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Abstract This paper carried out by comparing the one or two Shenzhen subway project of energy management, reveals the energy management system to provide technical support for saving energy and reducing consumption, finishing the setting points of energy management system is the system detection range, measuring loop setting and monitoring function design.
Key words: Subway; energy management system; energy saving
中圖分類號: U231+.92文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2012)
引言:地鐵作為城市交通的大運量運輸系統,能源消耗量大,特別是電能消耗,是國家重點用能單位。深圳地鐵一直都把節約能源作為一項重要工作,成立由技術部、維修部和車務部等組成節能工作組,從一期工程的節能管理制定與落實,到二期工程建設能源管理系統全面開展,從粗放的能源統計到分項計量、節能診斷和優化的發展過程,摸索出一套切實可行的節能管理措施。
一期工程能源管理
深圳地鐵一期工程羅寶線,選型使用節能型產品和后期管理模式的優化來落實節能。
1.1技術選型
地鐵電能主要消耗在牽引用電和機電用電。牽引用電節能重點在于列車選型、行車密度以及列車速度,本文不展開討論,重點討論機電類負荷。通過選擇高效節能型產品來達到節能目的,主要有照明采用高效節能熒光燈,電扶梯采用變頻運行模式。
1.2管理模式
節能需要調整管理模式配合落實,體現在集中照明和環控系統的人為控制。照明系統,公共區根據客流大小啟用不同的模式,設備區除值班室外為開啟事故照明??照{系統,空調根據氣溫調節冷水機組的負荷,對U/O風機運營期間停止運營,僅在運營結束后區間施工作業時提供通風換氣1。
1.3 監測手段
以月為單位,人工統計,統計牽高壓引變電所表計和低壓400V低壓柜進線表計。
1.4 節能效果和優缺點分析
從技術創新和管理優化下功夫,取得了一定節能效果。但是作為一種粗放的能源管理方式,它的數據采集來源人工抄表,所得數據由于抄表時間不一致等原因差生誤差。以月為單位的統計周期過長,無法及時發現節能措施執行情況松懈的情況,從而弱化了考核節能目標。
二期工程能源管理
深圳地鐵二期工程蛇口線,在高低壓側設置智能表計,匯成了能源管理系統。
2.1監測范圍
監測主變電所,牽引負荷用電和各車站低壓負荷。
2.1.1高壓監測設置
高壓表計在110KV主變電所、35KV牽引變所保護儀表的測量功能,含電流、電壓、有功/無功電量等測量及計量功能。
2.1.2低壓監測設置
根據低壓計量的要求,有計費和考核兩大類,考核由于進線和分回路的檢測具體功能不同分為考核I型和考核II型。計費型采用帶遠傳功能的機械表,計量精度0.5級,含電流、電壓、有功/無功電量等測量及計量功能??己薎型,計量精度1級,含電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電量、無功電量、功率因數等測量及計量功能。考核II型表計,計量精度1級,電流、電壓、 有功/無功功率、有功/無功電量等測量及計量功能。
低壓負荷種類繁多,涉及進線,環控,照明,信號,廣告,商鋪等。根據商業計費和計量考核的節能潛力,以及大負荷統計的需要等原則,對能源管理需要統計回路進行選取。
對于低壓總進線、環控進線、三級負荷、母聯等總線回路,開關狀態監視的需要采用考核I型表計。
對于環控系統(環控三級負荷,VRV機組)和冷水機組,功率大,運行時間長,耗電量大,是節能潛力大,采用考核II型表計。
商用負荷中公眾通訊、警用通訊、廣告照明、商鋪照明等涉及電費收取,采用計費型表計。
對于照明類負荷,在車站分為工作照明、節電照明、應急照明等。工作照明及節電照明節能潛力較大,采用考核II型表計。應急照明,長明燈,節能潛力小,設置就地顯示的電流表。
弱電系統用電,多從設備本身的節能著手釆購節能型產品,運營后期的節能挖掘潛力不大,設置就地顯示的電流表。
電梯扶梯類負荷,扶梯均采用了變頻技術,后期管理節能空間小,設置就地顯示的電流表。
水泵類負荷,均采用自動控制按需運行,節能潛力不大,設置就地顯示的電流表。
根據以上原則,形成標準站的計量回路。為了更好監測車站各類負荷能耗比重,選取灣廈站、后海站、大劇院站為全回路站,涵蓋車站所有負荷回路統計。
由于地鐵用電設備種類多,數量大,且分散在各設備房,不宜用分散采集,因為分散計量需要從末端設備處敷設大量數據采集管線至能源管理系統,所以計量裝置宜集中設置在地鐵變電所、環控電控室內,以便于計量數據的自動采集、人工校對以及計量表計的測試和維護2。
2.2系統結構
前端智能表計完成數據采集,低壓側的計費型表計和考核II性表計在能源管理通信器集成后通過光纖傳輸到能源管理服務器,低壓考核I型表計和高壓表計由SCADA系統完成匯總傳輸到能源管理服務器,能源管理系統功能集成。在車站和調度中心設置工作站,在監控中心設置服務器。
2.3監測功能
能源管理的用戶主要有維修高\低壓技術人員、車務部站務人員、技術部管理人員、調度中心監控人員等,根據用戶的需求設置查詢用戶,管理員等幾類用戶權限,分別對應對數據查詢,報警處理,儀表維護等功能,具體的功能有:
1) 實時顯示監控表計的數據。累積電能的實時值,功率因素等。
2) 趨勢功能:各類負荷能耗趨勢曲線圖,時間間隔從5秒至1小時可調。
3) 數據查詢和存檔功能:根據負荷分類,可按車站、系統、時間等原則分類查詢。
4) 報表功能,主要根據負荷分類,統計形成日報表、月報表、年報表的數據報表和圖形報表。
5) 數據接口。與外部OA網絡提供數據接口,可通過網頁等模式瀏覽監控數據。
2.4節能效果和優勢
能源管理系統作為綜合監控系統的子系統,蛇口線開通后逐步完善系統功能,做到實時收集數據,趨勢告警等功能。為了對比節能效果,選取蛇口線初期工程(含12車站和1個車輛段)的低壓能耗作比較,2011年全年電耗4085.08萬千瓦時和能源管理系統全面投入的2012年全年電耗3469.18 萬千瓦時,同比下降了15%,取得顯著節能效果。
能源管理系統做到分項統計和實時監測,對節能措施的落實和設備運行情況,有了清晰反饋,為節能考核提供詳盡可靠數據依據。
3.關鍵技術
能源管理系統的建設,既可能是來自對現有高低壓開關柜更新改造功能,也可能是全新工程建設,把握其中關鍵技術,對起到事半功倍的效果。
3.1底層智能表計選型和回路設計。對重點回路的選取,在表計選型中堅持種類的盡可能統一,簡化接口,減少維護量。
3.2網絡編程技術和通信總線協議的選取和轉換,以及系統集成技術。能源管系統涉及多層的網絡,需要可靠協議轉換。
3.3海量數據處理和并行計算技術,研究數據庫的存儲和訪問。地鐵車站數在30個左右,車站統計回路不少于80個,實時并行數據處理量大。
4.展望
地鐵能源管理的節能從粗放、滯后能耗統計,到分項計量能耗監視,再到能源監控和優化。能源管理系統與智能配電技術結合,做到實時監視,能耗自動分析,預警和節能措施建議,實現節能降耗。
參考文獻:
智能電表行業龍頭
進入能源管理業務
今日股價:21.80元
今日投資個股安全診斷星級:
公司是由國家科技部認定的國家火炬計劃重點高新技術企業,專業從事用電管理系統、電子式電能表、標準儀器儀表及軟件產品的研發,制造及銷售。公司是國內高端電能表業的開拓者,也是國內領先的電力設備與軟件制造商。公司將長期受益于智能電網的建設,在智能電表方面的招標具有領先優勢。
業績實現高增長
上半年,公司實現收入28491萬元,同比增長99.9%;凈利潤5081萬元,同比增長93.8%,略好于我們的預期。這是自2008年以來,公司首次出現業績高增長。
從細分產品看,總體表現優異。其中,電力自動化產品(包含電力自動化、電源和變頻器等)實現收入12911萬元,增長156%,毛利率提高12.2個百分點;電工儀器儀表(包含標準儀器儀表和電子式電能表等)實現收入15320萬元,增長87%,毛利率下降4.3個百分點。電力自動化產品中,電源業務實現收入649萬元;同比下降15%;變頻器業務實現收入1721萬元,增長17.3倍。簡單測算,電力自動化業務實現收入10541萬元,增長152%。增速超出了市場預期,隨著公司產品結構的優化調整,公司未來的持續增速可期。
相對而言,收入占比最大的電工儀器儀表業務的快速增長比較容易理解。2009年被市場寄予厚望的智能電表市場在下半年才陸續啟動,公司在2009年12月底的招標中,共中5個包,中標總價為4362.4萬元。2010年5月,公司再次中標19個包,總價為1.84億元。按照3-6個月的合同周期計算,2009年底的中標在2010年上半年的業績中得到了體現,而總價為1.84億元的中標將在下半年實現收入。從毛利率看,儀器儀表有4個百分點的下降,與產品價格的下降有關。依據招標數據,單相和三相電表的產品價格下降達到20%以上,同時也反映出公司在成本控制上具有較強能力,預計繼續下降的空間有限。
智能電表招標大贏家
國家電網公司今年6月份正式了智能電網技術標準體系和智能電網關鍵設備(系統)研制規劃,明確指出智能電網將主要圍繞發電、輸電、變電、配電、用電、調度等六大環節及通信信息平臺進行建設,全面覆蓋傳統電力系統的所有領域,這將為電力設備行業的快速發展帶來積極影響。而公司在智能電表行業的龍頭地位將使公司能長期受益于電網建設,未來的業績將持續增長。
根據國網計劃,智能電網將在2011年進入全面建設階段,在智能電網的結構中,需要建立“全覆蓋、全采集”的電力用戶用電信息采集系統項目,通過智能電表執行用電端的雙向實時通信,達到電網和用電終端的互動。國網目前正在加速智能電表的更換,到2011年實現互動用電試點,預計10KV以上,工商業用戶全部安裝智能電表。智能電表普及度超過30%,用戶數超過6000萬;到2015年互動用電體系覆蓋主要城市,用戶數超過1.4億。2010-2015年將是智能電表的核心更換時期,公司也將持續受益。
在2010年國網電表的第一次招標中,公司是最大的贏家。在第一次招標中,根據國網招標公告顯示,科陸電子單相電表中標103.42萬只,占總量的8.08%;三相電表中標95129只,占總量的10.95%。而從下半年7月20日公布的國網電表第二批中標公告來看,公司三相電表中標20127只,點總量的1.55%,較第一次中標量有較大的下降,而其單相電表在第二次國網招標中竟無一中標。由此看,公司下半年業績將會出現一定的放緩,但隨著智髓電網建設的深入以及公司在電表方面的優勢,未來兩年內,公司仍將保持高增長。
電力自動化產品仍是未來業績的保障
公司電力自動化產品主要是用電管理系統,2010年中期營業收入實現了同比增長155.83%。智能電網建設可能帶動用電管理系統的更新換代,預計未來可能有相關標準出臺,公司業績將顯著受益于此。科陸電子在用電管理系統領域的市場份額居行業第二,僅次于長沙威勝集團,近幾年該業務增長出現了停滯。隨著智能電網建設規劃的推車,電網信息化管理又面臨一次更新換代,將有一次進入投資高峰期,公司作為行業龍頭,該業務將再次進入高成長通道。
2010年上半年變頻器實現營業收入1720.89萬元,較2009年同期增長了17倍,占公司營業收入的比例達到6%,成為公司核心業務之一。實現營業利潤559,305.18元,實現凈利潤562,188.72元,正式開始貢獻利潤。國家提出到2020年單位GDP能耗比2005年下降40-50%的目標,國內高壓電動機應用高壓變頻器節電可達30%,中國變頻器市場目前正處于一個高速增長的時期。預計2009年至2012年每年的市場增長率將保持在40%以上,公司作為新進入者基數較低,未來幾年的增速可能遠高于行業平均。此外公司成立了全資子公司從事合同能源管理業務,將發揮公司在變頻器、用電管理系統等方面的綜合優勢,預計有較好的發展前景。
巨資進入能源管理業務
為響應國家節能減排號召,進一步優化企業產業結構,公司擬以現金方式出資5000萬元設立全資子公司科陸能源服務有限公司。該公司主要為企事業單位提供節能服務、能源監測、能源管理、設備維護服務及EMC合同能源管理服務。
節能服務公司是一種基于合同能源管理機制運作的、以盈利為直接目的的專業化公司。節能服務公司與愿意進行節能改造的用戶簽訂節能服務合同,為用戶的節能項目進行投資或融資,向用戶提供能源效率審計。節能項目設計、施工、監測、管理等一條龍服務,并通過與用戶分享項目實施后產生的節能效益來盈利和滾動發展。據統計,通過合同能源管理的方式,項目的節能率一般可保持在10-40%,最高可達50%。
據悉,在國家大力推動節能減排的背景下,2008年中國節能服務產業總產值增長到417.3億元,合同能源管理項目年節能能力達569.27萬噸標準煤,減排二氧化碳367.18萬噸碳。同時,中國節能協會節能服務產業委員會的會員已從最初的59家增加到了2008年的317家。據中國節能協會節能服務產業委員會介紹,合同能源管理在“十一五”期間的目標是節能投資500億元,年產值320億元。
青島高校信息產業有限公司以控制為手段,管理為目的實現了企業生產管理的優化,具體來說,系統可幫助企業實現以下主要功能:
能源監測計量,可從現場的二次儀表直接采集數據(包括RS485串口協議和標準電流信號或電壓信號),信號傳輸途徑分為有線和無線兩種,數據最終上傳到上位機DCS監測系統。高信數據采集二次儀表選型標準為“一表多用”,即同一塊二次儀表可同時采集溫度、壓力、流量等多種信號,為客戶大大節約了成本。
能源統計分析,系統在現場監測計量的基礎上,用一整套指標體系和特有的計量形式,并采用科學統計分析方法.研究能源的資源,流轉、消費以及能源系統運動過程及其數量關系,完成企業生產過程控制的能源管理。主要功能包括能源生產、供應動態平衡系統動態調度、能源消耗計劃、核算管理、監測和計量自動化、數據處理和分析、能源管理和考核、能源供需實績分析、能源質量管理、報警管理、事故預案與分析、能源審計、運行優化及閉環控制等。
對標預警,幫助節能管理部門乃至企業實現能耗數據的對標分析和同比分析,實現標準預警和歷史對比預警,及時發現企業發展過程中的問題并及時解決,充分實現高效節能、高效發展的目的。
預測優化,系統利用企業生產過程中能耗的統計分析數據,采用一些現代新的預測理論及技術來對企業未來能耗狀況進行較精確的預測,對不合理的能耗狀況進行優化,分析和評價企業的用能狀況,為政府專業管理部門掌握、分析信息和研究節能改造并制定相關政策提供科學的依據和平臺。
青島市節能監察中心的王敏在參觀此套系統后說道,青島高校信息產業有限公司在節能監控領域有豐富的技術和產品積淀,而且他們在系統實施過程中展現的敬業精神和技術水平也確實令我們滿意,希望他們能夠為更多的企事業單位帶去節能福音。
管理節能是對技術節能的補充,智能技能和提高能源系統靈活性也是有效辦法。
新動向一:管理節能
節能可以是一種技術,也可以是一種管理。
《中國連鎖》記者采訪ibm相關人士時,他表示,你要進行節能改造,首先要明白,你的能耗是否合理,與同行要進行對比、分析,看是否需要改造。
“不僅如此,我們和商家合作時,主要是先在他的某個區域打造一個樣板間,進行測算,然后據此確定分成比例,以及付費的方式。”
打造樣板間的模式應該為連鎖企業借鑒,這樣做可以準確預測節能改造的產出比。
其實很多的企業有節能改造的需求,但在操作上卻有顧慮,那就是無法知道成本和收益,即便采用emc模式他們也有顧慮。
“很多連鎖超市企業想采用emc的模式進行節能改造,以零投資實現節能目標,但由于節能前后的節能量無法考核而放棄?!被輳V萬合渠道總監李衛顯在接受記者采訪時表示。
目前,大多數連鎖超市的各個用電系統無法實現單獨地用電計量,當多個節能產品或節能技術應用在多個用電系統中時,無法得知單個用電系統的節能量,如果其中一個節能產品或節能技術并未實現節能效果或適得其反,也無從考證,只能從總的用電量中得知整個商超總的節能量。
“歸根結底,現在商場和超市都無法實現對能源消耗的精確管理。所以emc的模式面臨著挑戰。”惠廣萬合李衛顯在接受記者采訪時表示。
但現在,技術的發展正在補上這塊斷裂的鏈條。
做節能改造,關鍵是要知道哪些是需要改造的地方,因為有些點需要改造,有些點根本無需改造。而能源管理系統就起到這種作用,相當于能管理erp的平臺正讓連鎖企業的能源進行精細化管理,分析哪些是合理的,哪些不是合理的。通過在每個終端上安裝監測點,或每個支路都安裝監測點,分析每個終端設備的能源消耗。這樣的能源管理平臺和emc平臺進行融合,能解決主要矛盾,這就相當于連鎖企業的能源erp系統。
單純用emc會很盲目,尤其是上萬平米的商場,到底哪里需要多少能源,如果僅憑拍腦袋有時并不準確,這是需要定量分析的,而能源管理平臺可以和前面所安裝溫控設備和紅外探測設備結合,監測人流,當這些數據反饋到平臺,就能發現哪一塊的空調需要調,或者調高溫度或者調低溫度。
emc是技術節能,能源管理平臺是管理節能,二者相融合能事半功倍。“我們的平臺能為決策者提供可視化的數據支持,看哪些地方需要改造,改造后到底節省了多少電,效果如何。也可以進行行業內的對標,讓商家知道自己的成本控制能力如何?”
“我們正在和emc的公司談,以把我們的系統融入他們的解決方案中去,以進行有效的節能改造?,F在emc一般的分潤期是5年,而5年后是否還能達到之前的節能效果是不一定的,而原因在哪里,可能又不知道,而能源管理平臺就可以把這些年的數據全部提取出來,分析原因,以進一步采取措施,保持節能效果。”
新動向二:智能節能
為了解決由于電力波峰波谷負載不同而產生的電網壓力和電力資源浪費等問題,美國智能電網計劃在每個用戶家中都安裝了智能電表,在智能電網時代不同時間段的用電價格是不一樣的,通過智能電表,用戶可以選擇合適的時間段用電。
類似的項目在日本也在推行。
日本北九州市目前正在推進智能社區實證項目。作為其中一環,其在積極致力于削減白天最大用電量。其中發揮重要作用的是作為實證項目對象,能源使用量約占八幡東區東田地區3成的購物中心。
北九州市在智能社區中采用了根據電力供求情況改變電價的“動態定價”。通過地區能源管理系統(cems),將供求情況及電價等信息傳達給購物中心。當電力供求緊張時,購物中心會作為指揮塔,向租戶店鋪提出節電要求。
購物中心將通過大廈能源管理系統(bems),管理整個設施的能源使用量。并與地區能源管理系統共享信息,力爭優化整個地區的能源利用。
北九州市從將今年7月開始,通過地區能源管理系統預測地區電力需求及發電量。實施在前一天制定削峰計劃并通知購物中心等實證實驗。
購物中心將利用智能電表測量每個店鋪的空調及照明等的用電量。并分發平板電腦,以使租戶能夠掌握實際用電狀況。在電力需求達到峰值的時段,各店鋪將根據各自的具體情況進行節電。
智能電表可以說是一種通過利益驅動實現節能的一種方法,目前中國也在積極布局。而更多的企業在利用新的技術手段實現節能,節能改造越來越和其他技術如物聯網技術、云計算相結合走向了智能化節能。
其中的一個例子就是智能照明。abb等公司的智能照明系統在連鎖行業中已在應用,如北京的五棵松商場和祥云商場等。智能照明可以實現分散和集中控制,精準控制哪塊亮,哪塊不亮,不像以前,一開全部打開,浪費能源。比較先進的智能照明系統還能感受到人群的進出,從而對照明進行定時,延時控制,從而節約能源。
rfid技術越來越多地被應用在節能領域。“我們操作的項目,在原來節能的基礎上正在實現進一步節能,原因就是應用了無線射頻技術,從而實現了能源的精確化管控,比如可以通過rfid技術計算來了多少人,需要多少新風。這就實現了節能。”××說。
云計算是把計算資源放在網絡里,將網絡里的計算機虛擬成一臺前所未有的“超級計算機”。人們可以通過各種終端,享受由其提供的強大信息服務。這樣的高端技術,其實在建筑節能方面有很大的“用武之地”。
記者在某論壇現場展區看到,來自北京的朗德華公司演示了融合云計算、物聯網等先進技術開發的“智慧能源云管控平臺”,工作人員在電腦上輕點虛擬開關,就可管控模型上的燈光、空調、消防等系統。朗德華公司總經理姜永東表示,普通的能源優化、管理軟件平臺,只能像“節能醫生”一樣,“望、聞、問、切”,查出建筑內的能源用在哪些地方;然后再做出節能分析診斷,告知建筑使用者如何節能。而智慧建筑及智慧建筑群落,通過物聯網、云計算搭建的“智慧能源云管控平臺”,對一棟建筑乃至一個小區的建筑群進行建筑能耗的優化和管理,能更好地實現節能減排,無需對建筑做結構上的節能改造。
這也代表了一種趨勢,節能改造的技術門檻正在提高,所以很多不具有技術優勢的小公司將被擠出市場。
新動向三:提高能源系統的靈活性
“白天電比較貴,可以燒油,晚上再改成用電??傊岣吣茉聪到y的靈活性。”ibm相關人士在某次峰會上講述了這一觀點。而目前日本的購物中心正在實施這一想法。
永旺從2005年開始致力于開發環保型店鋪,在2012年度之前已啟動了12家店鋪。而“智能永旺”將以往主要在單個店鋪采取的安裝太陽能發電系統及削減塑料購物袋等措施,擴大到了整個城市建設及社區建設中。永旺計劃以夢樂城八幡東購物中心為開端,在2013年度內,首先啟動4家“智能永旺”購物中心。
計劃今年夏季在大阪市開業的“永旺夢樂城大阪dome city”也是其中之一。該購物中心采用的代表性設備就是燃氣熱電聯產系統。它將配備2臺發電輸出功率為815千瓦的設備,可滿足購物中心三分之一的用電量,廢熱將用作地區冷暖氣系統的熱源。
因發生災害而停電時,燃氣熱電聯產系統可作為應急電源,向食品賣場、防災中心及會計室等購物中心主要區域供電。
節能減排信息化現狀
各級政府是推進信息技術在節能減排領域應用的主導力量,如工業和信息化部就借兩化融合之機,大力推進信息化促進節能減排工作。2011年5月27日,工業和信息化部印發了《關于推薦兩化融合促進節能減排重點推進項目的通知》,同年12月工業和信息化部在廣西柳州組織召開了兩化融合促進節能減排經驗交流會,為節能減排信息化下一步的發展理清了想法和思路。
一些地方政府在政策引導和自身節能需求的雙重作用下,也開始探索性地開展了信息化促進節能減排的工作。北京市在2008年出臺了《北京市信息化促進節能減排工作實施方案》,并編制了《北京市節能減排信息技術、產品和應用方案匯編》(第一批),重點推進了以行業制造執行系統(MES)、新一代集散控制系統(DCS)、高效節能變頻調速技術、企業能源管理及調度系統、射頻識別技術(RFID)、LED光源等技術和系統應用為代表的信息技術促進重點領域節能減排,同時繼續完善節能減排監測和監控信息平臺的建設。
在企業推進信息技術在節能減排應用方面,目前企業主要通過建立能源監控或綜合管理系統來實現節能減排責任目標或能耗指標的過程管理和動態監管;掌握企業能源利用效率、跟蹤主要耗能環節、掌握能源結構信息和能源基礎數據及報告的評估分析,完成節能減排總體目標完成情況的匯總及評估等。
例如,寶鋼的能源中心實施監控與信息管理系統,就是在原日本引進的能源中心技術上發展起來的,是一個覆蓋寶鋼一、二、三期工程個單元的全局性能源管理系統。寶鋼的能源中心覆蓋了基礎自動化、過程監控及管理三個層面的計算機網絡系統,實現了對供配電、給排水、動力和環保等有關能源子系統的自動控制及檢測,作為實時監控與信息管理系統,實現了信息的實時采集、數據的海量儲存和二次加工等。
無論政府還是企業,通過信息技術促進節能減排主要有以下幾種方式:一,利用管理信息化減排;二,利用裝備信息化減排;三,利用生產過程管控和工藝流程優化減排;四利用能源管理和能耗及排放在線檢測減排。
節能減排信息化發展趨勢
當前我國經濟社會快速發展,節能減排工作形勢日趨緊迫,對通過信息技術手段全面促進和提升節能減排監控、管理的水平提出了新的更高的要求,集中體現現在滿足拓展領域、深化應用、提高水平、落實保障等發展需求上,從而全面提升為政府決策和行業節能減排提供支持和服務的能力。
目前,兩化融合不斷深化,節能減排信息化的全面推進亟需通過頂層設計確立統一的發展模式和管理體系,進而提出統一的技術規范,突破行業間的信息隔離狀態,構筑跨行業、跨領域的社會節能減排信息大平臺、大體系,建立多部門信息溝通與共享機制,從而避免重復建設和信息孤島等問題的出現,全面提升信息化促進節能減排的應用水平。
隨著節能減排工作由以工業為重心向多行業、多領域全面推進,就要求信息化應用迅速跟進,在應用范圍上進一步拓展,并根據不同行業和領域的具體情況和需求做出針對性調整。
此外,對信息化體系功能上的需求也進一步加強。簡單的數據收集、統計、顯示已經遠遠不能滿足當前發展形式的要求,未來對大量數據的實時監控、分析,將形成有效的能耗預警和管控機制,另外信息技術通過與管理科學良性互動,可以輔助節能減排目標制定、指標分配與成效管理等多方面的工作。
在技術上,為突破舊有技術瓶頸,實現功能跨越,需要以物聯網,與計算為代表的新一代信息技術在節能減排信息化體系中得到更為廣泛和深入的應用,從而大大提高節能減排管理時效性和工作效率。
例如,借助物聯網、移動互聯網、云計算和高端軟件等新興技術,實現對能耗數據的實時監控、實時管理,以及實現圖形化、可視化展示,預測、預警,乃至解決方案制定和成效模擬等功能。
為確保節能減排信息化的推進和新一代信息技術的落地實施,需要提供全方位的有力的保障措施。必須進一步推廣和普及信息化促進節能減排作用相關知識、推進新下一代信息技術的深度應用。此外,還需要建立節能減排信息技術從人才培養到技術研發再到推廣應用的良性模式。
節能減排信息化構架
基于新一代的信息技術的節能減排信息化總體構架可以分為四層,分別是基礎設施層、信息集成層、應用層和展示層。
展示層是基于新一代信息技術的節能減排信息化體系中的最終用戶端,基于數據采集層、信息集成層和應用層之上且直接面向用戶,為用戶提供政務與互聯網入口、信息顯示界面、管理和操作界面。
根據服務功能的不同,基于新一代信息技術的節能減排信息化體系包括監管信息平臺和管理信息平臺兩大面向用戶的系統平臺。其中,監管信息平臺主要實現對被檢測單位能耗、溫室氣體排放等節能減排指標的監測,主要面向政府主管單位和被監管單位。
管理信息平臺主要掌握各個用能和排放單元的能源利用效率、跟蹤主要耗能和排放環節、掌握能源結構信息和用能與排放基礎數據,節能減排管理信息系統面向政府、企事業單位、家庭等眾多用戶,根據不同的需求,其展示平臺的內容和結構也有不同。
以云計算、新型顯示技術、移動互聯網、三網融合為代表的新一代信息技術在展示層的應用具有廣闊的前景?;赥FT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器)、PDP(等離子體顯示器)、OLED(有機發光顯示器)等新型平板顯示技術以及基于IPv6和4G等新型移動互聯網技術開發的移動顯示終端具有輕薄便攜的和高通量移動信息交互的特性,應用于節能減排信息平臺,將使管理工作更為便捷、高效。
同時采取云協同的概念發展的管理系統,可以實現客戶端交互信息在多平臺終端間的數據同步,大大提高了能效管理的泛在化;此外,在家庭和商業建筑節能管理領域,借助電視網、電信網、互聯網一體化的三網融合技術,也為展示層的數據傳輸模式和展現形式提供了新的載體。
基于新一代信息技術的節能減排信息化體系的應用層為用戶提供功能模塊和應用系統,以滿足不同用戶的需求。應用層的主要功能模塊和應用系統主要包括總量控制、用能填報、在線監測、統計查詢、分析決策、信息公開、平臺管理、過程控制及優化等,基于這些功能模塊和應用系統,可以實現政府部門的節能減排監管、合同能源管理、企業生產流程控制和優化、企業能源管理和家庭能源管理等。
總量控制模塊主要通過一體化系統的監控,實現對區域乃至全國范圍內對能耗總量、某種能源的消耗總量或溫室氣體的排放總量的監測和控制管理。
用能填報模塊主要用于用能單位定期在線填報本單位的用能數據,主要包括能源手指平衡信息、產品能耗信息、產值能耗信息等;在線監測模塊主要用于政府用能監管部門實時監測用能單位當前數據,以及用能單位對自身能耗情況的實時管理和監測。
統計查詢模塊主要支持政府用能監管部門基于平臺數據庫,按照一定的時間范圍對用能單位、行業或地域的用能指標數據進行匯總統計,并以圖形、表格的形式展現統計結果。
分析決策模塊主要是運用統計分析的基本原則和方法,對節能減排綜合平衡狀況、能源消費構成、能源流轉、能源加工深度、能源儲存、能源經濟效益、能源綜合利用以及與國民經濟發展的依存關系等方面,進行分析、研究、判斷和推理,而基于新型顯示技術的可視化應用系統,可以實現數據信息的形象化顯示和分析決策的可視化和管理,信息公開模塊由用能監管或檢測部門進行管理,主要介紹關于節能減排的國家政策、法律法規、發展戰略與規劃、行業標準規范、指標體系和對標結果公示等,以及平臺能耗與排放信息;平臺管理模塊主要由平臺管理員進行配置管理,提供定義基礎數據的功能,包括用戶的定義、用戶角色權限定義、后臺數據管理等,以支撐平臺其他業務功能的應用。
節能減排信息化的典型應用
節能減排信息監管平臺作為促進地區、政府、企業間順利開展節能工作的重要平臺,進年來在世界范圍內的到了逐步發展,特別是在國外,已開展了大量研究、示范和應用工作。
比如美國能源信息局構建了國家能源數據系統,該系統可提供近幾十年不同能源的消費數據、支出數據、能源價格和排名數據,以及依據數據行程的文本報告,供國家能源管理部門制定用能計劃和決策使用。
我國在“十一五”期間,能源管理信息化方面取得了一定的進展,在工業、建筑等重點能耗領域構建了注入建筑節能監測系統和工業節能減排信息監測系統等平臺,但與國外先進水平相比,仍存在較大差距。因此,節能減排信息監管平臺作為推動節能減排監管工作的有效措施,仍需要繼續加大研發和應用力度,推進平臺建設工作的深度和廣度。
從政策方面看,節能減排信息監管平臺政策力度日益加強。自2004年國家發改委《節能中長期專項規劃》以來,中國節能減排工作日益深化,政府運用信息化技術開展節能執法監督的力度將會不斷加大。
2011年5月,工業和信息化部節能減排綜合利用司的《關于建設工業節能減排信息監測系統的通知》指出,為及時跟蹤了解工業節能減排進展情況,準確把握和分析發展趨勢,提供基礎數據支撐,工業和信息化部決定組織工業和信息化系統建設節能減排信息監測系統,并明確了建設目標、主要功能和相關要求。
2012年3月,工業和信息化部了《關于加強工業節能減排信息監測系統建設工作的通知》,該通知指出,節能減排信息監測是重要的基礎性工作,對于把握分析節能減排形勢、研究提出有關政策措施具有重要意義。
節能減排信息監管平臺建設由中央政府各相關部委牽頭推動,由地方各級政府相關部門組織建設,由各地區用能企業、機構、實體配合實施,自上而下覆蓋多級管理機構和監管對象。其中用能部門是平臺監管對象,涵蓋了工業、交通、建筑、公共機構四大重點用能領域。平臺管理對象為政府主管部門,包括地方政府主管部門和上級政府主管部門。地方政府主管部門是節能減排信息監管平臺的直接使用者,其職責是獲取監控對象的用能數據,保證監管數據的真實性和準確性,并將數據上報至上級主管部門。上級主管部門是指地方政府主管部門的上級行政管理單位。
節能減排信息監管平臺的建設框架可以定義為四層兩體系,其中四層為:表現層、應用層、數據層和基礎設施層,兩體系為信息安全防護體系和信息標準體系。
綜合看來,我國節能減排監管平臺還處于起步階段,平臺功能單一,以檢測為主,不分項目還不具備預警功能,對監控和用能單位上還不能起到很好的服務和決策作用。但整個平臺的建設與實施正處在高速的建設與不斷的進步中。
(本文摘自《新一代信息技術在兩化深度融合中的應用》一書,由電子工業出版社出版)
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信息化節能減排的企業應用
中國是目前世界上第二位能源生產國和消費國,能源成為經濟社會發展重要的支撐。
能源問題已不再單純是一個經濟問題,已然上升到國家戰略安全上,成為掣肘一國可持續發展的重要命脈。尤其是在面對日趨強化的資源環境約束,必須增強危機意識,樹立綠色、低碳發展理念,以節能減排為重點。
而目前我國節能減排的形勢非常嚴峻,國家已將節能減排作為一項長期國策擺在了突出重要的地位。陸續出臺了相關政策法規以及一系列行政和經濟手段,來共同推動節能減排在企業和區域持續深入。
這一重大決策勢必將引導行業拉開整合的大幕,抓住機遇的優勢企業將在未來獲得更好的發展契機。
節能減排是一個概念里面衍生出來的兩種行為。企業的能源消耗主要包括:物品移動消耗的能源;加熱、制冷消耗的能源;用電設備消耗的能源。
所以節約能源措施分為三類:減少物品移動轉運;減少加熱、制冷環節的消耗,主要是鍋爐等;減少設備用電消耗。企業的能源排放主要包括:燃料燃燒后排放;原料加工過程副產品排放;清洗、消毒等過程的排放。
所以減少排放措施分為三類:提高燃燒效率;提高加工過程效率,加強污染處理;實現循環應用,加強污染物的處理。
想要提高節能減排技術,就必須通過信息技術的應用提高管理水平、提高資源利用率、節約能源、降低生產成本,從而達到節能減排的目的。
具體方法有:
1、利用管理信息化減排。企業可以通過ERP系統達到節能的目的。由于 ERP系統具備的基本功能是支持能動的監控能力,提高業務績效。具體到節能減排,支持能動的對節能減排值班表的監控能力,提高節能減排績效。
2、利用裝備信息化減排。制造企業的裝備落后成為制造業節能減道路上的重要制約因素。
因此通過把設備進行信息化改造,不僅可以有效監控設備本身的消耗,還能監控設備消耗的能源排放,從而使節能減排做到有據可依。
3、利用生產過程管控和工藝流程優化減排。企業通過MES系統達到對生產控制的目的以促進工藝優化、能耗降低、產量質量提升,助力節能減排。
4、利用能源管理和能耗及排放在線檢測減排。
【關鍵詞】能源審計工作;節能改進;建議;方法
按照《企業能源審計技術通則》國家標準(GB/T17166—1997),能源審計是指能源審計單位依據國家有關的節能法規和標準,對用能單位能源利用的物理過程和財務過程進行的檢驗、核查和分析評價。從國家標準對能源審計的定義可以看出,能源審計不僅可以使企業優化管理,而且也是促進企業發現問題、正確評價、提高與改進的重要手段。
一、企業能源審計存在的不足之處
(一)企業對能源審計的認識尚淺
能源審計的目的是使能耗企業通過能源審計工作的開展,及時了解本企業當前的能源管理水平,掌握企業實際的能耗指標,找到存在的問題,查明問題的根源,提出節能技術改造的合理化建議,找到節能技術改造的突破口,進行能耗節約挖潛,從而從深層次上提高能源企業的經濟效益與社會效益,增強用能企業的市場競爭力。而很多企業的領導對此不是很清楚,甚至有的企業的能源管理負責人對此也概念模糊,造成了為審計而審計的局面,這是和能源審計的初衷背道而馳的,這就要求審計人員細致耐心地做講解工作。
(二)企業配合人員素質參差不齊
很多企業的能源管理人員沒有參加過上級主管部門的節能培訓,對能源統計工作比較陌生,還有的企業沒有專職的能源管理人員,這就要求審計人員做好前期的動員工作,要手把手地教會企業的配合人員如何填報各種表格,這對能否做好能源審計工作非常關鍵。
(三)個別企業能源審計的基礎性資料尚不完善
針對目前各個企業的情況,個別企業缺少專職的能源管理部門,而且在企業內部沒有使用統一的信息管理系統,導致能源使用信息與管理信息分散,無法形成一個有效的統一體,而各自為戰的局面又導致很多數據收集困難。由于企業長期以來的節能意識較差,存在嚴重的重效益、輕節約的思想,因此在具體的工作中就存在工作落實不到位的情況,比如計量器具的完好率、配置率不達標、設備運轉效率低等,導致部分能源的消耗計量不準確或計量困難,從而也必然會影響能源審計報告的數據準確度。
上述提到的企業能源審計存在的不足之處,要得到有效解決,需要節能主管部門、企業及能源審計服務單位共同努力,根據各自具有的優勢與肩負的責任,制定各自能源節約的規劃與目標,落實可實行的節能措施及實現相應目標的對策,從而有效地推動企業的能源審計工作。
二、解決企業能源審計問題的措施
解決企業能源審計問題的措施主要體現在節能主管部門、企業以及能源審計服務單位的密切配合上。
(一)節能主管部門
節能主管部門作為政府主導推動能源審計的推動者,要清醒地認識到自己所肩負的社會責任,嚴格地執行國家的各項節能規范與規定,并借鑒國外(如日本、荷蘭、英國等)開展能源審計的有效經驗,積極宣傳并開展能源審計工作,從而探索并逐漸形成一套行之有效的能源審計制度與方法,以有效地指導能源企業日常的節能管理,從而提高能源企業的管理水平,促進企業節能降耗,產生較好的經濟效益。
首先,能源審計工作,不僅可以使節能主管部門從宏觀上對所有能源企業的能耗情況有一個全面而詳細的了解,而且可以使節能主管部門對能源消耗的定量配給更加合理、科學,使能源配給、利用達到最優化。其次,能源審計工作,可以使節能主管部門對能耗企業的使用情況進行有效的監督與考核,使能耗企業發現問題,制訂改進的節能規劃,從而形成一套有針對性的節能措施,指導能耗企業的節能工作全面提高。最后,能源審計工作,可以使節能主管部門更好地加強能耗企業對國家的能源方針、政策、法令、標準情況與實施效果的了解,加強對能耗企業節能活動的監管,使國家的節能法令在企業日常經營中得到落實。尤其是在我國加入WTO之后,能源企業的各項生產經營活動都要與國際接軌,企業的運作方式主要是市場化,能源審計工作可以更好地使能源企業節能工作法制化。
(二)企業
在具體的工作中,應該充分調動企業開展能源審計的積極性,并在全社會大力宣傳開展能源審計工作的意義,使企業充分認識到開展能源審計工作所帶來的積極效果:
(1)通過能源審計,可以全面促使能源企業整頓并提高原有的能源管理工作,使能源管理水平上一個臺階;(2)通過能源審計,可以促使企業制定更加合理的能源標準,如能源質量標準,能源消耗標準,節能技術標準,合理的用水、用電、用熱標準等;(3)通過能源審計,可以進一步促進能源企業重視管理信息系統建設,使分散在管理部門與生產部門的零散信息有效集結與共享,減少企業能源管理的工作量,提高工作效率;(4)通過能源審計,根據測算的耗能指標,可以促使能源企業更好地了解自身的狀況,明確節能技改的方向與重點,調動企業的積極性,使企業對能源的使用情況進行有效監管;(5)通過能源審計,可以促使能源企業更好地貫徹國家的能源政策、法令與標準,使企業發展更規范,更長久。
(三) 能源審計服務單位
作為能源審計服務單位,應在遵循國家的各項法規政策,以及上級主管部門對能源審計工作要求的前提下,對企業能耗狀況作出真實、客觀的評價,結合企業自身的發展現狀,把挖掘企業節能潛力、提高企業能源管理水平作為工作重點。舉例如下:
煙臺市清潔能源檢測中心于2012年7月至2013年1月份對煙臺市34家綜合能耗5000噸以上的企業進行了能源審計,并針對企業的實際情況提出了節能改進建議。改進建議是在充分與企業交換意見的基礎上提出的,改進建議從廢棄能的回收利用、能源和原輔材料的改進、技術工藝水平的提高、設備的先進性、改進過程控制、產品的性質等方面入手,通過運用專業知識、與同行業進行對比、咨詢行業專家等各種渠道全面地提出。
本次審計共發現節能潛力64061.96噸標準煤,提出的節能技改項目預計節能38113.56噸標準煤,全部技改完成將實現效益3995.98萬元,實現CO2減排量為95195.20噸。
節能潛力匯總表詳見表1。
因此,通過能源審計的方法挖掘節能潛力是非常必要和可行的。
三、結論
綜上所述,通過節能主管部門、企業、能源審計服務單位的通力合作,默契發展,能源審計工作一定能夠持續地開展下去,從而為企業帶來可觀的經濟效益,為人類創造更多的財富!
參考文獻
數據“大”有道理
2009年,華新水泥投資了將近2000萬元的數據中心投入使用。這在水泥行業中如此規模的數據中心尚屬罕見,當時這一舉動引發了水泥行業該不該建如此規模數據中心的討論,從那時起華新水泥一直堅持自己對數據的看法并沿用至今。劉勝說:“事實證明,華新水泥對于數據管理的重視是正確的。”
近年來隨著大數據技術的升溫,數據價值更是成為行業信息化的又一重點。而華新水泥也在實現自身兩化融合目標的過程中不斷深化對數據價值的理解。劉勝介紹,早期華新水泥對于數據中心的應用是基于企業內部管理的需求出發的,而到今天大數據的應用和數據價值的挖掘實際上應該要超越企業內部的業務范圍了,也就是說企業自己的數據僅僅是“大”數據的一部分,加上產業鏈中上下游企業的相關數據的有效匯集與整合才能稱得上是“大”數據,這部分數據價值的挖掘有賴于產業鏈中的相關方的共同努力,提供真實及時的數據共享,建立有效科學的分析模型,實現對整體數據價值的分析挖掘,并為產業鏈中的各個企業提供決策支持,從而實現對生產業務的理性化調整。
他進一步解釋,企業的生存環境是由產業鏈和市場決定的,供應商和客戶的數據對于企業自身來說十分重要,通過數據共享挖掘自己所需的數據價值從而指導生產,是工業生產信息與經營信息的結合,這是智能化工業生產所要求的,同時也是兩化融合的真諦。
從企業內部來說,2011年底,為了踐行企業兩化融合的目標,華新水泥能源管理系統項目正式立項實施,系統對生產過程中產生的所有數據進行采集,不同業務部門按其所需對數據進行合理調用。目前集團中幾乎所有的水泥分子公司,包括生產原料、能源消耗、產成品等相關數據已基本收集完畢。數據分析的結果將作為生產過程控制的依據供不同部門應用。
而在外部來說,想要對供應商、客戶等外部信息實現掌握并管理首先要打通過去外部信息的渠道。例如利用CRM系統實現供應商價值管理、客戶關系管理等。劉勝評價:信息化指導生產在企業內部尚且存在這樣或那樣的問題,一旦涉及產業鏈中其他企業的數據更是超出自己的范圍,這就為共享數據的企業提出要求,要求數據必須真實、及時、便捷獲取。簡單來說就是要保證數據的基礎要好。有些企業處于信息安全的考慮不愿意共享自己的數據,但事實上只要關鍵業務數據保密好,從行業的角度來說共享數據是十分有利的,保密僅是信息安全的部分而絕不等于劃等號。
市場驅動融合
兩化融合對于企業的作用各不相同,劉勝坦言:華新水泥實現企業兩化融合的驅動力就是市場。他說:
“從行業內規模類似的企業來看大家生產的水平都差不多,想要在這樣的環境中取得或保持住優勢地位,就要依靠企業自身具備的不可替代元素,這也是企業的核心競爭力所在?!?/p>
在剛剛結束的“2013中國工業與信息化融合發展高峰論壇”上,工信部信息化推進司徐愈司長介紹了2013年工信部在推進兩化融合工作方面的四個重點方向:即推動智能工業發展;推動信息技術服務業新模式的建立;推動制造業與服務業融合;用新的思路、新的手段來統籌信息安全與發展。
從信息化支撐企業發展到全面推進智能工業發展戰略,隨著信息化對企業生產管理等全過程的逐步滲透,華新水泥的信息化應用水平和覆蓋面也在不斷提升?!敖裉旌饬科髽I信息化水平的標準并不是用了什么系統,而是如何利用信息系統來提高工效?!眲僬f,“開頭提起的能源管理系統是2011底年開始實施的,計劃通過3年時間到2014年能夠讓系統全面服務企業的生產與管理。系統的個性化開發,目的是滿足企業的業務需求,為了有效的推動企業的智能化工業生產,建議行業中具有信息化建設優勢的企業著手建立行業云模型,共同商討出合適的商業模型,讓中小企業能夠免去自行開發的投入和風險。這是實現行業數據共享的有效途徑?!?/p>
【關鍵詞】冶金行業;自動化技術;發展情況
在最近幾年,我們國家在自動化技術上的發展取得了一定的成就,而且自動化技術已經被廣泛地運用在制造業等行業中。在生產鋼鐵的工藝中,我們不再為外國先進技術而擔憂,而是建立了以國有化為基礎的自動化體系,使得一大批新產品新技術逐漸投入到市場中。并且被廣泛地運用在國內許多鋼鐵領域中。而且以計算機技術為基礎的自動化技術在經濟領域以及社會領域中取得了矚目的成就。本篇文章就是對冶金工業自動化技術進行簡單的分析與探究。
一、物聯網技術與冶金工業自動化
物聯網技術是信息時代的產物,在第三次科技革命中孕育而生。物聯網技術具有很大的發展空間,它實現了信息的快速傳播和高效利用,為冶金工業自動化技術的發展提供了保障??墒钱斍皩ξ锫摼W技術的探究也只是出于概念階段。許多企業甚至沒有物聯網的概念。隨著技術的不斷更新,雖然物聯網技術在冶金工業自動化中的應用越來越廣泛,但是也出現了較多的問題,主要表現為以下兩個方面:一個是工業傳感器的研制與生產。所謂工業傳感器是指可以對物體的狀態和轉變進行感知,并且將得到的感知轉變成計算機可以讀懂的電子信號。研制與生產工業傳感器要以工業自動管理與自動控制為前提,才可以保證工業設備和機器的正常運行,同時使產品獲得最好的質量。工業傳感器就是對不同參數進行查看和管理。因此,生產物美價廉的工業傳感器有利于現代化冶金工業的發展。另一個是構建工廠傳感網。工業無線網絡技術可以將傳感器技術、現代化的無線網絡通信手段、嵌入式的計算技術以及分布式的信息處理技術有機的結合起來。工廠傳感器網是由很多隨機分布的、能夠進行實時感應和自動組織能力的傳感器節點構成的網絡。工業無線網絡技術在冶金工業領域中的運用是現代化工業的一大突破,能夠將工業領域的檢測費用降到很低,同時又可以使工業領域的運用范圍得到最大程度地擴大。可以說,工業無線網絡技術是國內外相關領域非常重視的技術。
二、數學模型與冶金工業自動化
要知道,冶金自動化的快速發展狀況與過程數學模型的運用程度有很大的聯系。要是能夠把數學模型這個技術運用得很熟練,那么就可以增加工業實現高度自動化的可能性。所以,為了可以滿足我們國家對鋼鐵產品的需要,提高鋼鐵產品的質量和生產技術水平,務必要提高冶金工業自動化的水平。我們知道,一些歐美國家冶金工業的自動化水平很高,可是由于某些原因,他們不愿意或是不肯將這種自動化技術與其他國家分享,他們與其他國家進行的技術轉讓的產品大部分是落后的或是有較大缺陷的產品。不過如今,我們國家的自動化水平已經發展到較高的領域,實現冶金高度自動化數學模型的創新具有較為成熟的條件,可以較為廣泛地滿足社會發展的需要。還有就是,我們國家已經建立一個富有創新意識和創新能力的組織,從而為過程控制數學模型的自主創新提供了智力支持。要將數學模型與現代化信息技術、工藝水平以及自動化技術進行緊密結合,才能夠充分地發揮數學模型的優勢之處??梢钥闯?,數學模型是自動化技術和信息化技術的關鍵技術。我們國家鋼鐵企業為了可以生產出市場所需要的鋼鐵材料與品種,就構建了實用性和準確性很高的數學模型。實用性和準確性很高的數學模型可以從本質上保證鋼鐵產品的質量和節約能源的效果,從而推進鋼鐵產品的長久性發展。
三、把國產的創新型產品與技術作為自動化系統的中心
當前,我們國家冶金工業自動化系統的構建仍然處于局部閉環控制或者是開環控制的領域。但是我們知道,要實現本質的集成與創新就要構建一個完全閉環的自動化系統。不過,這需要相關的實施部門、檢查部門等的配合。自動化系統的集成與創新其中心是國產的技術,同時引進國外優秀的技術和產品,來確保自動化系統的質量。如果自動化系統仍然處于開環或是部分閉環的控制階段,那么就沒辦法實現真正的集成與創新。在管理系統、控制工程設計、工業通信體系、實施軟件、組態軟件等的基礎上,以國產化的產品為中心的自動化系統其集成和創新能夠保證真正的生產管理控制為一體的智能化建設。
四、能源管理控制一體化的構建
我們知道,冶金行業是一個耗費資源和能源較多的行業,耗費的這些能源和資源會嚴重阻礙到冶金工業的不斷發展。當前,我們國家的冶金工業逐漸從粗放型的生產模式轉化為精細型的生產模式,用耗費的能源和資源作為核定產能的標準在未來可能成為現實。因此,能源的節約與利用對冶金工業的發展有相當重要的意義。其中自動化技術在冶金工業中的廣泛運用,可以為節能減耗、低碳減排做出很大的貢獻。冶金行業的能源管理控制一體化的構建,要是只處于數據采集階段的話,那么作用并不大,但這也是目前普遍存在的現象。根據冶金工業在能源管理控制方面的特點,也就是耗費大量的能源與資源以及在冶金生產過程中所產生的氣體,我們將能源控制與管理的重點放在了建設能源控制與管理中心。能源控制與管理中心主要是以控制模型與管理模型的建立為基礎。可以看出,能源控制與管理的工作重點是能源運用的合理化、二次能源運用得合理化、多種能源介質共同運行、轉變過去的能源計算方式以及能源安全警告等內容。
五、結束語
總的來說,伴隨我國改革開放的不斷深入,冶金工業自動化技術的發展越來越成熟。面對冶金工業如此龐大的生產體系,技術可以說是相當重要的。工業自動化技術在冶金行業的運用可以使生產過程變得更加高效,產品質量也會更高。一些冶金企業越來越追求高回報低消耗的發展目標,所以生產過程中的節能減排成為冶金行業需要重點關注的焦點。可以說,冶金工業自動化的發展前途決定了冶金行業的未來發展前景。如果沒有了自動化技術的支持,生產鋼鐵就沒辦法高效的進行下去。
參考文獻
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起點低、速度快是改革開放三十多年來中國城鎮化的發展主要特征。在1980年~2013年期間,中國常住城鎮人口從1.9億人增加到7.3億人,年均提高1個百分點,農業人口移入城鎮年均1600萬;城市數量從193個增加到658個,建制鎮數量從2173個增加到20113個。在快速發展中,舊模式的城鎮化出現了土地城鎮化快于人口城鎮化、城鄉差距加大、東中西部城鎮差異拉大等問題。新型城鎮化建設目標是重質量輕速度、一體化統籌、縮小城鄉差距、城市結構合理和城市群體系趨于成熟等。能源總消耗量的大規模上升是中國城鎮化的發展中必然要面對的挑戰,一個農業人口轉移進入城市,其生活用能消費水平將提升至原來的3倍及以上。而城鎮居民的生活能源消費由直接用能量和間接用能量兩部分構成。居民的間接用能量遠遠大于直接用能量,前者又是后者的2倍~3倍以上。根據《中國能源統計年鑒2013》數據,中國在1980至2012年期間,中國城鎮人口和農村人口直接用能量都呈現增長態勢,但城市人均生活用能量一直高于農村人口的消費量,過去33年間城鄉差值在93千克~272千克標準煤。伴隨城鎮化的發展,同時拉動城市基礎設施建設,城鎮居民生活用能總量將進一步增長,且間接用能量增速也高于直接用能量。農村人口向城鎮人口轉變所引起的居民生活用能量的增加量取決于城鄉居民生活用能量的差值。西方發達國家城市化發展歷程表明,當其人均生活水平和質量進入發達國家行列,其人均能源消耗量不低于4000千克標準煤,人均直接生活用能量大都在1000千克~1800千克標準煤之間。根據十報告提出2020年“國內生產總值和城鄉居民人均收入倍增目標”,屆時的能源需求總量將達到53億噸標準煤。按國家發展目標,中國將在2050年進入中等發達國家水平,城鎮單位用能消耗將在目前的基礎上提高15倍~20倍,屆時即使中國人均能效達到目前能效水平最高的日本的水平,能源需求也將接近77億噸標準煤。如此高的能源需求,迫使中國需要改變當前的能源生產和消費方式,尋找開發新能源之路,實現社會持續發展。
二、影響新型城鎮化建設的能源問題
自中國2011年超過美國成為世界上最大的能源生產和消費國,能源問題已成為中國城鎮化進一步發展的瓶頸。目前國內能源主要受三方面約束:化石能源國內供應有限,能源效率較低;石油、天然氣對外依存度高;高強度能源開發對生態環境造成巨大壓力;產能和用能中心在地理上布局不均衡。能源是支撐一個國家國民經濟與社會發展的物質基礎,,更是中國新型城鎮化建設的和發展的重要物質基礎,中國當前面臨的常規能源有限供應能力挑戰和嚴重的生態環境危機,亦是當前世界各國需要共同面對和解決的能源問題。
1.能源效率低。
與發達國家相比,中國目前能源的效率比較低。每生產1000美元GDP,中國需要消耗273千克油當量,而美國僅需要171千克,韓國為184千克,日本則為125千克。國際經驗表明,一個國家或地區的城鎮化率在30%~60%之間時,是這個國家城鎮化加快階段,而城鎮化發展速度和城市能源需求兩者關聯密切。統計數據顯示,截至2013年,中國石油、天然氣、煤炭、核能、水力發電、可再生能源等一次性能源消費所占比例分別為17.8%、5.1%、67.5%、0.9%、7.2%、1.5%。中國是目前世界上唯一的以煤炭為主的能源消費大國,煤炭能源在中國能源結構中仍舊處于主導的地位。2013年中國能源總體消費情況,總能耗是34.2億噸標煤(電熱當量計算法),能源集中生產和供應中上述標煤41.7%用于發電、4.7%用于供熱、14.9%用于煉油,其他用途9.1%、損失29.6%,而發電使用效率34.6%、供熱使用效率74.5%煉油使用效率97.9%。煤炭作為主要的化石能源,通過火車、汽車、船運送到城市去,其中在運輸過程中所產生的能耗就占到了總能耗的20%以上,能源的集中式生產以發電、供熱、煉油為主,但集中式發電、供熱效率非常低。如熱電廠,要劃分一個供熱半徑,以供熱半徑內的最高負荷來建熱電站,但是供熱范圍內的用戶不可能同時開啟所有的用能設備,所以其整體的供電供熱效益在40%左右,而且終端用戶在建筑、工業的能源利用效率低于國際先進水平至少20%左右。
2.廢水、垃圾處理難和空氣污染重。
廢水、垃圾處理和空氣污染是城鎮化建設中與能源問題密切相關的另外兩方面。中國目前城市環境矛盾凸顯,600多座大中小城市中,有70%被廢水、垃圾所包圍,一些重點流域、海域水污染嚴重,部分區域和城市大氣灰霾現象突出,形成“垃圾包圍城市”的局面,許多城市和地區的主要污染物排放量超過環境容量。2012年城市生活垃圾清運量1.7億噸,比2011年增加4.2%;城鎮生活污水排放量462.7億噸,比2011年增加8.1%,占全國廢水排放總量的67.6%。預測到2030年,中國城市垃圾年產總量將達到4.09億噸,城市廢水、垃圾總量增速堪比當前國家GDP增長速度。而城市空氣污染問題,根據國家統計年鑒顯示的31個主要城市2012年主要廢氣污染物排放統計數據,這些城市年均二氧化硫排放11.19萬噸,氧氮化物14.36萬噸,煙塵5.28萬噸。而同年北京的上述三種廢棄污染物排放分別為9.38萬噸、17.75萬噸和6.68萬噸,PM10年均值每立方109微克,2013年北京PM2.5年均值是每立方90微克。根據2012年國家頒布的空氣質量新標準,PM2.5年均值達到每立方米35微克以下才算二級良好水平。在全球化、信息化的今天,中國如何在新型城鎮化建設中解決上述影響城市發展的能源問題,如何優化能源結構、提高能源效率、充分利用可再生能源,能源互聯網是未來能源生產和利用模式方展方向,是解決未來可再生能源大規模有效利用的重要基礎設施。
三、利用能源互聯網,提高能源消費結構和效率
能源互聯網是美國學者杰里米•里夫金在《第三次工業革命:新經濟模式如何改變世界》中提出的愿景。他的書中提出了第三次工業革命,十九世紀蒸汽產生動力帶動第一次工業革命,內燃機產生電力帶動第二次工業革命,到了二十一世紀進入互聯網時代,是否利用互聯網形成新的一次工業和產業革命?2008年美國國家科學基金(NSF)項目未來可再生電力能源傳輸與管理系統中明確提出了能源互聯網這一學術概念。
1.能源互聯網定義界定。
能源互聯網是一種構建在化石能源和可再生能源發電,通過分布式能源采集和儲存等裝置,運用先進的電力電子技術、信息技術和智能能源管理技術,將多能源網絡和信息互聯網結合起來新型電網結構,實現能源和信息雙向流動的交換與共享網絡。以可再生能源發電為基礎,常規化石能源為重要補充對能源互聯網絡進行構建,通過云計算智能網管理系統實現實時、高速、雙向的電力數據讀取和可再生能源的接入。該網絡具有能源種類多樣化、能源來源的區域分布廣、多種類能源互聯、能源網絡共享、系統自愈功能、運行高效、綠色環保等特點。
2.能源互聯網核心技術構成。
能源互聯網由若干個能源局域網相互連接構成。能源局域網由能源路由器、發電設備、儲能設備、交直流負載組成,可并網工作,也可脫網獨立運行。能源路由器由固態變壓器和智能能源控制系統組成;智能能源控制系統根據收集的能源局域網中發電設備,儲能設備和負載等信息做出能量控制決策,然后將控制指令發送給固態變壓器執行,即智能能源控制系統管理信息流,固態變壓器控制能源流。為保證能源互聯網的可靠安全工作,能源局域網的上一級干線具有智能故障管理功能,提供能源互聯網故障的實時檢測,快速隔離等自愈功能。
3.能源互聯網面臨的技術挑戰。
發展能源互聯網需要技術跟進,現有技術面臨更大的挑戰。首先,能源互聯網系統中的多能源網絡架構和云計算信息融合機制。能源路由器是能源互聯網實現的核心,但能源的路由比信息要復雜得多,如何對多種能源收集、儲存和控制管理;其次,要實現能源互聯網控制,電力電子技術是主要手段,根據居民用能的實際需求以指定電壓和頻率控制電力的傳輸是技術關鍵和難點,電力電子變壓器比傳統變壓器效率高,但其容量和安全可靠性等方面是需要解決的關鍵問題;最后是分散協同式的能源控制管理,傳統的能源管理系統和可再生能源管理最終在能源互聯網的平臺上通過云計算智能網實現統一的多種類能源生產、收集、儲存和傳輸等信息實時采集、處理、分析與決策的產能用能,國家和企業對如何促使電網的智能化和信息化結合,信息能源基礎設施的一體化發展,是互聯網時代能源基礎設施進行變革的新挑戰。
四、能源互聯網在新型城鎮化建設中的實踐
《國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)》中提出,新型城鎮化建設中城鎮清潔可再生能源消費比重由2012年的8.7%提高到2020年的13%,能源種類多樣化、安全化、高效使用,推進新能源示范城鎮建設以及智能微電網示范工程建設,支持分布式能源的接入,提高居民和企業用能的智能管理。
1.平衡能源結構及供應。
目前,化石能源,比如天然氣,其供應穩定、存儲方便,但其使用將會產生碳排放,同時化石能源的存儲量在急劇的減少;而可再生能源,具有清潔及低運營成本的優勢,但其斷續和生產的不確定性又將影響能源供應的可靠性和穩定性,比如光伏到了晚上就不能發電,影響供能可靠性。采用兩者優勢互補的原則來綜合的利用。同時,生產生活過程中會產生的廢棄物垃圾、污水、污泥、廢熱和生物質廢料充分的回收利用并轉化成能源作為補充,利用循環的理念來減少化石能源的需求。
2.技術實踐體系。
同時利用傳統化石能源和可再生能源,使用集中式能源供應和分布式能源系統兩種能源結構。具體做法:多元能源結構,優先使用可再生能源,化石能源為支撐;供應模式:分布式為主,集中式為輔;最后實現能源供需互動,有序配置,節約高效的平衡用能方式。首先,在應用端,每個客戶在用能的過程中同時也是產能者,利用節能技術在不斷降低能源消耗和提升能源利用效率的基礎上,充分回收不同用能單元在用能過程中所產生的余能、廢能。其次,采用集中式和分布式能源生產結合的方式,利用以分布式發電機組為核心的分布式能源站,因地制宜利用可再生能源,不足部分再由集中式能源補充,貼近用戶,根據用戶對能量的品質和數量的不同需求,提供相匹配的能源和能量。在控制層面,以智能能量管理作為核心形成分布式能源控制網絡,充分借助人的智慧對能源系統進行整體的優化和控制,進一步提升整體系統的能源效率。最后,以云服務平臺為核心的多種能源運營管理系統,將能源的生產商、服務商、運營商、用戶有機的結合在一起,通過對多能源的協同調度、監管、交易和智能化服務,形成真正意義上的能源互聯網的交換和多方共贏。
3.物理布局在區域內如何實現。
從物理布局上來看,在一個小型區域內,以四環節循環生產形成區域分布式能源系統,終端用戶盡量利用節能技術,減少能源需求,再利用分布式能源站來匹配他們的冷、熱、電、氣、生活用水等多能源需求,同時利用不同能源的存儲,回收垃圾、余熱、廢熱、廢氣及終端用戶的工業余能,可實現季節、晝夜能源峰谷的調節,來降低能源的投資和運營費用。以一個小型的區域為示例,實踐中在主干網上會有多個區域,它們都掛在主干網絡之下,由現有的國家電網、中石油、中石化、、中海油來負責主干網的運營,通過這多各區域之間進行多能源的互補和匹配供應,來減少能源的主干網絡晝夜、季節的峰谷壓力,降低能源峰谷之間的差距(夏季供冷所需的電負荷非常大,而燃氣在夏天基本只是用來做飯做菜,但冬季則相反,燃氣供暖消耗的負荷急速增長,國家電網或者是中石油中石化等作為單一的運營商只能提供單一的電或者是單一的燃氣是無法解決多能源季節峰谷調節問題)。
五、結論