大连船舶重工集团能效管理系统方案建议书（眭保华改）.doc

大连船舶重工集团能效管理信息系统方案建议书中国移动集团公司大连分公司北京守朴科技有限公司2010年4月目录一、大连船舶重工集团节能工作面临的挑战41.1如何解决用电成本居高不下问题41.2 如何利用科技创新，实现跨越式发展4二、电费居高不下问题原因分析52.1 缺乏用电的科学管理手段，管理粗放，浪费严重52.2 没有节能设备的在线监测和评价系统，节能效果很难评估52.3 没有对电能质量的监测手段，存在用电安全隐患62.4 没有优化用电的分析和监测手段，无法享受国家低资费政策6三、解决方案建议63.1采用能效管理系统可实现降低能耗的目标63.2 解决方案主要内容7四、项目投资94.1大坞改造投资94.2投资费用11五、项目收益分析115.1 大坞变电所（2009.06-2010.02）八个月年用电量情况115.2投资的经济效益成本费用的降低12六、系统架构136.1数据架构146.2设计原则14七、系统功能147.1 系统管理157.2 数据采集157.3 数据查询167.4 数据统计167.5 数据分析177.6 数据报警177.7 信息发布187.8 报表系统18八、智能电力数据采集器产品介绍188.1 工作原理198.2 采集器主要功能208.3 采集器外形218.4 采集器接线端子定义218.5 主要技术参数22一、 大连船舶重工集团节能工作面临的挑战1.1如何解决用电成本居高不下问题1. 能源经费紧张，全年预算将严重超标电费紧张是大连船舶重工集团生产保障部门目前面临的重要问题，为了控制成本，公司目前采用能源费用包干制，全年电费预算为1.6-1.8亿元，但从第一季度实际用电情况来看，电费严重超标，如何在保障全厂完成生产任务的前提下，经费控制在预算以内，是生产保障部亟待解决的问题。2电价上涨，企业成本压力增大自09年11月20日起全国非民用电价每度平均提高2.8分钱。涨价2.8分钱，对大船来说，就意味着每年将增加约900万元电费。电价调整对大船的成本控制影响甚巨，因此如何从节电上下功夫从而降低用电量减少电费支出是生产保障部面临的紧迫任务。1.2 如何利用科技创新，实现跨越式发展 1我国造船业与国外先进水平的差距我国船舶工业在资源消耗方面与世界先进水平的差距还十分明显。以电力和钢材消耗为例，日本造船企业万美元产值平均耗电约350千瓦时，而我国大部分造船企业万美元产值耗电在1000千瓦时以上，约为日本企业的3倍；日本、韩国每载重吨完工船舶消耗钢材分别为0.14吨和0.24吨，我国每载重吨完工船舶消耗钢材0.39吨，约为日本的2.8倍、韩国的1.6倍。提高造船行业绿色指数已刻不容缓。2. 如何利用科技创新，缩短与国外先进水平的差距大船作为我国造船行业的龙头企业，节能降耗、降本增效,是大船的一项非常重要的战略任务，目前与国际先进企业相比，差距较大，还有很多潜力可挖，如何利用科技创新、推广新技术和耗能设备的改造，“向节约要投入”，从而实现“节约能源5000万元、外购动能费用预算指标降低5000万元”的亿元降耗目标是生产保障部的首要任务。 二、电费居高不下问题原因分析由于大船没有建设企业能效管理体系，用电管理仍处在人工、粗放的管理阶段，问题主要在以下几个方面：2.1 缺乏用电的科学管理手段，管理粗放，浪费严重1、 无法实时掌握用电网络整体状况和各基层单位的耗能信息，没有可靠的基础数据，用电成本只有采用分摊核算方式。 2、 缺乏对用电数据的分析和评价手段，无法找出浪费电能的用电设备、用电方式和用电行为，节能工作很难展开。3、 生产保障部门和生产部门缺乏有效的用能管理工具，如：用电指标体系、能耗趋势分析工具和实时监测手段。4、 缺少用电考评机制和竞争机制，使得生产保障部门承担了更多的压力，而生产部门则缺少“主动节能”意识。根据国外的成功经验，采用能效管理系统后，企业由粗放式管理到精细化管理，可以帮助企业节能15%以上。2.2 没有节能设备的在线监测和评价系统，节能效果很难评估几年前大船投入了大量资金，用于企业的节能改造工程，在节能改造工程实施前，由专家对大船用电网络进行了一次的检测和诊断工作，并根据诊断结果进行了节电设备投放，节能效果较显著。而近些年大船生产经营规模不断扩大，尤其是用电需求和生产方式发生巨大改变，原来投放的节能设备的效果很难评价，可能还会带来很多新的问题：1、 无功补偿装置无效2、 滤波装置不匹配3、 产生不平衡问题4、 产生谐波和干扰企业需要掌握用电网络的变化，对以前节电工程进行评价，提出有针对性的综合治理，既可以保护以前的节电工程的投资，也可以保证后续投资是有效投资。2.3 没有对电能质量的监测手段，存在用电安全隐患 由于电焊机等非线性设备的大量使用导致谐波问题严重，事故隐患没有引起足够重视，电焊机等设备的空载损耗导致功率因数偏低，电能损耗大，无功补偿措施效果不明显，设备损耗大且易造成电网事故，三相不平衡等电能质量问题得不到有效解决。1、 非线性、冲击性和不对称性负荷会使公用电网电能质量变坏，企业无法正常生产，废品率上升，造成停电事故和重大经济损失；2、 谐波电压会使电力变压器、供电线路及电机发热，损耗增加，设备故障率上升；3%的负序电压会使电动机的寿命减半；3、 电力系统中运行的电容器30%以上的事故是谐波造成的，谐波会造成电容器故障、发热，甚至会发生“鼓肚”爆炸事故4、 电源中谐波成份会引起电能计量误差和电费收取的公正性。2.4 没有优化用电的分析和监测手段，无法享受国家低资费政策 1、 大船是实行两部制电价用户，从变压器容量计算电费改为按照最大需量方式进行计费，每月可节省数百万元，但按照最大需量计费，需要一个实时监测和分析企业用电的手段，一方面对最大需量出现前预警，另一方面可以提出进一步降低最大需量的优化建议。2、 大船是24小时连续生产的企业，用电设备数量大、地点分散、生产工艺复杂，如果没有用能分析系统，很难合理的调整生产工序，将耗电最大的生产工序安排在低价时间，实现“错峰填谷”。三、解决方案建议3.1采用能效管理系统可实现降低能耗的目标我们通过对大船大坞变电所的调研，对全厂的用电情况有较全面的了解，我们建议大船建设能效管理系统平台，推行全厂用电管理信息化，有效的解决大船面临的四个主要问题，实现节省电费10%-15%的目标。通过能效管理平台的实施，指导大船在如下方面取得成绩：序号节电类型节电方法预估节电比率1精细管理节电提供信息化的管理，将企业的用电管理和考核机制紧密关联510%2需量控制节电可按企业用电的最大需量和变压器容量进行合理调节35%3优化用电方式可通过一些工艺的错峰填谷等手段来达到节电的效果38%4优化节电工程可根据企业用电的量化需求，进行合理的、有针对性的节电装置投资合理投入5电能质量改善通过对谐波的监控治理、合理补偿等手段提高电能质量35%3.2 解决方案主要内容3.2.1建立精细化节电管理平台目前，企业单纯依靠电力公司定期提供的账单进行用电结算，而对企业的供电、用电过程中的电能质量、电能分布和电能消耗缺乏清楚的认识和了解。“能效管理系统”通过量化的数据自动生成的统计报表，使企业管理者掌握自身的用电结构，有效解决了企业用电过程中的“盲区”。1 实时监测用计算机和网络技术实时监测企业生产各环节能耗状况以及实时用电负荷曲线，用户通过计算机屏幕上显示的生产工艺流程图和实时负荷曲线及时发现生产中单位能耗和用电异常情况。系统允许设置多级门限值，越限自动告警。2 用电历史数据追溯、分析系统监测并记录有功、无功、谐波电量及功率因数等用电数据，具有强大的历史数据追溯和分析功能，可以在用户给定时段内生成各种动态负荷曲线和图表，以对不同参量的变化趋势进行对比，让用户直观了解用电过程中哪些部分是合理的，哪些部分是不合理的，从而发现用电方式和电能消耗结构中存在的问题，通过调整运行方式和优化用电结构，实现合理用电、节约用电，降低用电成本。3. 制定标准化考核机制通过“能效管理信息系统”对企业用电数据的实时监测、统计分析，形成企业需要的各种计量管理工具，可结合企业的考核机制，用于用电管理考核，将原来制造一条船的用电成本有人工统计转化量化的计算，并制定成本考核机制，使企业用电有“浪费”变为“节约”，使员工的节电意识由“主观”变为“节约”，减少“跑、冒、滴、漏”现象，真正体现“管理出效益”的意义。4用电能耗诊断及优化系统提供多种分析统计功能，用于对企业用电的统计分析，通过统计分析结果并结合企业的用电结构，诊断出企业用电的不合理之处，这是电力综合自动化系统、计量抄表系统无法比拟的，通过能耗诊断结果并告知用户采取必要的管理改进措施，保障企业合理用电，对用电不合理的设备及时调整，改变用电结构、优化用电模式，并可结合企业的用电管理考核机制，最大限度地满足企业节能需要，为企业的节能考核提供决策依据，达到节能减排的效果。3.2.2 优化节电设施，合理增设节电装置建立能效管理平台后，可以对以前投放的节电设施的节能效果进行重新评价，也可以满足今后用电网络改变后的节能效果监测，可以保护原有投资，也可以对现有用电网络存在的问题进行优化改造，合理的增设节电装置。1谐波治理有效化 谐波污染电网，导致电能质量下降，是安全运行的隐患；过补偿或电容器投切不合理都可能使谐波进一步恶化，大船在谐波监测和治理上也做了一些投入，但一直没有得到很好的解决，如何高效合理的进行谐波治理是企业电网改造面临的一个严重问题，“能效管理信息系统”通过对电网中3-21次谐波的实时监测、分析，为企业提供一个高效、合理的治理解决方案，该方案针对性强、效果显著，避免了谐波治理中的一些弯路。2节电设备投入合理化 “能效管理信息系统”通过对关键耗电设备的耗能监测、分析诊断用电数据和企业用电的合理性，找出企业的节电空间，提出有针对性的节能改造方案，既可降低企业节电设备的投资，也可以保证节电的投资效果。3电网改造智能化 “能效管理信息系统”实时监测整个电网的运行，帮助分析企业整体的供电电能质量和用电电能质量，并将数据进行量化，提供合理的治理解决方案，避免企业盲目的投资和治理，减少因电能质量造成设备的运行故障、延长设备工作寿命。3.2.3 改善电能质量“效管理系统”在线监测电能质量和谐波分量，通过谐波分量图和趋势图，使用户及时了解真实用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的发生。同时，依据系统提供的各次谐波数据，有针对性地制定谐波治理和滤波方案。针对系统无功情况，找准合适点进行恰当的无功补偿，提高系统的功率因数，降低线损及变压器损耗，实现节电收益。3.2.4 优化用电方式，“错峰填谷”及最大需量控制节电“能效管理信息系统”通过对企业用电的综合分析，根据企业用电的最大需量和变压器容量，选择出更节约的用电模式，使企业的用电更智能化。例如，能效管理信息系统在空压站安装后，对系统记录的用电数据进行处理、分析，如下图所示，可通过调整主要用电设备运行方式和工作时间，错峰填谷，降低用电最大需量，并辅以分段合理投入电容器进行无功补偿措施后，节电效果达到10%以上。 系统自动获取每15分钟的用电最大需量，根据生产实际合理控制电力需量幅度，在安排用电设备工作时，可以根据实际尽量分散其使用时间，以减少用电最大需量，避免超约罚款电费的支出。 同时由于最大需量的监控，企业可以清楚了解企业用电量，在最初即可以预估企业最大需量，不盲目。四、项目投资建设大船能效管理系统采用整体规划、分步实施的策略，首先在生产保障部建立能效管理平台，从大坞变电所开始实施能效管理，力争在一年内实现覆盖整个大船厂区的目标。4.1大坞改造投资大连造船厂于04年建成的大坞主体主要包括造船坞、水泵房、起重机轨道、船坞南侧1#、西侧2#装焊平台等。其用电由大坞1#变电所和大坞2#变电所提供，具体用电结构及用电智能化改造如下图所示：大坞1#变电所由于大坞1#变电所建成年代较近，仪器设备比较齐备，其6#和12#箱变出线端分别各连接一个600T门吊，10#箱变出线是3个水泵，所以如图所示需要加装7块智能电表，其他仪表配备通讯接口，基本可以实现能效管理所需要的数据采集功能，而大坞2#变电所在进线处及变配电处均没有任何仪表，需要进行全面改造。大坞2#变电所如上两图所标注的，在大坞1#变电所进线处加装两块智能电表以及17块表的通讯模块，在大坞2#变电所加装15块智能电表及15个通讯模块。4.2投资费用大连造船厂大坞“能效管理信息系统”改造前期投资约需46万元左右，包括平台部分、软件部分和集成实施部分，详细说明如下：投资方建设内容名称单价数量合计总计企业数据通讯网络移动专线81400MAS机通讯模块220037台81400企业软件平台数据采集接口480001套48000206600应用平台软件1260001套12600Web发布系统820001套82000服务器320002台64000仪表智能电表680022台115600149600备品备件含电源线、通讯线、插座及辅材等5000150005000集成与实施2000012000020000合计投资额462600五、项目收益分析5.1 大坞变电所（2009.06-2010.02）八个月年用电量情况大坞变电所用电情况进行分析，（电费标准为0.62元/度）l 总用电量： 11607040KWH（0906-1002）l 8个月电费：7,196,364元(0906-1002)l 年电费：10，494，547元l 月平均电费：899，545元月份1# 电量2# 电量0906 7040407791200907 9087606812800908 9399606204000910 8818805294400911 903360586540091210658405380001001 9628205918401002 483600430160月平均值856282.5594597.5月平均电费530895.15368650.455.2投资的经济效益成本费用的降低 通过能效管理信息系统的实施，为企业各级生产部门，提供有效的成本控制手段；使得企业更容易发现设备用电过程中的症结，从而为设备的稳定运行和提高设备寿命都奠定了坚实的基础；使得企业的管理人员对企业的电能分布、用电状况等有着更清楚的认识，从而为企业的用电管理、绩效考核提供量化的数据。 通过项目实施，将使大坞变电所节电8%-10%。，实现全年降低电费104万目标。5.2.1 用电精细化管理(节能5%-10%) 在对企业全面进行能效管理之后，设备/班组等用电处于全面监控之下，可以有效分解各项用电指标，用电考核指标设置合理有据。据此可以做到落实班组责任制，推行电能使用的精细化管理，严考核硬兑现，完善用电计量，以管理促节电。同时，根据对电能流向和分布的清楚掌控进而实现电网布局的优化改进，从管理要效益，实现节电受益，初步估计此一项至少可以实现5%的电费节约。5.2.2优化节电设施，合理投放节能设备（帮助实现5%-10%） 在企业众多节电措施中有选择及合理使用变压器、合理配置线路结构减少线路损耗、提高功率因数、平衡三相负荷、抑制谐波等技术措施，同时采用有效的省电装置如变频器来调整电压幅值及稳压，减少电动机的启动电流、抑制谐波，采用无功补偿装置提高系统功率因数等，这些措施的有效实施离不开对供配电系统运行情况的完全了解，只有在对企业用电完全了解的情况下采取正确的改造措施才可能获得明显的节电效果，达到安全可靠，绿色环保，优化用电环境，净化电路并延长用电设备使用寿命的效果 。因此说能效管理系统帮助企业优化节电设施，合理投放节电设备中所起的节电作用至少应该能达到5%-10%。5.2.3电能质量检测与治理（节能2%-5%）电能问题中最重要的是指电压是否正常，尖峰、浪涌、谐波等问题的存在不仅使波形严重失真，更导致电能的损耗加大。通过能效监测系统的分析功能，可以直观了解电能变化趋势，及时发现电能质量问题，通过不同时间段电能量的对比分析以及同一时间段不同电量的对比分析（如功率因数变化与电压变化趋势的对比分析），方便找出影响电能质量问题产生的原因，在合理的范围内及时调整生产流程，避免相互影响的设备同时运行等。另外，由于各相负载不平衡导致的三相电压不平衡等问题都是可以通过监测手段发现问题后来进行调整的。这种电能质量问题在不添加任何节电设备情况下也是可以有所改进的，保守估计至少可以有2%-5%的节电空间存在。5.2.4优化用电结构和方式，降低电费 (节能5%- 10%) 1、 “错峰填谷”节省电费由于当地电网峰谷电价情况为:峰时段为（5:00-11:00 17:00-22:00） 电价：0.6693元/KWh平时段为（11:00-17:00 ） 电价：0.4462元/KWh谷时段为（22:00-5:00） 电价：0.2231元/KWh大船平均电费成本为0.62元/KWh，说明企业用电时段基本在峰时段，通过电能使用情况的监控可以进行适当的调节，增加平时段和谷时段的用电，降低峰时段用电量。根据相关经验值，错峰填谷的方式可以降低电费在5%-10%左右，按照5%计算，由此一项大坞两个变电所每月可以节约电费大约为45，000元。 2、控制最大需量，节省电费 由于大船执行的是两部制电价，其中按最大需量所交的电费不能完全代表企业用电的全部情况，最大需量在当月负荷中很可能只出现一两次。因此通过能效监测系统对用电设备进行的实时监控以及软件平台的“趋势分析”功能，可以有效控制企业用电最大需量的无序现状，降低最大需量值，减少企业电费支出，降低生产成本，提高企业竞争力。六、系统架构“能效管理信息系统”采用面向对象的语言开发，整个平台包括C/S部分和B/S部分：数据采集部分采用C/S架构；数据应用部分采用B/S架构，既保证了数据采集的实时、准确，又保证了数据应用的广泛、高效； 图16.1数据架构“能效管理信息系统”从数据架构上分为数据采集层、数据集中层和数据应用层，用于数据的采集、显示、存储和Web发布等，如下图： 图2 6.2设计原则 先进性采用先进的系统架构体系和基于3G的网络通讯技术设备，做到配置和技术应用的先进； 经济、实用性整个平台以实用性为原则，充分利用现代化信息技术、移动通讯技术，在系统整体设计、硬件软件选型时结合企业现有系统实际情况，确定了合理、高性价比的建设方案； 开放、可扩展性软件、硬件平台均采用模块化设计与开发，具有良好的可扩充、扩展能力，能够非常方便地进行系统升级和更新，以适应今后业务的不断发展，并提供与其它系统的数据接口； 易于管理维护由于主干网和数据通讯多采用无线通讯技术和中国移动的3G通讯技术，减少了复杂的人工布线，以便于管理和维护；七、系统功能 “能效管理信息系统”所有功能均采用模块化设计，包含了智能采集设备、网络通讯传输，监测分析、能效管理及优化，实现对用电能耗综合动态数据实时采集、监测和分析，帮助中小企业单位能够精确了解自己的用电能耗情况，从而为实现精确管理、节约能源的目标提供行之有效的处理方法。图37.1 系统管理系统管理主要包括对能效管理系统的运行配置管理、通讯接口管理和用户权限管理，主要是用户权限管理(权限管理包括部门管理、人员管理和授权管理)，通过权限管理，将企业计量人员、管理人员、决策人员进行有效的组织和分工，使电能量化管理系统在可靠性、安全性等方面比通用软件有更大的提高； 图47.2 数据采集数据采集是能效管理系统的基本功能，数据采集通过数据采集与传输设备和多功能电度表通过RS485总线连接，通过DL645、Modbus等各种协议轮训式问答，实时采集每台多功能电度表的数据，包括：电流、电压、功能和电度等，再通过中国移动网络的GPRS，将数据传送到能源量化管理系统进行数据存储，并通过直观的人机界面（HMI）展现给计量人员及管理人员，如图5所示： 图57.3 数据查询数据查询包括实时数据查询和历史数据查询，实时数据查询可以按表的所在地或表名实时查询每块表的当前数据，也可实现每个生产流程的电能数据消耗查询；历史数据查询可查询历史任意时间及时间段查询每块表中每个数据的历史值，并通过图标的方式直观地展现给用户，如图6所示：图67.4 数据统计由于多功能电度表读取的电度量都为累计值，直接通过累计值无法算出当日、旬、月甚至年的电量消耗，电能量化管理系统的数据统计功能直接在后台运算，只要鼠标轻松一击，就可以通过图形直观显示，如图7所示：图77.5 数据分析能效管理系统很高级的数据分析，可同时对某一数据或多个数据进行历史数据分析，分析方式可通过曲线、图标、棒图/饼图等，通过历史一段时间内的数据变化趋势及异常数据出现的频率高低，可对历史时间内的电能质量进行分析，找出问题缺陷，为电量再分配、负荷调整等提供数据依据； 图8同时，能效管理系统还针对电力系统提供更专业的电能质量分析图表，方便企业用户更直观了解企业的供电电能质量和用电电能质量，如下图： 图97.6 数据报警数据报警是能效管理系统的重要功能，数据报警主要用于对用电不合理或超出额定值等超负荷情况下进行工作，造成电能的额外消耗，针对此类情况，系统提供了弹画面报警和声音报警，同时，考虑有时人员可能不在现场，且现场环境复杂，有时可能听不到报警，导致没有及时知道报警而立即做出处理，带来电能的严重消耗，为避免此类问题，能效管理系统对数据报警提供更高级的数据报警功能，当报警时，系统会自动通过中国移动网路的GPRS，通过短信实时传输到计量人员、管理人员手机、手持终端上，即时提醒计量人员、管理人员对报警信息的处理，排除安全隐患，保证安全生产。7.7 信息发布能效管理系统提供两种模式的信息发布，一种是传统的B/S架构发布，另一种是通过用户手机进行数据发布，用户只需要通过自己的手机即可实现和普通计算机IE浏览器同样的功能，进行数据查看、浏览和数据分析等，既保留了传统的计算机监控，同时使监控的手段进一步升化到手机，大大方便了用户的查看，但需要用户手机支持WAP功能。7.8 报表系统能效管理系统强劲的报表系统可解决用户日常计量所需要的日报、旬报、月报及年报，报表系统可根据用户的生产需要定制生成各种生产报表，保表的生成和设计采用类Excel电子表格方式将数据直观地展现给终端用户，包括：电压数据、电流数据、功率及功率因数、电度量等，并可进行报表的在线打印，如下图：矿山车间原料车间烧成车间水泥磨,包装老线其它全厂供入电能2014637.328137545.033204974.418819729.721553672.32803968.0106534526.7机电设备供入电能1771890.026874821.730612761.017759394.320434719.197453586.1电机损耗197194.21480949.13174010.81574849.41673767.98100771.4机械损耗693068.410303436.311037943.76634043.87639369.636307861.8有效电能1039602.615455154.416556915.69951065.811459054.554461792.9照明耗电20704.6333167.6513493.4225870.8259648.21352884.6高压线损51761.5416459.5684657.9282338.2324560.31759777.4低压线损20819.6298900.0343330.2175281.4227281.91065613.1变压器损耗49483.2555199.11013872.1376844.6307462.81962858.9装机容量(kW)1011.55648.25923.63875.73883.020342.0占全厂用电能(%)1.8926.4131.1717.6720.232.63100.0折当量标煤(t)电能测试率(%)94.3498.2679.1194.0098.4690.85电能利用率(%)52.6356.1151.3754.0854.3752.39图10八、智能电力数据采集器产品介绍PDC-06型智能电力数据采集器是一种总线式在线实时数据采集装置，连续采集监测点的各种用电和系统数据，以配合能效管理运营平台进行用电管理信息系统数据分析和处理应用的要求。 198.1 工作原理PDC-06型智能电力数据采集器采用目前最先进的设计方案：将DSP高速数字信号处理技术和高端MCU完善的管理功能结合。其基本工作原理如下：16位A/D转换器和DSP高速数据处理器对各相电流、电压进行采样。通过相应的数学计算，由DSP部分完成对电参量测量、电能累计及电能计算等工作。计算数据通过高速通信接口与管理MCU进行数据交换；管理部分采用16位MCU，主要完成显示、数据统计、存储、通信、采集器功能选择以及初始化数据设定等工作。其工作原理如图11所示:图11：PDC-06型智能电力数据采集器工作原理图8.2 采集器主要功能1电能量数据采集：采集器可以采集和计算有功电能及双方向四象限无功电能数据等； 2供电系统实时参数采集：采集器能测量和采集三相供电网络各相电压、电流、有功功率、无功功