淺聊智慧能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著科技的不斷進步，智慧能源管理系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。本文探討了智慧能源管理系統(tǒng)的概念、特點及其在鋼鐵行業(yè)中的重要性，詳細闡述了該系統(tǒng)在鋼鐵生產(chǎn)過程中的能源監(jiān)測與分析、能源優(yōu)化調(diào)度、節(jié)能減排等方面的具體應(yīng)用，并對其未來發(fā)展趨勢進行了展望。

2.2，特點

2.2.1 實時性：能夠?qū)崟r采集和處理能源數(shù)據(jù)，及時反饋能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

2.2.2 準(zhǔn)確性：采用高精度的傳感器和先進的數(shù)據(jù)分析算法，確保能源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2.3 智能化：具備自動分析和決策功能，能夠根據(jù)能源系統(tǒng)的實際情況進行智能調(diào)度和優(yōu)化控制。

2.2.4 可視化：通過直觀的圖形界面展示能源數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行狀態(tài)，便于用戶理解和管理。

2.3.1 提高能源利用效率：通過對能源系統(tǒng)的實時監(jiān)測和優(yōu)化調(diào)度，減少能源浪費，提高能源利用效率。

2.3.2 降低能源成本：合理控制能源消耗，降低能源采購成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2.3.3 促進節(jié)能減排：實現(xiàn)能源的精細化管理，減少污染物排放，符合國家的環(huán)保政策要求。

2.3.4 提升企業(yè)競爭力：提高企業(yè)的能源管理水平，增強企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，提升企業(yè)的市場競爭力。

四、智能化能源管理控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)、功能、軟硬件組成

4.1能源管理控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過有權(quán)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開關(guān)量監(jiān)測模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

首先第一層為企業(yè)能源數(shù)據(jù)采集層，是利用生產(chǎn)現(xiàn)場計量儀表、AI異構(gòu)通訊模塊、數(shù)據(jù)板卡ME等，搜集產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝信息、設(shè)備運行信息、能源使用信息，完成工業(yè)生產(chǎn)

控制系統(tǒng)內(nèi)的正向數(shù)據(jù)采集。

而后在工業(yè)級交換機、單模光纜等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持下，采取環(huán)形、星形相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立起不同自動化監(jiān)控系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接，進行主站點、子站點等生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)信息傳輸控制。由EMS能源管理控制系統(tǒng)，向企業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品生產(chǎn)、工業(yè)制造車間發(fā)送指令信號，實時傳輸某一周、某一月的生產(chǎn)能源消耗信息，包括能源設(shè)備運行狀態(tài)、能源介質(zhì)總用量等信息，各車間的現(xiàn)場控制中心，負責(zé)指令信號響應(yīng)、

能源消耗數(shù)據(jù)采集處理、并逆向傳送相關(guān)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。

第二層為數(shù)據(jù)運算、處理與調(diào)度層級。通過通訊管理機進行數(shù)據(jù)信息處理、運算后，存儲至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之中。

最外層為能源數(shù)據(jù)決策應(yīng)用層。這一層級包含中央交換機、客戶端、工程師站等組成結(jié)構(gòu)，其中由中央交換機作為數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換、能源管理功能的控制核心，建立起數(shù)據(jù)集中處理與分析的數(shù)學(xué)模型，通過各主站點、子站點生產(chǎn)單元的傳輸數(shù)據(jù)計算，得出生產(chǎn)設(shè)備控制數(shù)據(jù)、成本優(yōu)化數(shù)據(jù)、能源預(yù)測與平衡數(shù)據(jù)、能源負載與綜合利用數(shù)據(jù)的結(jié)果。

這里智能化能源管控子站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含CPU控制終端處理器、異構(gòu)通訊采集設(shè)備、生產(chǎn)現(xiàn)場儀表、TCP/IP通訊協(xié)議、AI異構(gòu)通訊模塊、EN2T以太網(wǎng)通訊模塊等的硬件設(shè)施，用于主站管理控制系統(tǒng)、各子站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連通，以及PLC控制器、網(wǎng)絡(luò)交換機之間的設(shè)備對接。

　根據(jù)以上圖2的EMS智能化管控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)可以得出：智能化能源管控子站的services服務(wù)系統(tǒng)，是在能源管控中心的主結(jié)構(gòu)下，設(shè)置基礎(chǔ)能源管理服務(wù)器、GIS地理服務(wù)器、Web發(fā)布服務(wù)器、ICV網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、I/0服務(wù)器、備份服務(wù)器、目錄服務(wù)器、PI實時數(shù)據(jù)庫等的任務(wù)處理模塊。

在此基礎(chǔ)上，將不同能源子站接入網(wǎng)絡(luò)防火墻、220V雙路供電電網(wǎng)，通過以太網(wǎng)通訊模塊、AI異構(gòu)通訊傳送，形成能源子站UPS運行信號、ICV服務(wù)器管理系統(tǒng)的連接，并完成二者之間企業(yè)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)的傳輸發(fā)送。當(dāng)UPS運行信號發(fā)生故障的情況下，基礎(chǔ)能源管理服務(wù)器、ICV網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器等模塊，將向智能化能源管理控制總系統(tǒng)，發(fā)出過限報警、故障報警信號，以便于專業(yè)技術(shù)人員及時處理解決問題。

5平臺設(shè)計與功能

5．1 系統(tǒng)平臺設(shè)計

智慧能源管理平臺采用去中心化的分布式網(wǎng) 絡(luò)構(gòu)架設(shè)計如圖 2 所示，采用 B / S 模式，實現(xiàn)云端建模、設(shè)計及部署，簡化了客戶端的維護工作，為 以業(yè)務(wù)模式為基礎(chǔ)的功能模塊擴展提供軟件支撐 基礎(chǔ)。滿足集團海量實時數(shù)據(jù)地存儲和處理的要 求，存儲在系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)可刪除，系統(tǒng)不 會因為數(shù)據(jù)量的攀升影響到存儲和訪問速度。遵 循系統(tǒng)應(yīng)用插件規(guī)范進行二次開發(fā)，開發(fā)的功能 模塊插件可無縫配置到應(yīng)用界面中使用。

5．2 系統(tǒng)實施

每家工廠實施能碳管理系統(tǒng)建設(shè)，首先是制 定出符合管理要求的能碳管理架構(gòu)，該架構(gòu)可以 隨著管理需求的變化而靈活調(diào)整。能碳管理架構(gòu) 可按照廠區(qū)、車間、生產(chǎn)線進行配置，將能耗數(shù)據(jù) 與管理架構(gòu)進行對應(yīng)關(guān)聯(lián)，全面的展示出能源管 理的范圍和深度。

功能

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)提供基于行業(yè)特點細分的能效管理解決方案，支持有線/無線方案接入各類智能設(shè)備，并提供多種第三方系統(tǒng)接口協(xié)議，融合企業(yè)微電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設(shè)備監(jiān)控、充電樁運營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲能管理等功能，通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)電網(wǎng)進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運維，滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。平臺支持中英文切換，現(xiàn)已應(yīng)用于多個行業(yè)和地區(qū)用戶側(cè)能源管理和電力運維平臺，單個平臺已接入1600多個用戶變電所數(shù)據(jù)，提供能源分析和運維管理功能。

圖3AcrelEMS能效管理平臺應(yīng)用

電力監(jiān)控

對企業(yè)高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運行狀態(tài)、接點溫度進行實時監(jiān)測和控制，監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進行治理，對故障及時處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。

圖4電力監(jiān)控功能

能耗分析

采集企業(yè)電、水、燃氣等能源消耗，進行分類分項能耗統(tǒng)計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對標(biāo)主要用能設(shè)備能效進行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。

圖5能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實現(xiàn)定時控制、光照感應(yīng)控制、場景控制、調(diào)光控制等，并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實現(xiàn)集中控制，為企業(yè)節(jié)約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監(jiān)控

監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計以及光伏發(fā)電功率控制。

圖7分布式光伏發(fā)電監(jiān)測

儲能管理

監(jiān)測儲能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)運行，包括運行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預(yù)定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據(jù)企業(yè)峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設(shè)置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電，實現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。  

圖8儲能管理

充電樁運營管理

監(jiān)測企業(yè)充電樁的運行狀態(tài)，提供充電樁收費管理和狀態(tài)監(jiān)測功能，并根據(jù)企業(yè)負荷率變化和虛擬電廠的調(diào)度指令調(diào)節(jié)充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行。

圖9充電樁管理

自定義駕駛艙

可根據(jù)用戶的關(guān)注點自行繪制所需的駕駛艙頁面，包括能源預(yù)收費、充電樁運營、電梯、空調(diào)、照明等各種設(shè)備的能耗統(tǒng)計、收益統(tǒng)計、運維情況等。

圖10能源物聯(lián)網(wǎng)駕駛艙定義

數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)測

實時監(jiān)測各配電柜的電壓、電流等電力參數(shù)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控。實時監(jiān)測各配電室溫濕度、煙感、水浸等環(huán)境參數(shù)。監(jiān)視變壓器的運行狀態(tài)及用能參數(shù)，測算損耗，找出經(jīng)濟運行區(qū)間，降低能源損耗。

圖11數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測

能耗統(tǒng)計分析

主要是對能耗的數(shù)據(jù)、能耗分項以及區(qū)域能耗和能耗指標(biāo)等進行統(tǒng)計。其中還包含總能耗定比,也就是指實際消耗的能量所占據(jù)總能量的百分比,并利用各種圖形的方式進行表示，用于綜合能耗分析。

圖12能耗統(tǒng)計分析

電氣和消防安全管理

接入電氣火災(zāi)探測器、無線測溫傳感器、智能斷路器等設(shè)備，對配電回路的剩余電流、線纜溫度等火災(zāi)危險參數(shù)進行實時監(jiān)控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安裝消防水位表，檢測消防水位的變化；消防水管、噴淋等地方安裝消防水壓表，檢測消防管道的壓力。在家庭、賓館、公寓等存在煙霧、可燃氣體的室內(nèi)場所，安裝獨立式煙感或可燃氣體探測器，檢測這些場所是否存在煙霧和可燃氣體。

圖13電氣消防安全管理

能源收費管理

適用于物業(yè)租賃方對出租物業(yè)的能源收費管理，支持水電一體化收費管理，具備租戶開戶、銷戶、退差操作，支持分時電價和階梯電價設(shè)置和功率過載閾值設(shè)置，可對接支付應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)自助支付。

圖14能耗收費管理

充電樁運營管理

當(dāng)用戶要管理多個充電站的充電樁時可把充電樁自助接入平臺，實現(xiàn)對充電樁狀態(tài)的監(jiān)測和掃碼、刷卡充電收費管理。在用電高峰期如充電負荷過高超出供電變壓器承受范圍還可以自動設(shè)置充電功率限制或新增充電限制，或投入新能源，確保能源供應(yīng)安全。

圖15充電樁運營管理

照明控制管理

可遠程控制照明設(shè)備的開關(guān)，并可以根據(jù)光照度、經(jīng)緯度日出日落時間和時間設(shè)置策略來自動控制燈光，節(jié)約照明能源。

圖16照明控制管理

碳排放分析

統(tǒng)計用戶的碳排放量并追蹤碳排放足跡，提供碳排放清單，進行配額核算和配額考核。

圖17碳排放分析

4.3硬件設(shè)備組成

　不同工業(yè)及能源企業(yè)的智能化能源管理系統(tǒng)，通常為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)連接、星形網(wǎng)絡(luò)連接的結(jié)構(gòu)，形成層級式連接的工業(yè)環(huán)網(wǎng)，其中管控中心主站點負責(zé)下屬多個子站的控制，具體能源管理系統(tǒng)的子站環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

參考文獻

   [1 ]  工信部組織召開“零碳”工廠建設(shè)座談會［J］．江西 建材，2023 ( 11) : 127.

［2］ 卞晨，初釗鵬，孫正林．“雙碳”目標(biāo)與宏觀經(jīng)濟政策 目標(biāo)何以兼顧? ［J］．華東經(jīng)濟管理，2024，38 (3) :58.

［3］ 王云霽．基于低碳減排要求下的鋼鐵冶金綠色技術(shù) 應(yīng)用探討［J］．山西冶金，2023，46(12) : 67 .

［4］ 王理想，王建民．碳中和目標(biāo)下長三角地區(qū)能源結(jié)構(gòu) 調(diào)整的經(jīng)濟影響及其差異性［J］．資源與產(chǎn)業(yè)，2024， 26( 1) : 25 .

［5］ 周忠凱，趙繼龍，林佳潞，等．?；鶊D的可視化圖式在 建成環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用［J］．山東建筑大學(xué)學(xué)報，2017， 32(6) : 536 .

作者介紹：
張繼冬，男