能源管理系統的設計

柳鋼的主要能源介質包括:洗精煤、無煙煤、冶金焦、碎焦、燒結礦、球團礦、煤氣(高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、混合煤氣)、電力、蒸汽、氧氣、氮氣、氬氣、壓縮空氣、工業水、軟水及除鹽水等。根據柳鋼的生產與能源管理模式，新建的能源管理系統主要涉及到:總調、計控所、動力廠、技術中心、氣體公司、焦化廠、耐材廠、燒結廠、煉鐵廠、轉爐廠、熱軋廠、冷軋廠、棒線廠、中軋廠、中板廠以及鋼鐵主業以外的主要耗能單位。柳鋼能源管理系統的建設目標是:實現對各種能源介質和重點耗能設備的實時監控、控制、優化調度和綜合管理，及時了解和掌握各種能源介質的生產、使用以及各種能源管網、關鍵耗能設備的運行工況，做到科學決策，正確指揮，確保安全、可靠、經濟、高效運行，實現從經驗型到分析型調度職能的轉變。主要工作內容包括:完善能源計量儀表、自動化系統和網絡系統，實現能源數據采集和能源系統實時監控;在實時數據庫和關系數據庫共同支撐下，綜合集成生產與能源系統各種相關信息，實現集能源計劃、實績、統計、考核及報表等多項功能于一體的全方位能源管理，并挖掘企業節能潛力;在準確預測能源系統產、耗、存變化的基礎上，實現重要能源介質的事前調度和管理，在保證能源管網和設備安全的前提下，提高二次能源的回收率和利用效率，減少煤氣放散和電力損耗，使得能源系統運行達到安全、經濟和合理的目標。

根據上述的建設目標和主要內容，給出的能源管理系統整體功能架構設計如圖1所示。柳鋼能源管理系統的基本功能架構包括:a．建立“適合實用”的能源數據采集網絡。在現有基礎上，按可靠性、冗余性和可實現性要求完善各級能源計量網絡;完善柳鋼的一級、二級和重要的三級能源測量點及數據采集平臺;借助柳鋼已有數據采集網絡基礎，建立“適合實用”的能源數據采集網絡系統，適應未來能流和物流高度集成的需求。b．建立“高度集成”的能源綜合監控中心。柳鋼能源管理系統將覆蓋與節能減排息息相關的各種信息，主要包括:各動力介質系統信息(煤氣系統、蒸汽系統、工業水系統、軟水系統、電力系統及氧氮氬系統等)、固體燃料系統信息(無煙煤、動力煤、冶金焦及碎焦等)、重點爐窯、重點耗能設備和耗電設備信息、質量安全環保信息、生產關鍵信息、能源質量信息以及能源計量數據等。涉及一二級能源計量數據、重要的三級計量數據(動力廠三級電和非電數據、各分廠與重點耗能耗電設備相關的三級數據以及煉鐵系統與固體燃料相關的三級數據等)、生產關鍵數據。其中，動力廠和廠外10套35kV變電站基于SCADA系統實現實時監視;其他分廠(焦化、燒結、煉鐵、耐材及轉爐等)在實現全廠聯網的基礎上基于實時數據庫ESP-iSYS實現實時監視;動力廠關鍵閥門基于SCADA系統實現遠程監控。c．建立“事前管理、事中監督、事后考核”為主線的能源管理平臺。系統將實現從計劃、調度、操作運行到統計、考核整個事務流的閉環管理。做到“事前有管理、事中有監督、事后有考核”。d．建立“準確可靠”的能源預測、平衡與優化調度模型。能源管理系統將通過采集、監控和分析基礎能流數據，建立能源預測與優化調度模型，對能源介質(主要為煤氣、蒸汽、氧氮氬氣、壓縮空氣及電力等)的生產和消耗進行準確預測，對主要能源介質管網進行在線動態模擬計算，給出各能源介質(煤氣和蒸汽動力系統、制氧機、壓縮空氣)的優化調度方案，通過能源介質產、存、耗的動態平衡和優化調度，提高能源平衡水平和能源介質利用效率，實現節能減排增效目標。

能源管理系統的實現

1能源計量儀表、自動化系統和數據采集的完善

為滿足能源管理系統的建設要求，需要采集的數據包括一二級能源數據(動力介質、電和固體原燃料)、動力廠三級儀表數據(動力介質和電)、固體原燃料三級計量數據、重點耗能設備的運行數據、質量環保安全數據以及與能源系統相關的生產數據等。在該系統建設期間，共新增能源計量儀表35臺，改造了243臺能源計量儀表的通信接口，不僅提高能源計量儀表的配備率，而且為實現能源系統的實時監控與管理提供了保障。建設期間還為2#空壓站、混合煤氣加壓站、5萬與10萬氣柜新增了PLC控制系統，并對動力廠14個關鍵閥門實現了遠程監控。為了實現數據采集，在現有網絡架構的基礎上，能源管理系統在柳鋼廠區構建千兆以太環網作為主干網，并利用三層交換技術實現大型局域網的VLAN劃分，各分廠匯聚點與控制系統或下級單位(車間)采用百兆光纖收發器接入主干環網;網絡主干拓撲設計為環形結構和樹形結構相結合，其中核心層采用工業以太環網設計，各分廠匯聚層接入能源主干網采用樹形結構。生產分廠典型的數據采集網絡示意圖如圖2所示。各級能源計量數據，都能方便地接入能源與生產集成管理專用主干網絡，進入到柳鋼能源管理中心。此外，生產管理系統等也可共網接入，但又可與能源管理系統產生相互隔離的效果，達到數據傳輸互不干擾，網絡安全穩定的目的。能源管理系統可通過硬件防火墻和公司辦公網絡進行連接，確保能源數據網絡和辦公網絡的物理隔離。

2能源系統的綜合監控與管理

該系統采用中控的實時數據庫ESP-iSYS和Wondeware的SCADA軟件Intouch，建立了“高度集成”的能源綜合監控系統。覆蓋各動力介質系統信息(煤氣系統、電力系統、蒸汽系統、水系統、氧氮氬系統及壓縮空氣系統等)、重點耗能設備和耗電設備信息、質量安全環保信息、與能源系統相關的關鍵生產信息以及高爐新區信息等。基于SCADA系統平臺集中監控一、二、三級能源數據，與關鍵能耗設備有關的運行數據，質量環保數據以及與能源系統相關的生產數據，在能源管理系統實現上述數據的綜合集成、監視和管理。能源綜合監控系統集成能源數據診斷與校正、各能源介質系統和耗能設備實時監視、歷史數據歸檔、事件記錄和查詢、報警、故障診斷與應急聯動以及系統監控診斷等功能，并結合能源優化調度系統所具有的能源預測、能源管網模擬及能源優化調度等功能模塊，實現集實時監控、報警分析、綜合預測與分析、節能優化調度于一體的能源管控一體化。基礎能源管理系統涵蓋能源計劃與實績管理、能源運行管理、能源質量環保管理、能源設備管理、能源統計分析、能源考核管理以及能源報表管理等功能，實現從計劃、調度、操作運行到統計、考核整個事務流的閉環管理，基于強大的數據挖掘工具和規范化的管理流程，提供準確有效的分析數據、有價值的節能建議以及強有力的考核措施。

3能源系統的平衡與優化調度

在該系統中，能源系統的平衡與優化調度是在基礎數據的采集、監控和分析的基礎上，通過建立能源預測與優化調度模型，實現對能源介質的生產和消耗進行準確預測，對能源介質管網進行在線動態模擬計算，并在能源預測和管網模擬的基礎上，以未來一段時間內能源消耗成本最低和能源放散最少為目標，給出各能源介質優化的調度建議和方案，通過能源介質產、存、耗的動態平衡和優化調度，提高能源平衡水平和能源介質利用效率，實現節能減排增效目標。

應用效果

柳鋼能源管理系統已通過上述設計與實現，初步形成能流、物流和信息流高度集成統一的能源管控一體化系統，保證了能源系統的安全穩定和經濟高效運行。該系統的預期應用效果為:a．實現了能源管理粗放管理到精細化管理的轉變。例如:能源監控和管理范圍擴展到各分廠，實現了重要的三級計量數據全公司分享;能源監控和管理細化到重點耗能設備和耗電設備;工序能耗消耗實績、主要能源管理指標、能源平衡報表實現了日跟蹤;能源計劃實績、調度日志、質量環保、統計分析及定額考核等各類報表自動生成。b．實現能源管理由事后管理向事前管理轉變。例如:可編制能源計劃并通過煤氣、蒸汽、電力的合理生產與使用，實現能源最優化利用;在線預測未來時段能源生產、消耗和存儲，并提前給出能源優化調度方案。c．實現能源管理由經驗化管理向科學化定量管理轉變。例如:實時監控從全公司到重點耗能設備各個層面的數據和信息;及時統計分析出各種因素對能源消耗的定量影響;所有分層次考核基于及時、準確和直觀的數據;調度指令基于統計分析預測數據和優化調度建議。能源管理系統中轉爐煤氣調度概況如圖3所示，企業能源平衡報表如圖4所示。

結束語

目前，能源管理系統已在大型鋼鐵企業得到了推廣應用，是鋼鐵行業通過“兩化深度融合”促進節能減排的具體體現。國家工信部在總結鋼鐵行業能源管理中心建設示范項目的成功經驗的基礎上，將支持范圍逐步擴大到石化、化工、有色、建材及輕工等其他高耗能行業。筆者針對柳鋼的實際情況，按系統建設目標的要求，設計了能源管理系統的功能架構，并逐步推進該系統的實施工作。該系統已完成現場調試和試運行，取得了初步的應用效果，達到了上線運行的要求。今后，柳鋼將在系統運行中不斷完善和改進，使其發揮出應有的作用。（本文作者：張德欽 單位：廣西柳州鋼鐵( 集團) 公司計控所）