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1 系統(tǒng)建設(shè)必要性
1.1系統(tǒng)建設(shè)背景
1.1.1“十二五”規(guī)劃目標(biāo)
我國目前是全球第二大能源消耗國。前十年，能源消耗年增長與 GDP 增長率基本持平約為 9%。根據(jù)國家統(tǒng)計局的核算數(shù)據(jù)，我國 2010 年全年能源消費總量達 32.5 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
2011 年 3 月，“十二五”規(guī)劃正式發(fā)布，未來五年是中國發(fā)展實現(xiàn)歷史性轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵時期，節(jié)能工作刻不容緩，“規(guī)劃”提出“十二五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降 16%、單位 GDP 二氧化碳排放降低 17%的節(jié)能減排目標(biāo)。規(guī)劃還要求綜合運用調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源和提高能效、增加森林碳匯等多種手段以促 進節(jié)能減排。預(yù)計 2010~2020年能源消耗增長率將降為 3.8%。同時，《2011 年政府工作報告》第一次提出要將節(jié)能目標(biāo)分解到工業(yè)、建筑、交通運輸和公共機構(gòu)等行業(yè)，并繼續(xù)實施重點節(jié)能工程。 在工業(yè)節(jié)能方面，工信部提出工業(yè)節(jié)能減排四大約束性指標(biāo)：到 2015 年我國單位工業(yè)增加值能耗、二氧化碳排放量和用水量分別要比“十一五”末降低 18%、18%以上和 30%，工業(yè)固體廢物綜合利用率提高到 72%左右。 就在工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能措施而 言，在“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃中，國家將在“十一五”期間的千家企業(yè)節(jié)能行動基礎(chǔ)上，組織開展萬家企業(yè)節(jié)能低碳行動。
1.2
系統(tǒng)建設(shè)的必要性分析
水泥是一種資源消耗型產(chǎn)業(yè) ，其使用的主要能 源是煤、電、水和 油，其中，煤和電的消耗量非常大，這兩者約占水泥生產(chǎn)成本的 70%以上。目前企業(yè)對于這些能源的使用沒有進行實時監(jiān)測和連續(xù)的記錄，對于能源質(zhì)量和設(shè)備的運行狀態(tài)、運行環(huán)境也不清楚，有的還存在很大的安全隱患。另外，由于沒有建立用能平衡系統(tǒng)，對于能源在運輸、傳送等過程中的損耗程度和使用情況不甚了解，造成了大量無謂的浪費。 水泥生產(chǎn)過程中，各類用能 設(shè)備對各種能源的 負(fù)荷需求并不是一 成不變的，但是，水泥生產(chǎn)中涉及的許多大功率高、低壓設(shè)備都是在滿負(fù)荷的運行，并沒有隨著實時的功率需求進行變化。
目前，國內(nèi)水泥市場的競爭 已從區(qū)域化競爭逐 步進入全國性競爭 階段；水泥生產(chǎn)進入微利時代，各個大型水泥集團都是以量取勝，所以，如何降低水泥生產(chǎn)成本，對于水泥企業(yè)是至關(guān)重要的，有時甚至關(guān)乎到企業(yè)的存亡。而通過能源管理系統(tǒng)進行能源數(shù)據(jù)的累積，計算每噸水泥的能源消耗量或每個生產(chǎn)班組的能源消耗量，建立用能考核定額，作為降低水泥生產(chǎn)成本的重要依據(jù)。 為此，非常有必要建立一套 完整有效的能源管 理系統(tǒng)，對水泥生 產(chǎn)過程進行三級在線計量，并結(jié)合水泥的生產(chǎn)工藝進行設(shè)備的節(jié)能控制，從而保障水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的安全可靠運行、為節(jié)能降耗提供有效的技術(shù)手段。
2 建設(shè)內(nèi)容
2.1建設(shè)內(nèi)容
2.1.1能源管理系統(tǒng)功能
基于紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 平臺構(gòu)建能源數(shù)據(jù)在線監(jiān)測、能源自動化節(jié)能控制，對能源數(shù)據(jù)進行采集、分析、處理、存貯、顯示、打印、發(fā)布、上傳等。 完成以下功能：
Ø 電、煤、水等各類能源實時在線三級計量，實時監(jiān)控；
Ø 能源質(zhì)量監(jiān)測；
Ø 自動化節(jié)能控制（空壓機、泵、風(fēng)機等），設(shè)備的啟停等；
Ø 集成 DCS、PLC 和 MIS 系統(tǒng)的能源數(shù)據(jù)；
Ø 能源數(shù)據(jù)采集、分析、處理、存貯、人機界面、圖形及表格化顯示、統(tǒng)計分析、打印、發(fā)布、遠傳等功能。
2.2建設(shè)目標(biāo)
1、 采用紫金橋?qū)崟r數(shù)據(jù)庫 平臺，結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)等信息化技術(shù)，實現(xiàn)能源實時在線計量、能源質(zhì)量監(jiān)測和能源自動化節(jié)能控制，集成企業(yè)能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理和分析、生產(chǎn)調(diào)度和管理能源等功能，建設(shè)企業(yè)能源管理中心。
2、 通過能源實時在線計量和能源質(zhì)量監(jiān)測，提高安全管理水平。
3、 通過能源實時在線計量、監(jiān)測和系統(tǒng)化的節(jié)能控制，實現(xiàn)能源管控一體化，達到 2%的綜合節(jié)能率。
3 技術(shù)方案
3.1 方案設(shè)計原則
1）實用性 確保系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計結(jié)果都滿足需求并行之有效。
2）開放性 系統(tǒng)設(shè)計采用開放標(biāo)準(zhǔn)、開放技術(shù)、開放結(jié)構(gòu)、開放系統(tǒng)組件、開放用戶接口。
3）先進性 設(shè)計思想先進；軟硬件設(shè)備先進；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)先進；開發(fā)工具先進。
4）標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化 全部設(shè)計符合有關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)，軟硬件設(shè)計全部采用模塊化，便以系統(tǒng)擴展、運行維護和升級。
5）可擴展性 隨著監(jiān)控規(guī)模的擴大及現(xiàn)代化管理需求的增長，確保系統(tǒng)有足夠的擴展能力。
6）實時性 系統(tǒng)基于現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，確保系統(tǒng)運行管理所要求的實時性。
7）經(jīng)濟合理性 系統(tǒng)具有最高的性能價格比和最低的生命周期成本。
8）易用性和可維護性 系統(tǒng)使用方便，人機界面友好，維護簡便。
9）安全性 確保系統(tǒng)安全可靠運行，防止人為誤操作和外來干擾影響本系統(tǒng)安全。
10）可靠性 確保系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)可靠運行。
3.2 需求分析
3.2.1
企業(yè)能源基本情況
主要能源消耗是固體煤炭和電能。 能源種類如下：
一、 一次能源 煤、電、水。
二、 二次能源 壓縮空氣。
3.2.2
能源管理功能實現(xiàn)
3.2.2.1 供煤系統(tǒng)
記錄進廠的煤炭數(shù)量，統(tǒng)計用煤總量；通過皮帶秤、轉(zhuǎn)子秤、沖擊式流量計等計量裝置進行生產(chǎn)工藝流程中用煤量的統(tǒng)計。
3.2.2.2 供配電系統(tǒng)
實時監(jiān)測各類供電回路的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)；
實時監(jiān)測各類供電回路的開關(guān)狀態(tài)，供電回路三相不平衡監(jiān)測，缺相及開關(guān)跳閘報警，變壓器、開關(guān)及電纜工作溫度超限報警等；
實時監(jiān)測電能質(zhì)量，提高用能安全性，避免設(shè)備的損傷；
實現(xiàn)三級計量；
進行用能診斷，盡早發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)偏低、供電電壓偏高等情況，并提示相關(guān)人員予以處理；
在線分析各種用電回路的需量，識別有效負(fù)荷與無效能耗，廠區(qū)配電網(wǎng)線損分析、變壓器負(fù)荷率及效率分析等。
3.2.2.3 供水系統(tǒng)
對各主要用水點（計量到車間級）進行實時計量；
建立水平衡系統(tǒng)，實時分析管網(wǎng)的工作狀況，及時發(fā)現(xiàn)跑、冒、滴、漏等異常狀況，避免能源的無謂浪費。
3.2.2.4 壓縮空氣系統(tǒng)
對各主要用氣點進行實時計量；
建立流量平衡系統(tǒng)，實時分析管網(wǎng)的工作狀況，及時發(fā)現(xiàn)跑、冒、滴、漏等異常狀況，避免能源的無謂浪費；
根據(jù)用氣量實際需求，實時調(diào)節(jié)壓縮機出力。
3.3
能源管理系統(tǒng)方案設(shè)計
3.3.1
技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖
3.3.2
系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖
3.3.3系統(tǒng)功能
3.3.3.1 能源管理系統(tǒng)功能
（1） 各種能源實時分類、分戶（各個分廠、車間）及三級精確計量，計 量數(shù)據(jù)遠程傳輸并存貯在中心實時數(shù)據(jù)庫。
（2） 系統(tǒng)實時監(jiān)測各供電回路的電壓、電流和功率等電力參數(shù)，在線分 析各種用電回路的需量與質(zhì)量，識別有效負(fù)荷 與無效能耗，廠區(qū)配電 網(wǎng)線損分析， 變壓 器負(fù)荷率及效率分析等，從而可通過技術(shù)或行為節(jié)能方式，實現(xiàn)企業(yè)的有效節(jié)能。
（3） 系統(tǒng)實時監(jiān)視各類供電回路的開關(guān)狀態(tài)，有功無無功無功率，供電回路三相不平衡，缺相及開關(guān)跳閘報警，變壓器、高耗能設(shè)備超限報警等，從而確保供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
（4） 對泵、風(fēng)機和空壓機等大功率電機，采用變頻調(diào)速，并實現(xiàn)變頻器實時在線聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)根據(jù)需量動態(tài)調(diào)節(jié)，達到節(jié)能的目的。
（5） 對水管網(wǎng)系統(tǒng)建立流量平衡系統(tǒng)，在對各主要用水進行精確計量的 同時，實現(xiàn)系統(tǒng)流量的平衡對比。實時分析管網(wǎng)的工作狀況，及時發(fā)現(xiàn)跑、冒、滴、漏等異常狀況，避免能源的無謂浪費。
（6） 采用棒圖顯示各類能源消耗大小，用餅圖顯示各分項電耗所占的比 例，用趨勢圖顯示能耗的變化趨勢；
（7） 系統(tǒng)按日、月、年打印或顯示用能消耗報表，并可提供用能的同比與環(huán)比報表；
（8） 以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對企業(yè)用能進行能效分析，包括企業(yè)整體 用能及各重點生產(chǎn)工藝和重點用能設(shè)備的能效分析。通過實際的分析對比，挖掘各方面的節(jié)能潛力，實行節(jié)能改造，實現(xiàn)企業(yè)有效節(jié)能。對已改造完成的項目，通過能效分析數(shù)據(jù)來驗證節(jié)能效果。
（9） 通過與現(xiàn)有系統(tǒng)的融合與對接實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高企業(yè)能源的自動 化和精細化管理水平，對企業(yè)的生產(chǎn)起促進作用，使產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量更有保證；
（10） 軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便今后系統(tǒng)的擴展。
（11） 系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)可遠程上傳至集團中心能源管理中心。
（12） 結(jié)合生產(chǎn)工藝，在保證安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，進行節(jié)能控制。
4 效益分析
4.1節(jié)能效益分析
4.1.1管理節(jié)能
（1） 對能源質(zhì)量進行實時監(jiān)測，確保提供給設(shè)備高質(zhì)量的能源，提高設(shè)備工作效率和運行壽命，降低設(shè)備成本；
（2） 對能源質(zhì)量進行實時監(jiān)測，確保提供給設(shè)備高質(zhì)量的能源，提高設(shè)備工作效率和運行壽命，降低設(shè)備成本；進行用能診斷，提高能源利用效率，減少能耗費用；
（3） 進行節(jié)能潛力分析，為節(jié)能改造提出指導(dǎo)方向，減少因采用不恰當(dāng)節(jié)能方式引起的損失。
（4） 根據(jù)“科學(xué)用能、系統(tǒng)節(jié)能”的原理，對水泥生產(chǎn)系統(tǒng)和全廠管理的主要環(huán)節(jié)進行在線診斷、分析，能實時地掌握全廠管理和生產(chǎn)的狀況，由操作的四個基本要素（操作指標(biāo)、操作參數(shù)、操作方法、排除故障）入手，不斷優(yōu)化和控制，降低水泥廠生產(chǎn)能耗，提高水泥廠經(jīng)濟效益，實現(xiàn)水泥廠的最佳效益。
4.2 社會效益分析
（1） 節(jié)約能源，降低企業(yè)能耗，提高能源利用率；
（2） 提供水泥企業(yè)能源節(jié)能控制與管理的技術(shù)手段，提高水泥生產(chǎn)能源自動化管理水平；
（3） 獲取節(jié)能經(jīng)濟效益，節(jié)約國家財政支出；
（4） 推動水泥節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)進步；
（5） 為社會增加就業(yè)機會；
（6） 降低污染排放，提高環(huán)境質(zhì)量；
（7） 驗證節(jié)能效果，指引節(jié)能方向。
4.3 綜合經(jīng)濟效益
能源管理系統(tǒng)效益包括直接經(jīng)濟效益和間接經(jīng)濟效益兩部分。 建成 EMS 后，實現(xiàn)公司能源生產(chǎn)全面管理、計劃生產(chǎn)、用能計量，實行能源成本管控，實行統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能量平衡，減少用水量、排放量，提高環(huán)保質(zhì)量，降低電網(wǎng)能耗，參考鋼鐵行業(yè)能源管理中心建設(shè)的先進經(jīng)驗，實現(xiàn)能源統(tǒng)一管理可節(jié)能 2～3％，按照 2.5%的綜合節(jié)能率計算，能源管理中心項目實施后，年經(jīng)濟效益為：50000 萬元×2.5%=1250 萬元。
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