厂商：杭州和利时自动化有限公司
  点击数：2243  发布时间：11-02-21 19:10

我国面临着巨大的能源压力。钢铁企业是耗能大户，而我国钢铁企业的能耗高，能耗管理水平与国际同行相比有较大差距。从钢铁企业入手，进行有效的能源生产和调度管理，对于企业的节能减排有着非常好的示范作用。本文介绍了湘钢能源调管理的现状，分析了当前能源改造的难点，提出了湘钢能源调度管理的要求，设计了能源管理方案，并分析了实施后带来的效果。可以作为类似企业的一种能源管理方案的借鉴。

                      

伍俊 （1982-）女，湖南人，现就职于湘钢集团阳春新钢铁能源中心，研究方向为能源管理、节能和自动化。

    关键词：能源管理；调度；能源平衡；EMS（Energy Management System，能源管理系统）

    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

    能源在当今世界经济发展中日益受到关注，世界各国都在积极制订适合于自己发展的能源开发计划，人们一方面在不断寻求新的能源，另一方面也在采取各种措施节约能源。我国能源更是面临着巨大的压力，十七大报告明确提出企业要加强能源资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力，并把节约资源和保护环境定为基本国策。

    钢铁工业是耗能型工业，其耗能量占我国总能耗的10%左右。在钢铁总成本中，能耗费用占20%~35%，能源价格呈快速上升趋势。这给耗能型的钢铁企业带来巨大的成本和市场压力；同时能耗与环境亦有着直接的关系。由此可见，节能降耗、提高效益将是钢铁工业在激烈的市场竞争中采取的一项长期战略目标。

    2 我国钢铁企业能源管理与国外同行的差距

    目前，我国钢铁企业能源管理与国际同行相比，整体差距较为明显。主要表现在：
能源管理模式与现代能源管理体系的要求有差距，能源综合利用水平有待提升。
能源平衡调度手段缺乏，能源产生和使用过程效率不高。
能源系统运行稳定性有待提高，异常情况下的调度手段单一，反应速度慢。
能源设备装备水平较低，与公司所需安全、稳定、快捷的生产格局不相匹配。
能源管理人员素质不能满足公司新时期能源管理的需要，管控能力和管控水平不高。
吨钢综合能耗和可比能耗与国内外同行先进水平相比，仍有较大差距。

    3 湘钢能源管理的要求

    湖南湘潭钢铁集团有限公司（简称湘钢）位于湖南省湘潭市岳塘区，始建于1958年，是国内线、棒材和宽厚板专业生产优钢企业之一。占地面积约500平方公顷，地理位置优越。经过40多年的建设，特别是改革开放以来加快发展，湘钢已形成年产钢600万吨的综合生产能力，被国务院确定为国家要重点抓好的300家大型企业之一。

    湘钢拥有炼焦、烧结、炼铁、炼钢、轧材等一整套工艺装备。其中，进口高速线材轧机、宽厚板炼钢、精炼和轧机均达到国际先进水平。近年来，湘钢围绕产品结构调整进行一系列技术改造，全面优化了工艺结构，先后实现全转炉、全连铸和“一火成材”，一批主要技术装备达到国内先进水平。

    随着湘钢生产规模日益扩大，湘钢集团公司也明确认识到公司的能源管理与国内外先进同行相比，整体差距较为明显。主要表现在能源产生、使用效率不高，能源综合利用水平有待提升，能源平衡调度手段缺乏，能源产生和使用过程综合利用效率低；能源系统运行稳定性有待提高，异常情况下的调度手段单一，反应速度慢以及能源设备装备水平较低、能源管理人员管控能力和管控水平不高等问题。因此湘钢提出了“管理先行、业务驱动、技术支撑”的能源管理系统构建思路，希望通过启动能源管理模式的全员和全过程改进，指导能源管理信息系统的改造和建设，从而全面提高湘钢能源管理理念和技术水平。

    湘钢生产规模日益扩大，对能源数据的检测、监视与调度势在必行。水、电、煤气、蒸汽、氧气、氮气、压缩空气等能源介质是总公司的核心动力，在总公司的生产、生活诸方面发挥着不可替代的作用，能源生产调度中心将在公司整个能源生产调度系统的合理开发、高效利用、优化配置方面起到重要作用。加强能源资源调度与管理，从根本上解决各种能源资源浪费与短缺问题，必须实现能源资源管理的信息化和现代化，建立整个能源生产调度中心的信息管理系统，完成对钢铁企业能源数据的宏观和微观上的调度，从而提高企业生产效率和增强企业竞争力。

    4 项目实施的难点

    4.1 基础设施需大量改造

    目前公司能源系统的计量、控制设备等基础设施配备不能满足现代能源管理体系建设的要求，需要对能源设备进行大量系统升级和技术改造，提高能源设备的技术装备水平，使之符合EMS系统的基本要求，系统改造任务量大、覆盖面广，必须统筹兼顾、系统实施，项目实施难度大。

    4.2 改造与生产协调组织困难

    实施能源管理系统建设的一大难点是现场系统的技术改造，许多基础自动化、在线仪表的升级或接入必须在线实施。因此在线改造的安全、可靠实施，以及对于生产系统可能产生的影响必须系统考虑，系统改造的方案需反复核定，项目实施计划也必须与生产计划、设备检修计划相适应，确保系统按计划实施的同时，生产经营目标顺利完成。边生产边改造的困难大，组织难度也大。需要建立项目管理组进行强有力的实施与推进。

    4.3 能源管理模式必须适应新型能源管理体系

    湘钢建立新型能源管理体系，必须建立合理的能源管理模式为之配套，必须通过组织机构的相应变化，调整和优化公司及能源中心的业务管理职能。能源中心作为能源生产过程监控、能源调度指挥、能源平衡决策等业务流程的职能管理部门，要优化能源管理操作范围和权限，整合专业技术管理，实现合理配置资源、高效运作能源管理系统的目的，能源中心的管理模式转变也要结合作业长制改革的实施逐步推进。

    如何建立合理的湘钢能源管理模式，与EMS有效融合，达到EMS运行的效率最优化，也是项目实施的难点点之一。

    4.4 能源管理系统将来正常运行与维护的困难

    能源管理系统结构复杂，系统维护涉及到过程测量、数据采集、过程控制、网络传输、实时数据库等各个环节，也涉及到水、电、风、汽、热能等诸多工艺专业；同时要实现部分站所无人值守目标，需同步考虑安防、火警、视频系统的投入，也要考虑管理模式集中扁平化对设备运行、点检、维护等方面需求的相应变化。目前能源数据测量装置的维护在技术支撑和人员素质上都存在较大缺陷，组织机构调整及维护人员配置等方面必须要系统考虑、统筹安排，考虑到上线后的运行维护支持，参与人员必须深化对于技术的把握，公司要加大相关专业技术支援的力度。

    EMS不仅仅是一个信息系统，本质上也是一个在线的生产系统，因此在项目前期就应着手研究系统将来的运行维护等基础保障手段。

    5 能源管理系统设计

    5.1 总体目标

    湘钢能源管理系统建设的总体目标是：依据现代化能源管理思想，通过对公司能源管理现状进行调研和分析，探索建立符合湘钢长期发展战略需求的新型能源管理模式；按照总体规划、分步实施、统筹兼顾、重点突破、效益驱动的原则，对公司现有的能源基础设施实施系统升级和技术改造，提升企业能源系统的技术装备水平；建设集过程监控、能源调度指挥、能源平衡决策等管控功能一体化的新型能源管理体系，与公司生产经营有效结合，实现企业能源生产供应的安全、稳定、经济、高效，达到降低企业成本、节能减排、保护环境的目标，最终实现湘钢的循环经济和可持续发展。

    5.2 设计思路

    按照先进的能源系统运行管理模式，公司能源管理系统的设计主要思路如下：

    （1）建立现代化能源管理模式

    能源管理系统要对整个公司范围内的水、电、风、汽（气）、煤、焦等各种能源进行生产调度和监控，建立新型的能源管理体系，优化能源管理模式，充分利用EMS平台形成集中一贯制的扁平化管理，将能源的生产和管理纳入公司统一的管理流程中，进行一级调配、考核和管理，最终建立能源管理系统的一贯制运作流程和“一级生产一级调度”的科学化能源管理模式。

    （2）改造提高能源设备的装备技术水平

    能源供需数据的真实、完整和唯一性是能源管理系统的基础，对基础自动化系统的信息集成和数据采集实施技术升级和系统优化改造，为能源管理系统提供强有力的基础数据支撑。要充分考虑公司现有工业控制系统、基础自动化和企业资源信息系统的使用和分布情况，集成现有的能源监控系统和计量系统，实现湘钢能源数据的统一采集、统一管理和使用，实行一站式的管理和按授权的分散使用，满足公司各种不同层次的控制、分析等管理需求。

    （3）建立有效的能源管理系统

    能源管理系统要进行集中监视、控制和管理，必须通过先进的计算机网络技术强化能源基础管理，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程自动化、高效化、科学化管理，实施有效的在线能源监控管理和能源平衡调度，充分应用和发挥以节能降耗为目标的能源管理技术，实施能源管控一体化，完成吨钢综合能耗、各单位工序能耗、各工序介质单耗、各主要耗能设备介质单耗的公司能源四级能耗指标管理；并逐步进行能源工艺优化，以合理利用能源，挖掘节能潜力。

    （4）能源系统长期对生产工艺系统的支撑

    整个系统的设计既要考虑节约投资，又要考虑信息系统的完整性，要根据统筹兼顾、效益驱动的原则，实现与既有企业信息化系统的无缝集成，有效兼顾实用和先进性、安全和经济性，也要考虑到公司在建的技改项目，能源系统随主工艺系统不断扩展的特点，设计实现系统扩展的便利性和在线扩展、技术升级的技术可行性。在可预见未来时期内，能够通过对EMS的扩展，满足公司生产工艺改造对能源的监控、调度和管理的需要。

    系统建设时将制定湘钢能源管理系统的规范，为公司将来新建项目必须满足的能源监控条件提供依据。

    5.3 能源管理系统的架构

    5.3.1 总体架构

    能源管理系统（EMS）设计为三层结构的应用层。底层为数据采集层，中层为实时数据处理层，上层为应用管理层。数据采集层由PLC、远程I/O或RTU及现场检测、执行设备等组成，主要实现数据采集和实时控制；中层主要设备是I/O服务器，主要完成实时数据处理和短时归档；上层主要设备有应用服务器、数据库服务器、工程师站、操作员工作站、大屏控制器等，主要完成调度、管理等功能。如图1所示。

   
                 
                                            图  1
    5.3.2 EMS系统的网络系统架构

    EMS采用单独的网络并通过防火墙与公司的ERP、MES等网络进行连通，彼此间的通讯必须通过防火墙过滤，严禁旁路。

      EMS系统的网络设计为现场光纤工业环网，能源调度中心的核心以太网以及现场采集站接入网络等几部分组成。

    现场工业以太网采用光纤环网构成，按照能源工艺系统的厂区地理位置分布，形成双环网。现场各采集系统分别连接到工业环网的各个子站上，形成星型网络结构。

    中央核心以太网为网络采用冗余网络配置，分别连接到光纤环网上，用于连接实时数据库服务器、长时归档数据库服务器、应用服务器、工程师站、WEB服务器、GPS服务器以及模拟屏装置，2台核心交换机还用于管理整个网络系统中的VLAN及路由等。

    标准客户以太网用于连接操作站、技术管理站、调度站、网络打印机及投影屏幕等，为100M交换网络。通过2个1000M端口分别连接到2台核心交换机上，整个网络的拓扑结构如图2所示。


                  
 
                                          图  2

    5.4 能源管理系统实现的基本功能

    能源管理系统实现的基本功能有：能源生产过程监控、基础能源管理、能源实时平衡与调度功能、能源的优化与节能功能、其它如设备管理及能源质量、环保安全监测功能等。

    （1）能源生产过程监控功能

    对电、燃气、氧、氮、氩、蒸汽、各种水等能源设备系统进行实时监控、系统故障报警和分析，并对能源中心管辖的能源设备进行远程操作控制。作为能源的生产指挥控制中心，能源管理中心将负责日常的生产调度，保证主作业线正常有序的生产，并在突发事件期间实施能源应急调度策略，确保能源生产供应安全经济稳定，并对能源介质的质量进行监控管理。


                  

                   
                                          图  3  
                                 
    （2）基础能源管理功能

    包括能源计划管理、能源费用管理、能源实绩管理、能源单耗管理、能耗预测、能源分析、工序能耗管理以及能源平衡管理。

    （3）能源实时平衡与调度功能

      系统在实时能源信息的基础上，对能源生产供应进行实绩分析，配合单耗、工序能耗以及费用分析，通过能源预测与分析模型实施科学预测并制定调整计划，指导实施控制、管理与调配，充分平衡回收和利用二次能源。能源平衡、优化和短期预测、趋势分析都是基于能源预测与分析模型及经验数值，提供调度参考方案，协助制定能源计划和实施及时调度。如图4所示。
    
                  

                  
                                          图  4  
                  
   （4）能源的优化与节能功能

    通过大量累积的能源系统数据，在短期企业能源介质平衡基础上，能源管理人员可制定中长期湘钢各种能源介质的综合利用方案，进而优化企业的能源供需平衡，降低能耗。

    （5）支撑功能

    监视报警：对重要运行设备状况进行故障监视、控制和报警，确保整个能源生产系统的设备和人身安全。设置大屏幕监视，在能源调度中心控制大厅，设置背投监视屏，对整个能源管理系统进行重要内容的全局监视。

    能源设备管理功能：对关键能源设备进行精细化管理，根据关键能源设备信息库信息和接收的ERP 或MES 数据，系统生成能源设备检修计划；在能源设备发生异常时，系统自动评估可能产生的后果，发出不同的预警信号，并提示启用相应的应急预案。

    能源介质质量监测功能：对能源介质质量（如电能质量、水质指标、煤气质量等）进行在线连续监视，指标发生异常时，系统自动报警。

    环保安全监测功能：对能源介质的环保数据（如SO2、烟尘浓度、流量、废水排放等）进行在线连续实时监视，并在出现异常时实施应急调度策略，确保能源介质质量、环境指标均满足要求。


    6 小结

    湘钢实施能源管理系统后，在能源实时监控、能源调度、能源平衡、能源优化和节能等方面都起到了非常显著的作用。从改造的经验、系统的设计、系统的管理都提供了可借鉴的经验。

    参考文献：
[1] SIXNET钢铁企业能源管理系统（EMS）解决方案[EB/OL]. http://www.ca800.com/apply/html/2008-12-18/n34231.html.
[2] 宋军, 蔡九菊, 张立宏. 钢铁企业能源管理概述[C]. 全国能源与热工学术年会全国能源与热工学术年会论文集, 2006.
[3] 杨卫东, 杨冬云. 建设能源管理调度中心——现代化钢铁企业的必由之路[C]. 冶金循环经济发展论坛论文集, 2008.

  摘自《自动化博览》2010年第十二期

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