能源管理系统在企业中的应用及介绍

摘要：能源管理系统是对能源消耗的一种监控管理系统，它可以实时监测各类型能源使用的情况，自动分析各设备的能耗、能效情况并给出合理建议，从而进一步对设备进行优化，以实现企业对能源使用的理想配置，确保所有设备处于高效、节能、减排的运行状态。
关键词：能源管理；能耗采集；能耗分析；用能监测
1能源管理系统应用背景
1.1能源管理概述
      能源的消耗是持续的，没有规划地任意使用是不可取的，随着我国经济的发展和环境资源压力越来越大，节能减排形势严峻，在中国，持续高速的经济增长的同时也引发了能源供应危机等问题。节能减排、低碳环保不再只是一个社会的热点话题，更是我们未来的必经之路。认真贯彻落实党的十九大精神，要求加快推进节能降耗，加快实施清洁生产，加快资源循环利用，向节约、清洁、低碳、高效生产方式转变，实施节约与开发并举、把节约放在前列的能源发展战略。
      一个企业建设能源管理系统不仅能够满足公司对能源管理的需求，而且能够随企业的持续发展而拓展。利用该系统能够有效降低企业因能源消耗数据统计、表单维护以及报表、数据处理而产生的费用，通过对监测数据进行在线分析，帮助企业进行能源消耗的实时监测、准确统计和详细预测，为企业节能降耗和自我完善提供确凿的数据基础和有力的决策支持。
1.2企业现状分析
      能耗数据信息是企业的重要能耗点和关键指标，多数企业并没有充分运用信息化集中管理手段，采集某个车间或设备的能耗信息，没有该信息就无法在生产过程中准确分析能量消耗情况和成本情况，造成了能耗在生产过程中没有起到关键作用和指导作用。大多数企业仍然使用的老式仪表并没有预留数据通信接口，仪表无法形成网络连接，能耗等信息的采集主要靠传统的人工抄表进行数据记录，工作强度大，人工易出错造成数据不准确，数据无法通过结构化存储，无法在企业内部通过信息化系统之间共享。
1.3企业管理需求
1.3.1用电监控
      能源管理系统主要目标之一是采集与监测用电信息，建立企业的能耗数据中心，为企业的精细化运营、生产成本的降低提供数据管理平台:通过实时、准确采集电力数据，解决原人工完成的电力数据采集任务;通过数据分析及时发现电力能耗问题，通过能耗总量走势分析、电总能耗的偏差分析、电能耗按设备或区域进行对比、环比分析等，为企业生产运营提供有力的决策数据;实现设备的智能化用电，提高电能利用率，达到节能效果;对重点工作流程的电能耗指标、单位产品能耗指标等进行监控，对规定的节能目标设置警戒线，对未达目标的指标进行自动告警、动态监测及在生产过程中实时监测。
1.3.2用水监控
      可以在厂区地图上按照区域监控各个厂区、车间的工业用水、生活用水、绿化用水等实时数据。实时显示用水计划情况，有效监督整个厂区用水管理。
1.3.3用气监控
      可以实现对整个厂区的天然气、压缩空气、高温蒸汽等气体能耗进行实时监控和使用安全进行集中管理，达到有效避免浪费及规范操作的目的。
1.3.4能耗分析
      能源成本分析和账单管理;能源消耗统计台账与报表。
1.4解决思路
      通过对原有水、电、气表进行替换，改用具有通讯远传功能的智能监测仪表，采集检测数据后，上传至通讯管理服务器，能源管理系统对能耗使用情况进行分析与呈现。
1.5能源管理系统基本功能
1.5.1在线监测:
      实时查看各监测点的多种能耗指标，包括电压、电流、负荷、电量，用水流量、用气流量等。
1.5.2统计分析:
      从费用、能耗、指标三部分出发，分为日、月、年三大模块，并通过能源消耗轨迹图、表格等多种形式，反映用能设备的能源消耗情况。且便于操作、查看历史数据。
1.5.3数据分析比较
      单台用能设备不同时间段内的能耗指标差异的比较，及同一时间段内同类能源设备的能耗指标差异的比较，指导用户进行能耗使用的管理。
1.5.4分析结果展现形式:
      能源管理系统可在服务器界面展示，也可通过APP或微信服务号展示相关信息，用户可随时了解配电室现场运行情况、水、气能源消耗情况。平台同时具有故障及时报警、信息推送等功能。
2能源管理系统方案设计
2.1设计目标
      能源管理系统是应用物联网技术结合现代合理用能管理思想为企业构建的信息系统，其目标是让企业通过智能化能源管理系统科学用能，实现“安全、可靠、经济、高效、洁净”的用能目标和用能管理的“可视化”。
      通过用能管理的“可视化”运用，帮助企业改变用能方式、提升用能效率、优化资源配置及改善用能环境，实现:减少能源消耗，降低用能成本。
2.2结构设计
2.2.1系统结构
      能源管理系统包括能效管理应用层、网络通讯层、现场设备层。

图1 能源管理系统示意图
      ◎能效管理应用层:完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权使用、权限分级控制等;并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。
      ◎网络通讯层:现场采用RSX485、以太网、5G、WIFI等传输方式，将区域内的能源采集模块连接至相对的通讯管理机，各通讯管理机通过网络连接至中央服务器。
      ◎现场设备层:现场设备层负责电、水、气参数的采集和上传。现场设备层有多功能电力仪表、多功能电能表、水、气能等采集装置组成。
2.2.2功能结构
      ◎数据采集结构
      收集分布在企业配网中的能耗数据，如将电压、电流的模拟信号转换成数字信号，将电能数据传输到数据主站;主要设备有多功能电力仪表、485通信服务器、485通信网络、5G通信网络等，系统将各种传感器互联成网络与主站系统连接；
      ◎数据中心结构
      包括数据主站系统、数据库系统和数据处理系统与信息发布系统:
      数据主站系统:接收企业传感器采集的数据进行解析及存储，同时向企业传感器发布指令，请求所需要的数据；
      数据库系统:存储企业能耗指标数据和数据处理系统的处理结果；
      数据处理系统:完成企业能耗数据加工。系统包括应用服务器、数据分析模型、信息展示模型、智能用电模型等；
      信息发布系统:将企业管理信息发布到Web服务器，企业通过登陆互联网获取电能管理信息。系统包括Web服务器、Web应用、信息安全系统等。
3能源管理系统具体实现分析
3.1系统概述
      能源管理系统是采用先进的智能化集成技术，基于B/S架构的能源管理平台，该平台采集各个能耗监测点的能耗和运行信息，形成能耗的分类、分项、分区域统计分析，对能源的统一调度、优化能源介质平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低企业综合能耗和提高劳动生产率有重要作用，帮助客户更优化的使用能源，从而实现“节能管理、绿色能效”。
3.2平台构架
      能源管理系统采用B/S多层结构。在B/S模式中，客户端运行标准的浏览器软件，通过HTTP协议向Web服务器提出页面访问请求，页面执行相应的逻辑程序(一般通过组件访问数据库)，Web服务器再将页面程序执行返回的结果进行转化，转变成HTML文档形式转发给客户端浏览器。
      系统采用三层体系结构，可以满足用户个性化需求以及系统安全性等方面的需要;同时保持系统核心架构的稳定性，从而可以保证定制系统的质量、稳定性、开发周期和开发成本等方面的要求。
3.3系统功能介绍
      (1)用户登录认证功能。系统可采用用户名和登录密码认证登录，进入主界面后会自动弹出新增告警信息，提醒值班及运维人员及时查看和处理。
      (2)能源看板功能。通过能流图形象的将该企业各部门主要设备用能情况展示出来。
      (3)能源监控功能。能源监控展示的实时数据和历史数据，通过数字表格或图形曲线的方式将数据形象的展示出来。
      (4)能耗统计功能。能耗统计包括分项能耗、部门能耗和能耗排名这三部分，将企业中各部门及各监测点实际用能情况，通过不同的展示方式展现出来。
      (5)能耗分析功能。能耗分析包括企业用能分析、部门综合能耗、设备用能分析和指标综合分析这四类，将企业中各部门及各监测点实际用能情况，通过不同的分析方式展现出来。
      (6)报表功能。报表功能分为日报表、月报表和年报表。通过多样化的报表服务满足生产现场的多种多样需求。报表设有打印功能，可定时自动打印或触发条件打印，并可导出到excel表格中，显著减少抄表工作的人力成本，提高用户的经济效益。
      (7)告警功能。可设置和提示设备的能耗等告警信息。
      (8)APP或微信功能。通过APP或微信服务号及时了解设备现场运行情况、能源消耗情况、实现故障及时报警，信息推送等功能。
3.4网络传输方案
      采用嵌入式低功耗AＲM核心的工业级嵌入式智能网关，作为站端监控系统的核心，解决各类现场设备接入、数据传输和协议转换问题，提供完整的协议层解决方案，支持各种常见电力系统通信规约，可定制私有协议，同时具有事件处理功能。支持数据冻结和阶段性存储。支持向云平台的数据传输，并可接收云平台的指令实现就地控制、自动巡检等功能，支持远程系统升级。
3.5服务器部署方案
      选用一台应用服务器和一台数据库服务器，实现业务和数据分离的架构，服务器部署在企业内部，企业内需要有互联网连接，可将系统访问接口发布于互联网，便于后期的数据访问。
4系统实现目标
      (1)实现对企业所使用的各种能源进行计量，对企业的水、气、电能耗数据实现远程抄表，能耗数据界面化，对比分析能耗报表，实施监控和考核。杜绝跑、冒、滴、漏现象的发生，分析比较能耗历史数据，为节能技改提供科学依据。
      (2)通过手机APP或网页，生产企业可以通过能源消耗监测及大数据分析云计算中心对生产的设备进行远程加解密、设备故障报警。
      (3)通过采集与监测能耗信息，建立企业的能耗数据中心，为企业的精细化运营、生产成本的降低提供数据支撑。
      (4)减少值班人员工作强度，避免人工抄表的数据不准确因素，提高事故的反应速度及解决效率。
      (5)通过数据分析及时发现能耗问题，通过能耗总量走势分析、能耗的偏差分析，能耗按设备或区域进行对比、环比分析等，为公司生产运营提供有力的决策数据;提高能源利用率，达到节能效果。
5安科瑞企业能源管理平台
5.1 平台概述
      安科瑞企业能源管理平台采用自动化、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，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、重大能耗设备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、用能预测、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。
5.2应用场所
      钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。
5.3平台结构

图2 平台结构
5.4平台主要功能
5.4.1首页
      首页通过展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,并三维展示企业重要工艺或设备的能源消耗动态，可直观了解企业当前用能。
5.4.2运行监控
      能源管理系统的动态显示对企业使用的各种能源（电、水、蒸汽）进行实时监控，并提供从概貌到具体的动态图形显示，并提供区域数据监控，在工厂平面图或者某个车间的平面图快速浏览到所管理的能耗数据。系统提供对能源管理系统运行状态的实时监视功能，实现对能源系统运行过程中关键的用能状态参数的变化趋势、耗能设备的运行状态以及系统运行报警事件进行实时监视，确保整个能源供给、转换和消耗过程的安全、可靠和稳定。系统提供图形化工具，不仅可以组态出数字化的监控界面，还具有实时趋势显示。
（1）变配电系统的电气主接线图展示，实现对全电量参数以及开关断路器状态的实时监视，如电压、电流、频率、功率、功率因数、三相不平衡度、谐波等参数。
（2） 水、燃气、压缩空气等系统各分支管道分布示意图以及流量、压力、温度等参数状态的实时监视；
（3）重点用能设备系统（如压机等)的运行状态以及用能参数的实时监视；
（4）过压、过流、欠压等保护信号报警、系统通信中断、电量、非电量参数越限、能耗超标预警等实时事件报警监视。
（5）工艺流程图展示重点关注工艺各设备运行参量以及能耗情况
5.4.3变压器监控
      展示各变压器负载情况，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，测算变压器损耗，找出变压器经济运行区间。根据变压器经济运行区间，调整负载，从而降低变压器损耗，节约电量。
5.4.4用能统计
      系统支持为企业不同的计量监测对象，提供快速查询显示日、周、月、季、年的企业用能情况同比环比、产品单耗、产品折标对比、能耗排名等。数据通过棒图，饼图，直方图等形式，实现对系统中耗电量、耗水量、耗气量等能耗数据的统计分析。大到整个企业，小到单个设备或车间，通过对这些区域的计量节点能耗数据查询分析，实现整个企业能耗数据的统计分析，满足用户实现对任意时段内区域、车间、工艺和设备类型等的能耗数据查询要求。通过对比不同区域等的能耗数据情况，了解不同对象区域等的能耗规律，自动对这些对象进行能耗排名，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。
5.4.5分项用能
      系统提供对企业分项用能的分项统计。根据分项，用柱状图以及饼图，展示各分项用能情况，直观，清晰。通过用能趋势，及时掌握企业分项用能趋势情况。对于分项用能异常，能即时发现，调整策略，改善用能，节约能源。
5.4.6产品/产值单耗
      系统可以与企业MES系统对接，导入产品产量。对不能导入的数据提供人工录入功能。通过系统采集的能耗数据，结合产品产量，计算产品单耗，生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。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。
5.4.7用能成本分析
      系统支持为企业整体以及车间等各个需要单独进行能耗考核的对象提供各种能源消耗的总费用成本的统计对比功能。可提供电、水、气等各种能源类型在统计周期中的消耗量以及对应的费用数据，并且可以将各种能源的费用进行百分比占比统计和对比，以了解整个企业能源费用成本的详细分布情况。同时支持对单位成本费用进行分析。用户可选择多个考核区域进行耗能成本的对比分析，为用户建立有效的绩效奖惩机制和日常管理提供真实、可靠的数据依据。
5.4.8用能成本预测分析
      系统支持为企业以及需要单独考核计量的区域提供能源成本预算管理功能，允许用户录入能源成本的详细预算计划，通过对比能源实际费用和预算费用进行预算执行管理，可以直观的了解到每月或者每年能源成本是否超出预算，方便用户及时的进行预算的调整和干预。此外，系统还支持按照指定的预测算法进行能源成本的成本预测，根据历史的预算执行情况和实际耗能的数据预测后续的几个月的能源成本费用，帮助用户进行有效的成本计划管理。
5.4.9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、指定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。
5.4.10能耗预测
      通过对企业车间、生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析，建立能耗计算模型，根据人工智能算法对数据和模型进行修正，对未来企业能耗趋势进行预测分析，为节能提供有效的决策依据。
5.4.11运行监测
      系统的设备运行监测功能专门针对重点耗能设备提供全方位的管理，主要包括设备运行状态及关键参数监视、设备台账管理、设备能耗统计分析以及设备维护管理。通过对设备工作状态参数以及工况参数的实时采集和监视可及时判断设备的运行工况是否正常；设备能耗统计分析可提供针对设备对象的实时耗能量以及历史耗能趋势的分析和对比；设备台账管理以及维护管理可建立设备基本信息档案，可快速实现对于设备各种特性参数的查询和统计分类，对设备及其主要零配件的检修、更换历史记录进行信息化管理，并可提供设备计划检修到期提醒以及逾期检修告警等功能，便于为每一个重要设备建立经济运行档案，确保设备的安全、稳定、经济运行。
5.4.12能源平衡及损耗分析
      能源平衡及损耗统计分析主要为企业的电、水、气等能源在转换、运输、使用过程中的各个环节提供能量平衡分析，及时的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。通过分别统计重要用能环节的能源供给量和能源消耗量并计算两者之间的差值损耗量，来评估个各环节的用能损耗程度。比如对用水系统的干管计量和各个车间支管的计量消耗量之和进行损耗分析，有利于及时发现是否存在水管漏水或者违规用水的情况；对用电系统的低压进线计量和各馈线回路的计量消耗量之和进行损耗分析，来评估判断是否存在违规用电、窃电等异常用电现场，帮助用户发现并纠正能源使用过程中的能源浪费问题，降低能源综合运行成本。
5.4.13节能分析
      节能分析主要是为企业在实施节能措施后，具体节能效果的分析，通过录入节能措施，对比分析实施节能措施前与实施节能措施后的用能情况，以此来评判节能措施的实施效果，为企业节能提供帮助，提高经济效益。
5.4.14分析报告
      系统提供的用户分析报告主要是为企业的中、高层管理人员提供有关企业的能耗数据统计结果汇总和分析结论展示，注重整体能耗状况和变化趋势的说明。一般包括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，用能趋势排名，重点能耗排名，综合能耗排名等。通过丰富多样的图形化组件组态成为一份用户分析报告，让用户了解系统的运行情况，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。
5.4.15事件记录
      事件报警分析主要是为系统的异常运行状态或故障原因诊断分析提供依据和分析手段。系统运行过程中所产生的各种报警时间均会被自动记录和存储，通过对事件的发生时间、范围对象、事件的类型、事件的等级以及事件描述关键字搜索查询，即可快速的实现对目标事件的查询和分类。
5.4.16自定义报表
      用户可通过自定义报表头与列，灵活生成各种报表，从各种能耗数据及费用比较，到电力峰谷平报表；从碳排放报告到系统能耗评估，从能耗指标到能耗预算等等，使用者无需繁琐的编辑，只需要简单操作就能生成精美的报表。
5.4.17移动端支持
      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、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。
5.4.18运行环境
      (1)浏览器运行设备
      (2)台式电脑，手机、平板等移动端设备
      (3)浏览器运行环境
      (4)支持谷歌、火狐、搜狗、360等主流浏览器访问
      (5)客户端运行设备
      (6)安卓系统移动设备（android 5.0以上），苹果ios系统
5.5推荐现场设备选型（根据实际需求选配）

6结束语
      该系统在实时监测各种类型能源的能耗，通过相同设备能效指标对比，及时发现低能效设备，进而对设备进行优化，提高设备性能;通过对运行参数监测，让所有设备节能运行，以实现企业对能源使用的理想配置，实现企业节能、减排的目的。
【参考文献】
[1]周斌,能源信息管理系统的开发和应用[J]2004年
[2]吉朝辉,周轶.浅谈能源管理系统在企业中的应用[J].石油化工建设,2021,43(S2):150-152.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
作者简介：陈芳芳，女，现就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为建筑能耗监测系统。