随着我国经济的快速发展，能源消费呈现出快速增长趋势，能源需求与供给关系日益紧张，以工业领域最为明显。工业总能耗占社会总能耗的70%以上，工业节能工作形势日益严峻。除了大力推进结构节能，发展节能高附加值产品外，利用信息化技术改造传统的制造业，通过两化融合实现科学用能也成为工业节能的一个重点。能源管控系统(EMS)正是适应这一要求而产生的，是建立在信息集成技术之上的综合管控系统。工信部于2009年下发《钢铁企业能源管理中心建设实施方案》，并提供相应资金补助，建设了一批具有代表性的钢铁企业能源管理中心，取得了良好的节能效果[1]，但其他行业，如盐化行业仍处于建设初期，基本无成熟的案例可循。

山东荣信集团有限公司(简称荣信煤化)能源管控系统建设于2015年启动，为山东发改委工业企业能源管理中心示范项目。本文结合该项目的建设实践，提出一种煤化企业能源管控系统的硬件与软件架构模式。

1　系统组成及特点

荣信煤化涵盖备煤、焦化、化产、甲醇、热电联产等多种生产工艺，使用的能源介质包括电力、煤气、中低压蒸汽、生产水、冷凝水等。以往能源管理独立且各自分散，水和蒸汽靠各分厂DCS监控人员电话协调，电力则单独由变电室值班人员调度，缺乏统一的管理，能源调度存在盲点及滞后性，经常出现蒸汽降级使用或电力负荷越需量等现象，造成了能源的浪费。因此需要通过能源管控系统的建设，在统一的平台上对全厂水电气进行一体化调度和管理，实现集中一贯制的先进能源管理模式。

荣信煤化能源管控系统架构如图1所示。

  

图1　能源管控系统网络架构示意

网络采用标准的三层结构，即核心层、汇聚层和接入层。核心层配置2台核心交换机，实现核心层网络的冗余。汇聚层采用环网结构，当某2个采集节点之间出现网络故障时，不会对系统产生影响。数据接入层涉及不同厂家的DCS系统，统一采用OPC协议接入，在每套DCS与能源管控系统之间专门设置一台接口机，部署该DCS的OPC服务器程序，向能源管控系统发送数据；数据为单向传输，即只允许DCS向能源管控系统发送数据，并通过防火墙进行网络隔离，以保证能源管控系统不影响DCS系统的稳定性与可靠性。

数据采集功能部署在2台通讯服务器上，采用1主1热备的冗余模式，组成数据采集服务器集群。综合考虑各数据采集任务的约束条件和服务器状态，动态调整任务在各服务器上运行的优先级，将其分配到优先级最高的服务器上并行运行。通信协议采用软插件形式实例化，提高数据的吞吐能力和通信可靠性。

2014年，荣信煤化公司焦炉系统煤气年发生量为10.446 0亿m3，其中43%的煤气作为回炉煤气返回焦炉加热炭化室，3%的煤气用于75 t锅炉生产蒸汽，50%的煤气作为原料气生产甲醇，另有不到3%的煤气因生产不平衡等原因而需要进行放散。

系统采用B/S与C/S相结合的模式，调度大厅操作人员通过监控画面获知现场情况，并按照相应标准实施能源调度，备煤、甲醇、动力等分厂专业人员可以通过办公网络浏览实时生产信息和能源管理信息。

创业核心企业具有带动示范效应。一是农民工返乡创业取得成功引起羊群效应，通过具有较好的市场前景和效益产生吸引新的农民工进入该行业领域，并通过为种子企业提供配套产品等方式共同开拓市场；二是成功的返乡农民工在生产效率和经济效益方面起了标杆作用，有利于形成区域产业集群内部之间的激烈竞争和互相合作，激励内部分工的形成和深化，降低创业门槛，并促进集群的竞争优势。

2　系统功能

煤气是煤化企业最重要的能源之一，本文以煤气系统为例，说明煤气系统的优化调度策略。荣信煤化煤气系统拓扑结构如图4所示。

  

图2　能源管理系统主要功能模块

2.1　能源监控与调度

能源监控与调度提供能源在线调整功能，调度员通过能源潮流图、主工艺画面，可以对全厂各能源介质的发生量、使用量、存储量、管网压力、温度以及工艺设备状态参数进行监视，并能以曲线、表格等形式查询其历史趋势以及相关告警信息，同时实现对公辅单元设备的远程操作，如城市集中供热系统，即可在能源管控中心直接下达指令，进行阀门、水泵的开停，而不需要在现场安排专人值班[2]。

  

图3　能源优化模块逻辑结构

2.2　基础能源管理

基础能源管理主要完成能源的离线管理，具有能源计划、能源实绩分析、运行支持管理等功能。

能源计划模块从公司ERP中读取生产计划、设备检修计划以及原材料、能源的购入、库存信息，制定能源计划，并按要求流转给相应人员审批，通过后进行发布。

(2)推力杆接头部位和销轴芯部位为推力杆的薄弱环节，使用中可能最先发生破坏，应该进行优化设计或选用强度更高的材料。建议适当增大弧过渡半径以提高球头强度，另外可以改变球头和销轴芯部材料或热处理方式以提高两处强度。

3.通畅的举报机制。建立并完善举报方式，在企业内部形成通畅的举报机制，开放多种反映问题的渠道，包括公司合规专栏、合规咨询热线、举报信箱、投诉建议信箱等，进而及时发现、纠正不合规的问题。鼓励任何对企业合规管理有疑问的员工通过举报热线问责，同时承诺对举报人进行保护，不打击报复举报人。

1)根据煤气长期预测与短期预测的结果，合理分配每个用户的煤气使用量。

能源运行支持主要依据ERP的日生产计划和检修计划，采用回归分析、神经网络等方法，测算能源生产与消耗情况，指导运行人员进行预先调整[3]，同时建立能源系统事故应急预案，可按不同条件触发相应的应急预案。

2.3　能源优化

能源优化模块的总体设计以系统节能理论为指导，从3个层面展开，如图3所示。

2015年能源管理中心项目建成后，通过能源管控系统的监测分析，煤气系统的平衡调节，提高了锅炉煤气掺烧的比例，从而提高了煤气利用率，进一步控制放散比例至0.1%以内。通过能源管理中心监控焦炉加热数据，根据焦炉调火需求及时调节空气量，使回炉煤气得到充分燃烧，进一步提升焦炉热效率，从而降低了回炉煤气量。

3　煤气系统的优化调度策略

系统功能按照能源在线调度与离线管理相结合的原则进行设计，分为能源监控与调度、基础能源管理以及能源优化3大部分，如图2所示。

煤气系统的优化调度策略如图5所示。

  

图4　荣信煤化煤气系统结构

  

图5　煤气系统优化调度策略

2)当调度周期内煤气出现富余时，如何在煤气柜和热电厂锅炉之间进行合理的缓冲，以最大程度的降低放散。

能源实绩管理可根据需要查询、显示、打印按工序或能源介质分类的班、日、月生产实绩报表，并与能源计划进行比较，分析、考核能源计划的执行情况。

采用GE OPTIMA660 64层螺旋CT机，自胸廓入口至膈肌横断面行常规胸部平扫20例，平扫加增强扫描32例，扫描参数设置：电压为120 kV，电流为200 mA，层厚为5 mm，螺距为1～3，时间为27 s，部分患者病灶区加2～3 mm厚层扫描，增强扫描时，经肘静脉注射80～100 ml 碘海醇(300 mg/ml)，流速为3 ml/s，扫描时间为38 s。

主要策略如下：

3)当煤气不足时，按优先级排序，建议停止部分设备的煤气供应。给出建议信息，并给出计算结果和停供原因。优先级的定义要由用户给定，分为最高、次高、正常、低、较低。原则是最小欠供原则，如果出现相同优先级的用户，则考虑用户的能量使用量，在他们之间做比较，或者考虑备用能源的用户。

4　能源管控运行效果对比

4.1　煤气系统

第二，制定了完善的法律法规体系。西方发达国家十分注重契约精神，而契约精神的基础必须有完善的法律作为保障。PPP模式成功运作的前提条件就是有完善的法律作支撑，这仅保障了合作双方的权益，也避免了各种政策变化带来的风险，使PPP模式能够得到健康运行。

2014年度煤气产量和消耗情况见表1。

 

表1　2014年度煤气产量和消耗情况

  

消耗分布消耗量/万m3占比,%管式炉消耗煤气2089.22.175t锅炉消耗煤气3342.83.2焦炉回炉煤气44604.442.7甲醇用煤气52543.450.3放散煤气1775.21.7合计104355.0100.0

由图3可见：能源优化模块的三个层面形成由知识、分析到优化决策的过程，功能依次深入，从不同方面为生产人员提供节能指导[4]。在第一层面，能源数据校正为后续分析提供剔除粗大误差、协调随机误差后的可靠数据。在第二层面，通过能源介质预测与平衡分析，对未来一段时间的能源介质发生、消耗量进行在线预测，确定平衡的方向，为优化调度提供依据；通过性能计算与能损分析，对设备、工艺系统能效进行在线监测，确定能损产生的部位，为开展设备及工艺系统的经济运行提供依据与指导。在第三层面，根据能源介质的预测及平衡分析结果，对能源介质进行优化调度；根据性能计算与能损分析的结果，对设备及工艺系统进行优化调整。

2016年煤气发生量为112 396.8万m3，按放散量由1.7%降为0.1%计算，共减少放散煤气量1 798万m3。根据煤气热值计算，煤气折标系数取5.714 t/万m3，则折合标煤10 273 t。

4.2　蒸汽系统

2011年全厂共消耗蒸汽104.2万t，其中甲醇2台汽轮机用中压蒸汽为55.5万t，约占总蒸汽量的53.3%。能源管理中心项目建成后，经平衡中压蒸汽用量，调节中压蒸汽温度、压力，使汽轮机达到最佳运行状态。2016年甲醇汽轮机耗中压蒸汽53.8万t，年节约蒸汽1.7万t，中压蒸汽折标系数为0.128 6 t/t，则节约标煤2 186 t。

4.3　循环水系统

通过能源管理系统对循环水系统运行情况及能耗进行监测，通过参数采集和计算机仿真模拟等技术，检测复核当前运行的工况参数和设备额定参数，准确判断引起高能耗的原因，提出系统过程能量优化最佳解决方案和系统配置最佳匹配方案。从系统运行流量、管路阻抗、水泵运行效率等三方面进行了节能管控，项目实施前后用电情况对比见表2。表2中，年运行时间按8 400 h计算，冬、夏季各按4 200 h计算。

由表2可见：项目实施后，循环水系统年节电733万kWh，电力折标系数为3.22 t/万kWh，则年节约标煤 2 360 t。

随和的他总是带着自信的笑容，让人感到特别亲切，一种独特的魅力总能吸引着身边的人，给人莫名的动力，更容易投入到工作中。“任何的约束，都是从自己的内心开始的。”他总是将自己的经验传授给新来的同事，有新的想法总能和他们分享，一起进步、一起实现自己当初的宏图壮志，“大鹏一日同风起，扶摇直上九万里”，随着经验的积累、内心的逐步强大，相信王振东将会在铁建的行业里一展宏图，搏出一片天，实现自己的基建梦想。

 

表2　项目实施前后用电情况对比

  

运行状况2014年功率/kW2016年功率/kW小时节电量/kWh化产循环水系统 2台冷却泵运行(夏)1608.741449.67159.07 3台冷却泵运行(冬)2413.112174.51238.60甲醇循环水系统 5台冷却泵运行3311.282836.01475.27

4.4　电力系统

能源管控系统的自动电压控制(AVC)能够有效地提高供电网络的功率因数，降低网内不必要的无功流动，从而达到降低损耗的目的。以2014年3条计量线路及变压器为例，损失为2%；能源管理中心项目建成后，功率因数分别由0.82，0.82，0.77提高到0.95，每年可减少耗电170万kWh，电力折标系数为3.22 t/万kWh，则年节约标煤547 t。

1.3.3 问卷调查。制定问卷调查法进行问卷，具体内容包括学习兴趣、 学习效率、学习积极性、学习效果、强化相关知识、把握重点内容、增进师生感情、延伸课堂教学几个条目，每项以能、不能作答。

髑髅曰：“死，无君于上，无臣于下，亦无四时之事，纵然以天地为春秋，虽南面王乐，不能过也。”庄子不信，曰：“吾使司命复生子形，为子骨肉肌肤，反子父母闾里知识，子欲之乎？”髑髅深蹙安页曰：“吾安能弃南面王乐，而复为人间之劳乎？”(《庄子·至乐》)

4.5　总节能效果

能源管控中心的建立实现了统一实时监控、优化能源介质配置和能源的高效使用。系统通过实时采集各能源介质数据，包括水、电、气(汽)以及环保数据，通过实行能源集中控制，对优化煤气平衡、水电设备最优化运行、提高环保质量、降低吨焦炭能耗有着重要的作用。项目实施前后节能情况对比如表3所示。

 

表3　项目实施前后年节能情况

  

生产项目年节约能耗折标系数折标煤/t煤气系统煤气1798万m35.714t/万m310273蒸汽系统蒸汽1.7万t0.1286t/t2186循环水系统电733万kWh3.22t/万kWh2360电力系统电170万kWh3.22t/万kWh547合计15366

由表3可见，荣信煤化能源管理中心项目建成实施后，生产装置各系统年节约能耗折标煤15 366 t，取得了较好的节能降耗效果。

5　结　语

荣信煤化能源管控系统的建成改变了公司传统的独立分散的能源管理模式，提高了公司能源管理水平和自动化程度，随着系统功能的不断深入和完善，将为企业节能发挥更大的作用。

由表2可知，在第①种典型负荷分布下，当供电半径增至24.2 km，线路末端电压为规定临界电压9.30 kV，由此确定LGJ-240架空线在总负荷为1 MW情况下的中压线路最大允许供电半径为24.2 km。同理可得，在第②种、第③种、第④种典型负荷分布下的中压线路最大允许供电半径分别为23.9 km、23.6 km、18.5 km。