对焦化企业的智能化能源管理系统应用进行了较全面的分析

2023-08-11

摘要：对焦化企业智能能源管理系统的应用进行了全面分析。 在节能减排、提高经济效益、优化生产组织等方面具有较高的应用价值，智能能源管理系统在企业转型升级中发挥着重要作用。 转型前景广阔。

关键词：智力； 能源管理; 节能； 成本; 分析

1 概述

近年来，我国逐步实施高耗能产业转型升级，淘汰落后产能，不断推广应用节能减排、能源循环利用等新技术、新工艺、新材料。 随着焦炉大型化和装备自动化、智能化逐步得到新技术、新装备的支撑，焦化行业节能减排成效显着。 在企业的管理系统中，能源管理系统是综合生产管理系统中非常重要的子系统。 在组织生产管理的同时，合理利用和规划能源介质的使用流程，降低企业吨焦能耗指标，减少氮氧化物，减少粉尘等污染物排放，提高经营绩效企业的。 焦化企业采用智能能源管理系统，安全、经济、高效地使用能源，实现节能减排，提高经营绩效。

2 智能能源管理系统主要功能

智能能源管理系统的主要功能是实时在线监测，能源数据自动采集、存储、分析和利用，数据分析和报警，生产过程实时控制，降低企业能源成本； 减少各种污染物（废气、废渣、废液）对环境的污染； 实现能源数据集中可视化； 发现和改善能源成本，增强企业节能潜力，建立能源绩效评价体系，促进企业生产良性循环。

3 智能能源管理系统建设目标

自动采集各工序能耗数据，对各类能耗进行环比、同比、占比等统计分析。 使能耗指标不偏离计划指标，生成各种数据报表，能源介质实时计量监测，实时趋势分析，各工序能耗可视化管理和预警，及时发现异常能耗、及时跟踪纠正，动态掌握各工序的生产状况。

4 智能能源管理系统架构

智能能源管理系统采用系统级发散式设计，自动采集、上传、自动存储各生产过程中各种能源介质（包括水、电、风、气、蒸汽）的消耗数据，并汇总并分析它们。 实现各种能源介质消耗数据的整合和直观表达，并在此基础上实现各种能源介质消耗数据的日分析、周分析、月分析的自动化，实现能源消耗成本控制的及时性和准确性。 同时，在系统中设置超值报警和追溯功能。

4.1 智能能源管理系统可分为四层

现场数据采集层，可上传数据，实现各测量仪器的智能化；

基于一定协议的网络通信层，实现测量数据的可传递性；

采用能源管理软件主站服务层，实现上传数据的集约化；

企业能源管理软件的管理，实现决策的及时性和准确性。

4.2 智能能源管理系统主要特点

智能能源管理系统以能耗数据自动上传平台为基础，在该平台上根据不同能源用途组织各类能源介质。 该系统分为三个级别。

能源介质输入，即厂内各种能源介质由外部供给；

以车间为单位的工厂内能源介质消耗量，即工厂内各生产工序各种能源介质的能耗；

工厂输出的能源介质（主要包括燃气、蒸汽、生化水和第三方能源消耗），各级各能源介质关键节点计量仪表智能化，数据实时自动上传时间，自动累计、分析、打印报告。 实现日用电量超过月均用电量5%的报警，实现大宗能耗（日均小时流量的5%）在线报警功能，实现输出能源介质（以下）在线报警功能月平均流量值的5%)%)。 根据此结构框架，可定制个性化功能需求，数据元兼容性和扩展性强，可与工厂内各种业务平台（ERP、DMS等）及OA办公系统对接导入，方便快捷厂内能耗数据的共享，实现了相关职能部门对各项能耗指标的日常监督管理，同时也便于生产经营决策者对能耗数据的日常监督和监督改进，从而及时改善异常能耗指标，保持生产高效经济运行。

4.3 智能能源管理系统分析功能

4.3.1 能源监控

实时检测各工艺设备及关键耗能设备设施的电流、电量、功率，并对各设备的运行状态、启停、故障报警等信号进行监控和管理。 同时实现设备状态的远程监控，对关键设备实施远程控制并同时设置相关设备的报警值，实现超值声光报警，并达到及时发现问题、及时调整、处理的目的。

4.3.2 智能数据分析

能源消耗分析。 分析各生产工序的能耗，分析同一工序的产量与能耗比、同一产量不同班次的能耗比、不同生产组织条件下同一班次的能耗比、所占比例不同能源介质在总能耗中的占比、不同生产工序的能耗占生产总成本的比例、不同生产工序中能耗较大的各类设备能耗的比例以及统计分析各种能源介质的消耗量、各种能源介质的消耗情况每日、每周、每月自动统计分析，每班产量、能耗统计分析，能耗异常分析。 每个过程的能源成本分析。 关键设备设施能源质量分析； 分析设备的能源效率； 与设定的行业基准进行比较，与同等功能的节能设备的能效水平进行比较，比较企业内同类设备的能效，通过分析比较确定重点能耗的设备和能耗较高的设备效率，从而增强设备日常检查和维护的针对性，确保设备处于良好的运行状态，保持设备的经济运行。

4.3.3 节能措施

对于控制系统，通过实施远程控制，增加了各工序启停的连续性，消除了空车、间断生产造成的能源浪费； 同时，便于管理人员调整生产节奏、设备维护、生产组织和人力资源配置。 优化。

对单台设备故障报警和参数超值报警进行合理设置，确保设备安全、经济运行。

分析能耗较大的单台设备能效比，及时发现、更换或淘汰高能耗设备，降低企业能耗成本。

4.3.4 能源成本与产量综合分析

生产和成本分析。 通过对不同时期各单位能源介质消耗差异的分析，可以直观地判断某一流程的生产平衡性和经济性，使管理人员能够清晰掌握该流程的设备运行状况，找出真正原因的问题。 促进了基层生产组织和设备管理水平的提高，也有利于基层管理和技术人员发现和改进日常工作中的不足，找出和强化生产过程中的薄弱环节，提高生产效率。设备的检查和维护。 、提高设备运行的经济性，增强基层单位的主动性和积极性。

促进各单位有效成本控制能耗管理系统的目的，提高投入产出比。 各基层单位管理人员根据单位总能耗和管件耗能设备的运行情况，掌握本流程各环节设备的运行状况，从而发现优势各班组生产组织的优缺点，推广经济效益高的生产组织模式。 有利于激发团队生产形成良性循环，以低投入实现高产出，扎根企业内部市场化考核机制，真正实现企业主体下移充分调动全体员工参与生产经营的主动性和积极性。 积极性。

利用好能源异常数据超值在线超值报警功能，及时干预报警设备和介质纠正偏差，及时发现问题，及时分析原因，及时整改，这是有利于避免因不能及时发现问题而造成的积压。 突发重大问题，造成重大事故或难以挽回的损失； 同时为全厂生产经营的周成本分析、月成本分析提供真实、可靠、有效的数据支撑，从而提高企业的生产经营绩效。

减排统计。 如二氧化碳减排统计，根据各焦炉耗气瞬时流量，计算碳排放量，并根据热值进行二氧化硫、氮氧化物、生化废水等的排放统计； 高、高方向加热均匀、稳定，可避免推焦冒黑烟、煤气流量过大造成的过火等各种事故，从而提高能源利用效率，实现节能减排。

对于废水减排，通过检测冷热水的温度和流量，进行梯级利用，同时提高产率，达到节能减排的目的。

分车间成本统计，计算各车间的各项能耗数据，对各工序成本中的能耗进行统计分析，方便基层管理者优化和改造生产组织模式。

财务分析，通过对全厂生产成本中能耗的统计分析，方便管理者发现和寻找改善和降低能耗的机会，找准突破口，增强改善生产经营的准确性和及时性，从而进一步加强节能减排工作，实现企业效益和社会效益双丰收，有利于增强企业竞争力，树立良好社会形象。

实际成本与理论成本分析，通过分析实际与理论能耗成本的差异，掌握各工序的产能指标，找出正差异较大的设备、物流等因素，实施改进，实现精益生产企业。

5 安科瑞企业能源管控系统解决方案

5.1 系统解决方案

Acrel-7000企业能源管控系统采用自动化、信息化、集中管理模式，对企业的生产、输配电、消费环节实施动态监控和数据管理，对企业的电、水、燃气、蒸汽进行监控通过数据分析和挖掘，帮助企业进行能耗统计、同比对比分析、能源成本分析、能耗预测、碳排放分析，为企业加强能源管理、提高能源效率提供基础数据提高利用效率，挖掘节能潜力，提供节能评估和能源审计。

5.2 应用地点

适用于新建或改造能源供应企业、高耗能企业及离散制造企业车间、工业园区、集团公司等行业的能耗监测管理的系统设计、建设和运维。 在具体项目中，可结合当地政府部门要求和企业管理需求，对系统软硬件配置进行优化和调整，以满足各类项目能耗监测和管理的要求。

5.3 系统结构

5.4 系统功能

1）大屏幕显示

显示本企业及各区域的能耗折扣、异常情况、积分数量、通讯状况、本月分类能耗排名、本年/去年用电量对比、分类能耗比例等相关信息，方便了解直观地了解企业的​​现状。 一般概述，支持 3D 建模。

摘要：信息社会对数据的需求不断增加，数据中心已成为最重要的基础设施之一。 随着国家双碳政策的逐步推进，数据中心等能耗密度非常高的建筑也成为了碳行动的首要对象，甚至与传统高耗能行业并列，不少地区也将对新建数据中心的能源利用效率（PUE）提出了很高的要求。 原有旧数据中心机电系统陈旧，需要进行能效诊断和升级，以提高PUE。 通过能效管理系统，研究数据中心的能耗构成，进行能效诊断，有针对性地提出节能改造的主要措施，为数据中心的节能降耗提供了依据。减少数据中心绿色高效运行的优化思路，提高数据中心的能源利用效率。

关键词：数据中心； 能效诊断； 电能管理； 节能改造

1 条评论

数据中心能效诊断是在对数据中心整体能耗、IT设备能耗、制冷系统和配电系统能耗以及能效对标进行分析的基础上进行的。 制冷系统的主要能效评价指标是制冷负载系数CLF，它是数据中心制冷设备的功耗与IT设备功耗的比值，电源负载系数PLF为数据中心内供配电设备的耗电量与IT设备耗电量的比值。 数据中心PUE值也与这两个系数密切相关。 如图1所示：

图1 数据中心CLF、PLF和PUE之间的关系

只有 IT 设备消耗的电力（图 1 中的 E4）才被视为数据中心中的“有意义”电力。 因此，除了IT设备外，其他设备消耗的电量比例越低，数据中心的PUE值就越好。 Acrel-8000数据中心能效管理系统主要从上述数据中诊断数据中心的能效情况，并给出有针对性的改造方案。

2 能效诊断

较早建成的数据中心，建筑面积约15000平方米，地上两层，一层设有变配电室、电池房、冷水机房、二层主要配置12个机房，共可部署机柜约3000套，已部署1500套。 供电系统设有110kV主变2座、10kV开关站2座、10/0.4kV低压变配电室4座、低压变压器8台，总供电容量。 低压配电室配备UPS设备保证供电，末端共计70台安科瑞ANDPF精密配电柜为IT设备提供主备电源。

图2 数据中心平面图

Acrel-8000数据中心能效管理系统实现了数据中心从110kV变电站到终端精密配电柜的能源管理、设备监控和能耗分析全覆盖，如图3所示。主要特点包括：

Ø电力监控：对110kV变电站、2座10kV开关站、4座10/0.4kV低压变电站及配电室配电系统运行情况进行监测，实现遥测、遥信、越限报警、故障分析、电力质量分析、运行报表等功能；

Ø设备监控：监控柴油发电机、变压器、UPS、电池组、精密配电柜、精密空调的状态和运行参数，并提供异常预警、运行报告等功能；

Ø能耗诊断：统计数据中心总能耗、IT设备能耗、制冷系统能耗、供电系统能耗、照明及办公能耗等分项能耗，并计算出诸如如 CLF/PLF/PUE；

Ø环境监测：监测数据中心温湿度、浸水情况、电池房氢气浓度等数据并提供超限报警；

Ø运维管理：发布工单、巡检计划、工单跟踪管理等，协助维护人员高效运维。

图3 Acrel-8000数据中心能效管理系统高压配电系统及精密配电柜监控

2.1 能效分析

系统调试运行一年后，系统发现数据中心能源利用效率较低。 系统数据显示，全年IT设备能耗占51%，制冷系统（冷冻水机组、空调末端、新风等）能耗占36%，供电系统（变压器、UPS、发电机、开关）占10%。 、照明和办公等占比3%左右。

PUE值约为1.96；

CLF约为0.71；

PLF约为0.2；

由于数据中心机电设备陈旧，缺乏有效的节能管控措施，能源效率和利用效率较低，落后于新建数据中心。

2.2 空调系统

数据中心大楼采用集中空调系统进行冷却，主要设备包括冷水机组、冷却塔、制冷泵、冷却泵等。 通过系统可以发现，空调系统水冷制冷主机全年不间断运行。 当定频制冷主机负载率为80%-90%，变频制冷主机负载率为60%-70%时，主机综合能效最高。 但在系统运行和控制过程中，两台主机大部分时间都没有运行在较高效率范围内。 夏季、春秋、冬季工况下，系统冷冻水出水温度恒定在5℃，不根据实际环境负荷变化进行调整。 该系统没有充分利用冬季的自然冷源。

2.3 变配电系统

目前数据中心内有8台变压器，每台变压器来自两个10kV开关站。 变配电系统采用双路互备份方式连接。 UPS系统为5个数据机房的服务器供电。 通过系统对变压器低压侧的测量来发现谐波。 更严重的是，现场没有安装谐波治理装置。 UPS系统中大量电池单体性能不一致，内阻过大，会导致整个电池充放电发热，增加损耗，存在安全隐患。

2.4 照明系统

数据中心照明系统采用节能灯和筒灯。 公共区域和数据中心区域采用人工控制。 建筑物的照明光源主要采用普通荧光灯和筒灯。 控制方法也比较落后。

3 节能改造措施

3.1 充分利用自然冷源

当室外湿球（或干球温度）低于室内空调设计温度并达到一定值时，利用流经冷却塔的冷冻水或冷却水直接或间接为空调机提供冷量。空调系统消除室内冷负荷。 就是利用天然冷源。

3.2 空调机组的高效控制

完善机房内设备的参数监测与控制，监测主机负载率、冷却出口及回水温度、压力、室外湿球温度等参数，提供系统-中央空调系统广泛优化的运行平台。 自动调节制冷主机在高效率范围内运行，并根据负载变化实时调节出水温度，预计可提高冷水机能效8%左右。

3.3 电能质量控制

由于数据中心的主要负载是IT设备，供电采用较多的UPS，制冷系统采用较多的变频设备，工作过程中会造成谐波反馈到低压电网侧，严重影响配电系统的电能质量。 侧谐波畸变率达到50%，远超国家标准。 这也会导致电缆发热，增加功率损耗，影响开关电源的使用寿命，降低设备的性能。

每台变压器下方均安装500A有源谐波治理系统装置，进行集中管理。 型号为AnSin-500-MⅠ，自动跟踪和补偿负载产生的谐波电流，大大降低谐波失真和中性线电流。 保证供电系统安全可靠运行，同时也减少系统损耗，如图4所示。

图4 AnSin-500-MI型集中管理设备

对一些谐波比较严重的电路进行就地补偿，如选择中心的UPS插座比较前后波形数据，安装AnSin-300-B型I型有源滤波器控制系统后，电压畸变率从6.32%下降了2.05%，电流畸变率从28.94%下降到5.67%，改善了电网波形质量，如图5所示。

图5 AnSin-300-BI型壁挂式治疗装置

3.4 UPS电池监控系统

UPS供电系统是满足数据中心供电可靠性的核心部分，而电池是整个系统中最重要的部件之一，是整个供电系统的“最后一道屏障”。 当串组中的某个电池因过充、过放等原因而劣化时，电池内阻增大，会导致电池发热、鼓包等，从而导致电池的安全性整体下降。供电系统。 充放电损耗。

系统在电池室增加氢气浓度监测传感器。 当氢气浓度超标时，可启动排气系统。 同时增加了电池监控系统，对电池的电压、内阻、内部温度进行监控。 数据连接至Acrel-8000数据中心能效管理系统。 ，通过科学的运维管理、对电池系统的监控和维护，及时发现故障隐患能耗管理系统检测项目包括，从而客观上延长电池的使用寿命，保证供电安全，降低总成本所有权，如图 6 所示。

图6 电池在线监测示意图

3.5 智能照明控制系统

数据中心机房采用高效LED光源灯具替代原有节能灯、筒灯，并增设智能照明控制系统。 在走廊、电梯前室、卫生间等公共照明区域安装红外人体感应传感器，通过智能照明控制器进行控制，实现人来灯亮、人走灯灭。 将整个数据中心的照明集中控制和状态监控融为一体，节省照明电能，见图7。

图7 智能照明控制系统示意图

3.6 光伏发电系统

数据中心屋顶安装面积较大的光伏组件。 通过增设光伏太阳能组件和逆变器，采用自发电自用的模式，剩余电量接入低压电网，为数据中心提供清洁能源供电，减少数据的碳排放中心。 光伏组件吸收太阳能并转换电能的同时反射和折射太阳的热量，在屋顶上形成遮蔽结构，可以最大限度地减少数据中心内阳光直射造成的热量积累，有效降低建筑空调的能耗夏季，进一步减少数据中心的空调。 能源消耗方面，光伏系统年发电量预计为40万千瓦时。

3.7 其他应用

除了能效管理系统和上述电能质量管理装置、电池监控、智能照明控制和分布式光伏外，安科瑞数据中心能效产品还包括高低压配电综合保护和监控产品，以及电能质量在线监测装置（A级）、智能小母线系统、精密配电柜、电气消防解决方案等。

4。结论

随着越来越多的新数据中心建成，政府对数据中心的要求也越来越高。 无论是新建的数据中心还是已经运行多年的数据中心，都需要利用技术手段对数据中心的能源效率进行诊断。 寻找节能空间，确定适合本项目的节能改造方法，从而提高数据中心的PUE值。 Acrel-8000数据中心能效管理系统，配合Acrel电力监控、电能质量监控管理、电池监控、智能照明控制和分布式光伏等硬件产品，结合空调控制相关技术，帮助数据中心提高能源效率效率，减少碳排放，建设绿色环保数据中心。