周穎
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：以能耗管理系統(tǒng)在工業(yè)廠房的應(yīng)用為例，介紹了系統(tǒng)架構(gòu)及功能。分析能耗管理系統(tǒng)在工業(yè)廠房實施過程中遇到的難點，并對系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的節(jié)能措施，幫助該業(yè)廠房達(dá)到節(jié)約能耗和運行費用的目的。
0引言
隨著經(jīng)濟和社會的持續(xù)發(fā)展，節(jié)能成為關(guān)系企業(yè)生存與發(fā)展的重要因素。當(dāng)前住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部正在建設(shè)*辦公建筑和大型公共建筑能源管理系統(tǒng)，為建筑節(jié)能的建設(shè)和發(fā)展提供了良好的數(shù)據(jù)平臺。能源管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的采集、分析和遠(yuǎn)傳。本文介紹該系統(tǒng)應(yīng)用于某工業(yè)廠房的情況，將企業(yè)的生產(chǎn)管理、計量管理和節(jié)能管理提高到一個新的層次。
1項目簡介
該工業(yè)廠房位于江蘇省某市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，總建筑面積約為5.7萬平方米，其中包括1號廠房，2號廠房和機房三個區(qū)域。1號廠房和2號廠房建筑面積均為26683平方米，廠房共三層，主要是LED芯片以及外延片的生產(chǎn)線和辦公室，其中生產(chǎn)線為凈化車間，有較高的恒溫恒是要求。機房建筑面積約為4千平方米，包含所有冷站機組和服務(wù)器。目前1號廠房的能耗管理系統(tǒng)已經(jīng)施工完畢并投入使用中，之后還會對機房及2號廠房進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測。
2項目難點分析
根據(jù)對工業(yè)廠房項目的調(diào)研，以及用戶對系統(tǒng)的要求，該項目主要有以下三個難點：
2.1如何設(shè)計一套既能實時采集數(shù)據(jù)，又具備高度可靠的傳輸性能的系統(tǒng)?
2.2暖通空調(diào)系統(tǒng)是根據(jù)凈化和恒溫恒濕要求設(shè)計一個空調(diào)機組的送風(fēng)同時分配到多個車間進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，如何核定各車間的用電量?
2.3為了加強對能耗的管理，分析能耗使用情況，用戶要求每月系統(tǒng)要生成節(jié)能報表，包括excel表格，柱狀圖，餅圖和曲線圖。
2.4由于工業(yè)廠房為商業(yè)用電，不同時段電價不同在僅知道用電量的情況下，管理者并不能很好的掌握具體費用，為了達(dá)到企業(yè)既節(jié)約能源又降低費用的目的，用戶要求系統(tǒng)能有計費功能。為了解決用戶的以上需求，我們在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又針對他們的特殊需求進(jìn)行了開發(fā)。
3系統(tǒng)總體介紹
3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
ezEMS能源管理系統(tǒng)(以下簡根據(jù)稱EMS系統(tǒng))通過安裝分類和分項能耗計量裝置，采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)仁侄渭皶r采集能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)能耗的在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能。該系統(tǒng)由能源管理平臺、采集設(shè)備、終端計量設(shè)備三部分組成。EMS系統(tǒng)是三層體系架構(gòu)，一層在需要進(jìn)行分項計量的設(shè)備處安裝多功能電表、氣表、水表、熱表；二層用相應(yīng)的能耗采集設(shè)備實現(xiàn)無人的、自動的能耗及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，為能源管理平臺提供能耗分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；三層通過數(shù)據(jù)倉庫的多維分析功能將采集器獲取的能耗及相關(guān)數(shù)據(jù)以圖、表等方展現(xiàn)給管理層，同時為管理層定期提供能耗分析報表。系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1所示。
圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖
該項目原有品牌A三箱數(shù)字式多功能測控電表125塊，電表支持Modbus協(xié)議。通過調(diào)研，決定在現(xiàn)有電表的基礎(chǔ)上對空調(diào)控溫和空調(diào)加濕進(jìn)行單獨計量，共16個空調(diào)機組，用32塊品牌B電表單獨計量。如下圖2所示，原有電表用5個Modbus網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，新裝品牌B電表支持DL-T645協(xié)議，用3個645網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。8個網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C中的PCCAN,采用RS-485通信方式。綜上所述，EMS系統(tǒng)支持不同協(xié)議的不同品牌電表，并提供了穩(wěn)定、可靠的傳輸功能，這種高集成性有助于項目的順利實施。
圖2現(xiàn)場計量示意圖
3.2能耗管理系統(tǒng)功能簡介
EMS系統(tǒng)能對建筑設(shè)施整體能耗狀況進(jìn)行實施監(jiān)測和細(xì)致化管理；將電力、水、冷/熱量等多類能耗數(shù)據(jù)的透明化；為其他更好的應(yīng)用提供各類能耗的高精度數(shù)據(jù)；為建筑設(shè)施的節(jié)能改造提供依據(jù)；對建筑能耗總量進(jìn)行統(tǒng)計和趨勢分析；優(yōu)化建筑能耗成本的結(jié)構(gòu)。EMS系統(tǒng)通過采用實時能源監(jiān)控、分戶分項能源統(tǒng)計分析、能耗設(shè)備監(jiān)控、能耗費率分析等多種手段，使管理者能能在監(jiān)測能耗的基礎(chǔ)上，對能耗部分進(jìn)行節(jié)能改造或用電控制，從而起到節(jié)能作用。以下簡要介紹EMS系統(tǒng)在該工業(yè)廠房項目上的六點功能。
(1)可自定義建筑結(jié)構(gòu)
(2)分析報表
(3)能耗費用管理
能耗費用管理分為兩個部分：1、定義能耗費用的計劃名稱、計劃項目、地區(qū)名稱以及開始/結(jié)束日期(如下圖二所示);2、按照當(dāng)?shù)厣虡I(yè)電價定義峰、平、谷三個不同時間段的電價(如下圖三所示)。
能耗費用管理分為兩個部分：1、定義能耗費用的計劃名稱、計劃項目、地區(qū)名稱以及開始/結(jié)束日期(如下圖二所示);2、部分按照當(dāng)?shù)厣虡I(yè)電價定義峰、平、谷三個不同時間段的電價(如下圖四所示)。
圖3能耗費用管理圖 4能耗費用詳細(xì)信息管理
(4)底層設(shè)備配置管理
(5)用戶權(quán)限管理
(6)*系統(tǒng)
4實際項目數(shù)據(jù)分析
本項目工業(yè)廠房實行的是三班制工作時間，工人輪流倒休，每天二十四小時生產(chǎn)線都會有生產(chǎn)活動，所以用電量每天變化都不大。如下圖5所示為該工廠一周的用電情況，每日用電總量均在50000kWh上下波動，因此后續(xù)僅對單日能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
圖5工廠日用電量累計圖
從建筑區(qū)域電能分析曲線圖可以看出12:00-16:00和18:00-20:00為能耗高峰期，根據(jù)上述該市商業(yè)電價可以看出12:00-16:00電價為0.667元/kWh,18:00-20:00電價為1.112元/kWh。根據(jù)圖8給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算可得高峰期用電總費用為14779.46元，建議將能耗大的工序調(diào)至夜班零點到早上七點，若做次調(diào)整總電費降為5661.37元，節(jié)約電費9118.09元，可以節(jié)約電費約百分之30。針對以上用能情況該系統(tǒng)定期將分析報表發(fā)送給工廠管理層，他們采納了我們的節(jié)能建議，在未做任何節(jié)能改造的前提下，僅對工業(yè)流程進(jìn)行了調(diào)整，便節(jié)省了大量運行費用，取得了顯著成效。
圖6建筑區(qū)域電能分析餅圖
圖8高峰期用電量統(tǒng)計
5 AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺
5.1平臺概述
AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺集變電站綜合自動化、電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣、能耗分析、照明控制、設(shè)備運維于一體，為建立可靠、效率高的工廠能源管理體系提供數(shù)據(jù)支持。同時引入*技術(shù)，配合廠務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化，簡化全廠管理，并利用實時數(shù)據(jù)，優(yōu)化能效并預(yù)防風(fēng)險，保障關(guān)鍵制造設(shè)備的穩(wěn)定運行和良品率，降低綜合成本，達(dá)到效率高運營和制造的目的。
5.2平臺組成
安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠房管理系統(tǒng)是一個更深層次集成的自動化平臺，它集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所綜合自動化、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、新能源充電樁、預(yù)付費系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對電子廠房的用電和用電進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足廠房用電可靠、穩(wěn)定、效率高、有序的要求。
5.3平臺拓?fù)鋱D
6平臺子系統(tǒng)
6.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機保護(hù)測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。
6.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理
6.3變電站綜合自動化
6.4電氣
AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。
6.5智能照明控制
6.6能耗分析
AcrelEMS電子廠房能效管理系統(tǒng)為工廠搭建計量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助企業(yè)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時間、設(shè)備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對工廠用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標(biāo)對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。
6.7充電樁管理
6.8職工公寓管理
7相關(guān)平臺部署硬件選型清單
7.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置
7.2能耗管理系統(tǒng)硬件配置方案
7.3智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案
7.5消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
7.6防火門監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案
7.7消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)硬件配置方案
7.8電能質(zhì)量治理解決方案硬件配置方案
7.9充電樁系統(tǒng)硬件配置方案
7.10預(yù)付費系統(tǒng)硬件配置方案
8結(jié)束語
如上所述，EMS能耗管理系統(tǒng)是節(jié)能工作中的一個重要手段。本工業(yè)廠房通過能源管理系統(tǒng)獲得了數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可做出相應(yīng)的節(jié)能措施，達(dá)到節(jié)約能耗和運行費用的目的。節(jié)能是一個不斷循環(huán)、不斷反饋、不斷優(yōu)化的過程，能耗管理系統(tǒng)的運用為節(jié)能工作搭建了一個很好的平臺，能支撐合同能源管理項的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]孫雅佩.能源管理系統(tǒng)在工業(yè)廠房中的應(yīng)用.
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.
作者介紹：
周穎，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電。
上海嘉定區(qū)育綠路253號
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