浅谈石化企业能源管理平台研究及产品选型

安科瑞 刘迈

　　摘要：介绍如何利用新信息技术和平台架构实现构建企业能源管理平台，并且分析了该平台的实现将在企业发挥的作用和产生的价值。

　　关键词：能源管理；平台架构；精细化

　　1 概述

　　目前石油化工企业普遍性的能源管理主要靠电子文件报表流转，层级传递能耗数据，这种能耗管理已经和现代企业生产实际需求相脱离，容易导致决策偏差、发出指令滞后等问题，严重影响企业的竞争力。

　　中海石油化学股份有限公司基于对企业能耗情况和现有能源管理模式的充分分析在企业两化融合体系基础上进行能源管理业务和数据的集成，在确保生产工艺流程平稳运行的前提下，实现企业能源系统的在线监控、集中管理与优化调度，从而有效地提高企业能源管理水平和能源利用效率，为单体设备、各生产装置和整个企业的多方面节能提供充分支撑。

　　构建企业能源管理平台，主要通过对能源数据的采集及能耗数据的计算、分摊、平衡等处理，实现班组、装置及企业层次的能耗计算，通过对重要耗能设备的监控分析，班组能耗考核的管理实现节能降耗的目的。本文从几个方面概述研究内容与应用的关键技术问题。

　　2 技术路线与平台简介

　　能源管理平台的未来发展将向能源预测、能源计划、能源优化调度和节能控制进一步发展和加强，通过质量、环保、公用工程及设备工艺优化等各方面因素的支撑实现节能减排的效率，主要从几个方面概述研究内容与要解决的关键技术问题。

　　2.1 技术路线

　　该平台采用架构分别为后台设施层、数据中心层、应用平台层、应用系统层和用户层。

　　后台设施层：为系统的框架提供运行、算法、技术等支撑。

　　数据中心层：将系统获得的数据进行清洗、去重、归档、存储等处理和加工，形成分门别类的数据单元和数据库，并且与两化平台数据库进行数据互通，从而为平台层、应用层和接口提供支持。

　　应用平台层：是平台内部各个业务单元的处理节点，通过业务逻辑层可将应用层和接口层发来的指令进行处理，并将结果给到应用层和接口。接口的主要功能是根据外部业务系统的服务请求来进行接口调度和管理，如对接外部的大数据平台、认证平台等。

　　应用系统层：是基于数据面向客户的应用展示，通过应用层用户可对有关内容进行查看、导出，为部门决策提供素材。

　　用户层：是基于权限管理展示应用设计，通过权限设置调用应用层应用。

　　平台提供统一权限管理，统一消息管理，统一工作流平台，统一日志管理，实时服务，统一通信管理，统一定时管理。

　　该平台设计时采用当前信息系统建设平台化建设思维，主要核心是：前台轻量化，后台引擎化，可灵活地适用组织需求化，其主要包括以下几部分：

　　(1)基础数据支撑环境共享化，不同基础数据来之不同的系统，实现与两化平台、各装置报表系统、生产调度日报、大数据平台等多系统平台形成数据共享，支撑起系统的基础数据环境。

　　(2)业务应用系统平台化，集成采用统一入口，单点登录等相关技术建设以两化平台及生产管理系统为核心，与其他已有系统基于数据、入口、流程、业务级的连接，实现对本地数据、生产实时采集数据的各项业务数据集成。

　　(3)监测管护系统平台化，采用模块化、插件管理及引擎技术等一系列扩展技术。

　　2.2平台简介

　　(1)能源数据采集

　　主要是对企业能源消耗点进行数采，把以前由人工抄表，再输入系统的工作，转化为系统自动获取水、电及气等数据采集。同时能源采集还包括对采集数据通过分析计算得出各种重要耗能设备需要监测的数据，例如能效。

　　(2)能源监控

　　能源监控主要是把能源计量数据、能耗数据及生产过程各种数据通过实时、汇总、统计和对比等各种操作，并以简单易懂的图像形式在大屏之中展示，可供生产管理部调度人员及时了解了整个生产过程的情况，为调度提供强有力的决策支撑。

　　(3)能源管理

　　主要对生产能源数据的管理、平衡生产数据、数据展示和统计。根据实际业务需要划分的模块有：班组能耗、碳排放管理、开停车能耗管理、对标管理、耗能设备管理、能源数据管理、外购能源管理、文档管理、合理化建议、报表管理、企业数据上报、基础数据管理和系统设置管理等，共有12个大模块。

　　(4)能源模型

　　能源管理模型是指通过分析监测能源流数据，建立能源评估、预测与优化模型，对主要能源介质的生产和消耗进行预测，实现能源介质产、存、耗动态平衡，提高介质利用效率实现节能减排目标。比如建立效益预测模型，通过经济效益分析得出装置较优负荷建议值，以便为企业获得比较大的经济效益。还有对蒸汽管网进行建模评估，结合蒸汽产耗历史数据进行模型计算，建立蒸汽管网的平衡图。

　　2.3开发技术

　　采用B/S架构，传统的B/S程序是由后端渲染好页面，交给前端来显示，为了使数据展现过程更加直接，提供更好的用户体验，经评估平台采用新的前后端分离架构进行搭建，实现前后端解耦，前端框架将采用成熟的Js框架和Bootstrap，后端采用传统分层架构、采用多层(N-Layer)逻辑架构，层与层之间是低耦合的，增加各层的独立性，从而也提高了可测试性，降低系统的复杂度，大大提高系统的鲁棒性。

　　通过前后端分离，可以适应现代流行的多终端的界面体系，表现层既可以在PC端访问界面，也可以通过BI软件在大屏幕进行展示，未来还可以通过移动端APP，甚至微信小程序等新的技术进行系统展现，而无需改动后端系统及逻辑。

　　基于渐进式框架构建用户界面，Ajax完成请求数据传输。前端架构具有轻量级、高性能、高稳定性、可组件化的特点，相比旧的前端框架更具优势。

　　前后端之间采用轻量级的WEB服务RESTful Web Services来实现资源访问。为了实现REST访问协议，系统采用了成熟的NET技术来实现后台功能。后台采用传统Entity Framework和MVC架构进行搭建，此架构使用非常成熟，具有高度稳定性和扩展性。

　　3 企业实施能源管理平台的价值

　　3.1能源实时监控与采集

　　实现对电力系统、蒸汽系统、天然气系统等多种能源介质实行集中监控和管理；对能源流进行集中监测和管理，取消线下人工作业，实现从能源数据采集、能源计量分析、能源介质消耗分析、能耗管理上报整个过程自动化、科学化，是企业节能减排的重要基础性工作。

　　3.2指导生产运行

　　采集到的能源数据通过生产流程图、数据列表、图表、大屏幕推送等多种方式展示，及时发现生产运行中的能耗变化，指导生产运行。

　　能源数据监控可有效地保证单位产品综合能耗、万元工业总产值综合能耗等关键指标完成，实现了能源管控与生产的有机结合，确保生产平稳经济运行。

　　3.3性能分析与优化

　　实现重要耗能设备能耗性能指标的计算，由计算引擎自动实时计算性能指标，深入分析生产运行和能耗情况，通过节能减排评估找到节能减排优化方法。

　　3.4能源管理精细化

　　通过对介质损耗的分析及时发现计量仪表问题，确保计量准确，减少管道输送过程产生的损耗。通过建立量化的运行指标，将采集到的能耗数据通过计算实现班组、日、月能耗考核数据自动生成，为精细化管理提供考核手段。

　　3.5促进企业生产技术提升

　　实现主要耗能设备的台账管理及能耗水平识别，促进节能技术改造及落后耗能设备的淘汰。

　　4 安科瑞工业能源管理系统介绍

　　安科瑞企业能源管控系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

　　5 应用场所

　　钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、造纸、化工、物流、食品、水厂、电厂、供热站、轨道交通、航空工业、木材、工业园区、医院、学校、酒店、写字楼以及汽车制造、机电设备、电器产品、工器具制造等离散制造业。

　　6 系统结构

　　现场通过厂区局域网和平台通讯，平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能与局域网联通的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

　　系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

　　现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。

　　网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

　　平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。

　　平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

7 系统功能

　　平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。

　　7.1平台登录

　　在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

7.2大屏展示

　　用户登录成功之后进入大屏展示页面，展示企业及各区域的能耗折标、产值、异常、排名、占比、通讯情况，点击区域展示该区域的分类能耗、产值等相关信息。

7.3首页

　　首页展示峰谷平用电、变压器情况、年能耗趋势、单耗趋势、分类能耗等企业级统计数据。

7.4数据监控

　　对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快的掌握点位的报警，并为企业削峰填谷、调整负载等技改措施提供数据支撑。

　　能源实时监控：对于水、电、气等能源消耗进行实时监测，确保用能环节的持续稳定运行，显示配电图、能流图、能源平衡网络图、能源计量网络图等功能。

　　能流图：需要在能流图上对水、电、气的消耗情况进行实时展示；当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，同时支持APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗报警提示等；

　　配电图：将配电房真实情况画入配电图，实时展示接入的门禁、水浸、电水气等仪表的实时参数、门禁水浸状态及能耗数据。

　　实时统计：实时统计工厂、车间、工序、设备的当年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

　　数据展示：通过实时曲线和历史曲线展示不同区域、不同设备的不同的能耗参数；

　　检测：对能源报警信息进行集中显示，可以对报警阈值信息进行相关处理操作，可以对报警参数进行在线设置，当能源参数越限报警，可提供报警重要性等级分类，具备APP推送、手机短信、邮件、钉钉、语音播报、系统弹窗等报警提示；

7.5视频监控

　　接入摄像头，实时掌控企业内实际情况。

7.6变压器监控

　　展示各电压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出更好的运行模式。根据运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。

7.7仪表实时监控

　　展示各个水电气仪表的实时参数变化，以曲线图的方式展示。

7.8能源中控

　　将所有有关能源的能源参数集中在一个看板中，能从多个维度对比分析，实现各个产业线的对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

7.9用能统计

　　从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

7.10分析

　　统计各个监测节点（工厂、车间）的当年、季度、月、周、日各类能源消耗费用，其中电包括峰电量、峰电费、谷电量、谷电费以及平均电量和平均电费。

7.11产品单耗统计

　　与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。同时将产品单耗与行业/国家/国际指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

7.12绩效分析

　　对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力，评定能源消耗是否合理。

　　7.13运行监测

　　系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

7.14自定义能耗报表

　　用户可通过自定义报表头与列，灵活生产各种报表，查看企业各个节点的能耗，单耗，成本，综合能耗等信息，并同比、环比报表，支持导出报表。

7.15同比、环比

　　提供能耗成本的图形对比分析，包括分时段（日、月、年）的同比、环比分析，分类、分时段、分项（地点、机构、设备）统计图形对比分析（柱状图、饼图、堆积图等）。

同比

环比

　　7.16分析报告

　　以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行仔细的统计分析，让用户更加了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。

7.17能耗设备用能

　　监控耗能设备运行、停机及异常状态，及时解决设备故障停运导致无法正常生产。

7.18线损分析

　　根据节点、能源分类，查询各个节点线路上的能源损耗数据，及时发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。

7.19碳排放管理

　　按照区域对碳排放总量的变化趋势进行统计，并进行同环比分析。对单位产值碳排放量进行计算，并结合减排指标实现超标预警，提升区域减排水平，促进碳达峰目标实现。

　　7.20电能质量监测

　　实时监测谐波含量、三相不平衡度、功率因数等，确保功率因数不低于供电局考核指标，避免被罚款和设备出现故障。

　　7.21运维管理

　　系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。

7.22报警管理

　　针对于电气正常开展、限电和能耗双控，实现电参量异常报警、电气火灾隐患报警、能耗超标报警、限电报警等，帮助企业提前预警，避免发生火灾事故和被罚款导致用能成本过高。支持分级分类报警，可对报警进行派发与闭环处理。

7.23能耗抄表

　　可自定义时间段抄仪表的抄表值以及差值，可自定义抄表的分类分项。

7.24能耗分析自定义时间抄表

　　可自定义时间段内各个拓扑节点的能耗值，可自定义抄表能耗值的的分类分项。

7.25容需量报表

　　提供容需量报表，实时展示容量需量价格的变化情况，帮助企业实现容改需，降低基本电费。

　　7.26复费率报表

　　对尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析，为企业分时用电，优化成本效益提供数据支持。

7.27文档管理

　　对国标、能源管理制度、能源指标体系等文件进行归档，可快速查询相关文档。对仪表台账进行系统管理，支持文件的上传和下载。

7.28 3D可视化大屏

　　对场景进行虚拟仿真，展示各区域运行及能源消耗情况，可实现分层预览、转场展示、风格切换、智能巡检等效果，支持模型与监测点位的自定义绑定。

7.29 3D子系统

　　对各动力子系统进行虚拟仿真，展示子系统的动力管线、设备的实时状态及能源消耗情况，可实现动态的能源流向效果。

7.30工业组态

　　可通过图形化的编辑方式自定义组态图，展示设备运行状态及能源消耗情况，可上传自定义素材及绑定监测数据。

7.31自定义驾驶舱

　　可通过图形化的操作方式自定义驾驶舱，以折线图、饼图、表格等图形展示采集数据及各类统计数据，数据源包括API、数据库查询、MQTT、Excel等方式。

7.32基础数据管理

　　对系统的项目、探测器、设备型号、电参量、节点、能源、公示、及相关参数进行配置、修改、删除等管理、进行用户添加和授权管理、合同管理。

7.33手机APP

　　APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、产线比对、效率分析、同环比分析、能耗折标、事件记录、运行监视、异常报警、配电图、工艺流程图、能流图。

8 系统硬件配置

　　9 结论

　　总结分析了如何通过能源管理平台的建设，实现对各种能源介质和重要耗能设备的实时监视、控制、优化调度和综合管理，及时了解和掌握各种能源介质的生产、使用以及各种能源管网、关键耗能设备的运行工况，做到科学决策，正确指挥，确保安全、可靠、经济运行，实现从经验型到分析型调度职能的转变。利用新信息技术实现在信息化、可视化、自动化及部分智能化四个方面内容，对化工企业建设能源管理平台有非常重要的启示作用，可指导企业如何发挥能源管理平台的实施价值，从而提高企业能源利用效率和管理水平。

　　参考文献

　　[1]郑芳雄.企业能源管理平台研究及应用[J].《化工设计通讯》,2020.

　　[2]侯卫锋,庞戈,金晓明.大型化工企业能源管理系统的设计与实现[J].自动化与仪表,2013(4).

　　[3]安科瑞企业微电网设计与选型手册.2022.05版.

　　[4]安科瑞企业能源管控平台.2020.08版.