鋼鐵企業能源介質管網分布廣泛，對能源介質輸送具有較高要求，如何提高能源介質輸送連續性、持久性、安全性、快速性、經濟性，成為鋼鐵企業能源管理思考的重點問題之一。對此，智能化能源管理系統在鋼鐵企業中的應用，需要具備較強的能源動態調節平衡能力。這就需要從能源介質輸送監控能力、能源動態調節能力、能源介質信心采集處理能力、能源介質輸送故障分析處理能力、能源計劃調整能力、能源平衡預測能力等方面對智能化能源管理系統設計進行綜合考慮，以保證企業在系統支持下對能源介質輸送管理做出科學決策。
3）根據企業能源管理要求，科學規劃系統功能
鋼鐵企業應用能源管理系統的主要目的是提高能源利用率，保證能源生產、轉換、消費平衡，促進企業生產健康、穩定、長久發展。因此，鋼鐵企業的智能化能源管理系統一方面需要對能源使用進行管理，另一方面需要對能源成本進行管理。其中能源使用管理側重于物質流管控，能源成本管理側重于資金流管控。且滿足企業能源管理需求，智能化能源管理系統需要具備能源設備監管、能源計劃監管、能源平衡監管、能耗實績監管、能源預測監管等功能。就能耗實際管理而言，鋼鐵企業通過智能化能源管理系統能夠根據企業實際情況建立能源消耗預測模型，并在能耗歷史信息、生產計劃信息、能源供需計劃信息等支持下，完成能耗預測，從而為企業能源管理計劃制定提供依據，提高能源利用率。就能源平衡監管而言，鋼鐵企業通過智能化能源管理系統能夠系統、準確、全面、動態掌握電能源、水能源、氣能源等購入情況、存儲情況、利用情況、輸送分配情況、終端使用情況等，并對其進行監視、調度、控制，保證能源介質在各環節安全、可用。與此同時，企業借助系統能夠將能源數據轉換為碳排放數據，實現各分廠或各業務污染排放智能分析，讓企業管理人員更加直觀了解各分廠或各業務污染狀況，便于企業管理人員發展污染排放管理問題，從而針對性制定科學、合理、有效減排降污方案。
4）合理選擇系統實現技術，保證系統功能有效發揮
系統的實現離不開各類技術支持。對此，在系統設計開發過程中應給予系統實現技術高度重視。由于鋼鐵企業能管管理范圍為全鋼鐵廠，故將系統設計為多層分布式結構，確保系統運行安全、可靠的同時，提高系統維修簡便性。選擇客戶/服務器網絡通信模式，并引入以太網通信技術、現場總線通信技術、無線傳感技術以及Modbus-RTU、IEC61850、ModbusTCP/IP等多種通信協議，滿足系統內部通信需求、系統與系統之間通信需求。采用模塊化設計法，根據系統主要功能將其劃分為多個子系統，以滿足不同用戶管理需求。同時子系統設計中，能源介質按類型歸類，工作人員能夠針對某種介質查閱歷史信息。為提高信息利用效率，系統依托數據挖掘技術、數據庫技術、專家知識系統技術等，能夠自動生產各類報表，并以多種形式進行可視化顯示，同時系統具備信息追蹤能力，便于溯源管理。系統依托云技術不僅能夠通過互聯網登錄，也可以通過移動終端登錄，實現對能源的遠程管控。
4、Acrel-EIOT能源物聯網云平臺
（1）概述
Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。
（2）應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
（3）平臺結構
（4）平臺功能
電力集抄
電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。
變壓器監控
配電圖
能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
預付費管理
1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；
2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；
3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；
4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；
5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；
6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。
預付費看板
充電樁管理
通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。
充電樁看板
智能照明
智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。
監控頁面
安全用電
安全用電采用第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然"的目的。
智慧消防
通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。原先針對“九小場所"和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實際需求。
（5）系統硬件配置
5、結束語
智能化配電系統與智能化能源管理系統是基于云技術、大數據技術、物聯網技術、人工智能技術、移動通信技術等推廣應用下形成的管理系統。在鋼鐵制造中，智能化配電系統應用的關鍵在于對鋼鐵企業電力設備進行自動化、智能化管理，以*大程度保證電力設備運行安全、穩定；智能化能源管理系統應用的關鍵在于整合鋼鐵制造全流程各種能源介質，實現能源統籌管理與動態調度，提高企業能源資源利用率。基于智能化配電系統及能源管理系統的有效應用，可促進鋼鐵企業綠色化、信息化、智能化、創新化發展，保障鋼鐵企業長期安全、穩定、健康運行。
參考文獻
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[6]安科瑞企業微電網設計應用手冊.2022.05版.
作者簡介：
韓歡慶，安科瑞電氣股份有限公司
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