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伍俊 （1982-）女，湖南人，現就職于湘鋼集團陽春新鋼鐵能源中心，研究方向為能源管理、節能和自動化。

    關鍵詞：能源管理；調度；能源平衡；EMS（Energy Management System，能源管理系統）

    Abstract: China is facing a huge energy pressure. Steel enterprise requires large quantities of energy, but the management level of energy consumption have large gap with international counterparts. It plays a very good exemplary role in the energy conservation and emission reduction that we make the production and dispatching management of energy effectively which could begin with steel enterprises. The paper introduces the dispatching management situation of Xiangtan iron and steel energy, analyzes the current difficulties of energy transformation, provides requirements of energy scheduling management by the xiangtan iron and steel, designs the plan of energy management, and analyzes the effect after the implementation of the offered plan. This paper can be a kind of similar scheme of energy management.

    Key words: Energy management; Scheduling; Energy Balance; EMS（Energy  Management System）

    1 引言

    能源在當今世界經濟發展中日益受到關注，世界各國都在積極制訂適合于自己發展的能源開發計劃，人們一方面在不斷尋求新的能源，另一方面也在采取各種措施節約能源。我國能源更是面臨著巨大的壓力，十七大報告明確提出企業要加強能源資源節約和生態環境保護，增強可持續發展能力，并把節約資源和保護環境定為基本國策。

    鋼鐵工業是耗能型工業，其耗能量占我國總能耗的10%左右。在鋼鐵總成本中，能耗費用占20%~35%，能源價格呈快速上升趨勢。這給耗能型的鋼鐵企業帶來巨大的成本和市場壓力；同時能耗與環境亦有著直接的關系。由此可見，節能降耗、提高效益將是鋼鐵工業在激烈的市場競爭中采取的一項長期戰略目標。

    2 我國鋼鐵企業能源管理與國外同行的差距

    目前，我國鋼鐵企業能源管理與國際同行相比，整體差距較為明顯。主要表現在：
能源管理模式與現代能源管理體系的要求有差距，能源綜合利用水平有待提升。
能源平衡調度手段缺乏，能源產生和使用過程效率不高。
能源系統運行穩定性有待提高，異常情況下的調度手段單一，反應速度慢。
能源設備裝備水平較低，與公司所需安全、穩定、快捷的生產格局不相匹配。
能源管理人員素質不能滿足公司新時期能源管理的需要，管控能力和管控水平不高。
噸鋼綜合能耗和可比能耗與國內外同行先進水平相比，仍有較大差距。

    3 湘鋼能源管理的要求

    湖南湘潭鋼鐵集團有限公司（簡稱湘鋼）位于湖南省湘潭市岳塘區，始建于1958年，是國內線、棒材和寬厚板專業生產優鋼企業之一。占地面積約500平方公頃，地理位置優越。經過40多年的建設，特別是改革開放以來加快發展，湘鋼已形成年產鋼600萬噸的綜合生產能力，被國務院確定為國家要重點抓好的300家大型企業之一。

    湘鋼擁有煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、軋材等一整套工藝裝備。其中，進口高速線材軋機、寬厚板煉鋼、精煉和軋機均達到國際先進水平。近年來，湘鋼圍繞產品結構調整進行一系列技術改造，全面優化了工藝結構，先后實現全轉爐、全連鑄和“一火成材”，一批主要技術裝備達到國內先進水平。

    隨著湘鋼生產規模日益擴大，湘鋼集團公司也明確認識到公司的能源管理與國內外先進同行相比，整體差距較為明顯。主要表現在能源產生、使用效率不高，能源綜合利用水平有待提升，能源平衡調度手段缺乏，能源產生和使用過程綜合利用效率低；能源系統運行穩定性有待提高，異常情況下的調度手段單一，反應速度慢以及能源設備裝備水平較低、能源管理人員管控能力和管控水平不高等問題。因此湘鋼提出了“管理先行、業務驅動、技術支撐”的能源管理系統構建思路，希望通過啟動能源管理模式的全員和全過程改進，指導能源管理信息系統的改造和建設，從而全面提高湘鋼能源管理理念和技術水平。

    湘鋼生產規模日益擴大，對能源數據的檢測、監視與調度勢在必行。水、電、煤氣、蒸汽、氧氣、氮氣、壓縮空氣等能源介質是總公司的核心動力，在總公司的生產、生活諸方面發揮著不可替代的作用，能源生產調度中心將在公司整個能源生產調度系統的合理開發、高效利用、優化配置方面起到重要作用。加強能源資源調度與管理，從根本上解決各種能源資源浪費與短缺問題，必須實現能源資源管理的信息化和現代化，建立整個能源生產調度中心的信息管理系統，完成對鋼鐵企業能源數據的宏觀和微觀上的調度，從而提高企業生產效率和增強企業競爭力。

    4 項目實施的難點

    4.1 基礎設施需大量改造

    目前公司能源系統的計量、控制設備等基礎設施配備不能滿足現代能源管理體系建設的要求，需要對能源設備進行大量系統升級和技術改造，提高能源設備的技術裝備水平，使之符合EMS系統的基本要求，系統改造任務量大、覆蓋面廣，必須統籌兼顧、系統實施，項目實施難度大。

    4.2 改造與生產協調組織困難

    實施能源管理系統建設的一大難點是現場系統的技術改造，許多基礎自動化、在線儀表的升級或接入必須在線實施。因此在線改造的安全、可靠實施，以及對于生產系統可能產生的影響必須系統考慮，系統改造的方案需反復核定，項目實施計劃也必須與生產計劃、設備檢修計劃相適應，確保系統按計劃實施的同時，生產經營目標順利完成。邊生產邊改造的困難大，組織難度也大。需要建立項目管理組進行強有力的實施與推進。

    4.3 能源管理模式必須適應新型能源管理體系

    湘鋼建立新型能源管理體系，必須建立合理的能源管理模式為之配套，必須通過組織機構的相應變化，調整和優化公司及能源中心的業務管理職能。能源中心作為能源生產過程監控、能源調度指揮、能源平衡決策等業務流程的職能管理部門，要優化能源管理操作范圍和權限，整合專業技術管理，實現合理配置資源、高效運作能源管理系統的目的，能源中心的管理模式轉變也要結合作業長制改革的實施逐步推進。

    如何建立合理的湘鋼能源管理模式，與EMS有效融合，達到EMS運行的效率最優化，也是項目實施的難點點之一。

    4.4 能源管理系統將來正常運行與維護的困難

    能源管理系統結構復雜，系統維護涉及到過程測量、數據采集、過程控制、網絡傳輸、實時數據庫等各個環節，也涉及到水、電、風、汽、熱能等諸多工藝專業；同時要實現部分站所無人值守目標，需同步考慮安防、火警、視頻系統的投入，也要考慮管理模式集中扁平化對設備運行、點檢、維護等方面需求的相應變化。目前能源數據測量裝置的維護在技術支撐和人員素質上都存在較大缺陷，組織機構調整及維護人員配置等方面必須要系統考慮、統籌安排，考慮到上線后的運行維護支持，參與人員必須深化對于技術的把握，公司要加大相關專業技術支援的力度。

    EMS不僅僅是一個信息系統，本質上也是一個在線的生產系統，因此在項目前期就應著手研究系統將來的運行維護等基礎保障手段。

    5 能源管理系統設計

    5.1 總體目標

    湘鋼能源管理系統建設的總體目標是：依據現代化能源管理思想，通過對公司能源管理現狀進行調研和分析，探索建立符合湘鋼長期發展戰略需求的新型能源管理模式；按照總體規劃、分步實施、統籌兼顧、重點突破、效益驅動的原則，對公司現有的能源基礎設施實施系統升級和技術改造，提升企業能源系統的技術裝備水平；建設集過程監控、能源調度指揮、能源平衡決策等管控功能一體化的新型能源管理體系，與公司生產經營有效結合，實現企業能源生產供應的安全、穩定、經濟、高效，達到降低企業成本、節能減排、保護環境的目標，最終實現湘鋼的循環經濟和可持續發展。

    5.2 設計思路

    按照先進的能源系統運行管理模式，公司能源管理系統的設計主要思路如下：

    （1）建立現代化能源管理模式

    能源管理系統要對整個公司范圍內的水、電、風、汽（氣）、煤、焦等各種能源進行生產調度和監控，建立新型的能源管理體系，優化能源管理模式，充分利用EMS平臺形成集中一貫制的扁平化管理，將能源的生產和管理納入公司統一的管理流程中，進行一級調配、考核和管理，最終建立能源管理系統的一貫制運作流程和“一級生產一級調度”的科學化能源管理模式。

    （2）改造提高能源設備的裝備技術水平

    能源供需數據的真實、完整和唯一性是能源管理系統的基礎，對基礎自動化系統的信息集成和數據采集實施技術升級和系統優化改造，為能源管理系統提供強有力的基礎數據支撐。要充分考慮公司現有工業控制系統、基礎自動化和企業資源信息系統的使用和分布情況，集成現有的能源監控系統和計量系統，實現湘鋼能源數據的統一采集、統一管理和使用，實行一站式的管理和按授權的分散使用，滿足公司各種不同層次的控制、分析等管理需求。

    （3）建立有效的能源管理系統

    能源管理系統要進行集中監視、控制和管理，必須通過先進的計算機網絡技術強化能源基礎管理，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程自動化、高效化、科學化管理，實施有效的在線能源監控管理和能源平衡調度，充分應用和發揮以節能降耗為目標的能源管理技術，實施能源管控一體化，完成噸鋼綜合能耗、各單位工序能耗、各工序介質單耗、各主要耗能設備介質單耗的公司能源四級能耗指標管理；并逐步進行能源工藝優化，以合理利用能源，挖掘節能潛力。

    （4）能源系統長期對生產工藝系統的支撐

    整個系統的設計既要考慮節約投資，又要考慮信息系統的完整性，要根據統籌兼顧、效益驅動的原則，實現與既有企業信息化系統的無縫集成，有效兼顧實用和先進性、安全和經濟性，也要考慮到公司在建的技改項目，能源系統隨主工藝系統不斷擴展的特點，設計實現系統擴展的便利性和在線擴展、技術升級的技術可行性。在可預見未來時期內，能夠通過對EMS的擴展，滿足公司生產工藝改造對能源的監控、調度和管理的需要。

    系統建設時將制定湘鋼能源管理系統的規范，為公司將來新建項目必須滿足的能源監控條件提供依據。

    5.3 能源管理系統的架構

    5.3.1 總體架構

    能源管理系統（EMS）設計為三層結構的應用層。底層為數據采集層，中層為實時數據處理層，上層為應用管理層。數據采集層由PLC、遠程I/O或RTU及現場檢測、執行設備等組成，主要實現數據采集和實時控制；中層主要設備是I/O服務器，主要完成實時數據處理和短時歸檔；上層主要設備有應用服務器、數據庫服務器、工程師站、操作員工作站、大屏控制器等，主要完成調度、管理等功能。如圖1所示。

   
                 
                                            圖  1
    5.3.2 EMS系統的網絡系統架構

    EMS采用單獨的網絡并通過防火墻與公司的ERP、MES等網絡進行連通，彼此間的通訊必須通過防火墻過濾，嚴禁旁路。

      EMS系統的網絡設計為現場光纖工業環網，能源調度中心的核心以太網以及現場采集站接入網絡等幾部分組成。

    現場工業以太網采用光纖環網構成，按照能源工藝系統的廠區地理位置分布，形成雙環網。現場各采集系統分別連接到工業環網的各個子站上，形成星型網絡結構。

    中央核心以太網為網絡采用冗余網絡配置，分別連接到光纖環網上，用于連接實時數據庫服務器、長時歸檔數據庫服務器、應用服務器、工程師站、WEB服務器、GPS服務器以及模擬屏裝置，2臺核心交換機還用于管理整個網絡系統中的VLAN及路由等。

    標準客戶以太網用于連接操作站、技術管理站、調度站、網絡打印機及投影屏幕等，為100M交換網絡。通過2個1000M端口分別連接到2臺核心交換機上，整個網絡的拓撲結構如圖2所示。


                  
 
                                          圖  2

    5.4 能源管理系統實現的基本功能

    能源管理系統實現的基本功能有：能源生產過程監控、基礎能源管理、能源實時平衡與調度功能、能源的優化與節能功能、其它如設備管理及能源質量、環保安全監測功能等。

    （1）能源生產過程監控功能

    對電、燃氣、氧、氮、氬、蒸汽、各種水等能源設備系統進行實時監控、系統故障報警和分析，并對能源中心管轄的能源設備進行遠程操作控制。作為能源的生產指揮控制中心，能源管理中心將負責日常的生產調度，保證主作業線正常有序的生產，并在突發事件期間實施能源應急調度策略，確保能源生產供應安全經濟穩定，并對能源介質的質量進行監控管理。


                  

                   
                                          圖  3  
                                 
    （2）基礎能源管理功能

    包括能源計劃管理、能源費用管理、能源實績管理、能源單耗管理、能耗預測、能源分析、工序能耗管理以及能源平衡管理。

    （3）能源實時平衡與調度功能

      系統在實時能源信息的基礎上，對能源生產供應進行實績分析，配合單耗、工序能耗以及費用分析，通過能源預測與分析模型實施科學預測并制定調整計劃，指導實施控制、管理與調配，充分平衡回收和利用二次能源。能源平衡、優化和短期預測、趨勢分析都是基于能源預測與分析模型及經驗數值，提供調度參考方案，協助制定能源計劃和實施及時調度。如圖4所示。
    
                  

                  
                                          圖  4  
                  
   （4）能源的優化與節能功能

    通過大量累積的能源系統數據，在短期企業能源介質平衡基礎上，能源管理人員可制定中長期湘鋼各種能源介質的綜合利用方案，進而優化企業的能源供需平衡，降低能耗。

    （5）支撐功能

    監視報警：對重要運行設備狀況進行故障監視、控制和報警，確保整個能源生產系統的設備和人身安全。設置大屏幕監視，在能源調度中心控制大廳，設置背投監視屏，對整個能源管理系統進行重要內容的全局監視。

    能源設備管理功能：對關鍵能源設備進行精細化管理，根據關鍵能源設備信息庫信息和接收的ERP 或MES 數據，系統生成能源設備檢修計劃；在能源設備發生異常時，系統自動評估可能產生的后果，發出不同的預警信號，并提示啟用相應的應急預案。

    能源介質質量監測功能：對能源介質質量（如電能質量、水質指標、煤氣質量等）進行在線連續監視，指標發生異常時，系統自動報警。

    環保安全監測功能：對能源介質的環保數據（如SO2、煙塵濃度、流量、廢水排放等）進行在線連續實時監視，并在出現異常時實施應急調度策略，確保能源介質質量、環境指標均滿足要求。


    6 小結

    湘鋼實施能源管理系統后，在能源實時監控、能源調度、能源平衡、能源優化和節能等方面都起到了非常顯著的作用。從改造的經驗、系統的設計、系統的管理都提供了可借鑒的經驗。

    參考文獻：
[1] SIXNET鋼鐵企業能源管理系統（EMS）解決方案[EB/OL]. http://www.ca800.com/apply/html/2008-12-18/n34231.html.
[2] 宋軍, 蔡九菊, 張立宏. 鋼鐵企業能源管理概述[C]. 全國能源與熱工學術年會全國能源與熱工學術年會論文集, 2006.
[3] 楊衛東, 楊冬云. 建設能源管理調度中心——現代化鋼鐵企業的必由之路[C]. 冶金循環經濟發展論壇論文集, 2008.

  摘自《自動化博覽》2010年第十二期