1 系統(tǒng)建設(shè)必要性

1.1
系統(tǒng)建設(shè)背景

1.1.1
“十二五”規(guī)劃目標(biāo)

我國目前是全球第二大能源消耗國。前十年，能源消耗年增長與 GDP 增長率基本持平約為 9%。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的核算數(shù)據(jù)，我國 2010 年全年能源消費(fèi)總量達(dá) 32.5 億
噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
2011 年 3 月，“十二五”規(guī)劃正式發(fā)布，未來五年是中國發(fā)展實(shí)現(xiàn)歷史性轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵時(shí)期，節(jié)能工作刻不容緩，“規(guī)劃”提出“十二五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降 16%、單位 GDP 二氧化碳排放降低 17%的節(jié)能減排目標(biāo)。規(guī)劃還要求綜合運(yùn)用調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源和提高能效、增加森林碳匯等多種手段以促 進(jìn)節(jié)能減排。預(yù)計(jì) 2010~2020年能源消耗增長率將降為 3.8%。同時(shí)，《2011 年政府工作報(bào)告》第一次提出要將節(jié)能目標(biāo)分解到工業(yè)、建筑、交通運(yùn)輸和公共機(jī)構(gòu)等行業(yè)，并繼續(xù)實(shí)施重點(diǎn)節(jié)能工程。 在工業(yè)節(jié)能方面，工信部提出工業(yè)節(jié)能減排四大約束性指標(biāo)：到 2015 年我國單位工業(yè)
增加值能耗、二氧化碳排放量和用水量分別要比“十一五”末降低 18%、18%以上和 30%，工業(yè)固體廢物綜合利用率提高到 72%左右。 就在工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能措施而 言，在“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃中，國家將在“十一五”期間的千家企業(yè)節(jié)能行動基礎(chǔ)上，組織開展萬家企業(yè)節(jié)能低碳行動。

1.2

系統(tǒng)建設(shè)的必要性分析

水泥是一種資源消耗型產(chǎn)業(yè) ，其使用的主要能 源是煤、電、水和 油，其中，煤和電的消耗量非常大，這兩者約占水泥生產(chǎn)成本的 70%以上。目前企業(yè)對于這些能源的使用沒有進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和連續(xù)的記錄，對于能源質(zhì)量和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境也不清楚，有的還存在很大的安全隱患。另外，由于沒有建立用能平衡系統(tǒng)，對于能源在運(yùn)輸、傳送等過程中的損耗程度和使用情況不甚了解，造成了大量無謂的浪費(fèi)。 水泥生產(chǎn)過程中，各類用能 設(shè)備對各種能源的 負(fù)荷需求并不是一 成不變的，但是，水泥生產(chǎn)中涉及的許多大功率高、低壓設(shè)備都是在滿負(fù)荷的運(yùn)行，并沒有隨著實(shí)時(shí)的功率需求進(jìn)行變化。

目前，國內(nèi)水泥市場的競爭 已從區(qū)域化競爭逐 步進(jìn)入全國性競爭 階段；水泥生產(chǎn)進(jìn)入微利時(shí)代，各個(gè)大型水泥集團(tuán)都是以量取勝，所以，如何降低水泥生產(chǎn)成本，對于水泥企業(yè)是至關(guān)重要的，有時(shí)甚至關(guān)乎到企業(yè)的存亡。而通過能源管理系統(tǒng)進(jìn)行能源數(shù)據(jù)的累積，計(jì)算每噸水泥的能源消耗量或每個(gè)生產(chǎn)班組的能源消耗量，建立用能考核定額，作為降低水泥生產(chǎn)成本的重要依據(jù)。 為此，非常有必要建立一套 完整有效的能源管 理系統(tǒng)，對水泥生 產(chǎn)過程進(jìn)行三級在線計(jì)量，并結(jié)合水泥的生產(chǎn)工藝進(jìn)行設(shè)備的節(jié)能控制，從而保障水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行、為節(jié)能降耗提供有效的技術(shù)手段。

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1

建設(shè)內(nèi)容

2.1.1

能源管理系統(tǒng)功能

基于紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 平臺構(gòu)建能源數(shù)據(jù)在線監(jiān)測、能源自動化節(jié)能控制，對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理、存貯、顯示、打印、發(fā)布、上傳等。 完成以下功能：
? 電、煤、水等各類能源實(shí)時(shí)在線三級計(jì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控；
? 能源質(zhì)量監(jiān)測；
? 自動化節(jié)能控制（空壓機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等），設(shè)備的啟停等；
? 集成 DCS、PLC 和 MIS 系統(tǒng)的能源數(shù)據(jù)；
? 能源數(shù)據(jù)采集、分析、處理、存貯、人機(jī)界面、圖形及表格化顯示、統(tǒng)計(jì)分析、打印、發(fā)布、遠(yuǎn)傳等功能。

2.2

建設(shè)目標(biāo)

1、 采用紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫 平臺，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源實(shí)時(shí)在線計(jì)量、能源質(zhì)量監(jiān)測和能源自動化節(jié)能控制，集成企業(yè)能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理和分析、生產(chǎn)調(diào)度和管理能源等功能，建設(shè)企業(yè)能源管理中心。
2、 通過能源實(shí)時(shí)在線計(jì)量和能源質(zhì)量監(jiān)測，提高安全管理水平。
3、 通過能源實(shí)時(shí)在線計(jì)量、監(jiān)測和系統(tǒng)化的節(jié)能控制，實(shí)現(xiàn)能源管控一體化，達(dá)到 2%的綜合節(jié)能率。

3 技術(shù)方案

3.1
方案設(shè)計(jì)原則

1）實(shí)用性 確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)結(jié)果都滿足需求并行之有效。
2）開放性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用開放標(biāo)準(zhǔn)、開放技術(shù)、開放結(jié)構(gòu)、開放系統(tǒng)組件、開放用戶接口。

3）先進(jìn)性 設(shè)計(jì)思想先進(jìn)；軟硬件設(shè)備先進(jìn)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)先進(jìn)；開發(fā)工具先進(jìn)。
4）標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化 全部設(shè)計(jì)符合有關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)，軟硬件設(shè)計(jì)全部采用模塊化，便以系統(tǒng)擴(kuò)展、運(yùn)行維護(hù)和升級。
5）可擴(kuò)展性 隨著監(jiān)控規(guī)模的擴(kuò)大及現(xiàn)代化管理需求的增長，確保系統(tǒng)有足夠的擴(kuò)展能力。
6）實(shí)時(shí)性 系統(tǒng)基于現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，確保系統(tǒng)運(yùn)行管理所要求的實(shí)時(shí)性。
7）經(jīng)濟(jì)合理性 系統(tǒng)具有最高的性能價(jià)格比和最低的生命周期成本。
8）易用性和可維護(hù)性 系統(tǒng)使用方便，人機(jī)界面友好，維護(hù)簡便。
9）安全性 確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，防止人為誤操作和外來干擾影響本系統(tǒng)安全。
10）可靠性 確保系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)可靠運(yùn)行。

3.2
需求分析

3.2.1

企業(yè)能源基本情況

主要能源消耗是固體煤炭和電能。 能源種類如下：
一、 一次能源
煤、電、水。
二、 二次能源
壓縮空氣。

3.2.2

能源管理功能實(shí)現(xiàn)

3.2.2.1 供煤系統(tǒng)

記錄進(jìn)廠的煤炭數(shù)量，統(tǒng)計(jì)用煤總量；通過皮帶秤、轉(zhuǎn)子秤、沖擊式流量計(jì)等計(jì)量裝置進(jìn)行生產(chǎn)工藝流程中用煤量的統(tǒng)計(jì)。

3.2.2.2 供配電系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)測各類供電回路的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)；
實(shí)時(shí)監(jiān)測各類供電回路的開關(guān)狀態(tài)，供電回路三相不平衡監(jiān)測，缺相及開關(guān)跳閘報(bào)警，變壓器、開關(guān)及電纜工作溫度超限報(bào)警等；
實(shí)時(shí)監(jiān)測電能質(zhì)量，提高用能安全性，避免設(shè)備的損傷；
實(shí)現(xiàn)三級計(jì)量；
進(jìn)行用能診斷，盡早發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)偏低、供電電壓偏高等情況，并提示相關(guān)人員予以處理；
在線分析各種用電回路的需量，識別有效負(fù)荷與無效能耗，廠區(qū)配電網(wǎng)線損分析、變壓器負(fù)荷率及效率分析等。

3.2.2.3 供水系統(tǒng)

對各主要用水點(diǎn)（計(jì)量到車間級）進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量；
建立水平衡系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析管網(wǎng)的工作狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)跑、冒、滴、漏等異常狀況，避免能源的無謂浪費(fèi)。

3.2.2.4 壓縮空氣系統(tǒng)

對各主要用氣點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量；
建立流量平衡系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析管網(wǎng)的工作狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)跑、冒、滴、漏等異常狀況，避免能源的無謂浪費(fèi)；
根據(jù)用氣量實(shí)際需求，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出力。

3.3
能源管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.3.1
技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.2
系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

3.3.3

系統(tǒng)功能

3.3.3.1 能源管理系統(tǒng)功能

（1） 各種能源實(shí)時(shí)分類、分戶（各個(gè)分廠、車間）及三級精確計(jì)量，計(jì) 量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸并存貯在中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。
（2） 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測各供電回路的電壓、電流和功率等電力參數(shù)，在線分 析各種用電回路的需量與質(zhì)量，識別有效負(fù)荷 與無效能耗，廠區(qū)配電 網(wǎng)線損分析， 變壓 器負(fù)荷率及效率分析等，從而可通過技術(shù)或行為節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的有效節(jié)能。
（3） 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視各類供電回路的開關(guān)狀態(tài)，有功無無功無功率，供電回路三相不平衡，缺相及開關(guān)跳閘報(bào)警，變壓器、高耗能設(shè)備超限報(bào)警等，從而確保供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
（4） 對泵、風(fēng)機(jī)和空壓機(jī)等大功率電機(jī)，采用變頻調(diào)速，并實(shí)現(xiàn)變頻器實(shí)時(shí)在線聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)需量動態(tài)調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的目的。
（5） 對水管網(wǎng)系統(tǒng)建立流量平衡系統(tǒng)，在對各主要用水進(jìn)行精確計(jì)量的 同時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量的平衡對比。實(shí)時(shí)分析管網(wǎng)的工作狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)跑、冒、滴、漏等異常狀況，避免能源的無謂浪費(fèi)。
（6） 采用棒圖顯示各類能源消耗大小，用餅圖顯示各分項(xiàng)電耗所占的比 例，用趨勢圖顯示能耗的變化趨勢；
（7） 系統(tǒng)按日、月、年打印或顯示用能消耗報(bào)表，并可提供用能的同比與環(huán)比報(bào)表；
（8） 以實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對企業(yè)用能進(jìn)行能效分析，包括企業(yè)整體 用能及各重點(diǎn)生產(chǎn)工藝和重點(diǎn)用能設(shè)備的能效分析。通過實(shí)際的分析對比，挖掘各方面的節(jié)能潛力，實(shí)行節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)企業(yè)有效節(jié)能。對已改造完成的項(xiàng)目，通過能效分析數(shù)據(jù)來驗(yàn)證節(jié)能效果。
（9） 通過與現(xiàn)有系統(tǒng)的融合與對接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高企業(yè)能源的自動 化和精細(xì)化管理水平，對企業(yè)的生產(chǎn)起促進(jìn)作用，使產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量更有保證；
（10） 軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便今后系統(tǒng)的擴(kuò)展。
（11） 系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程上傳至集團(tuán)中心能源管理中心。
（12） 結(jié)合生產(chǎn)工藝，在保證安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，進(jìn)行節(jié)能控制。

4 效益分析

4.1

節(jié)能效益分析

4.1.1

管理節(jié)能

（1） 對能源質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保提供給設(shè)備高質(zhì)量的能源，提高設(shè)備工作效率和運(yùn)行壽命，降低設(shè)備成本；

（2） 對能源質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保提供給設(shè)備高質(zhì)量的能源，提高設(shè)備工作效率和運(yùn)行壽命，降低設(shè)備成本；進(jìn)行用能診斷，提高能源利用效率，減少能耗費(fèi)用；

（3） 進(jìn)行節(jié)能潛力分析，為節(jié)能改造提出指導(dǎo)方向，減少因采用不恰當(dāng)節(jié)能方式引起的損失。
（4） 根據(jù)“科學(xué)用能、系統(tǒng)節(jié)能”的原理，對水泥生產(chǎn)系統(tǒng)和全廠管理的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行在線診斷、分析，能實(shí)時(shí)地掌握全廠管理和生產(chǎn)的狀況，由操作的四個(gè)基本要素（操作指標(biāo)、操作參數(shù)、操作方法、排除故障）入手，不斷優(yōu)化和控制，降低水泥廠生產(chǎn)能耗，提高水泥廠經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)水泥廠的最佳效益。

4.2
社會效益分析

（1） 節(jié)約能源，降低企業(yè)能耗，提高能源利用率；
（2） 提供水泥企業(yè)能源節(jié)能控制與管理的技術(shù)手段，提高水泥生產(chǎn)能源自動化管理水平；
（3） 獲取節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約國家財(cái)政支出；

（4） 推動水泥節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步；
（5） 為社會增加就業(yè)機(jī)會；
（6） 降低污染排放，提高環(huán)境質(zhì)量；
（7） 驗(yàn)證節(jié)能效果，指引節(jié)能方向。

4.3
綜合經(jīng)濟(jì)效益

能源管理系統(tǒng)效益包括直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益兩部分。 建成 EMS 后，實(shí)現(xiàn)公司能源生產(chǎn)全面管理、計(jì)劃生產(chǎn)、用能計(jì)量，實(shí)行能源成本管控，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能量平衡，減少用水量、排放量，提高環(huán)保質(zhì)量，降低電網(wǎng)能耗，參考鋼鐵行業(yè)能源管理中心建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)能源統(tǒng)一管理可節(jié)能 2～3％，按照 2.5%的綜合節(jié)能率計(jì)算，能源管理中心項(xiàng)目實(shí)施后，年經(jīng)濟(jì)效益為：50000 萬元×2.5%=1250 萬元。