智能化工业园区能效管理系统研究

文 // 雒焕强 葛智平 张世才 郭涛 国网甘肃电力科学研究院

工业园区作为拉动区域经济发展的新引擎，能根据当地自身经济发展的内在要求，聚集各种生产要素，在一定空间范围内进行科学整合，提高工业化的集约强度，突出产业特色，优化功能布局，使之成为适应市场竞争和产业升级的现代化产业分工协作生产区。

然而，经济持续快速发展的同时，也面临着能源紧张和环境恶化的巨大压力。资源节约和环境友好已成为社会发展的主流方向，一些高耗能企业必然会退出历史的舞台。智能化工业园区充分利用现代信息技术、通信技术以及计算机技术，在工业园区企业建设能耗监测、管理、控制系统，通过技术创新提高能源使用效率，帮助企业实现节能增效、清洁生产的目标。

智能化工业园区能效管理系统通过对用户内部主要设备、主要负荷的运行状态和用能数据进行采集和实时监测，并将采集的数据与设定的阀值或是同类用户数据进行比对，进行能效评估，为客户节能改造提供参考和建议。另外，还可以搭建开放的能效分析平台，向第三方能效分析的厂商开放，为第三方专业厂商进行大用户能效分析与节能应用提供有效支撑，更加精细地管理用户内部分类负荷，实现“管理节能”和“绿色用能”。

1 智能化工业园区能效管理系统的结构

智能化工业园区在整体架构上是一个相互协调，统一运作的整体。通过构建采集层、网络层、应用层的三层物理架构，来实现能效管理系统的各项应用管理功能，以满足园区各方的需求。

数据采集层是智能化工业园区数字化与智能化的基础，为上层通信网络及业务应用提供了基本的数据支撑，实现园区内多能源、全覆盖的信息采集。通过在用能设备信息计量点上安装计量设备，利用工业总线将数据进行集中到采集点，并与通信网络对接。采集的数据类型包括用电设备的电能基本参数和电能质量信息等。采集的能源数据类型不仅包括电表数据的采集，还包括水、气表等其它能源数据的采集。

数据网络层是智能化工业园区各类业务实现的重要支撑平台，是实现采集数据可靠、安全传输的基础，通过通信网络将采集到的数据转发给数据管理层，基于智能化工业园区供电结构的通信网络，以光纤通信+3G无线方式覆盖园区所有用户，搭建电力公司与园区企业用户之间的高速率、高可靠性、双向通信、全业务承载能力的数据通道。

数据应用层能实时监测和显示企业能耗分布、流向信息，通过计算、处理诊断每个能耗监测点的能耗效率和损耗情况，对不同能耗设备进行横向对比，或者同类设备按时间纵向对比，全面了解企业的能源管理水平及用能状况，排查在能源利用方面存在的问题和薄弱环节、挖掘节能潜力、寻找节能方向，建立相关报表进行统计分析，并将结果反馈给企业管理者。

图1 智能化工业园区能效管理系统整体架构

2 企业用电监测及能效分析诊断

2.1 企业用电监测

用电监测是根据电能的流向对工业园区供电线路、企业以及重要设备进行的实时监控，了解各用能环节的电能消耗情况，实时反映企业的电能利用效果，为电力公司及企业提供有效的用能数据，实现用电设备能耗的信息可视化。根据用电监测的范围，既可以实现对整个工业园区电量及负荷进行监测，也可以对各个企业用户用能情况进行深入的监测与分析。

对于工业园区一般企业，可以根据企业配电结构图对各个重要设备进行电压、电流、负荷、功率因数等电量参数的实时监测，掌握用户企业电网负荷及运行状态，将实时监测数据与所设定的阀值进行对比，如果超出阀值所设定的范围，系统发布预警信息，及时发现用户企业生产和安全隐患，消除对电网不利的影响。

对于工艺性比较强的企业，为了让企业用户能深入到工艺环节了解自己的用电情况，可以根据企业工艺流程对关键设备进行用电监测，企业在生产过程中可以很清晰的看到所监控设备电压、电流、负荷、功率因数等重要指标的实时参数，结合工艺特点，计算评估重要设备的用能效率，为企业进行可能的工艺调整提供数据支持和分析。智能化工业园区能效管理系统还能将异常信息进行存储、统计，有利于综合评估出企业配用电设备的能效状况，为企业合理安排分配负荷提供有效依据。

2.2 电能质量监测

供电质量是指提供合格、可靠电能的能力和程度，技术方面主要包括电能质量和供电可靠性两个方面。电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质，电能质量的好坏直接关系企业电气设备的正常运行与否。

电能质量检测是对重要电能质量参数的检测，包括设备的电压偏差、三相电压不平衡度、频率偏差、各次谐波、谐波电压含有率和谐波畸变率，并对监测到的结果做出稳态评估，测量分析各种用电设备在不同运行状态下对公用电网电能质量的影响，对企业一些重要设备进行故障辨识和相关的事故预测，及时排除企业安全生产隐患，减少不必要的经济损失。

2.3 能效对标管理

企业能效对标管理是一种科学、系统、规范的企业能源管理方法，指企业为提高能效水平，与国际国内同行业先进企业能效指标进行对比分析，确定能效标杆指标，通过节能管理和技术措施，达到能效标杆或更高能效指标水平的能源管理活动。

企业通过用电监控模块对自身能源利用状况进行深入分析，充分掌握本企业各类能效指标客观、翔实的情况，在此基础上结合企业能源审计报告，合理选择适合本企业中长期发展的对标主题，确定需要通过能效水平对标活动改进的目标值，建立企业能效对标指标数据库，形成能反映企业能源利用效率和能源管理水平的综合评价指标体系。

在对标管理过程中，企业可以初步选取若干个潜在标杆企业，通过研究分析这些潜在标杆企业，结合自身能效水平，选定标杆企业，并建立企业实践标杆库，通过与标杆企业开展交流，学习标杆企业在能效指标上的先进管理办法，认真分析探讨适合本企业发展的指标改进方案和实时进度计划，为用户进行能效对标和评估分析提供依据。

2.4 能效评估分析

能效评估分析就是根据企业对标结果对能效水平进行评定的工作。通过将企业单位产品能耗、单位产品成本差额、单位产值能耗、单位产值成本差额与同行业先进标杆进行对比，为企业制定合理有效的节能目标，调整用能结构，降低用能成本，提高经济效益。

能效评估具体可以对工业园区企业与企业之间，设备与设备之间，进行类比或时比。类比就是选择2～3个企业或选择2～3个同种设备，对比同一时间，同一时间点（企业）设备的电量与负荷；时比就是指定一个企业，或一个设备，对比不同时间，相同时间点（企业）设备的电量与负荷。其中时间可选年、月、日、时间点、时间段。

能效管理系统能够提供多种能耗分析，如同比，环比、排名等方式，可实现对区域能耗、具体能耗类型、设备类型能耗进行分析，分析时段可提供日分析、周分析、月分析、年分析以及任意指定时段内的数据分析。

3 企业能效控制策略定制与互动

能效管理系统将能效分析和能源审计所得出的企业能耗计算分析结果，结合该企业的实际生产状况，初步制定出企业用能策略，然后通过电力企业、节能服务公司与企业用户之间进行互动，深入分析企业用能策略的可行性以及在执行过程中存在的问题，对能效控制策略不断进行改进完善，最终确定适合本企业的方案，并将该方案正式通过智能用电互动系统发布到用户终端。

3.1 企业能效控制策略定制

很多企业对设备的用电管理比较粗放，智能化工业园区能效管理系统为企业制定能效控制策略提供了相关的分析、仿真模块。其中，企业工作时段建议就是其中很重要的一项应用，用于模拟企业在不同时间段的耗电量，根据不同时段的电价分析出一天内的电费数据，来找到一个平衡点，既能满足生产的要求又能使电费降到最低，达到降低成本提高效率的目的。

企业在正常生产过程中，由于生产工艺和实际排班的特殊需要，很多设备的运行分三种状态：停止、待机和运行。通过重点分析耗能设备的三种状态，统计出停机和待机的用电量，在不影响设备正常运作和企业生产目标的前提下，建议用户尽量减少停机和待机所产生的用电量，使企业在相同的电量消耗的情况下得到更多的产出。

企业能够通过参考能效标杆数据库相关参量，结合自身实际情况设立相应的班组、部门、车间等各子单元用能标准，借助系统采集到的能耗数据，统计各处能源消耗值与用能标准值的差距，分析潜在的节能方向和方法， 为节能考核制度的制定提供可靠依据。

3.2 智能用电互动

智能用电互动模块包括用电信息的在线查询、工业园区相关通知通告、异常信息采集以及客户业务的升级办理。企业用户可以在系统中很方便查看用电量和电费缴纳情况，能更详细地掌握不同时间段的电价，并结合实际电费标准，制定更好的企业生产排班制度，节省成本支出。同时，企业用户通过系统能及时了解工业园区最新通知通告，学习标杆企业的一些比较好的节能政策和方法，从而有利于提升本企业的用能效率。

用电环节每次发生的异常信息都会记录在能效管理系统中，并形成历时记录方便企业查看异常发生的原因，有利于企业改善用能结构，如果企业需要业务升级或了解更详细的业务细节，智能用电在线互动环节就是实现该功能的有效工具，通过该功能模块，一方面电力企业可以实时掌握工业园区各企业用电动态情况，有利于区域负荷平衡能力的提高；另一方面，企业用户能更好的实现便捷用电、经济用电和绿色用电。

4 面向企业的合同能源管理

对于一些节能潜力比较大、用能效率急待提高的企业，智能化工业园区可以协助企业采用“合同能源管理”模式，对其用电结构进行节能改造。合同能源管理是一种新的节能理念，依据与客户所签订的“能源管理合同”，在客户没有资金投入的前提下为客户提供综合性的节能服务，以使客户达到节能降耗，降低能源成本的目的，并通过与客户分享节能效益来获取报酬。

“合同能源管理”模式服务流程主要是节能服务公司组织专业人员对企业客户的能源状况进行审计，对所提出的节能改造的措施进行评估，并使客户充分了解节能改造效果；节能服务公司与客户签订节能服务合同，双方确认节能量和节能效益；节能项目完工后，节能服务公司和客户按照合同约定的测试、验证方案对项目能耗基准和节能量、节能率等相关指标进行实际检测，并从节能经济效益中收回投资和合理的利润；客户在合同期内获得部分节能经济效益，合同期结束后获得全部节能经济效益；有些客户与节能服务公司签订长期的节能服务合同，保证客户的能源需求。当前，“合同能源管理”模式主要有能源费用托管型、节能效益分享型和节能量和节能效益承诺型三种类型。

为进一步提高企业的节能理念，智能化工业园区在能效管理系统的智能互动模块中积极宣贯和推广国家有关法规和政策，传播合同能源管理节能新技术和新产品，发布最新的节能项目动态，对取得的一些效果比较显著的节能成果进行展示，并向新的和潜在的节能企业提供信息和技术援助，不断加强沟通疏导，使得企业对合同能源管理模式下的节能服务有新的认识。

5 结语

智能化工业园区通过能效管理系统用电监测环节，清晰地掌握园区内企业的耗能状况和用能水平，并能通过能效分析诊断企业的能耗问题以及节能潜力，从而进一步帮助企业核算节能效果和明确节能方向。在经济快速发展的今天，能效管理系统以科学的方式更精细地促进企业用能效率的提高，提升企业市场竞争力，推进工业园区智能化的不断升级。同时，能效的精细化管理加快智能电网建设、强化企业节能理念具有积极的推动作用。