（电力系统及其自动化专业论文）企业信息化能源管理系统的研究.pdf

东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee n e r g ys h o r t a g ei sb e c o m i n gaw o r l d p r o b l e m ，a n de n e r g yc o n s e r v a t i o ni sr e c e i v e d a s a l li m p o r t a n tm e t h o do f s o l v i n gt h ee n e r g ys h o r t a g ep r o b l e m e n e r g y s a v i n gi sl o o k e da st h e f i f t he n e r g yo ft h ew o r l de x c e p to fc o a l ，g a s ，o i la n dn u c l e a re n e r g y i nc h i n a , w ea r ef a c i n g t h ee n e r g ys h o r t a g ep r o b l e ma n dt h ee n v k o n m e n t a ld e t e r i o r a t i o n ；0 1 1t h eo t h e rh a n dt h e r ei s t h ei n e f f i c i e n ti nu s eo fe n e r g ya n dt h ew a s t eo fe n e r g y i n d u s t r ya n de n t e r p r i s ec o n s u m e dt h e m a i ne n e r g yo fo u rc o u n t r y , s ot h a tt op r o g r e s st h eu t i l i z a t i o nr a t i oo fe n e r g yw es h o u l dt a k e f i r mh o l dt h ee n t e r p r i s ee n e r g yc o n s e r v a t i o n t h ep a p e ri n t r o d u c e dt h es t a t u so f e n t e r p r i s ee n e r g yc o n s e r v a t i o n ，a n a l y z e dt h ep r o b l e m o fe n t e r p r i s e e n e r g ym a n a g e m e n t ，p r o p o s e dt h a tw es h o u l dp r o g r e s st h el e v e lo fe n e r g y m a n a g e m e n tb ym e a n so f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h ep r o p e rm e a s u r e sa n dm e t h o d so fe n t e r p r i s ee n e r g ym a n a g e m e n tt oc o n s e r v ee n e r g y h a v eb e e nd i s c u s s e di nt h ep a p e r e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ne n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e mh a sb e e n c o n s t r u c t e dt oh e l pe n t e r p r i s em a n a g ea l lk i n d so fe n e r g y , e s p e c i a l l ye l e c t r i ce n e r g y i ti sa t e c h n i q u eo fp o w e rc o n s u m p t i o nm o n i t o r , a n di t i su s et o h e l pe n t e r p r i s ep r o g r e s si t s u t i l i z a t i o nr a t i oo fe n e r g y s o m eo fi t sf u n c t i o na n di t sa p p l i c a t i o na r ed e s c r i b e di nd e t a i li n t h i sp a p e r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e rm a r k e t ，i ti sm o r ei m p o r t a n tt of o r e c a s tt h eh i 曲e n e r g y c o n s e r v a t i o ne n t e r p r i s e sp o w e rl o a d l o a df o r e c a s ti si n t r o d u c e di n t oe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mi n t h i sp a p e r - t h ep a p e rd os o m er e s e a r c ho nt h ec h e m i c a la n di r o n e n t e r p r i s ep o w e rl o a df o r e c a s t ，w a v e l e tt r a n s f o r ma n da r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r km e t h o di su s e d t of o r e c a s tt h es t e e la n di r o ne n t e r p r i s ep o w e rl o a d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o di s s u i t a b l ef o rt h ee n t e r p r i s ep o w e rl o a df o r e c a s t k e yw o r d s 】i n d u s t r ya n de n t e r p r i s e ，e n e r g ym a n a g e m e n t ，i n f o r m a t i o n ，d s m ，l o a df o r e c a s t , 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：丝! 堡垄日期：互竺堑 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：2 丝堕竺导师签名：主毒l 日期：二五尘f 第一章绪论 1 1 课题背景 1 1 i 世界能源环境危机f 4 , 5 第一章绪论 能源是人类生存和发展的重要物质基础。世界经济的现代化，得益于化石能源( 如石油、天然 气、煤炭与核裂变能) 的广泛应用，它是建筑在化石能源基础之上的一种经济，然而，这一经济的 资源载体却将在2 1 世纪上半叶迅速接近桔竭。从2 0 世纪7 0 年代以来，能源就与人口、粮食、环境、 资源被列为世界上五大问题。世界性的能源问题主要反映在能源短缺及供需矛盾所造成的能源危机。 第一次能源危机是2 0 世纪7 0 年代世界上的一次经济大危机，它使此前2 0 年靠廉价石油发家的西方 发达国家受到极大的冲击，严重地影响了那些国家的政治、经济和人民生活。 另一方面，能源作为人类赖以生存的基础，其开采、输送、加工、转换、利用和消费的过程都 直接或间接地改变着地球上的物质平衡和能量平衡，而每个过程都对生态系统产生各种影响，甚至 成为环境污染的根源之一。能源对环境的污染主要表现在导致温室效应、酸雨、臭氧层破坏、热污 染、放射性污染等。自从1 8 6 0 年有气象仪器观测记录以来，全球平均温度升高了0 6 o 2 。c 0 2 的过度排放是产生温室效应进而导致全球变暖的主要原因。而据统计全球每年因化石燃料燃烧所释 放出的c 0 2 就高达6 x l o g t ，约占总排放量的7 0 。国际能源机构指出，到2 0 1 0 年，化石燃料将提 供9 0 的世界能源需求量，这意味着今后温室气体的排放量将进一步增加，而世界c 0 2 的排放量也 将比1 9 9 0 年增加3 0 4 2 ，这将造成非常严重的后果。 随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境质量的要求自然也越来越高，相应的环保标准 和环保法规也将越来越严格。由于能源是环境的主要污染源，因此为了保护环境，世界各国不得不 在能源开发、运输、转换、利用的各个环节上投入更多的资金和科技力量，从而使能源消费的费用 迅速增加。经济的发展，人口的增长加速了能源开发利用的增长，同时给环境造成了巨大的压力， 对发展中国家来说，这种情况尤为突出。 1 1 2 我国能源环境状况【1 5 】 我国是个发展中国家，多年来经济以资源消耗型增长为主，能源的消耗和低效率的使用带来 了非常严峻能源环境闯题。我国能源环境问题主要反映在以下几个方面： 首先，我国人口众多，能源资源相对不足，人均拥有量远低于世界平均水平，煤炭、石油、天 然气人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的5 8 6 、7 6 9 和7 0 5 。而目前又正处于工业化、 城镇化，加快发展的重要阶段，能源资源消耗强度高，消费规模不断扩大，能源供需矛盾越来越突出。 其次，我国能源生产消费以煤为主。1 9 9 8 年原煤在次能源生产中的比重为7 4 2 ，在能源消 费结构中的比重为7 5 6 。这给环境保护带来很大的压力。而且能源资源分布不均，交通运力不足。 我国能源主要集中在中西部地区，而经济发达的东部沿海地区却面l 临着能源缺乏，供给不足的局面。 再次，能源环境问题日益严重，制约了经济社会发展。以城市为中心的环境污染进一步加剧， 并开始向农村蔓延，生态破坏的范围继续扩大。目前我国c 0 2 排放量已位居世界第二，预测表明， 到2 0 2 5 - 2 0 3 0 年闻我国排放总量将超过美国居世界第一位。 最后，从能源安全角度看，面f 临严重挑战。能源安全是指：保障能源可靠和合理的供应特别是 石油和天然气的供应。我国自1 9 9 3 年从石油净出口国变为净进口国以来，石油进口依存度( 进口量 占消费量的比重) 呈上升趋势。1 9 9 3 年石油净进1 3 量为9 2 0 万吨，2 0 0 0 年已达到7 0 0 0 余万吨，进 口依存度达到3 0 ，预计2 0 5 0 年将达到5 0 。在国际风云变幻的世界上，保障石油的可靠供应对 国家安全至关重要，这是我国能源领域面临的一项重大挑战。 我国能源面临如此诸多问题，然而，在另一方面，我国在能源的生产应用中却存在着众多的显 东南大学硕士学位论文 性的或隐性的能源浪费现象，企业能源使用效率低下，能耗水平高。我国单位g d p 能耗是世界平均 水平的2 倍多，而工业产品能耗比发达国家也高出好多，能源终端使用效率低。 1 1 3 节约能源与我国政策【l 刈 能源和环境问题是困扰当今世界的热点问题，节约能源已经成为解决当代问题的一个公认的重 要途径。节能以其零污染，投资少，已被称为除煤、石油、天然气、核能之外的第五种能源，由此 可见节能的重要意义。能源是国民经济的命脉，在社会可持续发展中起着举足轻重的作用，能源的 短缺将影响国民经济的发展，成为制约社会、经济持续发展的因数之。节约能源是解决我国能源 问题的根本途径。中国的能源研究所估计：中国若将其工业能源使用效率提高到国际水准，则可能 进步将能源消耗减少3 0 - 5 0 。 可持续发展【l ”观念深入人心。现代可持续发展的思想的提出源于人们对环境问题的逐步认识和 热切关注。其产生背景是人类赖以生存和发展的环境和资源遭到越来越严重的破坏，人类已不同程 度地尝到了环境破坏的苦果。可持续发展战略要求建立可持续的能源支持系统和不危害环境的能源 利用方式。我国可持续发展一方面面临能源短缺、环境恶化两大压力，另一方面却是能源使用效率 低下，终端能耗高，单位产值能耗是世界平均水平的2 倍多的状况。面对这些问题，中共中央关于 制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议提出了在优化结构、提高效益和降低消耗的基 础上，实现2 0 1 0 年人均国内生产总值比2 0 0 0 年翻一番；资源利用效率显著提高，单位g d p 能耗比 “十五”期末降低2 0 左右；创建资源节约型社会和环境友好型社会等战略目标。 我国将资源节约作为基本国策，坚持能源开发与节约并举、节约优先的方针。据统计，如果采 取强化节能和提高能效的政策，到2 0 2 0 年的能源消费总量可以减少1 5 2 7 。预计在2 0 0 0 - 2 0 2 0 年间，我国累计可节能1 0 4 亿吨标准煤，价值9 3 2 0 亿元。可以减排s 0 21 8 8 0 万吨，c 0 2 6 5 6 万吨。 据钡算，目前市场上技术可行、经济合理的节能潜力可高达1 54 l - 2 亿吨标准煤。 关于节能的领域，在国务院关于加强节能工作的决定中，明确了六大重点节能领域，即强 化工业节能、推进建筑节能、加强交通运输节能、引导商业和民用节能、抓好农村节能、推动政府 机构节能。以工业、交通和建筑三大耗能部门为主全方面采取节能措施，今后2 0 年能耗始终占一半 以上的工业部门仍是节能的重点领域，预计节能潜力有5 亿吨标准煤左右。 工业企业能耗占我国能源消耗的主要部分，在强化工业节能方面，国务院要求突出抓好钢铁、 有色金属、煤炭、电力、石油石化、化工、建材等重点耗能行业和年耗能l 万吨标准煤以上的企业 的节能工作，组织实施千家企业节能行动，推动企业积极调整产品结构，加快节能技术改造，降低 能源消耗。 1 1 4 工业企业节能【6 ，1 1 1 6 】 工业企业是我国能源的主要利用者，也就是节能的主体。工业在我国经济中的作用远大于日本 和美国，而且我国工业仍过分依赖于低效率、小规模的生产方式，这就造成我国既是能源生产大国、 消费大国。同时又是能源浪费大国。我国单位国民生产总值能耗是日本的6 倍，美国的3 倍，韩国 的4 5 倍。这虽然与我国的经济结构有关，但是我国工业产品能耗比发达国家也高出好多。我国能 源终端利用效率仅为3 3 ，比发达国家低l o 个百分点；单位产品能耗比发达国家高3 0 8 0 ， 加权平均高4 0 左右，能源利用效率比较低。例如：我国工业锅炉的效率仅为西方国家的8 0 ；鼓 风机及水泵的能源利用也仅为国际水平的8 5 ：国产电动机在产生相同动力的情况下其电力消耗比 国际水平高5 l o 。表1 1 为我国部分工业产品的平均效率与o e c d 国家的对比。 表1 1我国部分工业产品的能源平均效率与o e c d 国家的对比 能源消耗比例占煤炭 中国平均o e c d 国家。 设备生产过程 消耗量的百分数【】 效率水平的高效率 工业锅炉3 0 6 5 8 0 2 第一章绪论 燃煤电厂3 0 4 1 4 9 c e k w h 8 5 电动马达4 0 平均效率，8 7 9 2 工业企业能耗占我国企业能耗的主要部分，而电力能源是一般企业的主要能源，工业企业用电 占我国总用电量的比重接近7 0 ，是实施电力需求侧管理的主体，建设节能型社会和节能型经济的 重点。因此，提高终端用户能源使用效率，应抓住工业企业节能这个重点，实施节能长效管理，提 高系统能效。 能源利用效率是指能源中具有的能量被有效利用的程度，通常用以r 表示。能源利用效率是衡 量能量利用技术水平和经济性的一项综合性指标。通过对能源利用率的分析，有助于改进企业的工 艺和设各，挖掘节能的潜力，提高能量利用的经济效果。 1 1 5 企业节能方法f 3 6 刀 节能一般可以分为以下几种方法： 技术节能：提高用能设备的能源利用效率，直接减小能耗和e m 值( 即能源消费系数) 。 能源消费系数是从整个社会经济效益去考察能源有效利用的指标。能源消费系数= e m ，其中e 为能源消费总量( 标准煤) ，m 为同期国民生产总值( 元) 。 工艺节能：采用新的工艺，降低某产品的有效能耗： 结构节能：调整工业结构和产品构成，发展耗能少的产业，以降低e m 值 管理节能：通过科学的组织管理，减少能源与材料消耗，提高产品质量。 其中，技术节能和工艺节能统称为直接节能，结构节能和管理节能统称为间接节能。据初步估 计，我国节能潜力中，直接节能潜力占l 3 ，间接节能潜力占2 3 。 具体企业节能工作除了一些可以通过改造工艺流程来达到节能目的外，一般都不外乎技术手段 和管理手段，具体要从以下几个方面入手： ( 1 ) 首先需要摸清企业的能耗状况，用能水平，分析节能潜力和节能效果； ( 2 ) 通过技术手段对高耗能设备改造升级，提高设备的能源利用效率； ( 3 ) 加强企业的能源管理这是节能的重要方向； ( 4 ) 加强能源管理意识，建立，厂一车间一工段( 班) 一组的节能管理网络，分层管理目标 明确，责任落实： ( 5 ) 健全能源管理的规章制度，即建立燃料进厂一分区存放一技术档案一定量供应一定额管 理一奖罚的全程管理制度 ( 6 ) 加强能源计量管理，整治不合理的浪费，如跑、冒、漏、滴、管道与设备保温不良、可 燃气体和蒸汽的放空等。 ( 7 ) 合理组织产品的生产过程 1 2 需求侧管理 需求侧管理t ，1 是国际上广泛采用的一种先进管理技术。上世纪7 0 年代，出现的两次能源危机， 加之环境污染日益严重，促成了d s m 的兴起，取得了节约能源、减少污染的显著效果。近年来，国 外已开始推广和采用这种电力( 或煤气、热力、水等) 使用和管理的新方法。d s m 是指电力( 或煤 气、热力、水等) 公司( 供应方) 采用行政、经济、技术措施，鼓励用户( 需求方) 采用各种有效 的节能技术，改变电力、电量需求方式，在保持能源服务水平的情况下，共同降低( 电) 能源消费 和用电负荷，实现减少电源建设投资和一次能源对大气环境的污染，从而取得明显的经济效益、环 3 东南大学硕士学位论文 境效益、社会综合效益。这种方法可用于供电、供热、供气、供水等公用事业部门中，首先用于供 电部门。从9 0 年代开始，我国逐步引入这项新的管理技术。 电力需求侧管理不是单纯的节约用电，它还包含了更加丰富的内容：凡是以节约电量和调整电 力负荷为目的的任何改变用电状况的措施、手段和技术都属于d s m 范畴。其特点是： ( d 把需求方实施d s m 项目提高用电效益而减少的电量消耗，改变用电方式，从而降低的电力需 求作为一种替代资源同时参与电力规划： 强调政府在实施d s m 中的主导作用。只有通过政府制定政策法规和标准等行政手段，协调并 保证参与d s m 活动的各方利益，才能有效的推动d s m 的实施； 电力公司是实施d s m i 勺主体。政府必须激发电力公司开展d s m 的主动性和积极性，才能使电 力公司将d s m 纳入公司的正常运营； 实施d s m 的最终结果，必须使参与各方均能受益。电力用户通过提高设备和用电效率，降低 成本，增加效益：电力公司实施d s m ，通过电力需求的减少，少建和推迟建设电厂t 得到比 其他投资更好的收益；同时节约了能源，保护了环境，惠及全社会。 电力需求侧管理是综合资源规划的一项主要内容。终端节电资源的挖掘要通过它来实现，它与 电力部门传统的用电管理( 过去我们已经做了或正在做这方面的不少工作) 相比，是管理方式的一 种演进和变革。优质能源服务是用户的根本要求，它不主张强行采取拉闸限电、轮休、倒班等不顾 及用户承受能力和经济利益的作法，更多的是鼓励采用科学的管理方法和先进的技术手段，在不强 行改变正常生产秩序和生活节奏的条件下，促使用户主动改变消费行为和用电方式，提高用电效率 和减少电力需求。这样，才能使供需双方从需求侧管理实践中理解到：节能并不意味着以降低生产 活力和生活水平为代价，而是一种有价值的社会增益活动。特别对曾饱尝多年缺电之苦的地区来说， 对那种以降低能源服务水平、牺牲用户利益来挖掘“节能”潜力的作法还记忆犹新，把他们从误解 和偏见中解脱出来至关重要。能否把用户从被动节能引导到主动节能的轨道上来，是需求侧管理成 败的一个重要标志。 电力需求侧管理涉及群体由政府、供应侧( 如供电公司，含发电) 、需求侧( 如电力用户) 、项 目实施中介四方面构成。主要采取行政措施、经济措施、技术措施、诱导措施，促使用户采用先进 技术和高效设备提高终端用电效率减少电量消耗，取得节约电量效益，通过负荷管理技术改变用 户的用电方式，降低电网最大负荷，取得节约电力、减少电力系统装机容量的效益。 i 3 课题的提出 1 3 1 课题的由来 一、企业管理节能是个重大课题 节能是解决我国能源问题的根本途径，工业企业能耗【1 6 】占我国企业能耗的主要部分，是节能的 主体。因此，提高终端用户，即工业企业的能源使用效率，降低单耗是节能的重点。目前企业能源 管理手段落后，通过运用先进管理技术手段来加强企业能源管理，一般认为有1 0 1 5 的节能空间， 提高能效的空间还比较大。而目前这部分能效基本上被忽视。 二、管理节能所遇到的难题 加强能源管理是节能的重要方法之一，然而我国长期以来粗放型的经济增长方式，形成了粗放 型的能源管理方法，大多企业能源管理水平低下。另外。企业通过管理节约能源往往出现反复，强 化管理一段时间，能耗路有降低，再过一段时间后又恢复原来的面貌。究其原因，未能实现能源管 理的自动化、制度化是一个重要因素，管理受人为的因素影响很大。其次，管理节能的另个尴尬 状况是，目前，企业能源使用信息化程度低，管理节能量的确认难，没有统计数据，更没有量化考 核，与企业生产脱节，很难形成长效机制。 三、能源使用的信息化是必然趋势 4 第一章绪论 能源是企业成本的重要组成部分，随着企业信息化程度的增强，能源信息化的落后显得极不对 称，能源使用的信息化显得越来越重要。 1 3 2 课题的研究现状 在国外日本、欧美等发达国际，工业发展较早，比较成熟，自动化程度很高，企业能源管理系 统最早出现在冶金行业，钢铁企业利用集中管理控制功能于一身的能源管理系统【1 “o “j 进行能源管 理，已有不少成功的案例。其他钢铁企业等高能耗企业纷纷仿效，加快实现企业的能源管理信息系 统。 在我国，传统的能源管理模式仍然是我国钢铁行业等高能耗企业的主要能源管理手段。在钢铁 行业，这已经不能适应当前钢铁生产的大型化、高速化和激烈市场竞争的需要。已经成为我国钢铁 行业能源管理的焦点问题。新一轮的激烈市场竞争格局都需要每个钢铁企业以更低成本、更高的速 度，生产出更优质量的钢铁产品。要做到这一点，不仅要求每个钢铁企业不断改善生产工艺，不断 更新生产设备，不断采用节能技术，同时还要求采用更新、更有效的能源管理模式。 目前，我国宝钢、南钢、武钢等不少钢铁企业都已经引入能源管理系统，初步实现能源信息采 集与监控，其他高能耗企业也有部分的应用案例。我国企业的能源信息化管理才刚刚起步，信息化 水平，自动化水平，信息与管理决策相结合的水平都还很低，还存在着不少问题，有很多事情要做， 很多问题需要解决。目前的我国企业能源管理系统的存在下列问题： 覆盖面小。能源管理系统主要集中在几个钢铁企业的使用，其他高耗能企业的应用还比较 少，需要适合各行各业特色的能源管理系统的出现。 系统功能单一。不少系统只是能源集中监控系统，管理功能薄弱，没有充分挖掘出能源统 计数据的价值，而切实可行的管理功能的开发与实现需要与企业密切合作才行。 系统与生产脱节。能源管理系统脱离了生产，成为单一的监控系统，管理节能效果降低。 运用情况不容乐观。我国的企业特别是国有企业的管理机构比较复杂，而能源的管理牵涉 到生产部门，计划部门，信息部分等多个部门，多个部门之间水平方向沟通困难。能源管 理是一个有机整体，需要一套与之相适应的管理体制。 1 3 3 课题的研究目标 目前，高能耗企业正在进行其信息化改造工程，而能源的信息化是其中的一个方面，企业能源 管理需要实现信息亿。信息化能源管理同时也是管理节能的要求。本文的研究工作就是要建立一个 适合一般高能耗企业的能源管理系统，从管理节能的角度对系统功能进行划分，使节能工作与日常 生产结合，与企业效益挂钩，实现企业节能的考核评估。当管理节能变为日常的行为，就实现了管 理节能的长期效应。 1 3 4 信息化能源管理系统的产生及其主要功能 一、管理信息系统的产生 技术的进步，社会活动的复杂化，使得管理越来越离不开信息，信息处理已经成为当今世界上 一项最主要的社会活动。信息工作的迅速增长，使得计算机的应用范围越来越广泛，应用的功能也 由一般的数据处理走向支持决策，这些导致了管理信息系统的产生。 二、管理信息的主要功能 准各和提供统一格式的信息，使得各种统计工作简化，使得信息成本最低； 及时全面的提供不同要求的不同细度的信息，以期分析解释现象最快，控制及时准确 全面系统地分析大量的信息，并且很快地查询和综合，为组织的决策提供信息支持； 利用数学方法和各种模型处理信息。以期预测未来和进行科学决策； 三、管理信息系统的构成： 5 东南大学硕士学位论文 概念结构：信息源；信息处理器；信息用户；信息管理者； 功能结构：从使用者的角度来看，一个管理信息系统总有一个目标，具有多种功能， 各种功能之间又有多种信息联系，构成一个有机结合的整体，形成个功能结构。 软件结构：就是各种软件和软件模块所组成的系统结构 四、企业能源管理信息系统主要功能： 实现能源使用过程的信息化。对全厂能耗数据进行实时采集，集中监控。 对各能源介质实现在线监视与控制，实时平衡调度，实施从生产到能源供需调配的全 局信息化管理。 与企业生产管理结合，对能源使用者实施用能考核，对产品单耗细分到工序、机台进 行考核，使管理节能量化，并形成制定。 实现企业用能进行优化调度，为企业降耗增效，优化运行提供决策支持。 能源需求预测分析。 i 4 论文的主要内容和结构 本文主要针对当前我国节能的热点问题，抓住高能耗企业节能这个重点，剖析我国企业能耗高 的深层次原因分析可以采取的办法，提出建立高能耗企业信息化能源管理系统，为企业搭建一个 科学的能源管理平台，实现企业用能的量化管理与考核，通过管理手段实现长效节能。 论文在借鉴国外能源管理的经验，结合我国的实际情况，并且在通过对一些高能耗企业的走访 调研的基础上，利用现代信息技术手段，结合企业的生产管理，研究开发适合一般工业企业的信息 化能源管理系统。本文的具体内容安排如下： 第一章绪论 通过对全球能源环境危机及我国能源环境现状，政府节能政策与我国工业企业节能方法与节能 情况等背景知识的详细了解，得出我国企业能源使用效率低下，能源管理效率低是一个重要问题。 从如何进行高能耗企业能源管理，提高能源使用效率入手，提出结合企业生产建立信息化能源管理 系统这个平台，从而引出本文的研究的主要内容。 第二章企业信息化能源管理系统设计 提出企业信息化能源管理系统，详细阐述企业信息化能源管理系统主要架构的设计与建立，以 及系统软件功能的划分，并且分别介绍了部分系统功能的设计思路。 第三章系统各主要功能模块简介 对系统的各个主要功能模块分别进行介绍。重点介绍了需量管理与控制子系统和企业运行最佳 优化调度子系统的设计目的、思路和功能的实现。 第四章企业负荷预测子系统 分析了高能耗企业电力负荷预测的用途和意义，介绍了几种负荷预测方法，并对高能耗企业负 荷预测提出实用的方法，针对化工行业，冶金行业的钢铁企业等几个不同性质企业负荷特性进行分 析和预测，对钢铁企业使用小波分解和人工神经网络混合算法进行预测，实际结果证明了该方法对 企业负荷预测的适用性。 第五章结与展望 对本文的内容进行总结，并且对系统的不足做出评估，提出未来进一步完善的建议 6 第二章企业信息化能源管理系统设计 第二章企业信息化能源管理系统设计 2 1 企业信息化能源管理系统的提出 2 1 1 企业实施信息化能源管理的必要性 一、工业企业能源使用及能源管理特点【4 珂 能源虽不直接构成企业产品，但在企业生产过程中扮演着重要的角色，也是企业维持生产进行 的必要条件。不仅企业产品、半成品都是消耗了一定能源的载能体，企业生产的每道工序、机台设 备、每个生产岗位也都离不开能源，而且能源供应不足或中断将会给企业生产造成重大影响，轻则 生产限产或停顿，重则可能造成严重事故，因此企业能源使用既有其必要性和广泛性又有着连续性 的特点。同时，电力、煤气、蒸汽等能源还有着不易存储的特点，在生产、输送、使用、等过程必 须在时间上保持一致，数量上趋于平衡。 所谓能源管理就是指在保证企业正常生产的前提下，应用管理的方法和技术，管理和控制企业， 使之计划、采用和实施各种用以提高获得与利用能源时的效率的措施。能源管理的任务就是要提高 企业的能源利用效率。 鉴于企业能源使用的特点，企业能源管理也有着其复杂性。能源管理工作既有别于一般的物资 管理，不仅仅着眼于煤、油、水、电的供应和分配，也不是一次单纯的工程技术工作，只局限某些 设各的节能技术改造，而是贯穿于企业的全面管理工作之中的。它不仅需要企业晟高管理层的过问 与支持，还牵涉到各生产和技术部门，并与每一个利用和消耗能源的工作人员密切相关。 首先，能源是维持正常生产的动力，企业生产中的各个环节都要使用和消耗能源，因此企业能 源管理也涉及到生产过程中的每一个环节，从而涉及到企业的方方面面。 另外，能源管理工作是建立在一定的技术水平之上的管理，能源管理人员必须结合企业的客观 条件和技术装各水平，选择适宜的技术和方法，结合企业的具体情况，提高企业能源利用效率。不 仅要注意加强对各单台设备的管理，还要注意加强对整个生产工序的管理。同时，更要做好上、下 工序之问的衔接与协调，以及主流程生产线与辅助工序之问的调度和协调关系即要运用系统的方 法进行系统优化。 同时，能源管理工作是又一项综合性、协调性很强的管理工作，涉及企业管理的各个方，需要 对企业能源的购入、分配、转换、输送、使用这一全过程进行计划、组织、指挥、监督和调节，以 保证有限的能源发挥最大的作用。可以说，能源管理是企业做好节能工作，实现合理用能的必然要 求和重要保证。 二、企业能源管理现状 可见，能源管理是一项涉及面广，技术要求高，综合性、协调性非常强的工作，能源管理的好 差，对能源使用效率的高低，节能工作的好坏有着直接的影响。根据笔者对不同企业的调研走访 情况，我国企业能源使用和管理普遍存在下列问题： ( 1 ) 能源管理基础薄弱。不少企业长期以来粗放式经营，能源管理是粗放型的。能源管理基 础薄弱，企业缺乏完善的能源计量和统计分析，计量器具配备率低，完好率、准确率低， 技术手段落后，管理响应速度慢。 ( 2 ) 能源管理与生产脱节。能源直被作为生产的必备条件。为生产服务，而节能、能源管 理部门与生产部门相对独立，沟通不够，体制问题造成能源管理工作难有作为。 ( 3 ) 能源管理成效难以保持。通过加强能源管理，使能耗有所降低，但是目前的情况却是未 形成制度化和自动化，因而能源管理效果反复，无法保持长期有效。 ( 4 ) 考核措施不完善。节能量在很多企业没有被作为考核措旖，没有作为员工考核的一个标 7 东南大学硕士学位论文 准与收益挂钩，因而不能充分调动员工的积极性，使每个工作人员在日常生产工作中都 能注意到对能源的节约。并且能够作为员工考核的一个标准与收益挂钩。 三、实施信息化管理的必要性 针对目前企业能源管理中存在的诸多问题，实现能源管理的转变已经迫在眉睫，而随着信息技 术的发展，企业能源使用信息闭塞与原始与企业生产办公的高度信息化越来越不协调，能源使用的 信息化变得越来越迫切。企业急需能源管理助手，完成能源管理方式的转化，从粗放型向经济型转 变。从而节约能源，提高效率，但是，目前大多数企业的管理基础还不能达到要求。 信息化手段不仅能够较好地解决企业能源管理的难点，沟通企业与政府，信息化能源管理还能 更好地实现自动化、制度化、定量化，从而推动能源管理的标准化与系统化。 随着节能工作开展的深入，我国对重点高能耗企业的能源管理工作明确提出了要强化管理，落 实责任，严格督查，建立起“目标明确、责任落实、奖惩分明，一级探一级、一级考核一级”的节 能管理制度。信息化能源管理进一步提上企业能源管理的议事日程。 2 1 2 企业能源管理信息系统的提出 一个大型企业所使用的能源多种多样，因此该系统应该是一个综合的能源管理系统。企业能源 种类主要可分为煤、电力、水、气、汽等几大类，除了煤、电力能源外可按能源形态的不同分为液 体介质和气体介质两类，如下所示： 液体介质：如工业用水、生活用水、软水、工业用油、柴油、化工液体等； 气体介质：如高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、工业用气、压缩空气、氩气、氧气、氮气、蒸 汽、天然气等； 一个完善的能源管理系统需要能够实现对包括煤、电力、水、气、汽等众多能源介质的管理。 企业信息化能源管理系统架构如图2 1 所示： 图2 i 能源管理系统框图 电能是现代化所必须的高级二次能源。与石油相比，应用电能的优点更多。电的功能已远远超 出作为燃料和动力的范围，它已成为许多工业部门必不可少的加工工艺和生产装备的关键手段。电 也是推动生产改革，使生产过程走向机械化、电气化、自动化的动力。此外电还广泛地渗入到社会 生活的各个方面，包括家庭的电气化和社会的信息化。因此世界各国都非常重视电力工业的发展， 并努力提高电气化的水平。用以衡量电气化程度的重要标志是电能消耗量在一次能源消费量中的比 重。表2 1 显示了几个主要国家电能总消费量占能源总消费量的比重p j ，可见我国的电力能源使用比 重离发达国家还有一定差距，而且随着我国工业化程度的深入，电力能源在总能源使用中的比例还 会进一步上升。电力能源是企业普遍使用的二次能源，也是一般企业的主要能源支出，因此，如何 8 第二章企业信息化能源管理系统设计 实现电力能源的信息化管理，降低企业能耗是每个企业所面临的问题，也是工业企业能源管理的主 要方面。本课题也以电力能源管理为主介绍电力能源管理的主要方法和该系统的电力能源管理的主 要功能的实现。 表2 1主要国家电能总消费量占能源总消费量的比重 年份1 9 6 0 1 9 8 02 0 0 0 总用电量( 亿k wh 1总用电量( 亿k wh )总用电量( 亿k wh ) 项目 折合标准煤( x 1 0 4 t )折合标准煤( 1 0 4 0折台标准嫫( x 1 0 o 2 9 3 2 1 2 9 3 03 4 8 0 0 前苏联2 6 53 2 7 4 1 1 3 6 8 0 4 2 4 l o1 1 4 1 4 4 l l l 5 4 7 6 01 6 0 0 0 日本2 5 o3 2 64 5 4 6 0 5 1 6 1 3 65 4 2 4 0 前联邦1 1 8 93 6 8 71 0 2 3 0 2 2 o3 1 64 5 德国 5 2 3 21 3 2 7 33 6 8 2 8 1 3 6 92 8 4 89 6 5 3 英国 2 4 03 8 03 9 6 2 9 71 0 9 0 83 6 9 7 1 7 2 12 4 5 88 3 3 2 法国2 1 03 8 14 2 2 8 8 48 6 7 72 9 8 2 8 1 1 4 4 3 6 7 39 0 0 0 加拿大 1 6 03 8 o4 7 5 1 1 41 4 2 8 83 5 0 1 0 3 0 93 0 0 61 2 5 0 0 中国 1 0 92 0 63 0 1 4 2 51 3 1 2 24 5 0 0 0 要实现完善的能源管理首先要实现能源信息化，各类能源中除了煤的使用计量比较困难外，其 他介质的计量都有比较成熟的手段。这为信息化能源管理提供了很好的基础。 2 ，1 3 企业能源管理信息系统的优点 通过以上分析，企业建立信息化能源管理系统有很多优点： 首先，企业能源管理实现自动化，可以实时动态掌握能耗数据的，实时监控能源使用异常情况， 按照能源费用最低对生产运行的优化调度，实现了能源使用的实时、定量分折与控制。使企业能源 使用管理实现自动化与定量。 其次，实现能源管理制度化。系统帮助企业加强能源消耗原始记录、统计台帐及分析报表制度 建设，实时进行能源消耗统计分析和能量平衡分析，完善企业能源消耗统计制度。实现记录、统计、 报表的规范化与数字化。各种数据采集、分析、预测、控制都可方便自如。使企业的能源管理制度 更为健全而完善。能耗统计数据及时上报节能管理部门考核管理，实施节能监督。 再次，实现对企业能耗构成的分析与管理，单位产品能耗的考核和节能量监测与考核。有利于 企业控制能源成本，降低能耗进而降低了能源成本，为企业带来效益，提高行业竞争力。同时也有 利于供电企业的宏观调控，和电网优化运行。 最后，企业提高能源使用效率，节约能源客观上减少了温室气体c 0 2 以及s 0 2 、m s 、n o x 等有害 气体和悬浮颗粒物的排放，可以缓解和改善因燃烧化石燃料带来环境恶化危机。 9 东南大学硕士学位论文 2 。2 能源管理信息系统硬件结构设计 2 2 1 系统主要架构设计 随着信息技术的飞速发展，许多企业已经建立e r p 系统、m i s 系统，在体验信息化建设带来的 高效率、快速反映能力、低成本等好处，实现了办公自动化。而能源监控部分的信息化基本还是空 白，因此需要补建这部分网络。而信息化能源管理系统作为企业日常管理的一部分必然要接入企业 局域网，既充分利用企业原有网络，还节约了投资。 系统主要由中心控制室、企业变电所集中监测、车间工序机台分散监测、企业能源监控后台、 远程监控后台等部分组成。系统以工业以太网为主干网，备采集终端主要采用以太接口，通过交换 机接入主干网，其他采集模块，如是4 8 5 ，r s 2 3 2 接口的最终也转换为以太接入网络，采集数据通 过高速以太上送至中心监控室。中心控制室的数据采集服务器和数据加工服务器主要人物是对数据 进行采集、加工、保存并通过防火墙与网络连接。企业能源管理工作人员，通过能源监控工作站的 后台客户端软件，实现对企业能源使用情况的实时监控，以及进行用能分析考核，优化调度等工作。 图2 2 所示为能源管理系统结构简图，图2 3 为企业用电信息采集框图。 图2 2 能源管理系统构成简图 根据企业实际用电情况，我们将企业用电信息采集分为3 层，企业主变电站层，子变电站层， 用电设备层，用电设备层可以包括对车间、工序，机台的用电信息采集。 图2 3企业用电信息采集框图。 1 0 笙三里垒些堡星些堡堡篁里至竺堡生 2 2 2 系统数据库架构设计 该能源管理系统，首先是一个数据采集监控系统，其必然需要一个强大的数据管理和数据存储 功能，即需要一个稳定可靠的数据库系统，在当前得到广泛应用，并被证明稳定可靠的数据库系统 结构主要有两种：c l i e n t j s e r v e r 结构和分布式数据库结构。其系统结构分别为图2 4 和图2 5 所示： 图2 4双服务器c l i e a t s e r v 口模式 工作站，工作站7 工作站， 图2 ，5分布式数据库模式 综合考虑数据存储的安全可靠性和系统设计复杂的程度，选用双服务器c l i e n t s e r v e r 结构，因 为c l i e n t s e r v e r 结构数据库相对于分布式数据库，结构简单，方便进行软件系统的设计，同时也能 够保证数据存储的可靠性。实际设计时，考虑到运行维护和数据管理方便，根据分工将数据采集服 务器和能源数据库服务器分开，增强了可靠性。 2 2 3 智能采集模块设计 由于一般传统的电量传感器是实时传输数据，而且大多数传感器只提供4 8 5 接口，需要以太转 换模块才能接入网络，当一个通讯模块发生故障时所连接的采集终端数据全部丢失，或因其他原因 发生网络问题，通讯中断时将丢失了大量的数据。因此，为了更配合该系统，我们与其他单位合作 开发了更适用的智能采集模块。 该模块通讯接口设计上增加了以太网接口和红外接口，组网方式灵活。同时还增加了一个编程 接口，方便现场的调试与软件的升级维护。采集一条回路的基波参数( 包括三相电流、三相电压、 有功功率、无功功率、功率因数、频率、正反向有功电度、正反向无功电度等) 设计时考虑了扩展 谐波采集，同时还有5 路开入量采集和2 路开关量输出。可大大降低系统成本，方便现场布线，提 高系统的可靠性。 模块通迅协议兼容于n u d a m 、a d a m 等模块的a s c i i 码指令集，使其可与其他厂家的控制 模块挂在同一以太网或者4 8 5 总线上，且便于计算机编程，构建自己的测控系统。模块充分突出“智 能”特色，与传统电表或者采集模块相比，它不再采用是单一的被动模式，而是采用主被动相结合 的方式。对于常见的轮询任务，模块被动提供数据和信息( 当前或历史数据、开关量、日志、报警信 息) 。而对于突发情况或者异常情况产生的信息( 如发生跳闸事件、三相不平衡异常等) ，模块则根据 事先给定的m 地址表，主动上报信息，保证主台及时获得信息做出反应。 在模块功能性能方面，有以下特点： 1 模块兼备开关量采集模块和通讯模块的功能，并可扩展谐波采集模块，用一个采集终端模