能耗管理系统在工业厂房实施过程中遇到的难点分析

2023-06-23

摘要：以工业厂房能源管理系统应用为例，介绍系统架构和功能。 重点分析工业厂房能源管理系统实施中遇到的困难，并对系统采集到的数据进行分析，提出相应的节能措施，帮助工业厂房达到节约能耗和运行的目的成本。

0 前言

随着经济社会的不断发展，节能已成为关系企业生存和发展的重要因素。 目前，住建部正在建设国家办公建筑和大型公共建筑能源管理系统，为建筑节能建设和发展提供了良好的数据平台。 能源管理系统可以实现能源消耗数据的采集、分析和远程传输。 本文介绍了该系统在某工业厂房的应用，将企业的生产管理、计量管理和节能管理提高到了一个新的水平。

1项目简介

工业厂房位于江苏省某市经济开发区，总建筑面积约5.7万平方米，包括一号厂房、二号厂房及中央机房三个区域。 一厂、二厂建筑面积均为26683平方米。 工厂共三层，主要为LED芯片及外延片生产线及办公室。 该生产线是净化车间，对恒温、恒温要求较高。 中心机房建筑面积约4000平方米，包括所有冷站单元和服务器。 目前，一厂能耗管理系统已建成并投入使用。 随后将对中心机房和二厂进行节能监控。

2 项目难度分析

根据对工业厂房项目的调研以及用户对系统的需求，该项目主要存在以下三个难点：

2.1 项目实施过程中，应尽可能利用工业厂房现有的三相多功能电表。 但根据测量需要，我们安装的仪表和工厂现有的仪表是不同类型的仪表，具有不同的通信协议。 为了满足目前工业厂房工作环境中传输的可靠性，底层采集的数据无法通过以太网进行传输。 如何设计一个既能实时采集数据，又能具有高可靠传输性能的系统？

2.2 由于管理人员要求工厂对不同区域的能耗进行监测和管理，且用电量应以车间为单位计算，因此建筑面积的划分应以车间为最小单位。 对于照明用电和动力用电，电路设计时采用按车间设置计量表的方法。 但暖通空调系统是根据净化、恒温恒湿的要求而设计的。 一台空调机组的送风分配给多个车间同时进行空调。 如何核实各车间的用电量？

2.3为了加强能源消耗的管理，分析能源消耗的使用情况，用户要求系统每月生成节能报告，包括excel表格、柱状图、饼图和曲线图。

2.4 由于工业厂房使用电力作商业用途，不同时段的电价有所不同。 在只知道用电量的情况下，管理者无法很好地掌握具体的成本。 为了达到为企业节约能源、降低成本的目的，用户要求系统具有计费功能。 为了解决用户的上述需求，我们在现有系统的基础上，根据用户的特殊需求进行了开发。

3 系统总体介绍

3.1 系统架构设计

ezEMS能源管理系统（以下简称EMS系统）通过安装分类、分项能耗计量装置，采用远程传输等手段，及时采集能耗数据，实现重点能耗在线监测和动态分析。 系统由能源管理平台、采集设备、终端计量设备三部分组成。 EMS系统是一个三层的系统架构。 第一层在需要分项计量的设备处安装多功能电表、煤气表、水表、热量表； 第二层采用相应的能耗采集设备，实现无人化、自动化的能耗及相关数据的采集，为能源管理平台提供能耗分析的数据基础； 第三层将采集器采集到的能耗及相关数据通过数据仓库的多维度分析功能以图形、表格等方式呈现给管理层，并定期为管理层提供能耗分析报告。 系统架构图如图1所示。

图1 系统架构图

项目原A品牌三箱数字多功能测控电表125只，电表支持协议。

经调查，决定在现有电表的基础上，分别测量空调控制温度和空调加湿量。 使用32台B品牌电表分别对16台空调进行了测量。 如下图2所示，原电表使用5个网关进行数据采集，而新安装的品牌B电表支持DL-T645协议，使用3 645个网关进行数据采集。 八个网关将数据传输到工控机中的PCCAN，采用RS-485通信。 综上所述，EMS系统支持不同品牌、不同协议的电表，并提供稳定可靠的传输功能。 这种高度集成有利于项目的顺利实施。

图2 现场测量示意图

3.2 能耗管理系统功能介绍

EMS系统可以对建筑设施整体能耗实施监控和精细化管理； 实现电、水、冷/热等各类能源消耗数据透明化； 为其他高级应用提供各种能耗的高精度数据； 为建筑设施节能改造提供依据； 对建筑能源消耗总量进行统计和趋势分析； 优化建筑能耗成本结构。 EMS系统采用实时能源监测、分户及明细能源统计分析、重点用能设备监测、能源消耗率分析等多种手段，使管理人员在监测能源的基础上，对重点能源消耗情况进行监控消耗。 进行节能改造或用电控制，从而起到节能作用。 下面简单介绍一下EMS系统在该工厂项目中的六大功能。

(1) 可定制的建筑结构

EMS系统将电表的数据划分为工厂的办公室、车间和其他公共区域，通过用电区域结构图可以清楚地看到每个区域的用电量。 根据调查发现，净化空调的高效送风口在厂区分布均匀，因此虚拟电表的功率是根据空气送风口的数量来计算的。调节器（即送风量）按比例换算。 这样，整个厂区按照生产车间细分为建筑区域，方便工厂计量各生产工段的用电量。 由于照明用电量和电耗是按车间分开计量的，工业厂房的能耗分区实现了以车间为最小单位的统计，使管理人员可以准确掌握各车间的能耗成本比例及发展趋势。车间，制定有针对性的节能策略，将节能指标分解到各个部门，做到节能工作职责明确。

（二）分析报告

为了方便用户掌握系统能耗特点车辆能耗管理系统，分析系统能耗规律，EMS系统可以对能耗进行分项、建筑面积、支路统计，生成各种能耗统计报表，如作为：

分项能耗报表：系统根据建筑物消耗的各类能源的主要用途，采集整理的能耗数据分为四大项：空调耗电量、电耗、照明耗电量，以及特殊的功耗。 该报告可逐层分解为16个小类，以规范建筑能耗术语，规范不同用能系统的建筑能耗，为管理者提供建筑能耗横向比较和分析的依据。

建筑面积能耗报表：根据建筑面积的划分标准，为高层管理人员提供各区域每小时、每日、每月、每年的统计数据，让管理人员清晰掌握各区域的月/季、年能耗情况单元。 使用能量。

分支机构能耗报表：可以查看各个时间段所有分支机构的用电量，为下一步节能改造提供重要依据。

(3)能源成本管理

能源消耗成本管理分为两部分：第一部分定义能源成本的计划名称、计划项目、区域名称和起止日期（如下图2所示）； 第二部分定义了三个不同时间段的峰、均、谷电价（如下图3所示）。

能源消耗成本管理分为两部分：第一部分定义能源成本的计划名称、计划项目、区域名称和起止日期（如下图2所示）； 第二部分定义了三个不同时间段的峰、均、谷电价（如下图4所示）。

图3 能源消耗成本管理 图4 能源成本明细信息管理

(4)底层设备配置管理

EMS系统丰富的表计类型支持和灵活的采集器管理可以满足各种用户的需求。 底层支持M-bus、DL-T645等常用协议的电表、水表、冷热量表，兼容目前市场上的大部分。 一些测量仪器。 表计管理直观简单，配置界面可详细显示线路名称、表表编号、所属采集器等信息； 每个仪表采集的数据类型可以灵活更改和配置。 只要仪表支持并能采集数据，就可以增、减、变，并且可以直接在界面上配置转换比例。 通过采集器管理以及电表、水表、冷热量表的管理，可以对各类仪表进行灵活分类整理，并可将能耗按分项、建筑物简单直观地显示在用户界面上区域划分。 单表能耗也可以与支路能耗分开查询。

(5)用户权限管理

EMS系统将用户权限管理分为两部分：用户管理和角色管理。 使用时首先要定义角色，并为不同的角色分配相应的权限。 喜欢：

管理员角色：除基本功能外，还可以分配电表管理、电气建筑区域管理、用户权限管理等功能。

用户角色：仅开放电量分析、水量分析、分析报告等基本功能，且仅不能配置查看权限。 之后进入用户管理界面，为不同的用户创建新的用户名、密码、角色，使不同用户使用时看到的界面都是自己需要的功能的一部分，提高了EMS系统的安全性并且还有利于管理者对系统进行统一控制和维护。

(6)专家系统

系统定期对工厂的能耗进行统计，并利用专家系统对运行过程中积累的大量数据进行模拟计算，以获得节能和节能效益数据，并对能耗进行评估用法。 让用户及时发现潜在的超标能耗，并及时制定调整措施。

4实际项目数据分析

经过一段时间的稳定运行，我们对采集到的数据进行分析，得出工业厂房当前的能耗：日均总能耗为（成本约3万元），单位面积平均能耗为1.9kWh /平方米，。

本项目工业厂房实行三班制工作时间，工人轮流休息，生产线上24小时都有生产活动，因此每天的用电量变化不大。 下图5为工厂一周的用电量。 日总用电量存在上下波动，后续仅分析单日用电量数据。

图5 工厂日用电量累计图

选择EMS系统中的建筑面积功率分析饼图（下图6）和建筑面积功率分析曲线（下图7）进行说明。 一号厂房按建筑面积分为十大区域，分别是：扩建1、扩建2、前片、后片、QC、技术中心、厂区照明、厂务、办公、消防。 其中，扩建1、扩建2和厂务用电量较大，达到总用电量的75%，这三个区域的建筑面积之和占总建筑面积的40% 。 因此，外延和工厂工艺能耗是工业厂房的能源消耗大户和节能重点。 在今后的节能工作中，管理者可以从这三个方面入手，进行能源消耗控制或能源消耗改造，从而达到节能降耗的目标。 目的。

从建筑面积功率分析曲线可以看出，12:00-16:00和18:00-20:00是能耗高峰时段。 根据上述城市商业电价可以看出，12:00-16:00电价为0.667元/kWh，18:00-20:00电价为1.112元/kWh。 根据图8给出的数据计算，高峰期用电总成本为14779.46元。 建议将高耗能工序调整为早上0:00至7:00。 9118.09元，可节省30%左右的电费。 针对上述能耗情况，系统定期向工厂管理层发送分析报告。 他们采纳了我们的节能建议。 他们没有进行任何节能改造，只是调整了工业流程，节省了大量的运营成本。 取得了显著成果。

图6 建筑面积功率分析饼图

图7 建筑面积电能分析曲线

图8 高峰时段用电量统计

-SEMI电子厂能效管理平台

5.1 平台概述

-SEMI电子车间能效管理平台集变电站综合自动化、电力监控、电能质量分析与治理、电气安全、能耗分析、照明控制、设备运维于一体，提供可靠、安全、高效的工厂能源管理系统。 数据支持。 同时引进先进技术，配合厂务系统优化，简化全厂管理，利用实时数据优化能效、防范风险，保证关键设备的稳定运行和良率。制造装备，降低综合成本，最终达到高效运营和卓越制造的目标。

5.2 平台构成

安科瑞-SEMI电子厂管理系统是一个深度集成的自动化平台，集电力监控系统、变电站综合自动化、电能质量监测管理、电气消防监控系统、消防设备供电系统、防火门监控系统、消防应急照明及疏散指示系统、智能照明控制系统、能耗监控系统、新能源充电桩、预付费系统。 用户可以通过浏览器和手机APP获取数据，通过一个平台对全球范围内的电子厂房用电情况和用电安全进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

5.3 平台拓扑

6平台子系统

6.1 电源监控

电力监测主要针对10/0.4kV地面或地下变电站。 变电站高压线路均设有微机保护装置和多功能仪表进行保护和监测。 高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS的参数及能耗实时监测，包括遥控、遥信、遥测、遥信调整、事故报警、记录等。

6.2 电能质量监测与控制

监测各进线回路的电能质量，包括电压暂降、谐波畸变、闪变等数据波形记录，进而判断配电系统的扰动方向。

配置有源滤波装置和无功补偿装置，对0.4kV侧电能质量进行补偿和控制，并监测有源滤波装置和无功补偿装置的运行情况，确保电能质量满足生产要求。

6.3 变电站综合自动化

变电站综合自动化系统主要针对110kV变电站、10kV变电站和10kV柴油发电机组。 Acrel-1000变电站综合自动化系统分站安装在变电站内，实现就地遥测、遥信、遥控、报警、报表等功能。 数据上传至-SEMI能效管理平台，实现集中监控和报警。

6.4 电气安全

电子车间能效管理系统针对配电系统中存在的电气安全隐患，配备了相应的电气火灾传感器、温度传感器、消防设备功率传感器、防火门状态传感器等。 实时监测电池温度、内阻，出现异常时通过声光、短信、APP及时报警。

6.5 智能照明控制

单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式。

6.6 能耗分析

电子工厂能效管理系统为工厂构建计量系统，显示能源流向和能源消耗情况，通过能源流向图帮助企业分析能源消耗情况，找出能源消耗异常区域。 从能源使用类型、监测区域、车间、生产流程、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，绘制使用曲线、饼图、柱状图、累计图、数字表等。进行工厂能耗统计及同比、环比分析、实绩分析、折价比较、单位产品能耗、单位产值能耗统计，查找能耗过程中的漏洞和不合理的地方从而调整能源配置策略，减少能源使用过程中的浪费。

6.7 充电桩管理

电动汽车和纯电动汽车充电桩管理，包括充电管理和资产管理。

6.8 员工公寓管理

对厂区员工宿舍进行负荷管理，包括恶意负荷识别管理、负荷阈值管理，避免恶意负荷引发火灾。 管理员工宿舍水电费，支持微信、支付宝等支付方式，收集员工宿舍能耗数据。

7 相关平台部署硬件选型列表

7.1 电力监控系统硬件配置

7.2 能源管理系统硬件配置方案

7.3 智能照明控制系统硬件配置方案

7.5 消防设备电源监控系统硬件配置方案

7.6 防火门监控系统硬件配置方案

7.7 消防应急照明及疏散指示系统硬件配置方案

7.8 电能质量管理解决方案硬件配置方案

7.9 充电桩系统硬件配置方案

7.10 预付费系统硬件配置方案

8 结论

如上所述，EMS能源管理系统是节能工作的重要手段。 工业厂房通过能源管理系统获取数据，对这些数据进行分析，可以制定相应的节能措施，达到节省能耗和运行成本的目的。

实践证明，节能是一个不断循环、不断反馈、不断优化的过程。 能源管理系统的应用为节能工作搭建了良好的平台，可以有效支撑合同能源管理项目的开展。

2022年中国能效管理平台行业发展现状及潜力分析

能效管理平台是基于物联网和云计算技术的节能管理软硬件平台。 应用该平台，耗能企业可以系统地、持续地优化能源消耗成本。

能效管理平台的概念

能效管理平台是基于物联网和云计算技术的节能管理软硬件平台。 利用该平台，用能企业可以系统地、持续地优化能源消耗成本。 同时，用能企业、节能服务企业、投资方、设备供应商等，通过能效管理平台，实现高效、无缝的企业能源管理协同。

根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国能效管理平台行业发展潜力分析及投资风险预测报告》：

在全球能源紧缺、环境恶化的背景下，世界各国政府开始高度重视节能环保。 调查显示，全球因能效管理手段的缺失和电能质量不佳而造成的能源浪费、环境污染和经济损失触目惊心。 仅欧洲能源效率管理不善造成的经济损失在中国每年就高达1500亿欧元。 能效管理不善造成的直接经济损失达数千亿元。

基于这种严峻的形势，目前开发的能效管理平台将对企业节能降耗起到促进作用，发挥小投入大产出的作用。 通过对企业进行全面的能源监测和有针对性的控制措施，获得能源效率体系。 电能质量治理功能的完善和效果的提高，对于企业利润的稳定增长和社会经济的可持续发展将起到不可低估的促进作用。

中国能效管理平台行业发展潜力分析

随着“十三五”规划提出的能源革命发展，为加强重点单位（特别是工业制造企业、高耗能企业和商业综合体等）节能管理，提高效率提高能源利率，控制能源消费总量，促进生态文明。 2017年，我国能效管理平台行业市场规模为2039.55亿元。 截至2019年，我国能效管理平台行业市场规模增至2684.49亿元，同比增速11.12%。

四部门印发的《关于加快建设国家综合大数据中心协同创新体系的指导意见》和《国家综合大数据中心协同创新体系计算中心实施方案》《落实碳峰碳中和目标要求推动《数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》等政策文件推动“从东向西算”发展，并明确提出“到2025年，新建数据中心PUE大型及以上数据中心将降至1.3以下，达到“绿色数据中心要求绿色低碳水平达到4A级及以上”等目标。

未来五年工业能效管理平台业务市场高速增长的主要原因是：一是政策的推动和鼓励，减排目标责任制作为各机构考核因素之一; 其次，当前市场提供工业节能平台业务的企业数量较少，且业务附加值较高，市场潜力较大。 因此企业能耗管理系统平台介绍，将会有更多的企业加入这个行业，包括新的竞争者和现有节能改造企业的改造。

2020年，该市场规模将达到4295.3亿元。 未来五年工业能效管理平台业务市场高速增长的主要原因是：一是政策的推动和鼓励，减排目标责任制作为各机构考核因素之一; 其次，当前市场提供工业节能平台业务的企业数量较少，且业务附加值较高，市场潜力较大。 因此，将会有更多的企业加入这个行业，包括新的竞争者和现有节能改造企业的改造。

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