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   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，力求實現能源計劃管制、集中管控和精細化管理的目標。在簡介了能源監控管理的需求與相關標準、能源分類與消耗和能源監控管理系統的結構之后，本文著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例。

   關鍵詞：EnMon能源監控管理解決方案；系統結構；數據采集；節能方法；應用實例

   1 引言

   能源作為一種必需的消費品，被普遍視為是人類生存和發展的重要物質基礎。能源的發展，能源的合理利用，能源和環境的和諧統一，是全世界乃至全人類共同關心的問題。

   但是，人類在享受能源帶來的經濟發展、科技進步等利益的同時，也遇到了一系列無法避免的能源安全挑戰，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環境污染等問題威脅著人類的生存與發展。在新世紀，能源問題必將是人類在全世界范圍內最大的挑戰。

   2 能源監控管理系統簡介

   2.1 能源監控管理的需求與相關標準
2011年7月15日國際標準化組織發布的關于能源監控的標準ISO 50001，為公共和私立組織的能源管理建立一個框架，以協助企業進行能源管理，提高能源使用效率，減少成本支出和改進能源效益的管理策略。表1示出了有關國際組織和國家在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，由于工業生產過程中能源利用效率的提升使財務支出大幅度削減到2020年底能源價格預計漲價20%。貝加萊工業自動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，設計開發的能效理念和應用實現全部符合ISO 50001標準要求。

   2.2 能源分類與消耗

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

   工廠一次能源是企業向供能企業獲取的能源。例如水、電、蒸汽、煤、煤氣、天然氣、汽油、柴油、重油、酒精等。在企業中認知的一次能源通常是指企業自身無法生產，需要從外部獲取，需要進行對外采購并付出相應成本的能源，通常以自然資源為主。 

   工廠二次能源是指企業自身生產的能源。例如純水、壓縮空氣、氮氣、冷凍水、冷卻水、采暖水等。該能源是企業消耗一次能源和人工，經過各車間或分廠二次加工產生的能源。產生的二次能源可作為工藝環節的產品供給企業其它的生產部門使用，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結構

   同時，能源在各個社會領域里的消耗是不均勻的。圖1是美國能源部門統計的各個社會領域能源消耗所占的比重。從中可以看出，工業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聯。
 
                   
                         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分為液體介質、氣體介質和電能。液體介質：如工業用水、生活用水、軟水、工業用油、石油、柴油、化工液體等等；氣體介質：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又進行了一次存儲方式的分類，把能源數據按供給形式劃分為三種類型：能源供給狀態數據、能源供給整點數據、能源供給累加數據。 

   能源供給狀態數據主要是滿足實時監測的需要，一般采集頻率較高，無需長時間保存歷史數據。例如蒸汽實時溫度、壓力等數據。該數據主要完成企業對能源質量實時監測，及時調整能源供給質量。一般情況下無需實時保存每一個數據。 

   能源供給整點數據是為滿足管理、計量用的資料，主要記錄整點時能源供給的狀態值或累加值。具有采集頻率低，時間精度要求高的特點，一般形成報表，作為績效考核、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，是企業管理層進行領導決策、企業財務核算所關心的重要數據資料，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業的模塊，可以對電力線路進行直接監控，電能數據直接上系統，為客戶節約安裝電能表的開支。同時，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總線通信方式進行采集，又可通過傳統的4~20mA/1~5V信號對能源數據進行直接采集（見圖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，一些暫時無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的節能商業目標主要用于以下幾個方面： 

   在對能源進行管理的基礎上，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系； 

   推動能源用戶的能源成本問責制(基于消耗量的成本核算)； 

   識別能源成本低廉的工程，同時找到能源節約的本質； 

   通過監視能源質量減少系統設備停機時間； 

   通過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、過程、部門、工廠或者企業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行把握。

   目前行業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對制造和生產流程的工藝進行干預或優化，通過改變工序，縮短能源使用時間，提高生產效率；或者采用全新工藝，壓縮處理環節，充分利用自然力或生物能代替耗能環節來實現節能降耗。

   （2）設備節能

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

   （3）管理節能

   通過加強對能源使用者以及使用規則的管理，實現節能降耗。比如將公共場所空調的溫度設定在26℃，辦公室無工作人員時關燈，盡量錯峰用電等，節約能耗成本。

   貝加萊EnMon重點著眼于設備節能和管理節能，通過提供能源管理的經驗給客戶提供能源成本縮減的實惠。

       4 貝加萊APROL EnMon的節能應用實例  

  
                   
                               圖5 歐洲電能使用的分時成本

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

   貝加萊EnMon同時實時監控生產企業的重點能耗設備，對其運行狀態和能耗開銷作常規監視，發現異常情況，系統將預警并對能耗單元的故障盤查和維修，從源頭上掐斷能源的浪費。與此同時，能源系統將工廠的所有能耗設備設定能源使用優先等級， 將能耗設備分為：可隨時關停、緊急情況下可關停、不允許關停三個等級，當能源負載超出載荷時，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，系統將進入負荷優化狀態，關停低等級能耗設備。如果能源負荷供應進一步降低，緊急情況下可關停低等級設備以確保維持生產的關鍵設備運行，當能源負荷降低到難以維持狀態，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給生產造成的損失降到最小值，減少了停機時間。 

   貝加萊EnMon對一個企業的監測安裝范圍包括總廠供電/ 供熱/供氣/供水用量（無論是地下水還是城市管網供水）數據采集，供水水壓，水溫等實時數據采集，各個分廠供電/供熱/供氣/ 供水用量數據采集，其它相關獨立核算部門數據采集等，能源消耗量能綜合比對分析（如圖6所示）。此外，EnMon還著重于對能源介質品質進行監控，而最終的目標是能效利用率最大化。
 
                    
                          圖6 貝加萊EnMon的企業綜合能耗監測   

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

   系統關注各個工藝段產品產量采集，計算產品能耗效益比， 能耗效益超標的工序需要重點整治。對各種能源廠的供給數據和各個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素質，對傳統的能源管理流程進行優化和再造， 對現場的設備和裝備進行改造和完善。貝加萊以EnMon能源監控系統解決方案為平臺，將歐洲領先的節能理念融入其中，給中國用戶帶來了全新的節能體驗。

  參考文獻： 

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[5] 貝加萊工業自動化. 2011年產品選型手冊[Z].

  葉峰（1982-） 

  男，浙江人，2004年畢業于華北電力大學自動化系，雙學士。2010年加入貝加萊工業自動化（上海）有限公司，主要從事APROL系統的推廣和支持工作。專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業領域的應用研究。

   摘自《自動化博覽》2012年第十期