优化企业能源管理系统论文

优化企业能源管理系统论文（共12篇）

优化企业能源管理系统论文 篇1

能源是国民经济和社会发展重要的物质基础,在保障国民经济发展、促进社会进步和提高人民生活水平等方面都发挥着极其重要的作用。能源管理状况及能源机构的优化程度对国民经济的发展和产业机构的提升起着重要影响。

企业能源管理是企业生产经营、成本管理的重要组成部分。在我们国家能源资源紧缺,以建设资源节约型、环境友好型社会为工业化、现代化发展战略的核心内容的背景下,企业能源管理系统应以采集、控制、过程监管、数据分析为整体,组成模块的过程脉络和建设思路。

国家对企业能源管理的要求

为确保实现“十二五”节能减排约束性目标,缓解资源环境约束,应对全球气候变化,促进经济发展方式转变,建设资源节约型、环境友好型社会,增强可持续发展能力。我国于2012年8月6日发布了《节能减排“十二五”规划》。

1.总体目标到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤(按2005年价格计算),比2010年的1.034吨标准煤下降16%(比2005年的1.276吨标准煤下降32%)。“十二五”期间,实现节约能源6.7亿吨标准煤。

2 0 1 5年 , 全国化学 需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨,比2010年的2551.7万吨、2267.8万吨各减少8%,分别新增削减能力601万吨、654万吨;全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238万吨、2046.2万吨,比2010年的264.4万吨、2273.6万吨各减少10%,分别新增削减能力69万吨、794万吨。

2.具体目标到2015年,单位工业增加值(规模以上)能耗比2010年下降21%左右,建筑、交通运输、公共机构等重点领域能耗增幅得到有效控制,主要产品(工作量)单位能耗指标达到先进节能标准的比例大幅提高,部分行业和大中型企业节能指标达到世界先进水平。风机、水泵、空压机、变压器等新增主要耗能设备能效指标达到国内或国际先进水平,空调、电冰箱、洗衣机等国产家用电器和一些类型的电动机能效指标达到国际领先水平。工业重点行业、农业主要污染物排放总量大幅降低。

企业能源管理状况

中国企业联合会、中国企业家协会、中国企业管理科学基金会于2014年9月21日联合发布了《2013年中国企业节能减排状况报告》。本年度报告立足于2013年我国开展节能减排的宏观背景,以2014年3月—4月期间国内数省地方企业的实地调研和问卷调查为基础,旨在推进企业确保完成“十二五”节能减排目标。

2013年,全国GDP能耗下降3.7%,完成国家年初的预定目标。报告显示,从企业层面看,我国企业继续把节能减排作为向低能效浪费与环境污染宣战的目标任务,采取管理、技术“双轮驱动”,以重点项目为依托等一系列措施,节能减排取得新的进展,可持续发展能力进一步增强,但“十二五”节能减排形势依然严峻,任务的艰巨性不容小视。要全面完成“十二五”规划的节能减排目标,后两年单位GDP能耗须年均降低3.9%以上。

1.绝大多数企业完成或超额完成计划进度31.3%与61.7%的企业分别认为,在“十二五”规划已经执行过半之时,本企业已经超过、等于本企业的“十二五”节能减排计划进度。两者共计93%(余下7%的企业没有回答,或回答不明确)。

2.大多数企业的能耗水平与排放情况大为改善50%与40%的企业分别认为,本企业的能耗与排放情况好于或等于国内同行业企业,而有10%的企业没有回答该问题。

3.绝大多数企业“十二五”的节能减 排投入水 平大于“十 一五”时 期1 0 0 % 的企业在“ 十二五” 前三年对 节能减排技 术、设备 的投资额 , 与“十一五 ”时期相 比均有所 增加。虽然100%的比例可能不够精确,但从大趋势看,绝大多数企业在“十二五”对节能减排有更多的投入。

4.更多的企业在“十二五”时期建立完善了专事节能减排的组织机构与规章制度36%的企业在“十二五”时期成立了专门推进节能减排的机构,组织机构按照“小分工、大合作”的原则,实行层层责任制,建立人、职、权、责相统一的工作机制,落实详细职责。与能但传源计管理

66%的企业在“十一五”时期制定了推进节能减排相关制度,100%的企业在“十二五”时期制定了节能减排的相关制度。升能有发

5.绝大多数企业有信心完成本企业与国家的“十二五”节能减排目标50%、45%的企业认为,本企业能够超额完成、基本完成本企业的“十二五”节能减排目标。余下5%的企业没有回答,或回答不明确。60%、35%的企业认 为 , 我国能够 超额完成、基本完成国家“十二五”规划的节能减排目标。

企业能源管理需求

企业在生产经营过程中能源管理需求迫切,在政策指导和追求社会责任的总体要求下,对能源管理有着细致的需求.

1.将能源管理纳入现有生产调度体系生产调度体系的合理运作与能源耗用有着强关联,合理的调度方式将大大提高能源利用率。但传统生产调度模式往往忽略能源相关因素。将能源使用与企业资源计划系统、生产运营管理系统进行高效衔接,建立能源生产计划管理平台,增强能源利用效率。

2.对能源使用进行全过程管理对能源使用的过程管理将有效提升能源使用的有效性,在传统生产企业中,能源泄漏、浪费现象时有发生,不合理用能更是普遍现象。实现对能源的生产、输送、分配、转换、使用等各个关键环节的全面监控和调度。

3.分析能源使用过程信息能源数据分析利用一直是企业的短板,长期予以忽视。但能源数据的分析对于企业运作中的能源有效利用至关重要。对能源使用过程数据的分析能够实现能源数据统计的客观、实时、高效呈现,提供能源管理决策支持。

4 . 大量历史 数据的效 益挖掘在长期的节能工作中,节能管理的辨识往往停留在以个人认识和自身思考的层面,其无法充分对数据进行理解,往往存在局限性。充分利用先进算法及工具,从能源历史数据中挖掘信息,促进能源管理的持续改进,将为企业的能源效益提升发挥意想不到的作用。

能源管理系统技术方案

面对企业对能源管理的需求,能源信息管理系统由三层体系构架组成,系统层次分为设备控制层、集中监控层和能源管理层,系统层次结构如下图所示:

1) 设备控制层

设备控制层是整个能源管理系统的基础,实现各子系统底层设备的数据采集和控制、对上数据传送等。该层设备仪器采用工业以太网通信,对于不能采用工业以太网通信的,采用现场总线通信。

设备控制层主要由PLC电控柜、分布式I/O站、能源传感器、能源设备、独立控制系统或设备等组成。

设备控制层用于控制相关能源设备,按照能源供应的工艺要求和生产要求完成控制操作。主要包括对电机的启停、阀的通断等数字开关量控制,对温度、压力、流量等模拟量工艺参数实施控制以及其它控制元器件的参数化控制。各控制段根据能源管理工艺要求,合理设置启/停操作功能,既能够满足能源供应要求,又能够减少无效能耗,达到节能降耗的目的。

设备控制层,主控PLC通过网络通信模块、操作站通过网卡进入集中监控层网络的交换机,底层设备通信有两种模式,一种以工业以太网通信,采用星形结构,连接系统前端主设备控制器和触摸屏、变频器、软启动器等设备,一种以现场总线通信,采用线型结构,连接系统制冷机、空压机、配电仪表等设备。对于不支持此种通信的设备,通过转换协议模块,以现场总线方式通信。

系统大量 采用了支 持Profibus、MODBUS现场总线的仪表 , 具有布线 简单、测 量精度高、 可以对参 数进行集 中设置等优 点。特别 是现场总 线设备特有 的诊断能 力 , 通过对Profibus-PA(用于过程自动化的PROFIBUS)进行特定的组态可以实现将现场总线设备的诊断信息独立地、循环地传送到过程控制系统。

2) 集中监控层

集中监控 层包括集 中监控系统(数采系统)和诊断维护系统。由数 采服务器 、监控客 户计算机(需依据工艺段划分合理设置)、工程师维护站、通讯网卡、主干交换机和光纤环网等硬件设备组成。

该层为控制系统的人机交互接口,完成集中控制操作、监视设备及数据采集和存储,报警显示、记录等功能。

集中监控层是作为运行人员监控动力系统运行、管理动力设备和能源管理的接口,主要由连接各子系统的PLC和其它相关设备控制系统的PLC,以及上层的监控计算机、服务器、工程师站、实时数据库服务器和以太网网络器件组成。分别配置各子系统上位计算机操作站,基本上所有的操作都可在这一层完成,一般只有在远程通讯发生故障时运行人员才需到设备现场的过程控制层去手动控制、调节设备。

集中监控层主要通过控制网络将可编程控制器PLC及设备现场分散的设备层各子系统组织起来,实现对现场设备的控制、保护、联锁、报警、数据采集等功能,以及设备层与监控管理层的数据交换。同时该层为控制系统的人机交互接口,完成动力自控系统集中控制操作、监视、报警显示、记录等功能。

3) 能源管理层

能源管理层由能源数据库、能源调度子系统、能源分析子系统等软件系统构成。

能源管理层各种能源介质的计划调度、设备管理、工艺管理、能源统计、能耗分析工作,使得相关职能部门通过系统了解生产运行中实际能源耗用情况,为企业提供客观准确的能源数据,并确保能源供给稳定有序。

能源管理层主要包括基础能源管理、调度监控、应用发布系统(Web)以及与企业其它信息化系统接口等部分。

基于集中监控层的监控管理平台和外部系统接口,能源管理层实现对能源数据、生产数据及其他相关数据的集中管理,以支持业务管理人员对于能源统计、能耗分析、能源调度等业务管理要求。

能源管理层硬件包括业务数据库服务器、EMS应用服务器、WEB服务器。

企业其他办公终端可根据要求配置访问权限,并通过安全的路由实时访问到能源管理系统的数据和统计分析信息。

实现能源管理系统的难点

在系统构建的过程中,在技术方案确定并可行的前提条件下,依然存在部分技术与管理难点,特别是能源管理体系在系统建设过程中的同步构建对企业的管理执行力有着相当高的要求。

1.能源数据采集设备的安装调试及日常管理能源管理系统的运行基础在实时能源耗用数据采集,在整体系统中相关数采计量设备数百个,均通过有线与无线方式将数据回传系统服务器。能源系统的运行依赖数据的准确稳定采集,所以在项目建设中的采集设备安装调试尤为重要,但更为重要的是此类设备的长期日常管理,包括在维修之外的例行保养,设备检定等,否则整体系统运行将无法得到数据的保障,系统运行效果将大打折扣。

2.原管理体系纳入能源控制后的调整企业生产体系中原涉及能源管理的较少,衔接流程更是凤毛麟角,随着能源管理系统的建立,其与企业资源计划系统、生产运营管理系统之间的高效衔接,改变了企业运作模式。生产调度改变了以生产任务和经济效益指标为核心的调度模式,增加了能源消耗、节能降耗的相关管理要求。由于生产管理体系是生产企业的核心,涉及企业的各个部门,所以整体管理体系的调整直接关系到能源管理系统的运作效果和最终评价。

3.能源管理体系的建立作为能源管理的手段,能源管理系统构建了以监控、计划、分析为核心的信息化平台,为能源管理提供了有效的管理手段和工具。但企业能源管理体系的构建、认证将最终将企业能源管理纳入正轨,以制度的形式落实各项能源管理项目和措施,使得能源管理工作成为一项长期持续的工作。该体系的有效建立将确保能源管理系统的有序运行。在能源体系构建中应遵循循序渐进的思路,以统一整体节能理念、构建企业能源管理制度为核心。

整体实现效果

通过构建企业级的能源管理系统,企业实现了对主要能源的使用监控、计划管理、数据分析,在节能辨识和能源消耗预测上取得了良好的效果。在系统使用后有效的降低了能源的浪费,提升了使用效率,大幅降低了能源消耗。

1.实现能源使用的精确监控能源信息采集系统实现了能源信息的采集、存储、管理,由此确保了获得第一手运行工艺数据,实时掌握能源运行情况、及时采集调度措施,使系统尽可能运行在最佳状态。系统的建立改变了原有运作模式,数据的采集由事后的数据抄表记录转变为实时监控,依据能流图的实时、精确能耗数据实现了满足能源工艺系统特点的分散控制和集中管理。

2.减少能源管理环节,优化能源管理流程建立客观能源消耗评价体系,实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理流程优化再造,实现能源设备管理、运行管理、有效实施客观的以数据为依据的能源消耗评价体系、绩效考核,减少能源管理的成本,提高能源管理的效率,及时了解真实的能耗情况和提出节能降耗的技术和管理措施,向能源管理要效益。

3.减少能源系统运行管理成本,提高劳动生产率大型企业的能源管理系统规模加大,结构复杂。传统的现场管理、运行值班、检修及管理的工作量大,成本高。能源管理系统的建立,为企业的管理体制改革发挥重要示范作用。系统实现远程抄表统一监控,简化能源运行管理,减少日常管理的人力投入,节约人力成本,提高劳动生产率。

结束语

在地球漫长的演化历史中,没有任何一种生物能像人类一样对地球的环境和气候产生剧烈影响。自从18世纪英国工业革命开始,人类对能源的需求进入燃烧化石燃料的时代,随着数百亿吨沉积在地球深处数亿年的化石燃料被燃烧,地球大气的成分在发生显著的变化。如果通过对企业能源管理的不断优化,提升能源使用效率,减少不必要的浪费,最终降低整体生产能耗,将是对企业、社会、国家的一种贡献。

优化企业能源管理系统论文 篇2

第一条本制度所指工业重点用能企业是指年综合能源消费总量五千吨(及以上)标准煤的用能企业。

第二条工业重点用能企业的确定以市统计局确认的企业上年度综合能源消费总量数据为准，哈尔滨市工业和信息化委员会(以下简称市工信委)将会同哈尔滨市统计局于每年联合发布工业重点用能企业名单。

第三条工业重点用能企业应认真贯彻执行国家、省、市相关节能法律、法规、方针、政策和标准。

第四条工业重点用能企业应当设立能源管理岗位，在具有节能专业知识、实际经验以及中级以上技术职称的人员中聘任能源管理负责人，并报市工信委备案。

第五条工业重点用能企业应按要求填报《哈尔滨市工业重点用能企业能源管理负责人备案表》并提供相关佐证材料。

第六条工业重点用能企业应当建立健全能源消费统计和能源利用状况分析制度，健全节能管理制度，开展能源审计，实施节能奖惩措施。

第七条工业重点用能企业每年向市工信委定期报送上年度的能源利用状况报告。能源利用状况报告主要包括能源消费情况、能源利用效率、节能目标完成情况、节能效益分析和节能措施等内容。

第八条能源管理负责人负责组织对本单位用能状况进行分析、评价，()组织编写本单位能源利用状况报告，提出本单位节能工作的改进措施并组织实施。负责对本单位的能源利用状况进行监督、检查。

第九条能源管理负责人应当接受节能培训，并依法做好对本企业人员的相关节能法律、法规及能源利用状况报告的编写等知识的培训。

第十条主要耗能设备操作人员未经节能培训不得上岗。

第十一条市工信委负责监督、检查工业重点用能企业重点耗能设备操作人员接受节能教育培训的情况。

第十二条工业重点用能企业能源利用状况报告、能源管理负责人的备案和培训的执行情况将纳入年度工业重点用能企业节能工作考核内容。

第十三条工业重点用能企业未按照规定设立能源管理岗位、聘任能源管理负责人和按规定报送备案的，由市工信委责令改正;拒不改正的，依据《中华人民共和国节约能源法》、《黑龙江省节约能源条例》及《哈尔滨市工业节能监察办法》的有关规定予以处罚。

第十四条工业重点用能企业填报的能源利用状况报告，应报送市工信委审查，对节能管理制度不健全、节能措施不落实、能源利用效率低的工业重点用能企业，市工信委要开展现场调查，组织实施用能设备能源效率检测，责令实施能源审计，并提出书面整改要求，限期整改。

第十五条工业重点用能企业未按节能法律、法规开展能源审计及报送能源利用状况报告，或者报告内容不实的，由市工信委责令限期整改;逾期不改正的，依据《中华人民共和国节约能源法》及《哈尔滨市工业节能监察办法》等有关规定予以处罚。

工业企业能源计量管理 篇3

关键词：工业企业；能源计量；管理

随着近代以来人类社会的飞速发展，能源问题越来越受到世界各国的普遍关注。充足的能源是社会经济快速发展的基础和前提，人民群众日益提高的生活水平和日益加快的城市化步伐都决定了能源需求总量将不断体横，这一点在交通运输和重工业体现得尤为突出。由于能源产量已无法满足日益增长的能源需求，其价格也在不断上扬，进而引发了相当激烈的供需矛盾。工业企业作为社会基本单位，在日常运营的过程中消耗了大量的能源，提升工业企业的能源节约意识并使其正视和重视能源计量工作，是未来社会发展的必然趋势和内在要求。

一、 能源计量工作对于能源统计和能源节约的意义

若能源计量工作存在较大缺陷，其所能提供的数据必然存在偏差，这对于能源统计而言将是灾难性的，将直接影响到能源管理的数据统计链，进而对企业能源管理工作的秩序带来致命干扰。与此同时，相关政府部门对于企业状况的了解和把握也会因此受到影响，进而导致政府难以对工业系统消耗的能源总量进行精准的统计和分析。其影响主要体现在以下几个方面。

二、工业企业能源计量工作的影响

（一）对能耗统计的影响

就目前而言，工业企业对于电力系统的次级计量大多比较健全，但煤气、燃料油等往往做得不够。这将造成企业在进行生产统计时所收集到的数据不够精准，进而难以确定计划分配与能源的损耗总量。此外，计量手段的不健全也将影响企业消耗定额的制定，造成考核过严，企业在对自身进行能源利用水平的估测时，也很难最大限度地挖掘出自身的节能潜能。例如，企业统计部门往往要建立两套统计台账，分别用来对内和对外，其中一套按照一级计量进行数据编制的采集工作，同时依此来进行消耗定额与能耗总量的核定，并上报相关政府部门；而另一套则针对企业内部的能源管理水准考核，因为内部统计往往只能结合生产经验进行大致估算，或根据次级计量数据进行统计，这往往会导致该台账存在较大的偏差。而实际上，这种情况在工业企业中相当普遍。

（二）对能源统计口径的影响

因为能量计量管理仍未走向规范化，国家有关部门只能在对煤炭进行标准煤的折算时确保折标系数的一致，但同时又规定企业也可以自行对煤炭低位热值进行测定，并结合实际情况进行标准煤量的换算。这就导致了不同企业在进行标准煤量的换算时所采取的口径出现较大的差异。例如，假设一座城市每年消耗的原煤量在2000万吨左右，通过不同的方式进行换算，其结果将有400万吨标准煤的偏差。从这就可以看出，若将全国范围内使用的实际煤炭换算为标准煤，其数值的差距将多么惊人。

三、强化工业企业能源计量管理的有效策略

（一）工业企业管理层需要完成观念的变革，提升对于这类问题的重视程度，充分了解能源计量工作对于企业而言所具有的社会经济效益，进而真正重视这一问题，加大投入和扶持力度。其次，管理人员还需深入学习国家的相关政策和法律法规，构建起完善的能源计量管理制度和管理体系，不仅要对能源计量管理工作的内容、权责、以及设备和数据管理做出明确而具体的要求，也要构建起健全的奖惩机制。另外，能源计量管理队伍的建设也是重中之重，要选聘经验丰富、技术过硬的专业人才，并定期进行业务培训，从而真正从根本上提升能源计量管理工作的水平。只有这样，才能满足现代化企业在能源计量管理方面的实际需求，确保企业效益的长久提升。

（二）工业企业需明确权责，深入学习和落实国家相关法律法规，增强能源计量领域的观念认识。工业企业需要将能源节约作为长期的发展战略所在，将节能策略作为企业的发展基础之一。只有承担起节约能源、促进可持续发展战略的责任，企业才能够更好地融入到当今社会之中。此外，政府有关部门也应进行高效的舆论宣传，并切实履行监管职能，确保工业企业在法律范围之内运营，并通过能源计量的管理工作将国家节能战略落到实处。

（三）企业需要及时建立起高效的节能评价模式，倡导生产节能化。政府也应参照相应的质量标准，对能源损耗较大的企业进行检查，确保其能源计量设备正常运转。此外，企业在生产过程中也要落实能源计量，而不仅仅只是简单进行能源总量在进厂和出厂两个时间点的数值记录。实际上，能源计量应伴随企业日常运转的始终，并在发现工艺问题、提升节能潜力、弥补管理纰漏等方面为企业提供有效帮助，进而帮助企业实现技术领域的跨越式发展。

（四）严抓数据收集、数据整理和数据评价。作为能源计量工作的前提和基石，数据收集和数据整理工作非常重要。企业应该构建起更加灵活和多样的能源计量框架，并确定能源计量的网络图与关键节点，通过先进的计量手段和计量设施，实现计量效率和准确程度的全方位提升。值得注意的是，用能分析是能源计量工作的核心，企业需要借此来对能源损耗进行了解和把握，探明企业自身所具备的节能潜力，并找到属于自己的节能方式，进而促使企业在能源的节约以及能源利用率的提升等方面走得更远。

（五）企业需要大力推进能源计量监测工作的改良，这主要可以从两方面着手：第一，配备必须的能源计量设备，提升能源计量过程中的管理控制能力。结合相关质量认证体系的具体要求，在企业进行日常生产的全过程中配备符合要求的设备，并严抓此类设备的检验和维护工作，以确保其精准程度；第二，通过高科技手段对数据的收集整理以及使用方式进行调整，最大程度地发挥其在生产、运营、核算、统计等方面的重要作用。

四、结语

对于工业企业而言，能源计量管理工作对于能源管理质量的强化和水平的提升有着重要的作用，只有尽可能提升其管控水准，才能最大限度地确保企业的发展符合国家法律法规的要求，在提升自身经济收益和市场竞争力的同时，为人民生活水平的提高、为国家能源体系的改良和优化以及能源使用效率的提升做出应有的贡献。

参考文献：

优化企业能源管理系统论文 篇4

一、当前制造企业能源效率统计方面存在的问题

随着当前我国对制造企业节能减排要求的不断加大, 制造企业对能源统计, 尤其是水电气消耗的统计越来越重视, 但由于我国企业能源效率统计的工作起步较晚, 因此在许多方面还存在着一些突出问题, 这些问题总结起来主要表现在以下四个方面。

(一) 忽视对能源购入与分配环节的统计

当前, 制造企业对能源利用以及消耗的过程归结起来可以分为购入、加工、分配、使用四个环节, 在通常情况下, 制造企业往往注重对加工以及使用环节的能源效率核算与统计, 而忽视对能源购入与分配环节的统计。这具体表现为在能源的购入阶段, 制造企业并未制定相应的能源费用预算, 如水电气购入预算, 仅仅是将购入能源的费用与数量进行记录, 并最后写入财务报表中就结束了, 无法主动的去提升能源在购入环节的使用效率。而在对水电气等能源的分配阶段, 目前绝大多数制造企业也并没有建立科学有效的企业内部能源分配机制, 往往是各部门需要多少能源就提供多少能源, 只需要将各自消耗的能源按费用进行记录就可以了, 这就使得企业无法真正的控制能源的实际消耗。

(二) 企业能量平衡分析机制还不完善

根据热力学的能量守恒定律, 各种形式的能量在使用的过程中是可以相互转换的, 但是能量的总和是保持不变的。在制造企业中, 能源的使用也是如此, 因此企业根据能量守恒定律制定能量平衡分析机制是研究能源利用效率的有效方法, 这种方法在国外的制造企业中已经获得了较为广泛的应用, 而当前我国的制造企业中, 几乎还没有建立起能量平衡分析机制。虽然在一些制造企业中, 已经出现了开始利用机械设备的功率说明对各环节所消耗的水电气能量进行预估与测算, 但这些还是停留在对能源价格的计算环节, 并没有根据实际消耗能量的多少来进行测算与分析, 更没有对单个产品制造所消耗的能量以及企业在实际运营中所排出的能量进行测算分析。

(三) 统计方法中缺乏科学的数学分析模型

对制造企业能源效率的统计不仅仅是依靠企业的财务会计人员对能源的价格进行记录与测算, 更需要通过建立一套相应的数学模型对企业内部消耗的水电气能量进行分析, 从而找出节能减排的有效方法。但在我国的制造企业中, 企业的财务部门还没有建立起专门适用于本企业能量测算数学模型, 从而对本企业的综合能耗、产品的单位产值能耗、单位增加值能耗、单位产量直接能耗以及单位产量综合能耗进行细致的分析, 目前, 这些分析工作主要是由政府机构进行, 政府机构的统计人员由于缺乏对各制造企业的实际认识, 在工作中往往无法获得正确的数据资料, 会造成核算的误差。

(四) 缺乏对企业节能量与节能潜力的分析

目前, 虽然我国的政府部门建立对企业节能减排工作的评比工作, 也设立了相应的节能减排门槛, 但是这种对制造企业节能减排的硬性要求并不能督促企业主动对其节能量以及节能潜力进行分析, 不少制造企业响应政府相关部门的节能号召主要是为了获得一些相应的补贴以及优惠政策, 为了能够快速达到节能减排的效果企业通常会采取减产等简单方式进行降低能耗, 并不会真正对自身的节能量, 例如产值总结能量、技术措施单项节能量等节能环节进行细致的分析, 从而加大对节能设备的投入。另一方面, 当前, 我国的制造企业也缺乏对其节能潜力的分析, 这些都导致制造企业缺乏对自身能源利用效率的具体认识, 造成高能耗、低效率的运行风险。

二、新形势下制造企业优化能源效率统计的对策

当前, 我国已经进入稳增长、调结构的关键时期, 制造企业不仅要向中高端层次迈进, 也要更加关注节能减排等工作, 在这一新形势下, 笔者认为, 应该从以下四个方面着手, 优化制造企业的能源效率统计。

(一) 统筹购入、加工、分配、使用四环节的统计

要优化对制造企业的能源效率统计, 必须对购入、加工、分配以及使用四个环节的能源效率进行统筹分析:1.购入环节。制造企业可以通过每个季度设定好能源购入的成本以及总量的预算, 来控制好能水电气等能源的总量。2.加工环节。能源的加工环节又叫转换环节, 这一环节需要企业加大对设备的管理以及分析, 测算出转换环节能源的消耗总量, 从而制定出减少能源消耗的具体方法。3.分配环节。在能源分配到制造企业各部门的时候也会产生能源的消耗, 因此必须要加强对能源分配环节的能源测算工作, 值得注意的是, 在这一环节, 水资源的消耗是最多的, 因此要加强对水资源的节能工作。4.使用环节。在这一环节中应该重点考察与分析各单位的能源输入量与输出量, 从而为进一步建立数学模型提供基础。

(二) 根据制造企业能量平衡分析机制进行分析

制造企业要对自身的能源使用效率的统计方法进行优化升级, 建立起企业的能量平衡分析机制至关重要, 具体而言, 可以从以下几个方面着手:1.根据实际情况将企业的工艺或设备进行系统性区分。通过对工艺与设备的区分, 将能量的具体消耗方式以及使用特性进行详细的分类, 以此得出哪些是排放设备、哪些是耗能设备。2.建立能量平衡模型。通过对制造企业平衡模型的建立, 标注出什么环节是能耗确定环节, 什么环节是高耗能环节, 通过怎样的设备管理或开发形式能够减少能量的消耗与浪费。3.制定能量平衡表。将对制造企业的能源分析列入到能量平衡表中, 使企业的管理层能够一目了然的了解到企业的实际耗能情况, 从而制定相应的对策。

(三) 在效率统计方法上建立符合实际的数学模型

要加强能源使用效率统计的科学性, 制造企业必须根据自身的实际建立数学模型, 具体而言, 应该包括以下几个方面的数学模型:一是企业综合能耗计算。企业的综合能耗计算值得是在一段时间内制造企业的主要生产系统、辅助生产系统以及附属生产系统的综合耗能的综合。二是单位产品耗能计算。单位产品的耗能计算指的是产品的单位产量直接综合耗能加上间接综合能耗的总和, 通过单位产品的耗能测算能够使企业了解到其生产产品与生产能耗之间的关系。三是能源利用效率计算。制造企业的能源利用效率等于企业内部的有效使用能量除以企业的综合使用能量, 通过这一方法, 能够对各能量使用环节以及企业的整体环节进行计算, 从而使企业了解到其内部的哪一个环节能够影响到企业的整体能源利用效率。

(四) 注重对制造企业节能量与节能潜力的统计分析

对制造企业节能量与节能潜力的测算可以说是能源效率统计的应用核心, 因此, 制造企业应该注重对其节能量以及节能潜力的统计分析, 具体而言, 可以从以下几个方面着手:一是以历史消耗量进行差值计算。制造企业可以采取定比法或环比法的方式将企业的历史能源消耗量与本年度能量消耗量进行对比, 从而计算出本年度的能源消耗的进步与退步。二是制定能源消耗基准定额。制造企业应该以自身的实际情况为基础, 根据机器设备、生产水平、技术与管理的情况制定出本阶段时间内的能源消耗标准定额, 以此作为节能减排的基础与标准, 并计算出能源消耗的名义与实际节能量。三是节能潜力分析。制造企业应该通过对比国内外同行业的耗能水平以及本企业的实际情况来全面的分析本企业的节能减排潜力, 并不断的探索提升节能能力。

三、结语

制造企业的节能减排工作关系到企业未来的实际竞争能力, 面对当前企业在能源效率统计方面存在的诸多问题, 企业统计部门的工作者不应该消极逃避, 而应该勇于面对, 通过不断创新企业能源效率的统计方式, 为企业提升水电气能源以及设备管理能力提供支撑。

摘要：制造企业的节能减排工作关系到企业未来的实际竞争能力, 因此加强制造企业能源效率的统计至关重要。文章总结了当前制造企业在能源效率统计方面存在的突出问题, 并提出相应对策, 希望能为优化制造企业能源效率的统计方法提供参考。

关键词：制造企业,能量,能源效率,统计,优化

参考文献

[1]王新民.企业能源效率统计方法[J].电力需求侧管理, 2011 (03) .

优化企业能源管理系统论文 篇5

1．企业能源计量管理信息系统（标准版）

适用对象：适合于单体式企业，由企业一个职能部门下载安装软件负责录入及管理。

2．企业能源计量管理信息系统（集团版）

优化企业能源管理系统论文 篇6

【关键词】能源统计；能源管理；节约资源

能源统计工作是提高企业能源管理的重要方法，可以对企业中的能源利用率以科学的方式计算，能够直观反映企业能源的消耗状况，企业可以依据这些问题制定解决策略。

一、企业能源管理工作和统计方法

1.能源统计的基本任务

能源统计的主要工作是节能管理。开展该工作的具体内容是：首先，在企业能源管理工作中，主要工作内容是能源的统计指标建立、统计报表的计算管理。其次，企业能源统计任务的开展也是企业能源管理的重要内容。能源统计工作可以为国家制定能源政策法规提供参考，并可以为国家能源编制计划以及保证能源供需提供依据。另外，企业能源统计管理能够在一定程度上改善企业管理环境，提高能源利用率。

2.企业能源统计的方法

企业中部门之间的联系是非常密切的，各个部门的能源使用是以混合形式存在的，能源可以在部门间交叉使用，企业能源的审计可以把各个部门联系到一起，要了解各个部门间能源利用流程，这样可以方便能源统计，从统计学角度看，可将能源的使用分为如下几个环节：能源最终利用率、能源配送、能源转换、能源存放。此外，了解能源的统计边界也是很重要的，可以依据企业能源系统来确定。统计人员要随时记录能源统计中的各项数据，并要对这些数据仔细核对、整理最后编排存档，每个月底可以对这些统计资料进行汇总，从而使能源统计变得高效化和规范化，借助电子网络化的管理能够使统计效率提高。

（1）原始记录的统计。能源统计的原始记录是能源统计中最为常见的统计方法。原始记录的统计是借助能源单据、各种统计表格，对能源的各项统计做好原始记载。首先记录能源在购买时的信息，在记录完成后要记录能源的入库及使用信息，比如，能源在企业中存放的时间记录、能源的结算记录等。

（2）记录能源的统计台账。能源的统计台账是一种非常常见的统计方法，是一种记录能源管理办法、能源使用、能源各项报表、能源核算材料汇总单的账册。一般来说，能源台账可以分为统计报表台账、专项能源指标台账和能源管理台账三种。首先，统计报表台账是一种过渡台账，能够将原始的台账转变为能源统计报表，功能是可以对报表的属性进行汇总；能源管理台账主要负责记录能源的核算结果、会计审核、生产中能源消耗量等；能源专项台账是指对某一个特定能源使用状况进行记录，比如，企业中煤炭资源使用状况的单项能源损耗台账。

二、能源统计对企业能源管理的意义

能源统计人员在统计能源时首先要了解企业各项生产环节，掌握和研究每一类产品能源消耗量，在了解了这些内容以后就可以采用统计学方法分析和研究。统计学中应用的曲线图、折线图以及饼形图等都能直观反映企业能源的损耗状况。通过建立上述图表可以对能源使用期间发生的波动状况以及能源变动对企业造成的影响做出分析。通过分析可以找到能源消耗的原因，并依据这些原因采取节能减排的措施。可见，能源统计在企业能源管理中的作用是非常大的，可以找到能源消耗的关键因素，企业便可以及时制止这种消耗，生产效率得到提高，减少了资金和能源的浪费，企业节约了生产成本，经济效益得以增加。

三、提高能源统计管理的具体措施

1.构建健全的能源管理体系

企业能源管理体系一般分为以下几个内容：企业能源在买进以后存放量的计算和分析、能源具体分配到各个部门中的数量、能源在各项生产中的消耗量、剩余能源的回收利用率等。此外，在制定能源管理体系时一定要结合企业具体生产状况和各项生产需求，针对具体情况制定的统计计划可以就具体问题提出解决办法，避免了盲目统计。此外，企业为满足统计需求可以适当增加或者减少统计项目，保证能源统计符合企业发展要求。比如，可以建立企业中单一产品的能源消耗量，还可以建立企业内部能源消耗的考核体系，从而可以及时对能源的消耗状况进行反馈，可以增加企业能源的使用效率、可以为企业能源管理提供可参考的依据。

2.加强基础管理

首先要建立企业能源的原始记录与台账。企业要对各种原始能源统计记录进行完善，提高能源统计的质量。之后，可以对各项原始记录整理和分级，并制作成能源统计的最终台账；其次要不断完善计量管理，使能源统计的数值更加精准，统计质量得以保证，这就要对管理制度健全和加强，对各种仪器设备、技术、工艺手段有效配置，计量统计可以依据具体的生产工艺来确定；在对计量体系检测以后，仪器要定期进行检修，并对计量实施校验。

3.不断提升专业人员的职业素质

统计人员是做好统计工作的前提，在能源统计中起到了非常重要的作用。要想使统计工作更加顺利的开展，就要重视人才的配备，不断提高统计人员的专业素养。统计人员除了做好日常统计工作外，更重要的是提高自身職业素养，各项统计工作的开展都要符合国家的相关法律法规。

四、结语

本文主要对企业能源统计管理工作开展的具体方法进行了论述，并探讨了企业能源统计工作对企业能源管理的重要作用，最后对如何加强企业能源统计管理的方法提出了几点建议。

参考文献：

[1]徐红利.浅析能源统计在企业能源管理工作中的作用[J].经济视野，2014（3）.

优化企业能源管理系统论文 篇7

钢铁工业是我国重要的基础产业,也是制造业中的耗能大户,占全国能源消费的15%以上[1],高能耗问题日益成为制约钢铁工业发展的一个重要问题。因此需要采用先进的能源管理理念,通过两化融合科学用能,实现钢铁企业的可持续发展。能源管控系统(EMS)正是为适应这一要求而产生的,是建立在信息集成技术之上的综合管控系统,它从全局高度对能源介质的生产、输送、储存和使用过程进行监视和控制,最终实现钢铁企业的节能降耗[2,3]。

目前大部分EMS不同程度地实现了对能源生产过程的集中监视和控制功能,在此基础上进一步实现能源的优化调度以及重点耗能设备的优化运行具有重要的现实意义。本文以中天钢铁集团有限公司能源管控系统项目建设为背景,对EMS平台下的钢铁企业能源数据校正、能源介质预测、设备能损分析、水气资源调度等若干模型进行了研究,最终从3个层面上提出了钢铁企业能源调度及优化的解决方案,并已投入现场使用,其功能结构如图1所示。图中能源数据校正为后续分析提供剔除显著误差、协调随机误差后的可靠数据,为第1层面。能源介质预测与平衡分析对未来一段时间的能源介质发生、消耗量进行在线预测,确定平衡的方向,为优化调度提供依据;性能分析与能损诊断对设备能效进行实时监测,确定能损产生的部位,为开展设备的经济运行提供依据与指导,为第2层面。第3层面,根据能源介质的预测及平衡分析结果,合理调整煤气柜、锅炉等缓冲设备,降低煤气的放散;在并列运行产能设备之间进行负荷优化分配,降低总的产能成本;根据能损分析的结果,调整设备运行参数,实现经济运行。3个层面的功能依次深入,形成由知识分析到优化决策的过程。

1 能源数据校正模型

准确完整的测量数据是进行能源监视、优化调度及决策分析的重要基础,但实际测量数据受到仪表精度、测量方法及生产环境的影响,总是不可避免地存在误差,因此本文建立一种分类分级数据校正模型,用于能源管控系统进行显著误差的检测和随机误差的协调。

1.1 测量数据分类与分级

钢铁企业生产过程涉及的参数数以万计,有些参数存在多个测点,而有些参数由于生产条件恶劣等原因,无法布置测量点,因此需要对这些参数进行分类和分级,以便采用不同的策略进行校正。

(1)测量数据分类。

根据过程参数是否布置测点,将其分为已测变量和未测变量。对于已测变量,若可以根据平衡方程由其他已测参数计算得到,则称为冗余型已测变量,否则称为非冗余型已测变量;对于未测变量,若可以根据平衡方程由已测变量唯一确定,则称为可观测型未测变量,否则称为不可观测型未测变量,只有冗余型已测变量和可观测型未测变量参与数据校正过程[4]。

(2)测量数据分级。

根据测量参数在计算分析中的重要程度将其分为核心参数、重要参数及一般参数,核心参数是计算分析能得以进行的必不可少且无法回避的参数;重要参数是在计算分析中具有重要影响但其重要性次于核心参数的参数;一般参数是计算分析中有影响但可以采用某种方式回避的参数。在钢铁企业能源管控系统中,煤气、蒸汽等能源介质总管网上各节点的压力、温度、流量参数是进行这些能源介质科学调度的重要依据,因此将其划分为核心参数;各分厂设备进出口的能源介质参数是进行设备能耗分析的基础,将此类参数划分为重要参数;其余的参数划分为一般参数。

1.2 数据校正算法模型

数据校正是利用冗余信息,综合统计分析、过程机理模型和辨识技术等,对实际测量数据进行处理,消除数据中包含的显著误差和随机误差,并设法估计出未测变量,从而提高测量数据的质量。数据校正包括显著误差检测和随机误差协调两部分。显著误差的检测基于冗余(空间冗余、硬件冗余)以及统计的整体检验法进行;随机误差协调过程则结合机理模型进行。

(1)显著误差的检测。

基于空间冗余的显著误差检测是指能源介质在管网流动过程中,其压力和流量等参数或者升高或者降低,具有很强的关联性,这时通过比较测量变量上下游参数的大小,可确定相关测量数据是否存在显著误差;基于硬件冗余的显著误差检测是指如果该变量存在多个测点,则可通过计算这些测量值之间的距离,比较这些距离是否在可接受的变动范围之内,来确定是否存在显著误差;对于不存在强关联规律的单测点变量则采用整体检验法进行显著误差检测[4]。

(2)随机误差协调。

在数据分级的基础上结合热工过程的机理模型进行随机误差协调,首先对数据进行滤波,然后对滤波无法消除的存在随机误差的数据进行机理模型修补。机理模型需要满足物料质量平衡约束条件,即在无泄漏的情况下,总管网能源介质产销平衡,而各节点流量则满足质量守恒条件,即分厂各设备进口流量之和与总管网对应节点流量相匹配。校正模型如式(1)所示:

undefined

式中,xi为第i个能源计量点的仪表数值;undefinedi为第i个能源计量点的校正值;p为能源计量点个数。约束方程中以流入节点为正,流出为负。

剔除显著误差后,再利用式(1)进行数据校正,以计量值与校正值误差平方和最小为目标,在满足总管网和各节点质量平衡的约束条件下求解模型,获得的校正值可以实现能源介质发生量与消耗量之间的相对平衡。

2 能源介质预测模型

钢铁企业各类能源介质的生产和使用过程复杂,同时,发生和使用量伴有大幅波动,实际生产中的定量估计往往依靠现场人员的生产经验来完成,而这样的经验估计也因其存在的主观性而常常无法实现对各类能源介质的合理调度和有效利用,从而造成放散,因此需要通过数学模型对各类能源介质的发生和使用量进行科学预测,为各类能源介质的平衡提供决策支持,减少放散[5]。

由于对钢铁企业的主要能源介质很难准确建立其发生和使用量的机理模型,因此我们考虑采用基于历史数据驱动的时间序列预测方法建立此类能源介质的短期预测模型:对各类能源介质发生和使用量的历史曲线进行分析,按预测结果与实际数值误差平方和最小为原则选择合适的数学模型,描述曲线随时间的变化趋势,进而进行曲线的外推预测。这里的难点在于多模型的切换和参数的辨识。

2.1 多模型切换策略

以煤气使用量为例,各类负荷对煤气的使用情况是不一样的,如采用单一的模型进行建模,则适应性较差。因此需对历史数据进行分析,掌握各类负荷的煤气消耗特性,采用不同的模型进行预测,如:烧结厂对煤气的使用量比较平稳,可以采用水平趋势预测模型;而像炼铁、炼钢等用户,煤气的使用量波动比较大,则需要采用线性或者多项式趋势预测模型[6]。模型之间的选择切换以预测结果与实际数值误差平方和最小为原则进行。

2.2 基于最小二乘的预测模型系数在线辨识

一般来说,已知当前时刻T往前k个周期的煤气使用量{QT-k+1,…,QT-1,QT},若该时间序列呈现出水平趋势,则T+1时刻的预测值

undefined(常数) (2)

若呈现出多项式(如二次)趋势,则T+1时刻的预测值

undefined

模型系数a,b,c可利用最小二乘法进行辨识。

下面以二次趋势为例说明其求解方法。

令:

undefined

式中,J为k个周期内煤气使用量的模型预测值与实际值的误差平方和;tj为时间序列中第j个周期;Qj为第j个周期的煤气使用量。

要使J最小,则:

undefined

求解式(5),得到a,b,c 3个系数,即可利用式(2)进行T+1时刻煤气使用量的预测,然后去掉最老的信息QT-k+1,同时将新的信息undefined加入样本序列中,获得新的样本序列。采用相同的方法即可进行T+2时刻的煤气使用量预测,依次类推,直到预测出全部数据。

2.3 模型验证

以中天钢铁高炉煤气稳定负荷使用量为例进行模型验证,结果如图2所示,从图中可以看出模型预测量与实际使用量趋势吻合,运行人员根据此结果结合煤气系统平衡分析,可提前做出调度调整,从而减少煤气放散。

3 设备能损分析模型

钢铁企业主要耗能设备如加热炉、锅炉等工业窑炉热效率受到多种因素的影响,确定影响热效率的主导因素及其目标值后,建立主导因素的偏差分析模型,就可以确定窑炉主要热损失发生的部位以及大小,进行窑炉性能诊断和运行优化。

3.1 窑炉热效率主导因素的确定

我们参照国标《设备热效率计算通则》并结合各窑炉特性,建立了如下形式的反平衡热效率(η)模型,用于EMS进行性能在线监测。

η=q1=1-q2-q3-q4-q5-q6=

f(tpy,φ(O2),t0,D,Q,…) (6)

式中,q1为窑炉输出热量占输入热量的百分比;q2为排烟热损失;q3为气体不完全燃烧热损失;q4为固体不完全燃烧热损失;q5为散热损失;q6为其他热损失;tpy为排烟温度;φ(O2)为排烟中氧体积分数;t0为环境温度;D为窑炉热负荷;Q为煤种热值。其中,q2～q6的具体模型按《设备热效率计算通则》确定。

窑炉热效率的影响因素包括D,t0和Q等运行不可控因素以及φ(O2)和tpy等运行可控因素。基于以下原因本文选择φ(O2)和tpy作为影响窑炉热效率的主导因素:(1)这两个参数决定了排烟热损失的大小,而排烟热损失占到窑炉热损失的绝大部分(一般在80%以上);(2)这两个参数运行时可人为调整,并且可调整的范围较宽,即存在优化空间。

3.2 主导因素目标值的选取

制造厂一般会提供tpy和φ(O2)的设计值,但随着设备服役年限的增加,设备特性会发生变化,如果仍采用设计值作为目标值则不一定能保证设备处于最优运行状态,利用EMS已实现的性能计算功能,可以方便地实现此类参数最佳值的挖掘。

下面以中天钢铁1#锅炉为例说明目标值挖掘的方法,示意图如图3所示。

ΔP—挖掘时划分的锅炉负荷区间间隔;Pm—第m个负荷区间;c1～cm—m个类的类名;ηc1～ηcm—m个类类中心的锅炉热效率;(tpy,φ(O2))op—热效率最高的类中心对应的排烟温度与排烟氧体积分数。

目标值挖掘步骤如下:在N个典型负荷处分别划分其邻域区间ΔP,然后针对每个典型负荷邻域区间内的样本数据,利用K-means聚类算法进行聚类分析,找到热效率最高的类C1,其中心点对应的运行参数(tpy,φ(O2))op即可作为该负荷下锅炉运行参数的目标值[7,8],将每个负荷下挖掘出的数据点进行正交拟合,即得到目标值随负荷变化的回归模型,φ(O2)目标值的挖掘结果如图4所示。

3.3 运行参数的偏差分析模型

当运行参数偏离目标值时,窑炉热效率会发生变化,通过建立运行参数的偏差分析模型,可以清楚地看到不同运行参数对窑炉热效率的影响,从而准确找到窑炉的能损部位。利用泰勒公式对式(6)做一阶展开,得到主导因素tpy和φ(O2)偏离目标值引起的热效率变化如下:

undefined

其中:Δtpy=tpy1-tpy0,Δφ(O2)=φ1(O2)-φ0(O2)

式中,tpy1,φ1(O2)和ηc1分别为热负荷D下tpy和φ(O2)的运行值以及对应的热效率;tpy0,φ0(O2)和ηc0分别为热负荷D下tpy和φ(O2)的目标值及对应的热效率;k1和k2分别为tpy和φ(O2)的偏差因子。

3.4 模型验证

以中天钢铁热电厂1#锅炉为例,额定负荷下目标工况(目标工况对应运行参数按3.2节方法确定)与某运行工况的性能分析如表1所示,从表中可以看出按式(7)确定的不同因素引起的锅炉效率变化量之和(表中下半部)与按反平衡热效率模型(式(6))计算得到的效率变化量(表中上半部)基本一致,因此式(7)可以用于进行设备的在线能损分析。

通过表1可以看出,运行工况相对于目标工况锅炉热效率下降0.27%,能损产生的部位为:φ(O2)偏离目标值使热效率下降0.078 5%;tpy偏离目标值使热效率下降0.192 8%。运行人员将这两个参数调整到目标值,即可消除这两部分损失。

4 水气资源调度模型

钢铁企业公辅单元如净水站、空压站、制氧厂等一般都是多台设备并联运行,由于设备服役年限以及设备类型的区别,每台设备的能耗特性存在着差异,因此在根据生产计划和预测检修计划获得总负荷后,即可通过对每台设备负荷的优化分配,使设备群总能耗最低。

4.1 目标函数

对于此类优化问题可以统一用以下目标函数来表示:

undefined

式中,F为设备群总能耗;Fh为第h台设备能耗;n为并列运行设备台数;fh(Ph)为第h台设备的能耗特性方程;P为设备群总负荷;Ph为第h台设备负荷;Phmax和Phmin分别为第h台设备负荷上、下限;Ph,l-1为第h台设备前一时刻(l-1)的负荷;ΔT为完成一次变负荷的时间;Vh为第h台设备负荷升降速率;Vhmax为第h台设备变负荷速率的上限。

4.2 基于动态规划的优化模型求解

以中天钢铁制氧机组为例,首先对机组的小时制氧量与其对应的耗电量数据进行二次曲线拟合,得到2台机组的能耗特性方程如下:

undefined

上述式中,W1和W2分别为1#和2#机组每小时的耗电量;P1和P2分别为1#和2#机组每小时的制氧量。

则式(8)转变为

undefined

然后利用动态规划对模型式(10)求解[9],获得在满足总制氧量及其他各项安全性条件约束下,总制氧单耗最低时的两台机组各自的制氧量P1和P2。

4.3 模型验证

以前运行人员根据运行经验将总制氧量在两台机组之间平均分配,而由于两台机组特性的差异,因此平均分配不一定使机组总制氧单耗处于最低。在典型工况下利用模型(9)进行负荷优化分配与原先平均分配的节能量对比如图5所示。

从图5可以看出,在不同制氧总量下,优化后机组每小时的总耗电量和制氧单耗均有所降低,并且在低负荷时,节电效果更明显。

5 结束语

本文建立的能源数据校正模型、能源介质预测模型、设备能损分析模型和水气资源调度模型于2011年底在中天钢铁EMS现场应用,取得了积极效果,为企业实现循环经济和可持续发展做出了贡献,主要表现为:

(1)通过对煤气发生和使用量的合理预测,及时调整煤气的平衡方向,充分发挥煤气柜、电厂的缓冲作用,使煤气放散率由之前的4.16%下降至3.12%,按一年炼铁555万t估算,一年可减少煤气放散约1亿m3,折合标煤1.3万t,如果这些煤气由热电厂吸收,则可节约发电动力原煤约1.8万t。

(2)对热电厂汽轮机、锅炉等耗能设备进行性能诊断及运行参数优化,可使热电厂供电标煤耗下降约8.8 g/(kW·h),按热电厂一年发电量9亿kW·h估算,一年可节约标煤约0.792万t。

(3)对制氧机组、空压机群等并列运行设备负荷进行优化分配,制氧机组一年可节约电量约307万kW·h,折合标煤377 t,空压机群以及水泵群一年可节约电量约300万kW·h,折合标煤368 t。

随着系统应用的不断深入,EMS能源调度及优化模型将为钢铁企业节能降耗发挥更大的作用。

参考文献

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[3]顾里云.首钢京唐钢铁公司能源管控系统建设的理论和实践[J].冶金自动化,2011,35(3):24-28.

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优化企业能源管理系统论文 篇8

LNG是Liquefied Natural Gas的简称,即液化天然气。它是天然气( 甲烷CH4) 经净化及超低温状态下( - 162℃、1个大气压) 冷却液化的产物。 液化后的天然气其体积大大减少,约为0℃、1个大气压时天然气体积的1 /600。LNG可以像石油一样安全方便地储存及运输,液化天然气技术的发展,提高了天然气在全球的竞争性。

分布式能源系统( Distributed Energy System, 简称DES) 集合了分布式供电、制冷、采暖、生活热水以及其他形式的热能于一体,是将发电系统以小规模、分散式布置在用户附近,可独立地输出电、热和冷能的系统。

1LNG用于区域能源系统的可行性

近年来,为了提高天然气在我国一次能源消费中的比重,政府对LNG产业的发 展日益重视, LNG接收站和天然气液化工厂项目迅速铺开。

我国沿海各地已投产LNG接收站项目共10个,在建和扩建项目10余个,另有多个项目正处于前期规划中。预计2020年前我国LNG进口量将达到6000万t /a。我国高度重视长江“黄金水道”的建设,陆续出台了“深下游、畅中游”的长江航道建设发展规划,为长江黄金水道开发以及由海入江、江海直达LNG运输的可行性提供了必要的交通条件[1]。

随着国内中小型天然气液化技术迅速发展,建设项目数量快速增加,总液化产能大幅提高,液化工厂的生产能力呈逐渐扩大趋势。

沿海和内陆的LNG需求可由沿 海进口的LNG接收站和内陆的液化天然气工厂满足,沿海接收的LNG可通过长江黄金水道由中小型LNG运输车输往内陆沿江城市,而其他内陆城市的LNG也可由内陆液化工厂或沿江LNG接收站通过火车或公路运输等方式获得。区域能源系统的LNG可以经济方便地获得。

2LNG的冷能利用

LNG使用时,需重新转化为常温气体,温度由低温复温至常温,在这一过程中大量的可用冷能释放出来,据测算,1kg LNG约释放出870k J的冷能。 根据现在比较流行的LNG冷能阶梯利用理论[2], 从 - 162℃到常温,可根据不同工艺对温度的需求, 将冷能逐级利用到空气分离、冷能发电、干冰制取、 冷冻冷藏库、空调系统等领域。但由于设备、工厂选址、物流等多种因素的限制,目前还没有完全实现这样的冷能阶梯利用。

作为区域能源需求来看,供电、制冷、采暖、生活热水是区域能源需求的主要形式。为此考虑将LNG的冷能主要用于区域能源的冷冻冷藏库和空调系统。

2.1冷冻冷藏库

利用LNG冷能作为冷源的冷库,将载冷剂冷却到一定温度后经管道进入冷冻、冷藏库,通过冷却盘管释放冷能,实现对物品的冷冻、冷藏。为有效利用天然气冷能,可将低温冻结库或低温冻结装置、冷冻库、冷藏库等按不同的温度带串联。这种方式按LNG的不同温度带,采用不同的载冷剂进行换冷后依次送入低温冻结库或低温冻结装置 ( - 60℃) 、冷冻库( - 35℃) 、冷藏库( 0℃以下) ,这样LNG冷能的利用率将大幅提高,运行成本较机械制冷下降37. 5%[2]。

2.2LNG蓄冷空调

LNG主要用于发电和城市燃气,LNG的气化负荷随时间和季节发生波动。对天然气的需求是白天和冬季多,所以LNG气化所提供的冷能也多。 反之,在夜晚和夏季,可以利用的LNG冷能也随之减少。LNG冷能的波动,将会对冷能利用设备的运行产生不良影响,必须予以重视。蓄冷装置是利用相变物质的潜热存储LNG冷能的。其原理如下: 白天LNG冷能充裕时,相变物质吸收冷量而凝固; 夜间LNG冷能供应不足时,相变物质溶解,释放出冷量供给冷能利用设备。

3燃气的热电联产

燃气的热电联产是以天然气为主要燃料,带动燃气发电机组运行,产生的电力满足用户的电负荷,系统排出的废热通过余热利用设备向用户供热。热电联产系统的工艺流程可见图1[3]。

经过能源的梯级利用,热电联产能使能源利用效率从常规发电系统的40% 左右提高到80% 左右[3],大量节省了一次能源。

自从2008年我国具有完全自主知识产权的110MW级R0110燃气轮机成功进行点火实验以来,我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正不断缩小,我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展。我国大力发展天然气热电联产的技术条件已经成熟[4]。

4LNG区域能源系统方案设计

LNG区域能源系统工艺流程图如图2所示。 以大型居住社区或小型乡、镇作为LNG区域供能单元,通过中小型LNG船将LNG从沿海LNG接收站运输到沿江LNG接收站,再通过LNG槽车或火车运输到各LNG用能区域。或者通过槽车或火车从液化工厂运输LNG到各LNG用能区域。在区域内设置能源中心,LNG先通过冷却盘管释放冷量,实现对区域内物品的冷冻和冷藏。LNG的第二站是蓄冷空调系统,LNG流过换热盘管,将冷量转移给蓄冷材料,等有空调需求时再把蓄冷材料内的冷量释放出来。LNG气化后分为2部分,一部分用于满足区域天然气燃烧器的用气需求,通过天然气管网输送给居民、工商业用户。另一部分输送给热电联产工厂,天然气通过燃气轮机发电供给整个区域,而产生的烟气则通过余热锅炉生产热水, 供给区域内用户生活热水或供暖用热水。

5LNG区域能源系统技术经济分析

通过整合,该方案可将LNG的冷能和蕴含的热能充分利用,极大提高能源利用效率。而且可以将目前的能源利用格局化整为零,节约电能、燃气等能源的长输费用。作为“对环境友好”的能源, 天然气的地位日益上升,市场前景十分广阔。

5.1能源综合利用率高

大型天然气发电厂的发电效率一般为35% ~ 55% ,如果扣除厂用电和线损率,终端的发电效率只能达到30% ~ 47% ,而区域系统充分利用了冷能和热电联供,能源利用效率提高到超过80% 。

按照LNG冷能870k J/kg,1kg LNG气化为1. 495m3,天然气的低热值按照36000k J/m3,热电联供的能源利用率80% 计算,区域系统冷能和热电联供的综合利用效率为:

5.2设备调节灵活

燃气轮机的设备调节灵活性大大优于煤电和核电设施,燃气轮机起停迅速,并可以实现所谓的 “黑起动”。以PG6561B燃气轮机为例,其正常起动( 从零负荷到满负荷) 的时间是16min,紧急起动只需10min[3]。

5.3有良好的经济性

随着2015年4月天然气价格并轨,借政策东风,LNG市场将会激发新的活力,国内市场供需格局或将被改写。利用LNG冷能供冷,利用天然气发电后余热来供热,整个系统能源效率提高,能源供应成本下降,在能源价格不断增长的形势下更具有良好的经济效益。另外因为免除了电力长输损失及燃气长输运营成本,该方案为能源利用格局提供了一个化整为零的思路。

5.4有良好的环保效益

天然气是清洁能源,在其完全燃烧及采取一定的治理措施后,烟气中NOx等有害成分远低于相关环保指标要求,具有较好的环保效益。

6结语

随着天然气液化技术的发展与成熟,以及国家对环境保护的日益重视,天然气的合理高效利用日益受到关注。通过将LNG直接用于区域,作为区域供能的一次能源,可极大缓解国家电网和燃气长输管网的建设压力,将区域供能作为独立的能源系统,可大大提高能源利用的独立性和安全性,并有效利用了冷能和热能,提高LNG的综合利用效率。 可以看到,基于LNG能源优化利用的区域分布式供能系统有很大的经济和环保价值,必将在将来的能源结构中发挥巨大的潜力。

参考文献

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优化企业能源管理系统论文 篇9

发展节能与新能源汽车是全球汽车工业应对能源和环境问题的共同选择[1]。根据去年底颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划》,我国新能源汽车发展的总体目标是,到2015年,新能源汽车初步实现产业化,纯电动汽车和插电式混合动力汽车市场保有量达到50万辆以上[2]。与普通燃油汽车相比, 电动汽车(electric vehicle,EV)可以有效减少CO2 气体的排放及尾气污染,另一方面,提高电动汽车电能利用率已成为当今世界科技发展的重要课题之一。

V2H意为vehicle to home,即车辆入宅。它以电动汽车电池作为分布式储存电能的载体,在用电低谷时对电动汽车进行充电,在用电高峰或特殊情况时为家庭供电。因此,它在一定程度上有效解决了电网几乎不能储存能量的缺陷,为电能的有效利用提供了一个新的途径。本文从V2H系统的5个主要组成部分,工作进程,影响电能使用效率的几个因素,使用用途等方面分析了当前国际上有关V2H系统的研究及应用现状,在此基础上对V2H系统的未来发展提出了建议。

1 V2H系统中几个主要部分的作用

1.1 电池管理系统(BMS)

在后台管理系统(EMS)和双向智能充放电系统(EV-PCS)之间建立联系。实时监控车辆电池运行信息,准确估测动力电池组的荷电状态(SOC),改变执行策略及电流传输。从而实现电池的状态控制,故障诊断及安全保护等作用,并可以有效防止电动汽车电池过充电或过放电造成的损伤[3]。

1.2 双向智能充放电系统(EV-PCS)

实现电动汽车能量的双向流动,通过外部控制器选择工作模式。将装置与家庭电网相连。当选择充电(charge)模式时,充电装置向电动车进行充电,并由后台管理系统控制其开始与结束;当选择V2H(discharge)模式时,车辆根据已设置的SOC上下限阈值及后台管理系统的整合数据判断是否可以进入V2H的工作状态,并通过人机交互终端进行工作进程的显示[4]。现阶段可采用三相全桥双向PMW变换对电池进行充放电;并在电网交流侧与电动汽车侧采用隔离变压器进行电气隔离[5]。

1.3 后台管理系统(EMS)

后台管理系统包括充放电策略控制子系统和能量管理子系统。它用来采集,统计,计算车辆可充放电的实时容量,受控时间等信息,并将其反馈给安全监控和数据采集系统(SCADA)。并根据SCADA系统的调度指示,对双向智能充放电装置进行充电或放电容量的二次分配指令。

1.4 人机交互终端 (UT)

主要由嵌入式控制器,触摸屏,射频卡读卡器,CAN通信卡等组成。可以进行的功能主要有:界面显示,数据信息管理查询,参数设置,用户操作提示,异常信息提示等功能。

1.5 智能电表

用于双向计量,双向通信,事件记录(记录电表断相,失压,过压,失流,电流不平衡,超功率,超需量,逆相序等)等。

2 V2H系统的信息传输方式

图1为V2H系统的简略信息流程图,其中,车辆的充放电由双向智能充放电系统(EV-PCS)实现,并通过BMS系统、后台管理系统、人机交互终端进行监测和操控;家庭用电设备通过人机交互终端和智能电表进行控制和显示。从而实现电动汽车与家庭之间双向可控的能量传递。

V2H系统充电流程如图2所示(以充电为例,放电流程与充电相同),当系统开启后,通过人机交互终端设定充放电参数,通过BMS系统和后台管理系统收集SOC数据并进行整合,判断充放电是否可行。在充放电的过程中,保持BMS系统的实时监控,从而判断充放电是否完成,确定完成后系统进入待机状态,等待下一次命令。

3V2H系统效率的影响因素

3.1电动汽车SOC(state of charge)上下限阈值及家庭用电负载参数

过度充电与过度放电都会引起电池的故障。SOC阈值决定了电动汽车可以充电及放电的容量,其范围越大,可利用的电池能量就越大。而在V2H系统的应用中,电动车电池的放电功率等参数有一定限制,并不是所有的家用电器都可以应用这类电池进行供电。对于普通中等功率电器,如电视机,电脑,大部分低于200～300 W,通常可以直接作为V2H的供电负载。但对于较大功率的用电负载,在现阶段V2H系统的应用中还并不完善[6]。

3.2电动汽车电能转换效率

从V2H系统构成来看,影响电能转换效率的部分主要在于电池本身的性质及双向智能充放电装置效率。因此,应尽量选用适合电能转化传递的电池种类,并在电池电能的DC-AC整流过程中尽量选取损耗较小的转化装置。同时,由于V2H系统在多数情况下并不是由多辆电动汽车共同供电,而是由单独的电动汽车供电,因此整个系统不宜过于繁琐且传输距离较长。

3.3家用电动车通勤使用时间及距离。

电动车的供电通常是在汽车闲置并保存有一定电量的情况下进行的。考虑到V2H过程本身的消耗,如果在电网正常无负担供电时大量使用电池供电,会降低电能的利用效率。以上海为例,2009年最大的用电峰谷值为967×104kW,其中98%的高峰负荷不超过1 d,95%的高峰负荷不超过100 h,V2H系统的在减缓用电高峰效用是受到时间因素的限制的[7]。

根据英国华威大学对于每天通勤距离不同的电动汽车对减缓家庭用电高峰压力效果的研究发现,对于普通电动车,当通勤距离为2～30 km/d时,V2H系统都可以有效的缓解家庭用电峰值;当通勤距离达到80 km/d时,则不能达到此效果[8]。因此,平衡V2H系统本身的效用与客户使用电动车的需求是V2H系统在正式应用中亟待解决的问题。

4V2H系统的用途及前景分析

V2H系统可用于调节峰谷用电,减少用电高峰的电网压力及家庭用电花费。由于电动汽车电池通常由电网供电,因此多在用电低峰时进行充电,仅在中国,谷电就可以供给1 000万辆轿车和100万辆公家车充电,每天总共消耗电能3.4亿kW·h,可替代20×104t石油[9]。据国家电网统计,90%以上的车辆有95%的时间处于停驶状态,在用电高峰时,以每辆电动汽车快速放电100 kW计,如果1个居民区内有100辆电动车同时放电,则可以解决1×104kW的电网负荷。而从花费角度来看,假设用电高峰时电价约为峰谷时电价的2.2倍,那么考虑到电池的损耗(锂电池可重复充放电1 000次左右),V2H转化的损耗,那么通常只要V2H系统本身的效率高于大约50%,就可以达到节约电能花费的效果。

V2H系统可以用作应急的备用电源。据调查,i-MiEV型号的电动汽车已实现1 500 W的放电功率,其功用可为家庭电饭煲或微波炉充电。法国雷诺公司则表示,可行驶200 km的电动汽车所使用的锂电池所存储的电能,可以供给普通家庭两天的用电。从中可以发现V2H系统用于紧急供电的可行性。今年日本发生大地震后,核反应堆发电的停用造成了日本严重的电力短缺,而根据两大电动汽车制造商尼桑和三菱的调查报告显示,灾难的发生不仅促进了电动汽车的销售,也凸显了电动汽车电池作为备用电力能源的地位[10]。同时,电动汽车本身的可移动性也使V2H系统具有了较强的灵活性。当地震,水灾等造成电网大面积瘫痪时,将电动汽车驶入灾区,或者利用灾区本身具有的V2H系统,可以为具有相应V2H接口的民用、公用设施提供紧急供电,同时,也为紧急医疗服务提供了便利。

在V2H系统的未来建设中,可以在车库等场所引入V2H系统的接口,可以更方便地进行电动汽车的充电放电;对于家庭用电设施的插座进行IP编址,形成智能家庭电网,可以根据电动汽车自身的放电容量,人为或智能地选择单独对某一设备进行供电;而当家庭无需用电而车辆又方便放电时,可以选择将多余的电能回馈电网。另一方面,可以将多辆电动汽车共同接入V2H系统,实现电能的积少成多,共同为家庭或公共设施用电设备进行供电。

5结语

通过上述分析,V2H系统可将节能减排的目标落实到每辆汽车,将智能电网的规划应用到每个家庭,从近的效果来看有利于人民,从远的影响来看有利于国家。建议国家建立接口标准可调的家庭V2H系统,以便为其未来的广泛应用提供标准及便利,并将V2H系统的研究及推广正式纳入国家科技发展规划的战略目标和技术体系中,建立电动汽车从智能快速充电,到节能环保使用,再到电能高效利用的有机整体。

摘要：随着智能电网的发展,有效电能的充分利用,电动汽车应运而生,现今又衍生了一种配有V2H系统电动汽车,该车可以储存电能和提供电能,对此,笔者从V2H系统的5个主要组成部分,充放电进程,实用效率,现实用途等几个方面,分析了当前国际上有关V2H系统的研究及应用现状,并在此基础上对V2H系统的未来发展提出了建议。

关键词：V2H系统,信息流程,充放电流程,电能传递效率,应用范围

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优化企业能源管理系统论文 篇10

面对日益壮大的电梯市场,其逐年增加的巨大能耗已引起社会各界的普遍关注[1]。为了节能减排,减少电梯对电网依赖,国内外的主要电梯制造企业和一些节能技术研究机构已陆续开展混合能源电梯的相关研究工作。在满足电梯运行的基本需求下,对超级电容、蓄电池、太阳能等多种不同的供能设备进行系统优化控制,减少电梯对电网的耗电量,已成为越来越多专家研究的目标。Teleke[2]针对光伏发电能量输出间歇性问题,通过优化控制电池能量存储系统进行弥补。Baumann[3]对安装了储能设备的可再生能源系统能量管理问题进行了研究,提出基于规则对储能设备充放电以及系统与电网电力的混合能源进行控制管理。针对由超级电容器存储的电能、太阳能光伏发电存储在蓄电池的电能以及电网电能等混合能源组成的基于混合能源的电梯集成控制节能装置进行能量优化管理。

在电梯的混合能源模型中,其变量有离散的变量如电梯的运行时间和类似0-1的变量如超级电容与变频器的DC/DC控制变量开关α以及超级电容与蓄电池的DC/DC控制变量开关β等非连续的变量,其混合能源管理优化过程是非线性变参数优化问题,难以用普通的解析方法进行计算。非线性变参数优化问题,混沌粒子群算法保持了群体多样性,增强了PSO算法(粒子群算法)的全局寻优能力,提高了算法的计算精度,改善了收敛性和鲁棒性,很大程度上避免了算法停滞现象的发生。针对电梯混合能源管理的优化是非线性变参数优化问题的特点[4],本文采用基于混沌粒子群算法对电梯混合能源管理进行了优化,并通过对某电梯的测试,验证了模型和算法的有效性。

1 目标优化函数

根据电梯的运行特点,在满足电梯所需能量的前提下,使得电网所需的耗电量最小:

式中:EW(t)为电网消耗的各个时间段内消耗的能量;EL(t)为各时间段内大楼内的势能;EG(t)为各时间段内收集的太阳能;EX(t)为蓄电池的各时间段内提供的能量;EC(t)为超级电容的各时间段内的能量。ED(t)为电梯在各时间段内所需消耗的能量。

α表示蓄电池和超级电容间的DC/DC开关变量,其值如下:

β表示超级电容和电梯变频器的DC/DC开关变量,其值如下:

2 粒子编码与解码

在优化过程中,种群的一个粒子对应工程问题的一个解。具体到所要解决的混合能源的管理优化,一个粒子对应的是选择一种蓄电池和超级电容的变量开关的选择。采用一个n维的向量表示一个粒子。即:

其中,xi(i=1,2...,n)只能够取-1,0,1三个整数。此时x可解码为:p1x1=1,p1x2=-1,........,pixi=0,pixn=1,表示第i个时刻,蓄电池和超级的电容的开关选择,即一个粒子表示了混合能源一个时刻内的能源管理策略。例如,在第1个时刻,蓄电池的开关选择为1,表明由蓄电池的能量提供给电梯所需,而超级电容此时的开关变量选择为-1,表明此时需要给超级电容充电。在文中由于只有2个变量,n取2。因此x=[αβ]。

3 约束处理

在粒子群中的混合能源优化算法中,其根据速度更新位置的粒子出现不满足约束条件的分量,需进行调整。

a)电池充放电功率即蓄电池的开关变量α的调整

由于蓄电池的充放电过程中会损耗电池的寿命,为了延长电池的使用寿命,电池需要进行连续充放电,即电池需充电到θCxQB,U上后才能够进行放电,放电到θDxQB,U后再进行充电。同时,电池充放电功率以及储能容量也存在上限。粒子中α的编码部分,对不满足连续充放电,最大充放电功率以及电池储能上下界约束的位置αPB(T),可按照充电和放电2种情况进行调整,其调整策略如下:

1)在蓄电池的提供功率的前一段时间电池处于充电状态且储能未达到能够进行放电阈值,即:

此时,αPB(T)的调整策略为:

2)如果前一时刻电池处于放电状态且储能未达到能够进行充电阈值,即:

此时αPB(k)的调整策略为:

b)超级电容的开关变量β的调整

考虑到超级电容的容量限制,当超级电容中的存储电量大于其所允许的最大充电量时,即其电量超过其上限值EC(T)>Q时,采用下列调整方法,将k时段前超级电容的开关变量β调整为0,即停止向超级电容充电直到EC(k)≤Q。

4 优化迭代过程

由于在PSO中,存在求解质量不稳定、算法收敛速度受粒子初始化的影响,容易陷入局部最优等缺点[5,6],在对PSO算法的不足之处进行分析的基础上,需要对PSO算法做了进一步改进,本文采用一种混沌粒子群算法[7,8]。

a)PSO算法的改进思路

本文的改进思路主要是在PSO算法的基础上加入了表征PSO算法是否陷入局部最优的测量变量PJ以及优秀粒子保留策略和混沌思想。

1)测量变量PJ

设目标搜索空间为D维空间,首先随机初始化N个粒子的位置和速度,记第i(i=1,2,…,n)个粒子的位置表示为xi=(xi1,xi2,…,xi D),相应的飞行速度表示为vi=(vi1,vi2,…,vi D)。然后通过求得待优化问题的目标函数适应值寻找最优位置,最优位置有2个,一个是个体极值最优位置pi,另一个是全局最优位置pg。最后,种群中每个粒子第t(t≥2)次位置更新都按照下述公式进行:

式中:i=1,2,…,N;

w—惯性权重系数,随着迭代次数线性减小;

c1,c2—学习因子,一般c1=c2=2;

wmax—最大惯性权重系数;

wmax—最小惯性权重系数;

t—实际循环次数;

M—最大迭代次数;

r1,r2—取值在c(7183)=[0.8,0.9]之间的随机数。

测量变量,表示种群中全部粒子的平均适应度和目前搜寻到的全局最优值之差的绝对值。因为当标准PSO算法陷入局部最优时,种群中的粒子会趋向于目前搜索到的全局最优位置pg,粒子群位置的更新也局限于pg附近。那么此时粒子xi的适应度值与全局最优位置pg的适应度值相差也很小,当PJ小于一个足够小的正实数δ时,可以认为这一代种群进化过程已经进入了停滞阶段,此时的种群便失去了多样性。因此,算法中引入PJ就相当于算法具有了自我监控能力,当标准PSO算法陷入局部最优时,可以及时采取相应措施增加种群粒子的多样性,进而增强粒子在解空间中的全局搜索能力。

2)优秀粒子保留策略

所谓优秀粒子保留策略就是在确定算法找到的局部最优值和全局最优值之前,首先计算该代种群中全部粒子适应度值的平均值favg,保留适应度值优于favg的粒子,非优秀粒子用随机生成的新粒子替换。其优点是能够保留每一代种群中的精英粒子,有利于群体向更优位置方向靠近。

3)混沌思想

混沌是一种无规则的运动形式,它是由确定性非线性系统产生的并且对初始条件有敏感依赖性的往复稳态非周期运动。确定性系统中呈现混沌状态的变量称为混沌变量。Logistic方程是一种典型的可产生混沌变量的发生器,在优化算法中普遍被采用。其迭代方程为:

其中,μ为控制参数,一般取μ=4,xk为变量。则上述混沌序列发生器可表示成:

其中,cxj为第j个混沌变量,k为迭代步数。

4)PSO具体操作步骤

在工程实践中,人们往往利用混沌现象的遍历性增强粒子在解空间的全局搜寻能力,从而获得最优解或符合误差要求的解。因此,本文把这种混沌思想引入到标准PSO算法。在标准PSO算法中嵌入混沌局部搜索策略的具体操作步骤如下:

首先,在利用式(2)-式(4)对粒子进行位置更新之前,首先计算PJ,检查种群进化是否进入停滞阶段。如果种群已经进入停滞阶段,则对于满足f(xi)-f(pg)<δ(i=1,2,…,N)的粒子,首先令x=xjk,然后用式(7)决策变量映射成混沌变量。

其次,设置混沌局部搜索迭代次数k,利用式(6)对混沌变量cxjk(j=1,2,…,n)进行混沌迭代,得到k个迭代序列。若优化问题每一维变量的取值范围是[xmin,jxmax,j],把上述k个迭代序列的混沌变量按式(8)转化为决策变量。

最后计算搜索到的所有新粒子的适应度,找出最优秀的粒子,并用该粒子代替当前粒子,实现粒子更新。

b)实现混沌粒子群算法的步骤(图1)

在电梯运行过程中的T0决策时刻,对未来T∈[T0,T0+t]的时域中采用混沌粒子群算法进行能量管理决策优化。设计的混沌粒子群算法的步骤如下:

1)初始化:设定粒子种群规模为N,在本优化过程中取10,每个粒子中包含超级电容和蓄电池中2个重要开关变量,所以其维数D=2,并在2个开关变量所能取得的范围内随机选取一组粒子,并将每个粒子的初始位置作为当前个体最优位置pi,计算全部粒子的适应度值,把所有粒子中具有最优适应度值的粒子位置标为全局最优位置pg。

2)令t=1,考虑到超级电容的容量及蓄电池因使用寿命对充放电的特殊需求,可确定约束位置向量和速度向量中各个决策变量的取值范围。并计算各个粒子适应度值f(xi)和这一代种群的平均适应度值favg。

3)以favg为阈值,将种群中每个粒子的适应度值与favg进行比较,如果f(xi)<favg,剔除该不良粒子并且及时补充一颗新的随机粒子,然后再计算新粒子的适应度值。

4)将每个粒子xi的适应度值f(xi)与pi的适应度值f(pi)进行比较,如果f(xi)>f(pi),则令pi=xi,然后再把xi的适应度值f(xi)与pg的适应度值f(pg)进行比较,如果当前xi的适应度值较优,则令pg=xi。

5)计算PJ。若PJ≤δ(δ为一足够小正数),则说明该粒子的进化过程进入了停滞阶段。此时,设置混沌迭代次数k的取值,然后按照混沌局部搜索策略的具体操作步骤执行。否则,仍然按照式(2)-式(4)更新该粒子位置。

6)令t←t+1,如果t达到最大迭代次数,则停止计算,输出最优解pg。否则,转向执行Step 2继续进行计算。这里的最优解表示在时刻下,经优化后的蓄电池与超级电容间的DC/DC开关变量α和最优解和超级电容和电梯变频器的DC/DC开关变量β能够使得T∈[T0,T0+t],电梯运行对电网的耗电量最小。

各个T0的决策时刻,混合能源的管理模型以消耗最少电网的电量为目标,采用混沌粒子群算法求解出在各个时域中蓄电池与超级电容间的DC/DC开关变量α和最优解和超级电容和电梯变频器的DC/DC开关变量β的值,通过这种控制策略,在满足电梯运行能量需求的同时,能够减少电梯对电网能量的需求。

5 优化结果

采用Matlab优化工具箱编写程序,对在电梯运行的各个时域中分别采用混沌粒子群算法进行能量管理决策进行优化。图2为经优化后蓄电池与超级电容间的DC/DC开关变量α的最优解,图3为超级电容和电梯变频器的DC/DC开关变量β的优化结果。图中表示各个时刻,蓄电池、超级电容、电网以及电梯之间的能量交互过程。从图2和图3中可知,在当电梯处于充电状态时如空载上行,图2和图3的纵坐标此时α和β开关状态变值为-1时,蓄电池和超级电容把多余的能量存储起来,为储能状态,等到电梯处于放电状态时如满载下行时,图2和图3的纵坐标α和β开关状态值为1时,电梯优先使用超级电容的能量,再使用蓄电池的能量,为释放能量,此时超级电容与蓄电池的电量就提供给电梯使用,达到节能的目的。

为了验证基于混沌粒子群优化算法的混合能源优化策略的节能效果,分2种情况进行对比:直接采用蓄电池和超级电容直接对电梯进行供电;采用本优化算法的控制策略对蓄电池和超级电容的变量开关进行优化后电网的耗电量进行对比,其图如4和图5所示,其横坐标表示时刻,纵坐标表示该时刻下的电网耗电量。

通过图4和图5很明显可以看出,经优化后不同时刻下所需电网的耗电量得到了明显减少,纵坐标的数量级少了一级,通过计算可知使用该优化结果可节约80%的电能。

6 结语

提出了基于混沌粒子群算法求解电梯混合能源管理模型,将电梯混合能源管理中的非线性变量进行粒子编码,对超级电容及蓄电池的约束处理问题进行了处理。通过验证分析可知,采用了混沌粒子群算法对蓄电池与超级电容间的DC/DC开关变量α和最优解和超级电容和电梯变频器的DC/DC开关变量β的能量管理决策进行优化,在满足电梯运行的能量的前提下,能够较大程度的较少电网的能量,节约了电能,也验证了粒子群算法求解电梯混合能源管理模型的有效性。

摘要：电梯混合能源控制优化是对电梯、太阳能、蓄电池、超级电容等设备间的能量交换进行控制优化。根据电梯系统的特点,在满足电梯所需能量的前提下,以电网所需的耗电量最小为优化指标,建立电梯的混合能源优化目标函数。其中目标优化函数中的变量如0-1等非连续的开关变量,其混合能源管理优化过程是非线性变参数优化问题,难以用普通的解析方法进行计算。采用混沌粒子群算法的智能求解策略,通过对某电梯的仿真,验证了模型和算法的有效性。

关键词：电梯,优化函数,能源管理,混沌粒子群算法

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优化企业能源管理系统论文 篇11

[关键词]能源管理；数据采集；能源调度；节能降耗

[中图分类号]P413 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0418-02

1、引言

能源管理涉及的范围很广，它包含了从能源生产到消耗各个环节的管理技术，冶金企业能源管理主要涉及对企业二次能源的平衡管理和能源消耗的分析。

河北钢铁集团宣钢公司在2011年开始建设能源管理系统，其针对现场的水、电、气体等能源仪表，通过组网对其进行远端的数据采集与控制，集有线和无线测控与计算机局域网于一体，形成一个网络系统，实时监测现场能源介质的运行状态。

能源管理系统（简称EMS系统），通过能源计划，能源实绩，计量认证，能耗计算，设备管理，报表管理等多种手段，使企业管理者对企业的能源成本比重，发展趋势有准确的掌握。其基本管理职能包括：

●能源系统主设备运行状态的监视

●能源系统主设备的集中控制、操作、调整和参数的设定

●实现能源系统的综合平衡、合理分配、优化调度。

●异常、故障和事故处理。

●基础能源管理。

●能源运行潮流数据的实时短时归档、数据库归档和即时查询。

2、EMS系统的特点

实时性：为了及时获取各种能源介质的能耗信息，该系统充分考虑了宣钢当前设备通信协议的状况，采用了丰富多样的接口技术，使所有的数据采集时间控制在1s-5s之间，并与产销系统和ERP系统进行数据传输；

先进性：先进的网络管理方式、网络设备以及一致的开放式数据库接口，无论从系统性能、可靠性及网络的拓扑结构等方面都为企业提供了高技术的管理模式；

可靠性：可靠性是能源数据采集的先决条件。简单的网络拓扑结构及各个功能模块冗余的设计使得系统运行更加安全可靠；

安全性：系统对于不同的管理职能提供了不同的管理权限；还包括网络的安全性，整个网络安装了防火墙，还使用了网络隔离技术，有效阻止了外界非法病毒的入侵，从而保证了网络的安全；

可操作性：硬件设备设置简单、直观；系统软件提供人机界面便于操作。

3、网络结构

EMS网络拓扑结构分为三层：

一层为仪表到数据采集分站的通讯，采用RS-485通讯和模拟信号两种方式；二层为数采分站到总站的通讯，采用无线方式和有线方式；三层为管理网，由服务器到管理分站，组成局域网，连接方式根据现场的实际『青况布置：对于楼内或距离小于100m的计算机，使用超五类双绞线组成百兆局域网；距离较远但布线方便可以使用光纤；距离较远、布线不方便采用无线网桥的方式。

服务器（采集器）的作用：一方面收集分站送来的数据进行汇总处理，同时也能对远程仪表进行参数设置；另一方面服务器可对工作站（客户机）进行数据共享。客户机可以预览或打印统计报表、实时监控和供维修人员监视系统运行状态。

4、EMS系统的主要功能

4.1 监视和远程控制

（1）能源介质数据监视。通过I/O服务器的接口功能，接收来自厂区PLC、DCS和采集站网关的各类信息，完成数据采集合并归档到实时数据库中。系统采集各种介质的发生量，各存储柜的柜位、柜容，以及各能源计量仪表流量、压力、温度和表底数据等。

（2）能源设备及主要工序运转状态监视。通过I/O服务器的接口功能，实时采集能源设备的重要参数，判断设备运行状态及工序生产状况，故障及时报警。

（3）能源设备的远程控制。能源中心调度人员通过专用操作站向厂区能源PLC系统下达控制指令，控制能源设备的运行。

4.2 基础能源管理

（1）能源设备管理。能源设备管理主要用于能源计划的编辑和设备维护。能源设备管理主要对关键的大型能源设备实行集中管理，包括建立检修和使用档案，辅助制定设备检修计划；对设备检修记录进行跟踪、查询和统计。

（2）能源计划管理。能源计划管理根据能源设备管理模块提供的接口，可以查阅与能源计划有关的能源设备的检修计划，同时在制定能源计划是，根据生产与消耗平衡的特点，在制定能源计划的过程中动态显示全局能源平衡情况，方便业务人员微调。

（3）能源报表管理。对于能源系统的计量与管理统计数据，EMS对原始采集数据经必要的计算处理后，按指定格式、时间自动进行系统报表输出。能源报表管理提供对整个能源管理系统中所以模块报表需求的支持，提供各种自动报表、手动报表及能耗报表。报表包括小时报表、日报、月报和年报等。

5、关键技术

5.1 能源预测模型

本系统中综合考虑了生产信息、设备检修计划信息、非计划停工信息、工艺变更信息以及能源实际采集数据，对某一能源介质未来几个小时或几天内的生产状况及各用户单元消耗状况进行追踪预测，并根据相应时段内的预测结果进行预测平衡展示，涉及的能源介质包括高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、电、水等。预测结果以趋势图等形式输出，为能源平衡调度提供指导。其中包括的曲线有：

实时曲线：用曲线的方式显示测点的瞬时量；用来直观显示实时的数据变化和累积计量的阶段性变化。

历史曲线：画出测点的某时间段的曲线；

钢铁企业能源介质的波动在自身波动规律的基础上受静态因素、动态因素的影响。静态因素指物料、产品、工艺条件等，通过静态因素推算出能源理论发生量的过程称为静态模型。动态因素指工况条件发生变化，如高炉修风、换炉、计划检修及非计划停机等。

5.2 跨平台、异构应用数据交换技术

能源管理系统、产销系统和ERP系统是同时实施的。ERP负责四级财务核算，能源生产和能源消耗的数据需要上传ERP；同理ERP对电的采购计划，需要下传至能源管理系统中完成电的平衡计划。产销系统负责管理生产，而能源管理系统需要来自产销系统的生产计划和实绩，来完成能源计划和能耗计算。因此三个系统是相互集成，才能完成各自的管理业务。

5.3 无人值守技术

能源管控系统对动力设施进行远程控制，主要包括煤气柜，放散塔等。设置远程控制专用操作站，操作站配有专用监控软件。

5.4 网络隔离技术

在能源网络实施过程中，为了不影响生产，在一些关键网接入能源环网技术中选择了最新的网络隔离技术——隔离网关。隔离网关通过内部的双独立主机系统，一端接人站控系统网络，通过采集接口完成各子系统数据的采集；另一端接入能源环网，完成数据到能源管理系统的传输。

6、结论

EMS投入运行后，系统运行稳定可靠，能源的分配情况、消耗情况可以及时反馈给有关部门，为生产决策提供了数据，使能源调度更加及时，合理，减少了煤气的放散，又有原来的事后统计，变为现在的计划管理与动态调控，减少了能源消耗，降低了能源成本，经济效益极为可观。

参考文献

[1]李向军，孙彦广，冶金能源管理系统EMS[J]科技资讯，2008（3）：95

[2]李桂红，能源管理系统（EMs）的生命力[J]，上海节能，2004（5）：38-40

[3]冯晶，田小果，EMS系统在钢铁厂能源中心的应用，自动化与仪器仪表2005（3）

优化企业能源管理系统论文 篇12

随着城市轨道交通发展, 内燃机车对空气污染、环境有害、噪声高、振动大, 随着绿色环保意识不断提升, 研究新能源机车有着重要的现实意义。

2 双能源机车电气系统构成

双能源机车以车载蓄电池和接触网供电;在接触网有电时, 机车依靠外部电能驱动, 同时给车载蓄电池充电;在接触网无电或运行在非电化区段时, 依靠车载蓄电池电能驱动机车。

特别是双能源机车应用在救援、维护作为调度车, 其可靠性设计必须予以特别重视。

双能源机车电气系统主要由牵引系统、辅助系统、主控制器系统、网络系统及牵引蓄电池管理系统部分组成。

该系统可获取电网或蓄电池两种电源, 经变换后给牵引电机及车上辅助设备供电。

主控制系统是整个电气控制系统的大脑和中心, 在接收来自司控台的命令后, 主控制器通过MVB通讯及I/O等方式对主变流柜、辅助变流柜、蓄电池及高速断路器等进行控制, 实现对整车智能控制, 并将各设备实时状态反馈到司控台的显示屏上。因此, 保证主控制器的可靠工作就是提高双能源机车可靠性的关键, 具体就是保证主控制器的电源供应稳定性。下面, 我们详细分析机车控制电源系统。

目前轨道交通线上机车、车辆采用控制电压都是110VDC, 包括绿色环保的电力- 蓄电池双能源机车, 并配置相应电压, 容量至少为100 AH以上, 庞大、昂贵的Ni-Cd蓄电池组, 价格超过10 万 (RMB) , 而且还有相对应功率的110V充电机 (由高压主电源变换、隔离成充电电源对110V蓄电池充电, 组件12) , 110V通过DC/DC变换成24V (组件13) , 供应给机车控制系统。但是, 如果110V控制蓄电池故障或者组件13 故障, 24V电压就无法产生, 也就没有24V的MCU (Micro-Computer Unit) 控制电压, 就算电网此时有电, 因为系统死机, 机车也无法充电或者由架线网供电行走, 产生机破故障, 只能等待救援。

如图1。

故障分析:

(1) 组件13 故障, 没有24V电压, MCU不工作, 机车不能行走。

(2) 组件12 故障, 没有110V充电电压, 但是110V蓄电池有电, 24V有电, 系统工作, 机车正常工作。

为了克服现有车辆控制系统不足, 我们提出了一种不用110V而采用24V蓄电池机车车辆电气系统。

如图2。

组件12改成DC/DC, 取消110V蓄电池, 组件13为双向DC/DC, 增加24V蓄电池。

故障分析:

(1) 同样发生组件13 故障, 没有24V充电电压, 但是蓄电池24V有电并供给MCU, 系统正常工作, 机车正常行走。

(2) 同样发生组件12 故障, 没有110V电压输出, MCU检测到没有110V电压, 自动将组件13 由降压型转变为升压型, 即由输入110V输出24V变成输入24V输出110V, 则保证110V电压正常。机车正常行走。

而且110V蓄电池由4 节24V蓄电池串联而成, 其总可靠性远远小于一节蓄电池的可靠性。

所以, 从上几个方面分析可知, 控制蓄电池改成24V比110V系统可靠性大大增加。

而且, 成本也大大降低:

110V蓄电池系统大概价格为:

大功率110V充电器:8万

110V镍镉蓄电池:10万

110/24 DC/DC:3万

共计:21万

24V蓄电池系统大概价格为:

DC/DC110V:3万

24V镍镉蓄电池:2万110V/24V DC/DC:4万共计:9万

3结语

由此可见, 采用24V蓄电池系统比110V蓄电池系统节约成本高达57%。而且体积减小很多。

该控制蓄电池电源的改进不仅提高控制电源的可靠性, 而且大幅度降低了成本, 并减小安装体积。该改进不但适用双能源电力机车, 而且适用其他采用110V的各种机车控制蓄电池电源。

参考文献

[1]黄济荣.电力牵引交流传动与控制[M].北京:机械工业出版社, 1998.

[2]樊运新, 叶彪.国产DWA型地铁工程维护车[J].电力机车技术, 2000 (04) .