电力系统能效管理整体解决方案.docx
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电力系统能效管理整体解决方案
电力系统能效管理整体解决方案
（草稿）
一、电力系统中的能效管理
1、系统节能-能源管理中心的建设
2、技术节能
3、实施效果
二、工矿企业中的能效管理
1、系统节能
2、技术节能
3、实施效果
一、电力系统中的能效管理
1、系统节能-能源管理中心的建设
Ø系统定义：
建立电力系统能源管理中心系统，可以为企业找到一个成熟、有效、便捷的能源整体管理解决方案，建立一套先进、可靠、安全的能源系统运行、操作和管理平台，从而提高能源系统的运行、管理效率，并实现安全稳定、经济平衡、优质环保的基本目标。
Ø建设内容：
⏹数据采集系统建设，完善现场数据采集系统。
⏹控制系统改造，对电力输送、生产和应用等控制系统进行改造，用以适合能源管理中心能源介质和生产过程的调控。
现场控制系统建设主要包括两方面，一方面是电力输送控制系统的改造，用于适应自动化控制；另一方面是电力生产控制系统改造，用于实现动态管理和实时监测。
⏹信息管理系统的建设，这部分是能源管理中心的核心，通过基础软件、控制系统、基础硬件、现场视频监控和能源管理中心大厅，实现企业能源管理的集中控制。
企业能源管理中心系统采用的建设基础技术包括系统集成和应用集成技术、现代计算机和网络技术、数据库和实时数据库技术、数据分析和预测技术等。
专业调度中心建设要在“摸得清”“管得住”“降得下”三方面下工夫。
◆摸清能源消耗状态。
◆管住能耗指标。
◆提出节能减排措施。
Ø系统功能
1、SCADA功能
2、基础管理：
资产管理。
检修管理
缺陷管理
备件物资管理
3、与其他应用系统集成
4、需量管理
4.1、调节工厂负荷需量
需量管理的主要功能是调节工厂的负荷需量。
本系统可以跟踪能源消耗，并在每个设定的时段里为每个大型用电设备（如：
电炉）和企业电力网测算能源需求计划，该计划的计算基于实际的能源消耗以及最大需量的平均值。
从一段新的设定时段开始，系统启动计算到本时段结束时工厂将消耗多少能源。
通过对能源消耗的调节，系统逐步校准在设定时段内的最大需量限定在计划的“需量上限”和“需量下限”范围内。
在每个时段进程中，系统经过一个可设定的时间间隔（如5秒钟）就测算一个新的计划。
如果工厂的计划在“需量上限”之上，系统知道必须采取纠正措施，但不是立即卸掉一个用电设备的负荷，系统首先检查如果第一个用电设备的负荷卸下会出现什么样的结果，如果结果低于“需量下限”之下，系统不会卸下该设备的负荷。
防止负荷被反复的投切，通过算法来优化能源的利用。
当系统知道一次卸载即将到来，它根据限负荷计划（拉路顺序）开始选择一条线路用于估算何时下个用电设备的负荷将被卸载。
这样的时间预计被通知显示在变电站和相关车间里。
随着车间的操作人员越来越熟悉新的需量管理系统，操作人员将使用这种预计来改善调度负荷以及进一步改进能源利用率。
4.2、时段管理
需量管理系统的另一个重要功能，就是时段管理。
本系统自动根据预定时段分类进行时段管理，分类包括：
“高峰”、“腰峰”、“平段”、“低谷”等。
系统用户可以进入时段管理画面给每天的时间段分类。
此外，需量管理系统的设计非常灵活，它可以处理固定和动态改变的时间段。
5、负荷分析与预测
在变配电运行监控系统的基础上，可以实现详细的负荷分析，从而可以加强科学管理，从而做到“削峰填谷”，提高符合率，改善负荷曲线，以保证电网安全、经济运行。
5.1、查询功能
能够通过查询方式来获取多种地理视图和不同程度的视图范围的电力负荷数据。
5.2、负荷分析
可进行用电量分析统计，可按供电区域、变电站、线路分析统计；
用户可以制作能源消耗图、确定负载功率因数、鉴别高峰需量时间段设备运作能耗，确定设备最佳运作时间段。
可选择时间段按日，周，月，年分析负载情况。
实时观察设备负载情况
5.3、负荷预测
快速统计指定范围指定时间段的平均负荷或最高负荷，也可以计算配电网上任意一个节点以下的负荷水平，并且按负荷的增长率进行负荷预测。
提供年、月、日、时段负荷预测。
6、成本分析与分配
在变配电运行监控系统的基础上，可以实现精确的成本分析和分配。
每个采样数据点数据会被分配到一个或多个费用计算模板，可以按设备、按时段、按电价进行组合式统计分析，并由系统自动生成分析报告。
系统还可以将车间操作和产量（由用户输入）与能源成本关联起来，通过提供精确的内部计算方法，来确定真正的生产成本和分配。
系统用户可根据此报告验证供电局帐单、分析电力帐单、比较在不同收费单价情况下的费用，并依此调节能源分配，以实现能源的最优利用。
下面的报告用于支持成本分析和分配系统：
（1）月成本分摊报告
（2）月需量分析报告
（3）月消耗报告
（4）供电局帐单验证报告
7、电能质量分析
在变配电运行监控系统的基础上，可以实现电能质量分析。
对于电压偏移，瞬时功率降低，反相和谐波等电力信息进行告示，记录，预测趋势。
7.1、电能质量报表
可对电压，频率，功率等多种参数进行监测。
7.2、波形图
可提供当前电压波形，谐波等电力波形。
7.3、电能质量异常事件报表
可对电能质量异常时间按日，周，月，年分类统计分析，对比。
8、变压器最低损耗运行管理
8.1、电力能源管理中心系统依据数据采集系统采集的变压器一次侧和二次侧电压V、电流I、有功功率P、无功功率Q、总功率S、频率f、电流谐波THDi、电压谐波THDv、功率因数COSФ、三相功率不平衡等电量参数，建立实时动态数据库。
8.2、电力能源管理中心系统通过建立的一次侧和二次侧的电量实时动态数据库计算给出变压器及其二次侧产生的有功损耗ΔP、无功损耗ΔQ、谐波增量ΔTHD、三相功率不平衡增量、频率偏移增量Δf等影响变压器经济运行的电量，用该数据除以瞬时总功率，建立单位负荷的损耗数据库，在建立单位损耗数据库的基础上给出变压器及其二次侧产生的单位负荷有功损耗ΔP/S、单位负荷无功损耗ΔQ/S、单位负荷谐波增量ΔDHT/S、单位负荷三相功率不平衡增量、单位负荷频率偏移增量Δf/S等电量在变压器经济运行状态时的最小值，并将变压器运行电参数的瞬时值和单位负荷最小值比较，给出差值，差值超出一定范围后输出控制信号或报警信号；同时用该数据除以瞬时有功功率，建立单位有功电量的损耗数据库，在建立单位电量损耗数据库的基础上给出变压器及其二次侧产生的单位有功电量有功损耗ΔP/P、单位有功电量无功损耗ΔQ/P、单位有功电量谐波增量ΔDHT/P、单位有功电量三相功率不平衡增量、单位有功电量频率偏移增量Δf/P等电量在变压器经济运行状态时的最小值，并将变压器运行电参数的瞬时值和单位有功电量最小值比较，给出差值，差值超出一定范围后输出控制信号或报警信号，使变压器的运行操作满足无限趋近于优化经济运行参数。
8.3、电力能源管理中心系统同时采用趋势分析，准确判断下一个15分钟可能出现的负荷峰值发出预警信号和控制信号，在不影响生产的情况下，降低负荷峰值，实现需量实时在线显示和控制。
9、设备最佳运行优化
大型耗电设备，如电弧炉，其操作对单耗的影响较大，控制这些设备运行在单耗最小的曲线上，降低单耗，能节省能源。
电力能源管理中心系统提供的设备最佳运行优化就是控制设备运行在最佳运行曲线状态，使设备的效率最高。
9.1、设备最佳运行曲线的自学习和设定
通常，设备运行在最佳运行曲线不一定是一条，在不同的条件下，会有一组最佳运行曲线。
如电弧炉在装料不同时，曲线也会有些变化。
因此，获取设备在不同条件下的最佳运行曲线是电力能源管理中心系统的首要任务。
电力能源管理中心系统为每台需要控制的设备安装电能数据采集模块和接收设备运行状态的传感器。
当电力能源管理中心系统进入自学习状态时，能安设定的时间间隔为这些设备记录采集的各种数据，输入一些运行条件，电力能源管理中心系统能自动绘出设备的运行曲线，在经过多次自学习运行后，能自动找出单耗最低的曲线，这个曲线还可以人工修改调整。
最后设定这台设备的最佳运行曲线。
在不同的条件下，进行自学习运行后，可设定这台设备在不同的条件下最佳运行曲线。
9.2、运行伺服控制系统
电力能源管理中心系统控制设备按最佳运行曲线运行是通过伺服系统来实现的，伺服系统通过采集和反馈的各种数据，输出控制量驱动设备调控系统，调整设备运行状态，使设备在设定的时间内按指定的曲线运行。
10、企业生产运行方式仿真优化调度
企业生产的调度受很多因素的影响，生产计划、工艺流程、资源配置、劳动者的技能和效率等。
电力能源管理中心系统的企业生产运行方式仿真优化调度是在保证生产计划、工艺流程的情况下，按电力能源费用最低化方案进行优化调度。
企业将最大限度的利用低价电力，并提出需量管理计划，由电力能源管理系统的需量管理功能控制最大需量。
企业按这种方案进行优化调度的直接经济效益和社会效益是十分明显的，这也是合理使用电力能源的最高境界。
10.1、设备运行仿真器
为了仿真企业的生产过程，首先要对企业各耗电部门和大型耗电设备的运行曲线进行仿真。
电力能源管理系统可根据系统历史数据按最大值、平均值、最小值生成不同的仿真器。
以便仿真通常情况和极端情况的设备运行。
如果有必要，可生成在不同的生产计划下的仿真器。
10.2、输入工艺流程的运行要求
通常某些设备和生产部门由于工艺流程的要求，在运行上有不同求。
如，某些设备必须连续运行，某些设备在开始运行后的一段时间内不能停止。
某些设备和另一些设备必须同时运行或同时停止等。
10.3、设置企业电能计量点和电价
企业可能存在不同性质的用电，电力公司需分开计量，并执行不同的电价（如动力和照明）。
设置企业电能计量点和电价是按电力能源费用最低化方案进行优化的需要。
也是电力能源管理系统成本分析的依据。
10.4、生成调度计划
选择好仿真器，系统即可为您生成按电力能源费用最低化方案优化的调度计划表和下列报表。
（1）生产调度计划表；
（2）需量管理计划表；
（3）仿真运行日负荷曲线；
（4）仿真运行成本分析表；
（5）仿真运行用电量、电费预测表。
根据需要，可以局部调整生产调度计划表，生成多个调度计划，系统可为您生成调度计划比较表。
最后，由您决定执行的生产调度计划，需量管理计划表也被同时执行（详见需量管理）。
2、技术节能
电能质量解决方案
电能质量、消谐装置的应用（略）
智能台区的建设（略）
绿色能源解决方案
绿色能源的应用（略）
3、实施效果
⏹最大需量管理带来的收益
企业按最大需量支付基本电费，为了提高电网负荷率，供电部门对企业最大需量设立上限和下限，超过上限的需量将按二倍的价格收费，低于下限时按下限需量收费。
因此，合理控制最大需量能为企业直接带来经济利益。
同时，也提高了电网负荷率，带来社会效益。
⏹设备最佳运行优化带来的收益
对于大型耗电设备，都存在设备设计时的最佳运行曲线，操作人员操作设备运行在最佳运行曲线状态时，设备的效率最高，设备的使用寿命也长。
电力能源管理系统能确保设备的最佳运行。
⏹企业生产运行方式仿真优化调度带来的收益
在确保劳动生产效力和工艺流程合理的情况下，最大限度的利用分时电价的廉价电能，能使企业降低电费支出。
电力能源管理中心系统通过仿真模型提出多个调度方案进行优化比较。
确保优化调度。
⏹人力资源的减少带来的收益
电力能源管理中心系统中包含的配电系统运行监测子系统，是按变电所无人值守的要求设计的。
配电系统的监视人员可和其他设备或生产调度中心合并进行监视。
从而大大减少人力资源。
二、工矿企业中的能效管理
1、系统节能
系统定义：
企业能源管理，是一项利用自动化和信息化技术，对企业生产的能源与管理体系进行一体化管控的节能新技术，通过动态监控和管理企业能源生产、输配和消耗各个环节，从而改进生产技术、优化能源平衡，实现系统性节能降耗。
建设内容：
Ø能源管控中心调度大（楼）厅建设；
Ø计算机软硬件系统平台建设；
Ø能源管理系统网络建设；
Ø能源调度监控系统建设；
Ø基础能源管理应用系统建设；
Ø现场改造及数据采集站建设；
Ø能源数据计量系统改造；
Ø无人值守站点远程监控的设计与实施；
Ø其它系统通讯接口设计；
Ø视频门禁安防等辅助系统建设；
Ø通信系统的建设等。
系统功能：
⏹监控功能：
Ø工艺调度监控系统，完成实时在线监控功能；
Ø能源运行应急处理系统，帮助能源调度人员通过能源管理系统平台，能迅速定位和组织解决能源生产过程中遇到的事故，将能源生产事故造成的损失降低到最低限度和最小范围；
Ø历史趋势分析系统；
Ø远程控制系统：
能源管理系统收集实时数据信息通过集中调控，实现能源系统平衡，以达到资源高效、安全供能的目的。
原有控制功能在本地控制室通过现场HMI和现场控制系统实现对操作对象的操作功能。
能源中心建立以后，操作可以在现场HMI也可以在能源中心实现；
Ø电力负荷预测与平衡调度模型；
Ø煤气预测调度模型系统：
建立完整的能源流平衡数据库和短期预测模型，结合历史数据，监视能源流生产和耗用的波动，进行能源流预测和能源流调整量计算,将预测结果应用到能源流生产调度中，实现能源流系统优化；
Ø各种生产实时报表功等。
⏹管理功能：
Ø能源计划的制定和审批、下达；
Ø能源实绩统计管理；
Ø能源调度运行过程信息化支持；
Ø能源综合预测与优化平衡；
Ø能源质量管理；
Ø重点能耗设备管理；
Ø能源经济指标综合计算分析考核管理；
Ø能源监察与用能过程管理；
Ø环保管理；
Ø能源报表与数据发布等。
能源计划功能用计算机编制能源计划，通过各级生产统计和能源统计，实现生产与销售、生产与供应、生产与财务，生产与能源等各个部门的协调与统一的综合管理。
生产计划是生产管理系统的入口点，能源计划实现企业管理人员将生产计划转化成相应能源能力需求计划；能源计划和主生产计划、车间作业管理、库存管理等子系统形成了一个能够及时反映企业需要生产什么，什么时候生产，生产需要能要保证等动态闭环的计划系统。
能源调度运行支持主要包括能源运行方式变更、抢修检修，能源介质审批管理以及调度值班日志，交接班日志，事故统计，能源运行报表等功能。
能耗分析与预测功能根据能源实绩历史数据，建立各工序能耗或重点设备能耗的数字化模型，对各工序能耗或单产能源综合能耗进行预测，结合生产计划数据制定能源供需计划。
根据能耗模型，进行总体能源的平衡预测，实现能源平衡分配，系统将结合实绩数据进行分析，不断修正数字模型，提高预测精度，最终达到优化用能、节约用能的目的。
能源设备管理功能实现对能源设备管理的信息支持，建立关键能源设备信息库（包括设备档案、设备故障处理方案信息档案、点检定修信息档案、设备异常应急预案等）；具备应急预案的授权维护功能；设备事故台帐维护管理；同时建立设备运行时间统计台帐及能源设备备品备件台帐，具备授权的及时维护功能。
能源质量管理功能，包括外购能源质量的管理和自产能源的质量管理，具备能源质量标准的维护功能和能源质量事故的台帐维护功能。
能源质量管理通过获取各种能源介质的在线或离线分析的质量数据，数据按介质形成能源质量报表。
能源监察和环保管理功能对用能过程的能源监察进行管理；对环保监测点如大气环境质量、废水、废气、废渣排放、噪音等进行监视和分析。
2、技术节能（略）
园区综合自动化
模块化箱式变电站
生产自动化系统
电能质量和消弧消谐
变电站自动化
变频节能技术
余压余热发电技术
3、钢铁行业能源中心效益分析
以年产300万吨钢铁企业为例，实施能源管理中心带来效益如下：
Ø项目实施效果一览表
项目实施效果一览表
序号
作用
节省能源效果
节能核定量（tce/a）
经济效益（万元/a）
备注
实物量
折标量（tce/a）
1
提高煤气综合利用率
高炉煤气放散率由4.6%降至2%
19421万m3/a
24975
18883
971
项目贡献比例为60%，用于煤气发电
转炉煤气回收量由67.4m3/t提高至80m3/t
5163万m3/a
13274
6521
516
项目贡献比例为60%，用于煤气发电
2
降低新水消耗，吨钢耗新水由2.45m3/t降至2.35m3/t
27万m3/a
66
189
84
项目贡献比例40%
3
降低氧气放散量，氧气放散率由4.3%降至2%
668万m3/a
501
1429
734
项目贡献比例60%
4
减少电力损失，电力消耗量降低0.3%
931万kWh/a
1144
3259
466
--
合计
--
39960
2771
--
由表分析可知，能源管理中心建设项目实施后，XX钢铁减少能源损失39960tce/a，实现经济效益2771万元/a，项目实施后节能量核实为30281tce/a。
Ø间接效益
（1）实现了集中显示、集中控制、设备集中管理、调度日志自动生成、审批流程标准化、统计报表电子化、数据自动归档，实现了能源管理无纸化，极大的缩减了管理流程，减轻了岗位人员的劳动强度，改善了工作环境。
（2）使岗位操作人员实时监视设备的运行状态，出现故障及时报警，有效的缩短了整个能源系统内故障和异常处理时间，提高对全厂性能源事故的反应能力。
（3）简化了能源运行管理，减少日常管理的人力投入，提高劳动生产率，达到减员增效的目的。
（4）通过事故回放、SOE、在线潮流分析、短路计算等技术手段，提供了预测、故障分析、验证参数的研究平台，避免故障的重复出现，有效降低设备故障率。
（5）优化了人力资源结构，充实了维护人员力量，改变了传统的设备维护模式，提高设备维护效率。
（6）实现了降低高炉煤气放散量，减少二氧化碳排放量11.7万t/a，减少二氧化硫排放量563t/a，减少了污染，保护了环境，具有较大的社会效益。
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