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我国钢铁企业能源管理现状分析：加强能源管理 实现系统节能
　　从20世纪80年代开始，我国钢铁行业不断借鉴国外先进理念，逐步开展能源管理优化工作，并着手能源中心筹建。1981年，鞍钢率先提出了建立能源中心的设想；1985年，我国第一家企业能源管理中心在宝钢建成。经过20多年的发展，目前我国先后有15家企业采用了能源管理中心这一管理体制。实践证明，能源管理中心是钢铁企业通过能源科学管理、合理调配、高效转化和利用，实现系统节能的有效方式，能够推动我国钢铁企业从原有的事后统计、分析、查找原因的能源管理模式，向以生产流程和生产计划为中心进行预案设置、过程跟踪、实时统计、动态分析的能源管理模式转变。但是，由于受到各种条件的制约，有相当大比重的钢铁企业仍然沿用传统的管理体制。　　客观分析现有问题 明确能源管理工作重点　　总结分析我国钢铁企业节能管理模式，主要有以下三种。一是集中一贯管理模式。该模式以能源管理信息化系统（EMS）为支撑，以企业能源管理中心为核心，按照扁平化和集中一贯管理的理念，将企业能源的数据采集、处理、分析等技术功能与能源的控制、预测、调度等管理功能进行有机、一体化的集成，基本实现了企业能源管理系统的管控一体化设计，系统和应用功能均比较完善。二是信息处理管理模式。该模式也建立了企业能源管理中心，但主要是数字化平台，将主要能源消耗信息和部分设备信息采集到能源管理中心，并对部分有条件的工序进行监控，基本实现了基于计量数据分析的能源管理功能和与信息化系统结合的离线优化。三是数据分析管理模式。该模式的特点是企业整体的信息化水平不高，企业沿用传统的能源管理体制，信息平台为主要功能仅是采集动力计量信息，通过软件实现编制能源管理报表、能耗分析、大屏幕显示等简单功能，无法实现在线处理和优化，本质上是以动力计量采集、管理为主的基础应用，与真正意义上的企业节能管理还有较大差距。　　上述三种能源管理模式，基本特点就是利用信息化和数字技术，实现能源的精确计算、实时控制和计划调度。但是，面对发展低碳经济和节能减排的新形势、新任务，现有的能源管理模式还不足以系统解决钢铁企业能源种类繁杂、利用效率不高、二次能源回收率偏低等现实难题，须在梳理现有管理模式优缺点的基础上，加快能源管理创新步伐，探索出一条适合钢铁企业系统节能管理的新模式。概括起来，目前钢铁企业能源管理工作存在以下问题和不足。　　实时运行与系统规划不同步。钢铁企业能源管理工作仍处于摸索阶段，大多数钢厂能源管理模式仅仅是“单兵作战”，往往注重单体装备的能耗评估和节约，同时对单一能源研究得比较多，而从全局角度和战略层面，能源统筹优化配置做得还不够，以致单元能源消耗下降较快，但系统节能效果不理想，能源管理总体上仍旧处于分散状态，能源管理职责归属多个部门，统一规划、决策、管理的职能不突出，缺乏集中统一的能源管理机构，不利于统筹规划和综合协调，难以应对重大能源形势变化和经济社会发展的挑战。　　管理创新与技术创新不同步。随着节能技术的快速发展，众多钢铁企业纷纷加大先进工艺技术装备的应用和推广力度，节能技术水平提高很快，但由于钢铁企业节能技术涉及领域较多，涵盖范围较宽，同时这些技术装备运行时往往存在着关联，如果不统一进行优化管理，效能的发挥将受到很大制约。目前，由于大型钢铁企业由众多生产单位组成，相互之间除主体生产线外，基础节能设施往往缺乏统一的调度指挥。　　主体装备改造与节能技术配套不同步。我国钢铁企业多达上千家，不仅产能布局分散，而且工艺装备新旧并存。由于先进节能技术的推广应用力度不够，重点大中型企业高炉煤气余压透平发电（TRT）、干熄焦、转炉干法除尘配备率仅为30%、52%和20%；煤调湿技术仅在少数企业得到应用，造成钢铁行业整体能源利用效率不高。　　强化钢铁企业能源的有效管理，提高企业能源利用水平，实现系统节能，要综合考虑以下五个方面。　　结构优化。　　结构优化是钢铁企业节能工作最重要的环节之一。一方面，企业应紧跟技术发展前沿，大力推进结构调整和淘汰落后，加快实现工艺装备的大型化、现代化，促进源头减量和过程清洁生产；另一方面，应逐步实现钢铁生产从长流程向短流程转变，积极推动用能结构调整，科学合理地配置各类能源。　　系统优化。　　系统优化是发挥企业整体节能效果的关键所在。系统优化的思想就是从企业―生产工序―单体设备三个不同层次节能工作的协调和优化，即从钢铁生产大循环系统角度，强调单体设备的节能，兼顾各能源子系统，统筹到各生产工序，实现系统用能的经济性和结构优化，进而实现节能途径的最优化和节能效果的最大化。　　梯级利用。　　能源梯级利用属于循环经济范畴，是提高能源利用率、减少排放的最佳措施之一。根据钢铁企业流程特点和用能特性，能源在利用过程中，由于能量的损失不可避免，能源利用效率呈现逐步衰减态势。因此，不管是一次能源还是二次能源，在利用的方式上应按能源的品位并综合能源转换效率逐级加以利用。如在钢铁企业内部，主张焦炉煤气要进行深加工，而不是制备蒸汽和发电，副产煤气在企业内部使用还有剩余的情况下，才用去发电；热电联产过程中，高、中温蒸汽先用来发电或用于生产工序，低温余热用于办公供热；烧结余热和高炉顶压用来发电等。　　量化管理。　　这是钢铁企业科学管理能源、实现系统节能的重要基础，应完善水、电、风、煤气、蒸汽等各种能源介质的计量检测设备，提高计量工作的准确性和科学性，实行单体设备能源定额消耗管理，形成覆盖厂―车间―作业区（班组）的三级能源计量管理体系。　　经济可靠。　　钢铁企业能源转换途径众多，工艺技术发展迅速，应坚持以实际效果为衡量，以系统的经济性、可靠性和稳定性为原则，采取成熟可靠、经济适用的工艺技术。　　制定能源战略规划 加快实现四个转变　　钢铁企业应不断创新能源管理理念，以指导能源管理工作有效开展。对于传统大型钢铁联合企业而言，重点要加快实现四个方面的转变。　　加快从单一能源部门纵向管理向综合能源管理体系转变。由于系统节能涉及到企业的方方面面，能源管理由单一的能源部门纵向管理已经无法满足系统节能的要求，因此，企业在推进能源管理的过程中，应逐步向计划、采购、生产、技术、设备等各个环节与能源管理部门分工协作的综合能源管理体系转变，更好地实现企业购能、用能、节能的优化。　　加快由过度依赖煤炭资源向发展绿色、多元、低碳化能源转变。针对目前我国能源、资源条件和工艺技术现状，我国钢铁企业以煤炭为主的能源消费结构短期内不会有根本性改变。实现钢铁企业能源结构从过度依赖煤炭资源向发展绿色、多元、低碳化能源转变，重大工艺技术的突破是关键。此外，随着我国工业化进程的加快，钢材的社会积累量达到一定程度后，将有条件更多地采用以废钢为主要原料的电炉短流程，从而改变煤炭使用比重过高的局面，推动能源结构不断优化。　　加快由定性的粗放管理向定量的集约化、精细化管理转变。为推动钢铁企业节能降耗工作持续、深入、有效地开展，须改变以往粗放的管理方式，以完善能源计量体系为支撑，加强能源消耗定额管理，通过对能源使用情况进行全面分析、科学诊断、精确控制，推动能源管理步入集约化、精细化和科学化轨道。　　加快由注重技术节能向技术和管理节能并重转变。随着我国钢铁工业工艺装备水平的提升，虽然尚有一定的技术节能潜力，但节能空间逐步缩小，管理创新已成为制约能源利用效率进一步提升的重要“短板”。　　钢铁企业还应加强能源战略管理，做好高层次、全方位的节能规划。一是抓好能源战略规划的编制工作，在认真梳理节能降耗工作现状，系统分析内外部环境对企业节能降耗工作新要求的基础上，制定符合企业实际的中长期节能规划，明确一段时期内节能工作的指导思想、节能目标、基本方针和战略举措，使能源管理具有战略性、前瞻性和全局性。二是做好年度计划的制订工作。钢铁企业须通过制订科学合理、务实适用的年度执行计划，分阶段、分层次地落实战略规划既定的目标任务，特别应明确企业各用能子系统和单体节能设备的阶段性节能指标，才能使能源管理工作的具体措施具备较强的指导性和可操作性。三是做好战略规划实效评估。钢铁企业应以节能效果为衡量，以信息化技术为支撑，定期开展全过程、全方位的能源战略评估，完善信息反馈机制，根据评估结果及时对既定能源战略进行修订、补充，使战略规划始终符合形势任务的发展要求和企业发展循环经济、低碳经济的现实需要。　　建立科学管理体系 完善考核评价机制　　钢铁企业应根据自身的能源特点，按照发展循环经济的要求，以提高组织系统功能为导向，积极构建立体式、网格化、全流程的组织管理体系，实现能源管理的广覆盖、系统化和全过程控制。　　建立能源管理责任体系。钢铁企业应成立由企业主要负责人为组长的能源管理领导小组，建立、完善自上而下的能源管理机构，设立能源管理岗位，明确岗位任务和职责，为深化能源管理工作提供组织保障。　　建立能源动态管理体系。钢铁企业应运用系统的思想和组织方法，以物质流、能流、信息流为核心进行动态过程控制和管理，在明确目标、职责、程序和资源要求的基础上，进行全面策划、实施、检查和改进，寻求最佳能源管理实践方案，实现对运行过程物质流和能量流的双重动态控制，最终达到能源高效利用与动态平衡管理的目的。　　建立能源管理考核体系。钢铁企业应加强用能计划的监督考核，提高用能计划的科学性、严肃性和准确性，建立、健全能源使用考核制度，明确考核内容、检查途径和奖惩标准，实现能源管理约束性惩罚与鼓励性奖励的有机统一。　　推动管理与技术创新的有机融合。钢铁企业应适应先进工艺技术的需要，大力推进管理创新，在消化吸收先进工艺技术的基础上，制定、完善操作标准和工艺规程，大力推进标准化作业和精细化管理，以促进先进工艺技术装备效能的有效发挥；应通过管理创新寻求节能降耗新的突破点，推进能源技术创新水平提高。　　钢铁企业应运用现代化管理手段，提高工艺技术装备的利用效率和效能。通过信息化和工艺技术的融合，实现能源系统管理、物流优化和能流平衡，不仅有利于促进能源的扁平化管理，也有利于提高工艺技术装备的利用效率和效能。　　完善能源预测评价机制。钢铁企业应从成本控制的角度，优化能源管理体系，合理定义各用能系统的成本构成，根据效益最大化的原则配置能源管理要素，通过能源管理系统的计划编制、实绩分析、质量管理、能耗评价等技术手段对能源生产和消耗过程进行用能预测和管理评价。钢铁企业应完善能源消耗定额管理，能源消耗定额是反映企业能源利用经济效果优劣的综合指标，包括建立能源消耗定额体系和定额管理组织体系；制定、修订能源消耗定额，采取有效的技术和组织措施，以保证定额的完成；考核、分析定额完成情况并总结经验，提出改进措施。　　完善能源动态平衡机制。企业应对生产流程中的能量收入和支出在数量上的平衡关系进行监测，通过EMS对能源数据进行分析、处理和加工，能源调度人员和专业能源管理人员依据实时掌握的用能状态，动态调整、平衡能源介质结构、消耗，以全面反映企业各类能源的产、供、用或调入、调出之间的关系，确保能源管理体系保持最佳运行状态。　　完善合同能源管理机制。合同能源管理是目前国家大力推广的一种基于市场的、全新的节能新机制，它的实质是一种以减少的能源费用来支付节能项目全部成本节能投资方式。能源管理合同在实施节能项目投资的企业与专门的营利性能源管理公司之间签订，有助于推进节能项目的开展。　　(采编: 钢之家资讯部 请勿转载 垂询电话:021-)
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钢铁企业能源仿真系统初探
【摘要】：提出了利用仿真系统研究钢铁企业物流和能源的方法和手段,基于钢铁企业物质流和能最流相结合的本质,指出了钢铁企业能源仿真系统以物质流为前提,以生产工序为基础单元,具备通用性、扩展性和可维护性等特点和要求。结合仿真目前的发展趋势和钢铁企业的特点,探讨了基于 HLA 的体系结构构建能源仿真系统的方案,同时对利用面向对象的建模方法进行了论述。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：F426.31;F206【正文快照】：
1引言 钢铁工业是高能耗行业，我国钢铁企业能源费用约占生产成本的1/3。做好能源管理工作，加强能源 平衡与优化调度，充分利用二次能源和资源，回收生产环节中放散的能源和能量，减少能源放散和外购， 具有很大的挖掘潜力和利润空间。 钢铁制造流程是一个有序、动态的运行
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京公网安备75号面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展_能源_中国百科网
面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展
    
&&& 近几年来，中国的钢铁行业发展势头迅猛．在2008年世界金融危机的大环境下，全国钢铁企业粗钢总产量达50 048．8万吨，钢材58 177．3万吨㈠位居世界产钢大国榜首，有力地支持了国家的经济建设．但是，全国钢铁企业总能耗达到22 324．49万吨标准煤，占全国能源总消耗量的15％以上，平均吨钢综合能耗629．93千克标准煤／吨，与日、德等发达国家还有20％左右的差距．降低钢铁吨钢综合能耗，就能大量节省能源．
&&& 制约我国钢铁企业综合能耗下降的因素包括钢铁工业布局、原料质量、工艺水平和差异以及管理水平差距∽近年来，我国钢铁行业快速淘汰一批落后工艺和，推广型煤技术、焦炉废烟气干燥入炉煤的设备、干熄焦)、高炉余压发电、热装热送等节能和能源综合利用工艺，使我国钢铁企业的生产工艺上升到一个新的水平，取得了明显的节能效果。
&&& 钢铁企业用能设备数量多、工艺日趋复杂，使用的能源介质达二十多种，且能源介质的产生或消耗之间有复杂的关联关系，使能源系统的管理和调控难度加大．因管理和调控不当、不及时引起的能源介质放散现象时有发生，引起大量能源浪费和环境污染．集成工业测控、工业网络、计算机和控制技术而形成的能源管理系统正是针对这些问题而产生的新型技术．
&&& 本文将介绍能源管理的主要阶段，先进能源管理系统的主要技术与功能，并分析先进能源管理系统的研究内容与进展情况．最后给出结论与展望．
2 能源管理模式发展阶段及先进EMS系统
&&& 能源管理模式可划分为3个阶段：基于单机设备与工序级的能源管理、基于能源介质平衡的能源管理、基于全流程优化与系统节能思想的能源管理．
2.1 基于单机设备与工序级优化控制的能源管理
&&& 单机设备与工序级能源管理在分解能耗过程、完成能耗指标、实施能源考核等方面具有目标明确、责任清晰、效果明显等优点．这种管理模式在能源系统的局部虽然能够实现最优，但是随着生产规模扩大和工艺日趋复杂，难以达到设备或工序之间的匹配和系统优化，能源放散的现象时有发生．
2.2 基于能源介质平衡的能源管理
&&& 本阶段是按照钢铁企业能源介质管网的结构特点，解决能源介质的生产、回收、消耗之间的平衡，防止发生不必要的放散．论文分别讨论了煤气、电、氧气等能源介质的综合平衡与优化问题．体现了这一管理思想．用以实施这种管理的平台就是EMS。图1为某大型钢铁联合企业EMs网络结构。
图1 某大型钢铁企业EMS网络结构
&&& 如图1所示，设备与能源管网的测控信号经由远程测控单元或PLC系统，传输到IO服务器，再存入数据库服务器．操作人员通过能源大厅的操作平台和应用服务器访问数据库以获知现场的情况，并按照相应介质的调度操作标准实施调度．同时，各能源生产与使用单位可以通过网络和web服务器浏览实时能源信息．
&&& 本阶段能源管理系统的主要技术包括：集散控制系统(DCS)或现场总线系统(FCS)：适应钢铁集中管理、分散控制的需要．
&&& 网络通信：高效、稳定、可靠的工业网络以实现不同设备互联、采集现场数据、远程操作．
&&& 数据库：存贮现场历史与实时数据，供EMS作统计、分析、评估、预测、查询等．
&&& 人机交互、计算机软件、专家系统等技术提供操作、监控、技术支持等服务．
&&& EMS应用网络和计算机技术，实时监控范围和系统容量得到扩展，因此能够对能源介质进行实时精细计量；能从系统的角度实施能源介质的平衡调度；考核能源实绩、控制能源成本，提高能源管理的效果和水平．
&&& 但是，EMS系统的操作人员调控的方法是以静态平衡为主，在生产计划变动、物料变化干扰、生产环节不可预知的停机、检修等情况下难以及时调控．目前解决的办法是在产耗设计中考虑基本平衡，并采用中问贮存装置(如气柜)以缓冲能源介质的波动，其调节能力有限．
&&& 目前我国钢企能源管理大都处于本阶段．
2.3 基于全流程优化控制与系统节能思想的先进能源管理系统
&&& 先进能源管理系统是在EMs功能与性能上的提高．从全流程优化控制的角度，依据市场环境和利润目标通过企业资源计划系统(ERP)形成生产决策和生产计划，然后由制造执行系统MES分解到生产工艺和作业岗位实施．先进能源管理系统服务于全流程优化控制中的指标分解、生产实施和生产环节的优化控制，同时也受约束于企业总能耗(或单位能耗)和环保的要求．图2为钢铁企业全流程优化控制与先进能源管理系统关系图．
图2 全流程优化控制与先进能源管理系统关系图
&&& 正如文所述，钢铁企业生产过程实质上是以铁素流为主要形式的物质流和以碳素流为主要形式的能量流按照设定的&程序&和&流程网&作有序动态的运行．先进能源管理系统要建立包含各类能源设施和设备的&能量流网络&，运用系统节能的思想，考虑物质流与能量流及其耦合关系，进而构建起动态能源介质的预测、仿真和优化调度模型，实现能源系统的全局优化控制．
&&& 由于钢铁企业生产流程复杂，现场的影响与制约因素多，如：建模困难、能源介质参数(如燃气的热值)变化、生产计划调整、检修时间不确定，加大了能源管理和优化控制的难度．因此，钢铁企业生产过程数学建模、基于物质流和能源流的能源网络建模、能源在线监测、用能设备优化控制、能源预测、能源仿真与优化调度算法等都是先进能源管理系统要解决的问题．
3 先进能源管理系统的研究内容与新进展
&&& 先进能源管理系统现阶段的研究内容及其逻辑关系如图3所示．其研究内容主要有5个方面：能源在线监测、生产过程优化控制和电机等设备能效分析是从3个不同的角度解决能源合理利用问题；集成平台是解决能源系统的信息化问题；多介质监测、分析优化则是从系统的角度解决整个能源系统的运行问题．
图3 先进能源管理系统研究内容及其逻辑关系
3.1 能源在线监测
&&& 传统的能源在线监测，以对各种能源介质的运行状态监测和介质计量为主．在先进能源管理系统中，要实现白上而下的管控一体化的目标，传统能源在线监测的内容上有新的扩展，为跟踪能源的使用和能源调度提供依据．最新研究包括：
(1)能源地理信息系统(GIS)
&&& 针对钢铁企业能源管网错综复杂、分布范围广，全面管理和维护难度很大的问题，提出利用GIS平台实时监测煤气、蒸汽、电、氧、氮、氩、氢气、水(包括原水、除盐水、冷凝水、淡化海水)等关键能源网络运行情况；实现实时事故报警精确定位技术，为管网优化设计、危险源辨识、事故抢险和能源优化调配提供辅助依据．该技术的主要内容：
&&& 1)管网地形图的建立与管理
&&& 利用MAPGIS软件作为GIS的开发平台，针对能源管网与周围的建筑物、绿地、等高线、水系、道路等的关系，建立管网地形图数据库，标注相关数据．按照基础地形图和各种专题地图分类、分层管理，并实现地形图的分层变焦无缝显示．建立一系列的地形图维护机制，使地图信息与实际相符．
&&& 2)管网建库的建立与管理
&&& 按照外业探测资料、其它格式数据或管网竣工图数据在管网地形图中录入管网分布与结构信息的方法．建网的内容包括管网详图、多媒体图片、管网相关设备等．在管网结构与设备出现变化时，能方便快捷更新．
&&& 3)管线规划与综合分析
&&& 利用GIS平台，避免在管网扩(改)建规划中管网区域碰撞；对管网区域埋深提供有力的依据，实时检测管网老化并建立预警机制．
(2)能源介质泄漏检测与定位
&&& 能源介质的泄漏导致能源浪费，甚至引起严重安全隐患与环境污染．目前在面向蒸汽系统跑冒滴漏的蒸汽疏水阀在线测量技术取得进展．该技术主要内容是：
&&& 1)基于超声多频的高精度气体泄漏在线检测由疏水阀的微孔或缝隙所导致的气体泄漏，其产生的超声信号的频率随内外压差、孔径大小的不同而不同，同时，超声波的能量随着距离的增加迅速衰减．精确测量气体泄漏所产生的超声信号以确定泄漏的地点和孔径大小．
&&& 2)强噪声背景下气体泄漏判定与泄漏量计量工业现场环境极为复杂，现场存在大量背景噪声，增加了对泄漏所产生的超声信号的提取难度，在信号采集时需去除噪声信号，结合气体压力的变化提出气体泄漏的判定策略，实现气体泄漏量计量．
(3)能源介质管网的仿真模型及测量数据校正
&&& 能源质管网的设计(流程、管径、保温等)往往是根据经验进行的，不一定是最优设计，而能源管网测控中仪表的工作状态不一定正常，精度会随环境变化而降低．该技术的主要内容：
&&& 1)能源介质管网仿真模型
&&& 依据管网结构，建立流体管网的水力学和热力仿真模型，快速对流体管网进行水力学和热力学模拟计算，为管网设计(流程、管径、保温等)和改造提供依据；实时模拟仿真管网的运行状况或预测管网中介质的未来运行状态，减少管网在传输介质时的各种损耗．
&&& 2)能源介质管网测量数据校正
&&& 根据管网结构和流体能源介质的物理性质，对传输到EMS系统的实时数据是否异常、所处的工作区间进行判定，依据测量到的数据之间的关联，去除显著误差和实施数据协调，提高测控数据的精度和可靠性．
3.2 生产过程的能效分析与优化控制
&&& 炼焦、炼铁、炼钢和轧钢是钢铁企业的主要高耗能生产过程，其生产设备能耗占整个生产能耗的70％以上．传统能源管理系统注重这些过程能源的计划、计量、分析与考核，而对物流能流关系、生产环节的参数优化等问题关注度不高．
&&& 在先进能源管理系统中，以减少能源消耗为目标，综合考虑原料流、产品流(物质流)和能量流的耦合关系，建立高能耗设备的能源投入产出模型和面向操作的实绩能效评估方法，结合投入产出模型和能效评估实现面向能效提高的高能耗设备操作优化．本项技术的主要内容是：
&&& 1)高能耗生产过程能源投入产出模型
&&& 结合设备的物理化学原理以及运行历史数据分析，建立能源投入与产出模型，用于能效分析、用能预测以及面向节能的生产过程设备优化操作．
&&& 2)面向操作的实绩能效评估方法
&&& 建立面向操作(操作方法、参数、环境等因素)的实绩能效评估方法，建立操作与设备能效之间的关系，以指导设备的节能操作．
&&& 3)面向能效提高的高能耗操作优化
&&& 研究面向操作能效评估指标的动态优化方法，根据当前能效评估结果和分析，采用粒子群优化等智能寻优算法，在设备能源投入产出模型空间中搜索能源消耗最小的操作模式，实现高耗能设备节能操作．文分别论述了加热设备与连铸过程节能操作优化的方法．
3.3 电机、泵类用能设备能效分析与优化控制
&&& 传统能源管理系统，对中小型电机及空压机、风机、泵的运行情况不够重视．但是，由于电机、空压机、风机、泵的数量多，有效监测与优化控制这些设备的运行能够显著节能．最新的研究包括：
(1)非侵入式电机能源效率在线检测分析技术
&&& 电机是钢铁企业的主要动力设备，也是主要耗能设备．这些电机的大部分在低于设计额定负荷60％的负荷状态下运行，导致高达30％的用电被浪费掉．在这些电机中，80％是中小型电机，由于单台容量不大，在管理中易被忽视．本技术能在线检测电机运行效率，且成本低廉，使实施中小型电机系统能源管理成为可能．
&&& 本技术的内容包括：
&&& 1)复杂工业环境下电机电流信号特征提取
&&& 采用基于切比雪夫一致逼近原理的FIR滤波、小波分析消噪、线性调频的时频分析消噪、周期信号混叠等信号预处理技术，解决复杂工业环境下电机电流信号特征提取与分析问题，提高转速估计、故障诊断等所需的特定频率特征信号的提取准确度．
&&& 2)基于推理模型的电机能源效率非侵入式、低成本在线检测与分析
&&& 采用小波分析、现代谱估计等先进的信号处理技术，和神经网络、支持向量机等智能信息处理技术，基于电机定子电流特征分析(MCSA)技术，建立电机能源效率推理模型，研究非侵入式电机效率在线检测与分析方法．在不依赖转速、转矩等传感器，不构建高精度电机等效电路的条件下，实现电机效率的高精度在线估计．
(2)空压机、风机、工业泵能耗监测技术
&&& 在工业生产中，电机主要用来驱动风机、泵、空气压缩机及各种加工设备，构成电机驱动系统．其中用于驱动空压机、风机和工业泵的能耗分别占到电机能耗的15％和27％．对这些设备的能耗监测对于面向节能的设备管理和设备改造有重要的参考价值．
&&& 本技术的核心内容包括：
&&& 1)影响空压机、风机效率的主要运行参数在线检测与分析技术
&&& 研究分析空气流量、温度、压力、风机转速等参数对风机效率的影响，研究开发对风机性能有重大影响的空气参数的在线检测与估计方法，依据风机定律和风机性能曲线，建立风机系统效率估计模型．
&&& 2)基于能耗分析与优化模型的空压机、风机系统能源效率优化技术
&&& 以风机效率在线监测技术为基础，建立能耗分析与优化模型，开发电机系统能耗分析与优化软件，与电机驱动系统能源效率在线监测与节能优化平台实现集成．
&&& 3)基于多参量的工业泵运行状态监测
&&& 当工业泵运行中发生各类异常时，如：传动对中不正、轴承损坏、密封泄漏、桨叶损伤等，都会伴随有运行噪音增大、轴承温度升高、机体振动增大等现象．本技术能够从各种干扰条件下提取信号，并建立噪声、温度、振动信号与工业泵运行状态间的对应关系．
&&& 4)基于示功图的工业泵运行效率监测
&&& 采用智能滤波技术，以提高光杆载荷和位移的测量精度，同时监测泵的出口压力、扬程等参量，建立能够确定工业泵运行效率的示功图，实现工业泵的优化运行，提高运行效率．
3.4 系统集成平台
&&& 系统集成平台的主要功能是整合先进能源管理系统各层采集到或处理后的数据，实现能源信息存储、共享、发布、应用及开发．和传统的EMS集成平台相比，网络覆盖面更广，系统容量与可靠性更高．系统集成平台的研究内容包括：
(1)新一代能源测控网络技术
&&& 适用于先进能源管理系统的新一代能源测控网络是工厂能源精细计量与优化控制系统的关键支撑技术．其主要任务是支持对工厂的多种能源介质、多种用能设备进行大范围的能效计量和分析．针对目前钢铁企业综合自动化网络的复杂性&&短程和长程，低速和高速，无线和有线多种情况并存，且各种设备与网络协议相互之问不兼容，新一代能源测控网络技术的内容包括：
&&& 1)低能耗短程异构能源测控网络优化设计
&&& 通过优化设计方法，构建实时、可靠、低功耗的工厂能源测控网络结构，以适应多种设备、多种能源介质的不同内容、特点和要求的通信需求，使得网络能效最大化．
&&& 2)基于智能天线的长程能源测控网络技术
&&& 智能天线的长程能源测控网络技术相对于普通无线技术增加了传输距离和网络容量，有望以无线的方式解决钢铁企业网络规模大、测点间距远、布线困难等问题．
&&& 3)面向大数据量传输应用的高速网络技术
&&& 基于蓝牙、IEEE 802．11技术，开展多信道复用的高速通信技术以提高先进能源管理系统网络对环境的适应性．
&&& 4)新一代异构网络互联与互操作技术
&&& 在实现各种异构网络的互联之后，运用远程数据采集、10服务器和OPC server等技术，通过服务器交换各种异构网络的数据，以实现数据集成。
(2)数据集成平台技术
&&& 大型复杂先进能源管理系统完成正常功能通常需要通过SCADA软件对数万个、甚至十数万个能源点进行实时监视或控制，为了完成高级的能源管理和优化调度功能，还需要对生产系统的过程数据和管理数据进行集成．这就是数据集成平台的功能．主要包括：
&&& 1)数据标签化
&&& 钢铁企业的数据环境如图4，ERP(企业资源计划)提供生产实绩、产值、原料等方面的指标与数据，MES(制造执行系统)提供主工序计划、检修、设备状态等信息，能源监控系统则提供各种能源介质与设备检测数据，还有其他如检验系统和手工录入数据信息．能源系统的数据需求与它们之间存在网状关系．
&&& 将数据按照一定的规则转换成标签，供数据需求方订阅．
&&& 2)数据交换与处理
&&& 标签中心是一块内存区域，所有数据都通过标签中心交换．各种来源的标签都可以向标签中心写入数据，数据的使用者可以扫描标签中心读取数据或订阅标签，在标签数据发生变化时，标签中心会把变化的标签打包发给订阅者．
图4 钢铁企业能源管理系统数据环境
&&& 通过数据标签化，简化这些关系，如图5：
图5 数据标签化
&&& 3)应用开发平台
&&& 运用基于服务接口的动态组件库技术，使系统的核心模型及算法可在不同应用中实现动态配置，减少系统二次开发工作量及由此带来的出错概率．
3.5 多能源介质管理、分析和优化系统
&&& 从企业运营的角度，在市场环境、营利目标、安全、节能、环保等约束条件下，要实现能源、资源合理配置与使用．因此需要研究多能源介质的管理，多介质、多设备组成的工厂能源系统动态优化调度的方法，以保障生产所需要的能源能够按照时问、质量、数量要求输送给用能设备，保证整个生产系统安全有序地运行和节能降耗．
(1)能源供应量与需求量中长期与短期预测
&&& 能源供应量与需求量预测是顺利组织生产，实施平衡与优化调度的前提．预测分为中长期和短期两种．
&&& 钢铁企业能源供应量(能源生产环节)和需求量(能源需求方)中长期预测，一般有两类方法可供选用，即时间序列分析法和影响因素分析法．前者分析历史统计数据，推算规划预测期的供应量与需求量，适用于未进行大型工艺改造的钢铁企业．后者根据影响能源供应量与需求量的因素，分析可能达到的数值或水平．对于发展中的钢铁企业，采用影响因素分析法能达到较好的预测效果．
&&& 短期能源介质的动态预测的基础是建立能源投入与消耗模型，结合各工序能源介质流量波动规律，充分考虑生产计划、检修计划及动态工况信息建立模型，以实现合理预测。
(2)能源系统的建模与仿真技术
&&& 能源系统的建模与仿真，辅助工厂能源优化调度，避免出现能源浪费的有效技术手段．根据质量守恒、能量守恒定律、管内流动伯努利定律，以及相应的边界条件和初始条件建立物质流、能量流及其耦合的数学模型，分析钢铁企业能源系统在规定时间内的工作行为和特征．能源系统的建模仿真还考虑到能源系统的分散性、用能模式多样性的特点，使仿真的结果能够真实描述能源系统未来的运行状态．文论述了钢铁企业煤气系统的动态仿真方法．
(3)能源优化调度技术
&&& 能源优化调度是提高能源利用效率、降低生产成本的核心技术手段．其目标是在满足生产用能的情况下，有效降低能源成本：即在满足能源需要的约束条件下控制最经济的能源介质转化方向．
&&& 能源优化调度是基于能流一耦合建立能源转换模型和能源平衡模型，根据企业物流能源投入产出模型及多目标综合评价方法建立钢铁企业能源平衡分析及评价系统．模型化法和系统节能分析法是解决该问题的常用方法．
&&& 国内外采用模型化方法对企业系统进行节能研究的模型主要有投入产出模型、优化模型、平衡模型和神经网络模型等；研究系统节能的分析方法是用来对节能(或能耗)进行比较、分析和评价的方法．具有代表性的方法有：比较分析法、因素分析法、层次分析法等．文研究了多种优化调度的方法和相关的算法，使能源优化调度可以应用在实际生产中．
4 先进能源管理系统关键技术问题及其发展趋势预测
&&& 综上所述，基于全流程控制与系统节能思想的先进能源管理系统的关键技术问题主要是：能源介质的实时监测，生产过程与设备能效分析与优化控制，信息系统集成和多目标多约束的全流程能源预测、仿真、优化控制等几个方面．为了同时适应新形势下钢铁企业能源系统经济、高效、环保、安全地运行等多种目标的苛刻要求，可以预见这些关键技术问题在未来的发展趋势：
(1)高精度和高精细程度的能源介质测控技术
&&& 钢铁企业在市场与能源成本方面的压力下，势必会加强能源考核，深挖节能潜力．提高现场仪表测量精度并且加大精细化测量将成为提高能源管理水平和效果的重要手段之一．
&&& 用于计量各种能源介质的高精度、性能可靠、便于安装的新型智能仪表在先进能源管理系统中有大量需求．和传统仪表相比其精度更高，为了实现远程实时测控功能，还需要具有自诊断与自校准等智能仪表的特征．
&&& 能源介质的计量精细程度将逐步提高．改变基于分厂(工序)之间的能源结算方式，将能源介质在工序中的消耗情况纳入能源管理系统．同时，提高能源介质的质量(如煤气成分、热值)实时检测能力和精度，并精确分析与计量能源介质的损耗、泄漏量．
(2)生产过程与设备状态变量精确测定与闭环控制技术
&&& 先进能源管理系统将重要的耗能生产过程与耗能设备也作为研究对象，从能效分析的角度建立耗能生产过程或设备的运行变量与能耗、质量之间的关系，以优化控制生产过程和设备，实现节能的目标．
&&& 一批实时检测技术与控制技术将发挥重大作用，如基于诱导的钢水成分检测、高炉炉料分布仿真与预测技术、烧结烧成带温度分布测定、煤气成分与热值的快速测定等．通过新型检测技术、软测量技术等手段，提高过程变量可检测范围和精度．逐步实现对能耗有重要影响的生产过程由开环控制转变为闭环控制．检测技术的进步必将在降低能耗指标的同时保持质量指标在一定水平．
&&& 集中管理和监控中小型电机、风机和水泵等一大批工作原理相似、能耗较高的辅机设备的工作状态与能耗状态，及时发现电机设备故障状态下运行引起的高能耗、电机与负载不匹配、负载对外做功超过需求等引起能源浪费的问题．通过建立能效分析与优化控制的一系列新技术和方法提高主要用能设备的能源利用效率．
(3)安全可靠的异构网络数据平台整合与数据互联互操作技术
&&& 钢铁企业先进能源管理系统控制的设备具有地理分布广，数据来源与形式复杂多样，数据量大且实时性要求高的特点．有必要研究整合不同网络结构为统一的数据平台的技术方案，形成满足实时性强、安全可靠、功耗低等要求的新一代能源测控网络技术，以及解决大容量数据集成与应用的基础问题．综合应用无线传感网络技术、工业现场总线技术、计算机通信与网络技术、GPRS信息服务平台等实现数据互联之后，运用远程数据采集、IO服务器和OPC Server等技术，通过服务器交换各种异构网络的数据，实现数据集成的目的．这些通信技术将成为先进能源管理系统中新技术应用的亮点．
(4)基于全流程优化思想并应用先进控制理论的能源预测、仿真和优化调度技术
&&& 钢铁企业能源系统表现出多变量、强耦合、非线性、大滞后、多尺度等特点．在控制目标上首先要满足生产需要，同时，适应市场环境、经济效益、能耗与环保等约束条件或优化目标．解决这个系统的控制问题的未来研究方向可能是依据全流程优化控制的思想，综合运用控制理论和寻优策略，有效解决能源预测、仿真与优化调度问题．
&&& 首先是对能源的中长期需求预测与短期预测的研究，除前述的研究方法和思想之外，还可以按照全流程思想将工艺、时间、能耗指标分解到钢铁生产、能源运输和能源转换环节，完成能源中长期和短期更细致的需求预测，达到提高系统运行的安全性、可靠性和经济性的目标．
&&& 其二是钢铁企业能流与物流动态耦合与协调关系的研究．通过机理建模、经验建模、统计、数据挖掘等手段，建立能流与物流的动态数学模型及相关变量的安全作用域．研究利用该模型仿真能源系统的运行状况，有效预防在基于设计值的平衡被生产变化打破时形成顾此失彼的被动局面；优化设计能源介质的供应、转换、传输和缓冲环节(如煤气柜)．
&&& 其三是完善和丰富钢铁企业能源的优化调度算法及相关理论研究．这些研究的目标是改变基于设计值或经验值的静态调控模式，能够针对计划变动、生产检修与临时故障检修等动态工况对能源系统引起的波动做出灵活、及时、正确的响应，避免发生由于系统失调引起的能源系统冒烟冒火和放散现象．前面述及的模型化法和能耗分析法，结合近几年来快速发展的先进控制理论和方法(如针对系统大滞后或部分变量无法直接测量问题的预测控制、推断控制，针对系统存在多种干扰和时变特性时系统稳定性问题的鲁棒控制，针对对象非线性和不确定性的智能控制、专家系统的方法和最优控制理论等)，可能形成解决优化调度问题全新思路，以完善和丰富先进能源管理系统的算法库．这些理论在先进能源管理系统中的应用，也必将促进理论本身走向成熟．
&&& 我国钢铁企业的高能耗和低能效是推动EMS相关技术研究的重要原因．智能仪表、计算机网络技术、现场总线、先进控制理论等为钢铁企业的能源实时测控及能源管网信息集成提供了技术条件．EMS成为现阶段钢铁企业实施节能降耗，提高经济效益的有效手段．
&&& 能源管理发展有三个阶段：即单机设备与工序节能的能源管理、基于能源介质平衡的能源管理和基于系统节能与全流程控制思想的先进能源管理．目前我国钢企大都处于第二阶段．
&&& 先进能源管理系统在能源介质的监测、生产过程与设备能效分析与优化控制、信息系统集成、能源供需预测、系统仿真与优化调度等关键技术上取得了重要进展．可以预见未来的技术发展趋势是：能源测控的精度和精细程度大幅度提高；对钢铁生产能耗有重大影响的生产过程与设备变量精确测量和闭环控制技术全面实施，对电机、泵类辅助生产设备集中监测与优化控制；采用或研究安全可靠、便于互联和互操作的网络平台及数据集成技术；应用全流程指标思想的能源供需预测技术、适应能源系统动态工况的物流能流耦合模型研究及其仿真、结合模型化和能耗分析方法应用控制理论解决优化调度问题．
&&& 先进能源管理系统在钢铁企业中全面推广必将提高钢铁企业能源管理水平，大幅度提高能源利用效率．
收录时间:日 04:33:39 来源:万方数据 作者:匿名
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