冶金企业能源管理系统- 宝钢为例.doc

冶金企业能源管理系统
2008-10-24 冯为民 丛力群 来源：万方数据

摘要：介绍了冶金企业能源管理系统的架构与功能，探讨了建设能源管理系统的技术路线，并对能源管理系统的技术发展做了叙述。针对冶金工业能源消耗的居高不下和环境质量的不如人意的问题，采用信息技术作为平台，综合新技术、新工艺、配套技术和管理措施，减少能源消耗，形成安全、稳定、经济和高效的能源供给系统，这对于降低钢铁生产成本，改善环境质量，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。
关键字：能源管理系统 EMS 冶金企业
1 引 言

    冶金工业能耗居高不下和环境质量不如人意是长期困扰冶金企业的难题。采用信息技术作为平台，综合新技术、新工艺、配套技术和管理措施，减少消耗，形成安全、稳定、经济和高效的能源供给系统，对于降低钢铁生产成本，改善环境质量，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

    钢铁厂的能源消耗约占钢铁成本的20%～40%。不同的装备水平，工艺流程，产品结构和能源管理水平对能源消耗都会产生不同的影响。实用经济的节能技术、数字化的平衡输配系统和基础能源管理是现代钢铁企业实现节能降耗的基础技术措施。建设公司一体化的集中统一的能源管理系统是数字化能源管理的技术支持措施，也是大型钢铁企业提高节能效益的重大技术装备措施，应从企业发展战略的高度认识建设企业能源管理系统的必要性和迫切性。本文介绍了冶金企业能源管理系统的架构与功能，探讨了其技术路线及发展。

2 能源管理系统的作用

    作为冶金企业自动化和信息化的重要组成部分，EMS不仅对能源的统一调度、优化煤气平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低吨钢能耗和提高劳动生产率有重要作用，而且对于事故预案的制定和执行、事故原因的快速分析和及时判断处理、能源供需的合理调整和平衡以及在客观信息基础上的能源实绩分析、能源计划编制、能源质量管理、能源系统的预测等都是十分有效的。

    1）完善能源信息的采集、存储、管理和能源的有效利用

    EMS对能源数据进行分析、处理和加工，能源调度人员和专业能源管理人员就能实时掌握系统状态，经过系统的合理调整，确保系统运行在最佳状态。

    2）在公司层面对能源系统采用分散控制和集中管理

    EMS将在公司全局角度审视能源的基本管理需求，满足能源工艺系统分散特性和能源管理需要集中的客观要求，以适应钢厂的战略发展需要。

    3）减少管理环节，优化管理流程，建立客观能源消耗评价体系

    实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造，满足能源设备管理、运行管理等的自动化，建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，向管理要效益。

    4）减少能源系统运行成本，提高劳动生产率

    EMS的建设，对能源管理体制的改革将发挥重要作用。其基本目标之一是可以实现简化能源运行管理，减少日常管理的人力投入， 节约人力资源成本，提高劳动生产率。

    5）加快系统的故障处理，提高对全厂性能源事故的反应能力

    EMS能迅速从全局的角度了解系统的运行状况，故障的影响程度等，及时采取系统的措施，限制故障范围的进一步扩大，并有效恢复系统的正常运行。

    6）通过优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境

    EMS将通过优化能源管理的方式和方法，改进能源平衡的技术手段，实时了解钢厂的能源需求和消耗的状况，能有效地减少高炉煤气的放散，提高转炉煤气的回收率，采用综合平衡和燃料转换使用的系统方法，使能源的合理利用达到一个新的水平。

    7）为进一步对能源数据进行挖掘、分析、加工和处理提供条件

    能源管理系统的建设，不仅可有效解决能源实时平衡管理和监控管理，还可以通过对大量历史数据的归档和管理，为进一步对数据进行挖掘、分析、加工和处理创造条件。

3 建设能源管理系统的基本技术路线

    能源管理系统在企业信息化系统中具有重要的地位，公司级ERP或MES完成对包括能源管理系统在内的信息集成和一贯制管理， 以实现公司生产、经营的过程优化和提高公司的总体效率，进而提高公司的市场竞争力。如图1所示。

图1 能源管理系统在信息化系统中的地位

    为了实现上述目标，能源管理系统建设的基本技术路线是：

    1）规划先进的能源SCADA系统

    能源工艺系统分散，面广量大。数据采集对象的选择应按照工艺监控的实际要求、能源系统输配和平衡的要求、能源管理的精度和粒度要求谨慎选择。数据采集系统宜采用分散方式，以减少系统风险和提高系统的安全性和可维护性。根据能源系统的特点和具体情况，综合采用与之适应的基本技术：

    ①行业标准监控和管理技术；②现代安全网络技术和数据通信技术；③数据库及实时数据处理技术；④预测和平衡优化技术；⑤集成式GIS（地理信息系统）技术；⑥数字化运行和调度技术；⑦异构系统无缝集成技术。

    2）设计集中统一的“数字化” 的能源输配及平衡控制应用系统

    “数字化”的能源输配及平衡控制应用系统是指在上述基本技术基础上，利用信息技术手段，实时地再现工艺系统的过程映象，使运行管理和调整决策建立在可靠的过程信息之上。调度人员能够在能源控制中心对系统的动态平衡进行直接控制和调整，从而减少管理控制环节，提高工作效率，尤其在工艺系统故障时的处理指挥和即时系统调整方面，体现出了极大的优越性。

    3）建立系统化的能源成本中心管理平台

    EMS从成本控制的角度，优化能源管理体制，合理定义能源系统的成本中心。EMS在系统规划、架构设计、功能配置和应用集成等方面全面反映能源系统本质的管理特征，根据效益最大化的原则配置能源管理要素，通过能源管理系统的计划编制、实绩分析、质量管理、平衡预测、能耗评价等技术手段对能源生产过程和消耗过程进行管理评价。

    4）与ERP或MES系统的无缝集成能源管理

    系统实现与ERP系统的无缝集成，是确保能源管理功能完整实现和ERP系统信息完整的重要技术保证。能源管理系统的基础管理任务之一是实现按成本中心模式，向ERP系统提供完整的能源系统分析数据和分析结果，ERP也将按能源管理和预测分析的需要，向能源管理系统提供公司的生产计划、检修计划和相关的生产实绩信息。信息的交互作用能较好地解决能源系统评价中的不科学因素，在公司层面及时掌握能源消耗情况，并对环境状况作出估计。

4 能源管理系统的功能与架构

    1）能源管理系统的基本功能

    能源管理系统，作为大中型钢铁企业ERP和MES 的重要组成部分，在企业信息化系统中具有重要的地位，其基本功能划分为三大部分：

    ①信息处理子系统
    信息处理子系统的基本功能是数据采集和过程监控，它是能源管理系统的基础子系统，包括了最基本的SCADA系统功能：a）不同需求的数据采集（周期采集、中断采集、SOE）；b）分类数据归档（实时数据、短时数据、统计数据、历史数据、记录）；c）实时闭环调节；d）逻辑分析处理（条件联锁、越限报警等）；e）人机界面（过程图、过程曲线、设定和查询等）；f）管理报表（瞬时报、正点报、日报、月报等）；g）基本数据处理等。

    ②故障处理子系统
    故障处理子系统主要包括：监测；分级报警（按轻、重故障分类）；信息记录和归档（按类别）；故障基本分析（时序记录分析、在线查询等）；故障分析专家系统等。

    ③能源管理子系统
    能源管理子系统的基本功能包括：a）能源计划管理（计划编制、跟踪等）；b）能源实绩管理（实绩分析、归档、查询、平衡分析、成本分析、对标分析等）；c）能源质量管理（质量分析、质量跟踪、趋势评估、越限警告等）；d）运行技术支持（运行方式管理、停复役管理、操作评估等）；e）预测分析（在线预测决策、能耗预测分析、电力负荷预测等）。

    能源管理系统基本功能，如图2所示。

图2 能源管理系统的总体功能

    2）能源管理系统的总体架构

    能源管理系统的总体结构如图3所示。

图3 能源管理系统的总体结构

5 能源管理系统技术的应用与发展

    1）宝钢能源管理系统的应用

    宝钢作为能源管理系统技术成功应用的先导型企业，不仅在提高运行管理效率，实现全系统无人值守和投产以来的连续不间断稳定安全运行方面取得了很大的成绩，在节能降耗方面也取得了可喜成果。

    宝钢EMS是一个非常庞大、复杂的系统， 担负着全厂能源的综合管理与调度。系统I/O点数约为20000点，通信光缆约70 km，共设遍布全厂的43个数据采集子站，共7个局网域。

    系统监控管理范围为全部公共能源设施，共包括17种能源介质，包括：①供配电系统：共23个变电所（室）；②给排水系统：2个中央水处理厂输水系统、4个排水泵站、2个饮料水站、全厂消防系统等；③动力系统：煤气加压站、煤气混合站、煤气柜、放散塔、燃气管网系统、蒸汽系统、氧氮氩气输配系统。

    根据对宝钢股份的初步分析，全厂能源管理系统的建设，可使能源系统的运行管理效率提高约5倍，能源系统日常管理成本减少100%，能源实时平衡能力增加一倍以上，能源管理系统的综合效益在4 元/t 钢左右。宝钢能源管理系统网络结构图，如图4所示。

图4 宝钢能源管理系统网络图

    2）能源管理系统的最新应用成果

    近年来在能源管理、运行决策支持、预测分析等方面进行了探索，取得了较好的效果，为能源系统的安全稳定和持续经济运行提供了很好的支持；由宝信软件负责软件设计的、正在建设调试中的宝钢集团一钢公司能源管理系统汲取了宝钢股份公司的经验，在系统的集成度和与ERP 系统的信息整合方面进行了探索，正在取得预期的结果；国内大型民营企业，如南钢联和宁波建龙，由宝信软件负责设计总成的能源管理系统在系统优化、平台选择、设计标准化和降低综合造价方面的努力正在取得成果。

    3）能源管理系统技术的发展展望

    一批集成有现代数据分析技术、预测评价技术、地理信息技术、调度决策最优化技术等的能源管理系统将应运而生。

    ①数据分析技术数据分析、统计、数据挖掘等技术在不同条件下的应用，向业务人员提供高端的综合应用和整合信息，协助能源管理人员提高他们的数据应用能力，为能源系统的规划、设计、系统优化服务。②预测评价技术SCADA 系统能够完成的数据采集是基本的测量数据，其完整性受许多条件的限制。利用预测评价技术可以在有限的测量集下，了解系统（如消耗）的变化趋势。如在电力系统中广泛使用的中短期负荷预测，对大型钢铁企业也是十分必要的。③地理信息技术能源系统的数据采集设备和传输网络遍布全厂的每一个角落，利用地理信息技术，能实现管网（线路）地理信息与能源管理系统的无缝结合，对运行管理人员及时准确地掌握系统信息，指挥操作人员加快系统故障的分析和处理，提高能源工艺系统的运行可靠性和稳定性有良好的指导作用。④调度决策最优化技术大中型冶金企业的能源工艺系统的复杂性，使在线能源平衡调度工作无法达到理想的状态。优化能源介质的传输、合理安排能源介质的转换、综合生产需要和经济要求的能源分配、动态评估能源系统的运行状态，是解决能源系统的安全运行和经济运行的必然要求。建立企业能源系统调度决策最优化模型是达到上述要求的有效手段。

6 结 语

    建设公司级能源管理系统，是现代大中型冶金企业实施信息化工程的需要。它可以改进能源系统的运行管理和安全管理水平，完善能源生产和使用的评价体制，提高劳动生产率，减少能源消耗，增加能源回收，改善环境质量，对提高公司的市场竞争力具有重要意义。