龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：能源管理系統是對能源消耗的一種監(jiān)控管理系統，它可以實時監(jiān)測各類型能源使用的情況，自動分析各設備的能耗、能效情況并給出合理建議，從而進一步對設備進行優(yōu)化，以實現企業(yè)對能源使用的理想配置，確保所有設備處于高效、節(jié)能、減排的運行狀態(tài)。
關鍵詞：能源管理；能耗采集；能耗分析；用能監(jiān)測
1能源管理系統應用背景
1.1能源管理概述
能源的消耗是持續(xù)的，沒有規(guī)劃地任意使用是不可取的，隨著我國經濟的發(fā)展和環(huán)境資源壓力越來越大，節(jié)能減排形勢嚴峻，在中國，持續(xù)高速的經濟增長的同時也引發(fā)了能源供應危機等問題。節(jié)能減排、低碳環(huán)保不再只是一個社會的熱點話題，更是我們未來的必經之路。認真貫徹落實黨的精神，要求加快推進節(jié)能降耗，加快實施清潔生產，加快資源循環(huán)利用，向節(jié)約、清潔、低碳、高效生產方式轉變，實施節(jié)約與開發(fā)并舉、把節(jié)約放在前列的能源發(fā)展戰(zhàn)略。
一個企業(yè)建設能源管理系統不僅能夠滿足公司對能源管理的需求，而且能夠隨企業(yè)的持續(xù)發(fā)展而拓展。利用該系統能夠有效降低企業(yè)因能源消耗數據統計、表單維護以及報表、數據處理而產生的費用，通過對監(jiān)測數據進行在線分析，幫助企業(yè)進行能源消耗的實時監(jiān)測、準確統計和詳細預測，為企業(yè)節(jié)能降耗和自我完善提供確鑿的數據基礎和有力的決策支持。
1.2企業(yè)現狀分析
能耗數據信息是企業(yè)的重要能耗點和關鍵指標，多數企業(yè)并沒有充分運用信息化集中管理手段，采集某個車間或設備的能耗信息，沒有該信息就無法在生產過程中準確分析能量消耗情況和成本情況，造成了能耗在生產過程中沒有起到關鍵作用和指導作用。大多數企業(yè)仍然使用的老式儀表并沒有預留數據通信接口，儀表無法形成網絡連接，能耗等信息的采集主要靠傳統的人工抄表進行數據記錄，工作強度大，人工易出錯造成數據不準確，數據無法通過結構化存儲，無法在企業(yè)內部通過信息化系統之間共享。
1.3企業(yè)管理需求
1.3.1用電監(jiān)控
能源管理系統主要目標之一是采集與監(jiān)測用電信息，建立企業(yè)的能耗數據中心，為企業(yè)的精細化運營、生產成本的降低提供數據管理平臺:通過實時、準確采集電力數據，解決原人工完成的電力數據采集任務;通過數據分析及時發(fā)現電力能耗問題，通過能耗總量走勢分析、電總能耗的偏差分析、電能耗按設備或區(qū)域進行對比、環(huán)比分析等，為企業(yè)生產運營提供有力的決策數據;實現設備的智能化用電，提高電能利用率，達到節(jié)能效果;對重點工作流程的電能耗指標、單位產品能耗指標等進行監(jiān)控，對規(guī)定的節(jié)能目標設置警戒線，對未達目標的指標進行自動告警、動態(tài)監(jiān)測及在生產過程中實時監(jiān)測。
1.3.2用水監(jiān)控
可以在廠區(qū)地圖上按照區(qū)域監(jiān)控各個廠區(qū)、車間的工業(yè)用水、生活用水、綠化用水等實時數據。實時顯示用水計劃情況，有效監(jiān)督整個廠區(qū)用水管理。
1.3.3用氣監(jiān)控
可以實現對整個廠區(qū)的天然氣、壓縮空氣、高溫蒸汽等氣體能耗進行實時監(jiān)控和使用安全進行集中管理，達到有效避免浪費及規(guī)范操作的目的。
1.3.4能耗分析
能源成本分析和賬單管理;能源消耗統計臺賬與報表。
1.4解決思路
通過對原有水、電、氣表進行替換，改用具有通訊遠傳功能的智能監(jiān)測儀表，采集檢測數據后，上傳至通訊管理服務器，能源管理系統對能耗使用情況進行分析與呈現。
1.5能源管理系統基本功能
1.5.1在線監(jiān)測:
實時查看各監(jiān)測點的多種能耗指標，包括電壓、電流、負荷、電量，用水流量、用氣流量等。
1.5.2統計分析:
從費用、能耗、指標三部分出發(fā)，分為日、月、年三大模塊，并通過能源消耗軌跡圖、表格等多種形式，反映用能設備的能源消耗情況。且便于操作、查看歷史數據。
1.5.3數據分析比較
單臺用能設備不同時間段內的能耗指標差異的比較，及同一時間段內同類能源設備的能耗指標差異的比較，指導用戶進行能耗使用的管理。
1.5.4分析結果展現形式:
能源管理系統可在服務器界面展示，也可通過APP或微信服務號展示相關信息，用戶可隨時了解配電室現場運行情況、水、氣能源消耗情況。平臺同時具有故障及時報警、信息推送等功能。
2能源管理系統方案設計
2.1設計目標
能源管理系統是應用物聯網技術結合現代合理用能管理思想為企業(yè)構建的信息系統，其目標是讓企業(yè)通過智能化能源管理系統科學用能，實現“安全、可靠、經濟、高效、潔凈”的用能目標和用能管理的“可視化”。
通過用能管理的“可視化”運用，幫助企業(yè)改變用能方式、提升用能效率、優(yōu)化資源配置及改善用能環(huán)境，實現:減少能源消耗，降低用能成本。
2.2結構設計
2.2.1系統結構
能源管理系統包括能效管理應用層、網絡通訊層、現場設備層。
圖1 能源管理系統示意圖
◎能效管理應用層:完成數據采集、校驗、分析、處理、輸出、系統維護、授權使用、權限分級控制等;并可將現場運行的重要數據、報警信息、故障信息等傳送到企業(yè)決策人員。
◎網絡通訊層:現場采用RSX485、以太網、5G、WIFI等傳輸方式，將區(qū)域內的能源采集模塊連接至相對的通訊管理機，各通訊管理機通過網絡連接至中央服務器。
◎現場設備層:現場設備層負責電、水、氣參數的采集和上傳�，F場設備層有多功能電力儀表、多功能電能表、水、氣能等采集裝置組成。
2.2.2功能結構
◎數據采集結構
收集分布在企業(yè)配網中的能耗數據，如將電壓、電流的模擬信號轉換成數字信號，將電能數據傳輸到數據主站;主要設備有多功能電力儀表、485通信服務器、485通信網絡、5G通信網絡等，系統將各種傳感器互聯成網絡與主站系統連接；
◎數據中心結構
包括數據主站系統、數據庫系統和數據處理系統與信息發(fā)布系統:
數據主站系統:接收企業(yè)傳感器采集的數據進行解析及存儲，同時向企業(yè)傳感器發(fā)布指令，請求所需要的數據；
數據庫系統:存儲企業(yè)能耗指標數據和數據處理系統的處理結果；
數據處理系統:完成企業(yè)能耗數據加工。系統包括應用服務器、數據分析模型、信息展示模型、智能用電模型等；
信息發(fā)布系統:將企業(yè)管理信息發(fā)布到Web服務器，企業(yè)通過登陸互聯網獲取電能管理信息。系統包括Web服務器、Web應用、信息安全系統等。
3能源管理系統具體實現分析
3.1系統概述
能源管理系統是采用先進的智能化集成技術，基于B/S架構的能源管理平臺，該平臺采集各個能耗監(jiān)測點的能耗和運行信息，形成能耗的分類、分項、分區(qū)域統計分析，對能源的統一調度、優(yōu)化能源介質平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質量、降低企業(yè)綜合能耗和提高勞動生產率有重要作用，幫助客戶更優(yōu)化的使用能源，從而實現“節(jié)能管理、綠色能效”。
3.2平臺構架
能源管理系統采用B/S多層結構。在B/S模式中，客戶端運行標準的瀏覽器軟件，通過HTTP協議向Web服務器提出頁面訪問請求，頁面執(zhí)行相應的邏輯程序(一般通過組件訪問數據庫)，Web服務器再將頁面程序執(zhí)行返回的結果進行轉化，轉變成HTML文檔形式轉發(fā)給客戶端瀏覽器。
系統采用三層體系結構，可以滿足用戶個性化需求以及系統安全性等方面的需要;同時保持系統核心架構的穩(wěn)定性，從而可以保證定制系統的質量、穩(wěn)定性、開發(fā)周期和開發(fā)成本等方面的要求。
3.3系統功能介紹
(1)用戶登錄認證功能。系統可采用用戶名和登錄密碼認證登錄，進入主界面后會自動彈出新增告警信息，提醒值班及運維人員及時查看和處理。
(2)能源看板功能。通過能流圖形象的將該企業(yè)各部門主要設備用能情況展示出來。
(3)能源監(jiān)控功能。能源監(jiān)控展示的實時數據和歷史數據，通過數字表格或圖形曲線的方式將數據形象的展示出來。
(4)能耗統計功能。能耗統計包括分項能耗、部門能耗和能耗排名這三部分，將企業(yè)中各部門及各監(jiān)測點實際用能情況，通過不同的展示方式展現出來。
(5)能耗分析功能。能耗分析包括企業(yè)用能分析、部門綜合能耗、設備用能分析和指標綜合分析這四類，將企業(yè)中各部門及各監(jiān)測點實際用能情況，通過不同的分析方式展現出來。
(6)報表功能。報表功能分為日報表、月報表和年報表。通過多樣化的報表服務滿足生產現場的多種多樣需求。報表設有打印功能，可定時自動打印或觸發(fā)條件打印，并可導出到excel表格中，顯著減少抄表工作的人力成本，提高用戶的經濟效益。
(7)告警功能�？稍O置和提示設備的能耗等告警信息。
(8)APP或微信功能。通過APP或微信服務號及時了解設備現場運行情況、能源消耗情況、實現故障及時報警，信息推送等功能。
3.4網絡傳輸方案
采用嵌入式低功耗AＲM核心的工業(yè)級嵌入式智能網關，作為站端監(jiān)控系統的核心，解決各類現場設備接入、數據傳輸和協議轉換問題，提供完整的協議層解決方案，支持各種常見電力系統通信規(guī)約，可定制私有協議，同時具有事件處理功能。支持數據凍結和階段性存儲。支持向云平臺的數據傳輸，并可接收云平臺的指令實現就地控制、自動巡檢等功能，支持遠程系統升級。
3.5服務器部署方案
選用一臺應用服務器和一臺數據庫服務器，實現業(yè)務和數據分離的架構，服務器部署在企業(yè)內部，企業(yè)內需要有互聯網連接，可將系統訪問接口發(fā)布于互聯網，便于后期的數據訪問。
4系統實現目標
(1)實現對企業(yè)所使用的各種能源進行計量，對企業(yè)的水、氣、電能耗數據實現遠程抄表，能耗數據界面化，對比分析能耗報表，實施監(jiān)控和考核。杜絕跑、冒、滴、漏現象的發(fā)生，分析比較能耗歷史數據，為節(jié)能技改提供科學依據。
(2)通過手機APP或網頁，生產企業(yè)可以通過能源消耗監(jiān)測及大數據分析云計算中心對生產的設備進行遠程加解密、設備故障報警。
(3)通過采集與監(jiān)測能耗信息，建立企業(yè)的能耗數據中心，為企業(yè)的精細化運營、生產成本的降低提供數據支撐。
(4)減少值班人員工作強度，避免人工抄表的數據不準確因素，提高事故的反應速度及解決效率。
(5)通過數據分析及時發(fā)現能耗問題，通過能耗總量走勢分析、能耗的偏差分析，能耗按設備或區(qū)域進行對比、環(huán)比分析等，為公司生產運營提供有力的決策數據;提高能源利用率，達到節(jié)能效果。
5安科瑞企業(yè)能源管理平臺
5.1 平臺概述
安科瑞企業(yè)能源管理平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數據和支持。
5.2應用場所
鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學原料以及機電設備、電器產品、工器具制造等。
5.3平臺結構
圖2 平臺結構
5.4平臺主要功能
5.4.1首頁
首頁通過展示企業(yè)各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,并三維展示企業(yè)重要工藝或設備的能源消耗動態(tài)，可直觀了解企業(yè)當前用能。
5.4.2運行監(jiān)控
能源管理系統的動態(tài)顯示對企業(yè)使用的各種能源（電、水、蒸汽）進行實時監(jiān)控，并提供從概貌到具體的動態(tài)圖形顯示，并提供區(qū)域數據監(jiān)控，在工廠平面圖或者某個車間的平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據。系統提供對能源管理系統運行狀態(tài)的實時監(jiān)視功能，實現對能源系統運行過程中關鍵的用能狀態(tài)參數的變化趨勢、耗能設備的運行狀態(tài)以及系統運行報警事件進行實時監(jiān)視，確保整個能源供給、轉換和消耗過程的安全、可靠和穩(wěn)定。系統提供圖形化工具，不僅可以組態(tài)出數字化的監(jiān)控界面，還具有實時趨勢顯示。
（1）變配電系統的電氣主接線圖展示，實現對全電量參數以及開關斷路器狀態(tài)的實時監(jiān)視，如電壓、電流、頻率、功率、功率因數、三相不平衡度、諧波等參數。
（2） 水、燃氣、壓縮空氣等系統各分支管道分布示意圖以及流量、壓力、溫度等參數狀態(tài)的實時監(jiān)視；
（3）重點用能設備系統（如壓機等)的運行狀態(tài)以及用能參數的實時監(jiān)視；
（4）過壓、過流、欠壓等保護信號報警、系統通信中斷、電量、非電量參數越限、能耗超標預警等實時事件報警監(jiān)視。
（5）工藝流程圖展示重點關注工藝各設備運行參量以及能耗情況
5.4.3變壓器監(jiān)控
展示各變壓器負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比，測算變壓器損耗，找出變壓器經濟運行區(qū)間。根據變壓器經濟運行區(qū)間，調整負載，從而降低變壓器損耗，節(jié)約電量。
5.4.4用能統計
系統支持為企業(yè)不同的計量監(jiān)測對象，提供快速查詢顯示日、周、月、季、年的企業(yè)用能情況同比環(huán)比、產品單耗、產品折標對比、能耗排名等。數據通過棒圖，餅圖，直方圖等形式，實現對系統中耗電量、耗水量、耗氣量等能耗數據的統計分析。大到整個企業(yè)，小到單個設備或車間，通過對這些區(qū)域的計量節(jié)點能耗數據查詢分析，實現整個企業(yè)能耗數據的統計分析，滿足用戶實現對任意時段內區(qū)域、車間、工藝和設備類型等的能耗數據查詢要求。通過對比不同區(qū)域等的能耗數據情況，了解不同對象區(qū)域等的能耗規(guī)律，自動對這些對象進行能耗排名，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。
5.4.5分項用能
系統提供對企業(yè)分項用能的分項統計。根據分項，用柱狀圖以及餅圖，展示各分項用能情況，直觀，清晰。通過用能趨勢，及時掌握企業(yè)分項用能趨勢情況。對于分項用能異常，能即時發(fā)現，調整策略，改善用能，節(jié)約能源。
5.4.6產品/產值單耗
系統可以與企業(yè)MES系統對接，導入產品產量。對不能導入的數據提供人工錄入功能。通過系統采集的能耗數據，結合產品產量，計算產品單耗，生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。
5.4.7用能成本分析
系統支持為企業(yè)整體以及車間等各個需要單獨進行能耗考核的對象提供各種能源消耗的總費用成本的統計對比功能�？商峁╇姟⑺�、氣等各種能源類型在統計周期中的消耗量以及對應的費用數據，并且可以將各種能源的費用進行百分比占比統計和對比，以了解整個企業(yè)能源費用成本的詳細分布情況。同時支持對單位成本費用進行分析。用戶可選擇多個考核區(qū)域進行耗能成本的對比分析，為用戶建立有效的績效獎懲機制和日常管理提供真實、可靠的數據依據。
5.4.8用能成本預測分析
系統支持為企業(yè)以及需要單獨考核計量的區(qū)域提供能源成本預算管理功能，允許用戶錄入能源成本的詳細預算計劃，通過對比能源實際費用和預算費用進行預算執(zhí)行管理，可以直觀的了解到每月或者每年能源成本是否超出預算，方便用戶及時的進行預算的調整和干預。此外，系統還支持按照的預測算法進行能源成本的成本預測，根據歷史的預算執(zhí)行情況和實際耗能的數據預測后續(xù)的幾個月的能源成本費用，幫助用戶進行有效的成本計劃管理。
5.4.9績效分析
對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力。
5.4.10能耗預測
通過對企業(yè)車間、生產工藝、生產設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進行預測分析，為節(jié)能提供有效的決策依據。
5.4.11運行監(jiān)測
系統的設備運行監(jiān)測功能專門針對重點耗能設備提供的管理，主要包括設備運行狀態(tài)及關鍵參數監(jiān)視、設備臺賬管理、設備能耗統計分析以及設備維護管理。通過對設備工作狀態(tài)參數以及工況參數的實時采集和監(jiān)視可及時判斷設備的運行工況是否正常；設備能耗統計分析可提供針對設備對象的實時耗能量以及歷史耗能趨勢的分析和對比；設備臺賬管理以及維護管理可建立設備基本信息檔案，可快速實現對于設備各種特性參數的查詢和統計分類，對設備及其主要零配件的檢修、更換歷史記錄進行信息化管理，并可提供設備計劃檢修到期提醒以及逾期檢修告警等功能，便于為每一個重要設備建立經濟運行檔案，確保設備的安全、穩(wěn)定、經濟運行。
5.4.12能源平衡及損耗分析
能源平衡及損耗統計分析主要為企業(yè)的電、水、氣等能源在轉換、運輸、使用過程中的各個環(huán)節(jié)提供能量平衡分析，及時的發(fā)現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。通過分別統計重要用能環(huán)節(jié)的能源供給量和能源消耗量并計算兩者之間的差值損耗量，來評估個各環(huán)節(jié)的用能損耗程度。比如對用水系統的干管計量和各個車間支管的計量消耗量之和進行損耗分析，有利于及時發(fā)現是否存在水管漏水或者違規(guī)用水的情況；對用電系統的低壓進線計量和各饋線回路的計量消耗量之和進行損耗分析，來評估判斷是否存在違規(guī)用電、竊電等異常用電現場，幫助用戶發(fā)現并糾正能源使用過程中的能源浪費問題，降低能源綜合運行成本。
5.4.13節(jié)能分析
節(jié)能分析主要是為企業(yè)在實施節(jié)能措施后，具體節(jié)能效果的分析，通過錄入節(jié)能措施，對比分析實施節(jié)能措施前與實施節(jié)能措施后的用能情況，以此來評判節(jié)能措施的實施效果，為企業(yè)節(jié)能提供幫助，提高經濟效益。
5.4.14分析報告
系統提供的用戶分析報告主要是為企業(yè)的中、高層管理人員提供有關企業(yè)的能耗數據統計結果匯總和分析結論展示，注重整體能耗狀況和變化趨勢的說明。一般包括企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況，用能趨勢排名，重點能耗排名，綜合能耗排名等。通過豐富多樣的圖形化組件組態(tài)成為一份用戶分析報告，讓用戶了解系統的運行情況，方便用戶發(fā)現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。
5.4.15事件記錄
事件報警分析主要是為系統的異常運行狀態(tài)或故障原因診斷分析提供依據和分析手段。系統運行過程中所產生的各種報警時間均會被自動記錄和存儲，通過對事件的發(fā)生時間、范圍對象、事件的類型、事件的等級以及事件描述關鍵字搜索查詢，即可快速的實現對目標事件的查詢和分類。
5.4.16自定義報表
用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生成各種報表，從各種能耗數據及費用比較，到電力峰谷平報表；從碳排放報告到系統能耗評估，從能耗指標到能耗預算等等，使用者無需繁瑣的編輯，只需要簡單操作就能生成精美的報表。
5.4.17移動端支持
APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預測、運行監(jiān)視、異常報警等。
5.4.18運行環(huán)境
(1)瀏覽器運行設備
(2)臺式電腦，手機、平板等移動端設備
(3)瀏覽器運行環(huán)境
(4)支持谷歌、火狐、搜狗、360等主流瀏覽器訪問
(5)客戶端運行設備
(6)安卓系統移動設備（android 5.0以上），蘋果ios系統
5.5推薦現場設備選型（根據實際需求選配）
6結束語
該系統在實時監(jiān)測各種類型能源的能耗，通過相同設備能效指標對比，及時發(fā)現低能效設備，進而對設備進行優(yōu)化，提高設備性能;通過對運行參數監(jiān)測，讓所有設備節(jié)能運行，以實現企業(yè)對能源使用的理想配置，實現企業(yè)節(jié)能、減排的目的。
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[2]吉朝輝,周軼.淺談能源管理系統在企業(yè)中的應用[J].石油化工建設,2021,43(S2):150-152.
[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
龔永波，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 28801392115@qq.com手機：18702101301 QQ:2881392115
