论钢铁行业能源管理系统的建构

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能源管理系统的设计

柳钢的主要能源介质包括:洗精煤、无烟煤、冶金焦、碎焦、烧结矿、球团矿、煤气(高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、混合煤气)、电力、蒸汽、氧气、氮气、氩气、压缩空气、工业水、软水及除盐水等。根据柳钢的生产与能源管理模式，新建的能源管理系统主要涉及到:总调、计控所、动力厂、技术中心、气体公司、焦化厂、耐材厂、烧结厂、炼铁厂、转炉厂、热轧厂、冷轧厂、棒线厂、中轧厂、中板厂以及钢铁主业以外的主要耗能单位。柳钢能源管理系统的建设目标是:实现对各种能源介质和重点耗能设备的实时监控、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、高效运行，实现从经验型到分析型调度职能的转变。主要工作内容包括:完善能源计量仪表、自动化系统和网络系统，实现能源数据采集和能源系统实时监控;在实时数据库和关系数据库共同支撑下，综合集成生产与能源系统各种相关信息，实现集能源计划、实绩、统计、考核及报表等多项功能于一体的全方位能源管理，并挖掘企业节能潜力;在准确预测能源系统产、耗、存变化的基础上，实现重要能源介质的事前调度和管理，在保证能源管网和设备安全的前提下，提高二次能源的回收率和利用效率，减少煤气放散和电力损耗，使得能源系统运行达到安全、经济和合理的目标。

根据上述的建设目标和主要内容，给出的能源管理系统整体功能架构设计如图1所示。柳钢能源管理系统的基本功能架构包括:a．建立“适合实用”的能源数据采集网络。在现有基础上，按可靠性、冗余性和可实现性要求完善各级能源计量网络;完善柳钢的一级、二级和重要的三级能源测量点及数据采集平台;借助柳钢已有数据采集网络基础，建立“适合实用”的能源数据采集网络系统，适应未来能流和物流高度集成的需求。b．建立“高度集成”的能源综合监控中心。柳钢能源管理系统将覆盖与节能减排息息相关的各种信息，主要包括:各动力介质系统信息(煤气系统、蒸汽系统、工业水系统、软水系统、电力系统及氧氮氩系统等)、固体燃料系统信息(无烟煤、动力煤、冶金焦及碎焦等)、重点炉窑、重点耗能设备和耗电设备信息、质量安全环保信息、生产关键信息、能源质量信息以及能源计量数据等。涉及一二级能源计量数据、重要的三级计量数据(动力厂三级电和非电数据、各分厂与重点耗能耗电设备相关的三级数据以及炼铁系统与固体燃料相关的三级数据等)、生产关键数据。其中，动力厂和厂外10套35kV变电站基于SCADA系统实现实时监视;其他分厂(焦化、烧结、炼铁、耐材及转炉等)在实现全厂联网的基础上基于实时数据库ESP-iSYS实现实时监视;动力厂关键阀门基于SCADA系统实现远程监控。c．建立“事前管理、事中监督、事后考核”为主线的能源管理平台。系统将实现从计划、调度、操作运行到统计、考核整个事务流的闭环管理。做到“事前有管理、事中有监督、事后有考核”。d．建立“准确可靠”的能源预测、平衡与优化调度模型。能源管理系统将通过采集、监控和分析基础能流数据，建立能源预测与优化调度模型，对能源介质(主要为煤气、蒸汽、氧氮氩气、压缩空气及电力等)的生产和消耗进行准确预测，对主要能源介质管网进行在线动态模拟计算，给出各能源介质(煤气和蒸汽动力系统、制氧机、压缩空气)的优化调度方案，通过能源介质产、存、耗的动态平衡和优化调度，提高能源平衡水平和能源介质利用效率，实现节能减排增效目标。

能源管理系统的实现

1能源计量仪表、自动化系统和数据采集的完善

为满足能源管理系统的建设要求，需要采集的数据包括一二级能源数据(动力介质、电和固体原燃料)、动力厂三级仪表数据(动力介质和电)、固体原燃料三级计量数据、重点耗能设备的运行数据、质量环保安全数据以及与能源系统相关的生产数据等。在该系统建设期间，共新增能源计量仪表35台，改造了243台能源计量仪表的通信接口，不仅提高能源计量仪表的配备率，而且为实现能源系统的实时监控与管理提供了保障。建设期间还为2#空压站、混合煤气加压站、5万与10万气柜新增了PLC控制系统，并对动力厂14个关键阀门实现了远程监控。为了实现数据采集，在现有网络架构的基础上，能源管理系统在柳钢厂区构建千兆以太环网作为主干网，并利用三层交换技术实现大型局域网的VLAN划分，各分厂汇聚点与控制系统或下级单位(车间)采用百兆光纤收发器接入主干环网;网络主干拓扑设计为环形结构和树形结构相结合，其中核心层采用工业以太环网设计，各分厂汇聚层接入能源主干网采用树形结构。生产分厂典型的数据采集网络示意图如图2所示。各级能源计量数据，都能方便地接入能源与生产集成管理专用主干网络，进入到柳钢能源管理中心。此外，生产管理系统等也可共网接入，但又可与能源管理系统产生相互隔离的效果，达到数据传输互不干扰，网络安全稳定的目的。能源管理系统可通过硬件防火墙和公司办公网络进行连接，确保能源数据网络和办公网络的物理隔离。

2能源系统的综合监控与管理

该系统采用中控的实时数据库ESP-iSYS和Wondeware的SCADA软件Intouch，建立了“高度集成”的能源综合监控系统。覆盖各动力介质系统信息(煤气系统、电力系统、蒸汽系统、水系统、氧氮氩系统及压缩空气系统等)、重点耗能设备和耗电设备信息、质量安全环保信息、与能源系统相关的关键生产信息以及高炉新区信息等。基于SCADA系统平台集中监控一、二、三级能源数据，与关键能耗设备有关的运行数据，质量环保数据以及与能源系统相关的生产数据，在能源管理系统实现上述数据的综合集成、监视和管理。能源综合监控系统集成能源数据诊断与校正、各能源介质系统和耗能设备实时监视、历史数据归档、事件记录和查询、报警、故障诊断与应急联动以及系统监控诊断等功能，并结合能源优化调度系统所具有的能源预测、能源管网模拟及能源优化调度等功能模块，实现集实时监控、报警分析、综合预测与分析、节能优化调度于一体的能源管控一体化。基础能源管理系统涵盖能源计划与实绩管理、能源运行管理、能源质量环保管理、能源设备管理、能源统计分析、能源考核管理以及能源报表管理等功能，实现从计划、调度、操作运行到统计、考核整个事务流的闭环管理，基于强大的数据挖掘工具和规范化的管理流程，提供准确有效的分析数据、有价值的节能建议以及强有力的考核措施。

3能源系统的平衡与优化调度

在该系统中，能源系统的平衡与优化调度是在基础数据的采集、监控和分析的基础上，通过建立能源预测与优化调度模型，实现对能源介质的生产和消耗进行准确预测，对能源介质管网进行在线动态模拟计算，并在能源预测和管网模拟的基础上，以未来一段时间内能源消耗成本最低和能源放散最少为目标，给出各能源介质优化的调度建议和方案，通过能源介质产、存、耗的动态平衡和优化调度，提高能源平衡水平和能源介质利用效率，实现节能减排增效目标。

应用效果

柳钢能源管理系统已通过上述设计与实现，初步形成能流、物流和信息流高度集成统一的能源管控一体化系统，保证了能源系统的安全稳定和经济高效运行。该系统的预期应用效果为:a．实现了能源管理粗放管理到精细化管理的转变。例如:能源监控和管理范围扩展到各分厂，实现了重要的三级计量数据全公司分享;能源监控和管理细化到重点耗能设备和耗电设备;工序能耗消耗实绩、主要能源管理指标、能源平衡报表实现了日跟踪;能源计划实绩、调度日志、质量环保、统计分析及定额考核等各类报表自动生成。b．实现能源管理由事后管理向事前管理转变。例如:可编制能源计划并通过煤气、蒸汽、电力的合理生产与使用，实现能源最优化利用;在线预测未来时段能源生产、消耗和存储，并提前给出能源优化调度方案。c．实现能源管理由经验化管理向科学化定量管理转变。例如:实时监控从全公司到重点耗能设备各个层面的数据和信息;及时统计分析出各种因素对能源消耗的定量影响;所有分层次考核基于及时、准确和直观的数据;调度指令基于统计分析预测数据和优化调度建议。能源管理系统中转炉煤气调度概况如图3所示，企业能源平衡报表如图4所示。

结束语

目前，能源管理系统已在大型钢铁企业得到了推广应用，是钢铁行业通过“两化深度融合”促进节能减排的具体体现。国家工信部在总结钢铁行业能源管理中心建设示范项目的成功经验的基础上，将支持范围逐步扩大到石化、化工、有色、建材及轻工等其他高耗能行业。笔者针对柳钢的实际情况，按系统建设目标的要求，设计了能源管理系统的功能架构，并逐步推进该系统的实施工作。该系统已完成现场调试和试运行，取得了初步的应用效果，达到了上线运行的要求。今后，柳钢将在系统运行中不断完善和改进，使其发挥出应有的作用。（本文作者：张德钦 单位：广西柳州钢铁( 集团) 公司计控所）