能源管理系统助力节能增效

文｜施耐德电气（中国）投资有限公司 万美慧 孙 琳

能源管理系统助力节能增效

文｜施耐德电气（中国）投资有限公司 万美慧 孙 琳

本文介绍了能源管理系统，以及其帮助企业管理者实时掌握能效现状、发现节能机会、进行有针对性的节能改造、评估节能改造效果、确保在安全高效的前提下降低能源消耗成本的积极作用。

能源管理系统 数据收集 电能质量及负荷特性分析 指导优化机电设备运行 能耗结构及关键耗能设备能效指标（KPI）分析 节能效果验证

1 目前多数企业的能耗现状

随着国民经济的持续高速增长及能源资源供应的日趋紧张，节能环保已成为全社会日益关注的问题。2006年8月6日国务院下发的《关于加强节能工作的决定》制定了节能降耗的主要目标：到“十一五”期末，万元国内生产总值（按2005年价格计算）能耗下降到0.98吨标准煤，比“十五”期末降低20%左右，平均年节能率为4.4%。为实现这一目标，国家不仅出台了一系列的法律法规，健全节能减排的相关政策体系，而且投资十大节能工程，九大高耗能领域，总计500余个节能项目。2008年4月1日实施的《节能法》明确地将节约能源作为我国的一项基本国策，实行节能目标责任制和节能考核评价制度，将节能目标完成情况作为对地方人民政府及其负责人考核评价的内容。同时，新政策体系越来越多地引入和应用市场机制，通过税收、补贴等经济激励措施，调动企业积极性，促进节能减排。

在国家政策的要求和激励下，各地企业积极响应，各种节能产品和节能公司应运而生，节能项目纷纷上马。但笔者近年来在能效审计和调研中发现，很多企业做了节能改造，却无法客观评估节能效果；精密设备无故损坏，断电事故导致停机，却无法迅速发现和确认原因；缺乏对能耗数据及电能质量的有效收集、分析、整理和追踪；缺乏对能源账单结构的必要分析和对季节性设备运行的优化管理；更难以掌握动态能源消耗情况，实现持续改进和账单节省。

著名管理大师杰克·韦尔奇曾经说过：如果不能洞悉真相，我们就无法进行有效的管理。这句管理上的至理名言同样适用于节能增效这一主题——如果我们不知道能源消耗在哪里，就无法制定有针对性的节能策略，采用行之有效的技术手段，更无法量化和评估节能效果，节能降耗、优化成本将无从谈起。因此，建立能源管理系统，掌握分析能源结构及耗用情况，是节能增效关键的第一步。

施耐德电气ION能源管理系统，能够帮助企业管理者实时掌握能效及电能质量现状，寻找节能机会，制定有针对性的能效管理计划，提升电能质量和供电系统稳定性，帮助企业在今后的经营中，在安全运行的前提下降低能源消耗成本。

2 ION能源管理系统的结构

ION能源管理系统的结构，如图1所示。

3 ION能源管理系统的功能

3.1 分类收集实时数据

以电能为例，能源管理系统通过在主要耗能设备回路上安装计量表计，分类收集企业内能耗数据，建立数据库；在数据基础上进行分析整理，转化能耗数据为信息，根据各部门需求，提供相应的报表，在发生能耗超标等情况下，自动产生告警信息，并发送至相关人员，如图2所示。

目前实际的项目应用中，该系统已经实现了对电能、水、压缩空气、天然气、蒸汽等耗用情况的收集和分析，能通过各种测量表计、传感器和变送器收集温度、压力、流量等数据，转化为能耗信息，纳入系统，进行分析。

该系统可与其他系统，如EEM、SCADA、 BAS、 DCS、 ERP 等进行集成，可通 过 ODBC、 XML、 OPC、 E-mail、 FTP、CSV、PQDIF、Web等多种方式实现能耗数据共享。

3.2 进行电能质量及负荷特性分析，监控异常情况、发现节能机会

能源管理系统可监测负载分布状况和电能质量情况，如功率因数较低，谐波污染严重，变压器负载率较低、三相负载不平衡，需量申报不合理等；还可以帮助发现系统故障隐患、不合理用电习惯、现有工艺流程缺陷、断电事故产生原因等。此外，能源管理系统还能通过设定能耗限值，获得能耗异常报警，分析能耗异常原因，发现节能机会，并在数据分析基础上，定期给出优化调整专家建议。

例如，某五星级酒店多功能厅音响背景噪音非常严重，频遭投诉；高档进口电梯主板、接口板突然损坏，不仅影响酒店的商业形象，还造成大量资金被浪费在设备维修上；电力电容器更换周期缩短，中性线电流很大并伴随明显发热现象。通过能源管理系统监测发现，该酒店谐波污染情况较为严重（如图3所示），经过消谐治理后，以上问题被消除（如图4所示）。

又例如，目前大型商用建筑（群）中普遍存在变压器经济运行的问题。在目前的配电系统设计中，冷冻机组及循环泵组通常由专用变压器来供电，在北方冬季，冷冻系统除内区供冷机组外，大部分机组会停用，导致部分变压器负载率极低，三相不平衡情况严重。让我们来看看按供电局收费原则（以北京地区为例），此种情况会带来哪些额外的费用。商业建筑执行两部制电价，即：

电价=电度电价 + 基本电价

有以下两种计费方式：

电量×电度电价＋变压器容量×基本电价＝总电费

电量×电度电价＋协议最大需量＝总电费

对于计费方式的选择取决于变压器容量及其利用率。

（1）冷备用变压器 ，经供电企业加封，不收基本电费。

（2）热备变压器或未经加封的冷备变压器，均收基本电费。

（3）变压器利用率不低于67%，按最大需量计算基本电费。

（4）变压器利用率低于67%，按变压器容量计算基本电费。

月变压器利用率计算公式如下：

可见，如在北方地区冬季对变压器的负载进行适当调整，把部分变压器做冷备，能节省5个月（11月至次年3月）的基本电价账单费用。

3.3 优化机电设备运行，降低能源消耗和运行维护成本

能源管理系统通过分析既有建筑实际运行情况及能耗水平，对新建项目设计或既有项目更新改造提供有价值的建议，例如有意识地选择高效率的设备，包括低损耗变压器、母线、高效电机和冷冻机等；合理配置设备参数，对控制程序按照实际情况进行精调并根据实际工况进行持续改进，以保证较高的工作效率和维持较低能耗水平。

在能源管理系统数据分析指导下，楼宇管理系统可以充分地发挥其优势，加强对各类机电设备的管理和控制，通过监视变配电系统、发电机组、 UPS、冷冻机组、锅炉、电梯、空调新风机组、循环系统等关键设备的运行状态、故障报警、累计设备运行时间，自动生成故障报警信息和例行维护保养计划。这样既能实现预测性维护，降低维护人员巡检工作量，提高工作效率；又能避免因设备故障导致的宕机损失和故障排除不及时导致的设备损坏；还可通过设备运行参数、故障、维护报表，为管理层的设备更新和系统运行优化决策提供数据基础。在此基础之上，业主可以结合能耗分析结果，通过调整楼宇自控系统控制策略进行有针对性的节能降耗策略优化，如根据环境参数、设定参数、空气质量、人流量等优化HVAC设备的运行；在过渡季节及夏季夜间采用焓差控制，充分利用自然冷量；通过时间程序、存在控制、照度控制、日光跟踪等方式对外景、中庭、公共区域、庭院等不同位置的照明及绿化喷灌设备进行控制；优化电梯运行，保持垂直通道畅通，减少设备空转率；根据流量、液位控制投用的风机和泵类设备数量，并在系统裕量较大的情况下，采用变频调速技术进一步降低能耗；在用电低谷期进行补、排水、蓄冷等工作，降低单位电价等。

能源管理系统指导优化机电设备的实例很多。例如，某甲级写字楼的能源管理系统数据分析显示：在每日清晨同一时段，各类设备集中启动，导致出现用电尖峰，且尖峰值超过了该大厦向供电局申请的需量值。按供电局规定，如用电尖峰超过最大需量并持续超过15分钟以上，会按照尖峰值收取需量费用，因此这种情况直接导致了该大厦电费的增加。发现此问题后，通过调整楼宇自控系统时间程序，将设备分时段分批次启动，有效地消除了用电尖峰，避免了较高的需量收费，实现了电费的节省，如图5所示。

又例如，某大型连锁超市能源管理系统显示，其冷库能耗在夜间有不定期的能耗超限现象，经调研发现，是由于工作人员忘记关严冷库大门导致的。这种情况不但会造成能源浪费，还会导致较为严重的冷库结霜，甚至影响储存商品的品质，增加冷库维护成本和货物损失。经与业主沟通，我们在该冷库设置了门禁系统，相关工作人员出入都需要刷卡确认，如未刷卡或刷卡后忘记关门，系统会自动报警，一方面通知值班人员进行处理，另一方面通知管理部，对该人员采取惩罚措施。此方法实施后，基本未再发生过类似的疏忽现象，如图6所示。

3.4 能耗结构及关键耗能设备KPI分析

能源管理系统能够对建筑的能耗结构进行统计分析，对主要耗能设备，如冷冻系统、空调系统、照明、给排水、电梯等设备参数、运行状况以及建筑负荷特点、当地气候情况、同类建筑统计数据等进行能效指标（KPI）分析。建立了KPI指标后，对该设备或系统的能耗评估就有了科学的依据。对于能效指标较差的系统和设备，可以结合实际情况，通过调整控制系统程序或加以合理改造来进行优化，并通过一段时间的运行来验证优化改造的节能效果。这种方法还可以用于验证投资回收期（ROI），如图7所示。

能源管理系统能够对峰、谷、平、尖时段耗能进行分类统计，分析能耗账单费用构成，帮助业主了解哪些电费是能够节省的。以北京地区商用建筑电费为例：峰谷电价差值近四倍。如能合理调整楼宇自控系统程序，利用低谷电价时段进行排水、补水、通风换气等非紧要工作（有条件的还可采用蓄冷技术进行移峰填谷），既能够缓解峰值时段的电网压力，又能够有效降低电费。此外，由于功率因数不达标和谐波污染严重导致的罚金也能够被发现并进行及时处理。

3.5 节能改造效果评估

如何评估节能改造的效果是困扰许多业主的问题。ION能源管理系统可通过建立关键能效指标，根据设备运行工况及产能的变化，对测量数据进行调整，并在此基础上科学比较节能项目实施前后的能耗情况，评估节能效果。

图8所示为某节能改造项目改造前后系统能耗的历史数据。可以看到，在节能改造实施过程中，企业的产量是在增长的。为了正确合理地计算节能改造的影响，节能效果必须同产量分离。在节能改造之前测量的基准线用于研究能源使用与产量之间的关系。进行改造后，基准线用于估算未实施节能措施每月的能源消耗水平。节能量（减少的能源消耗量）即是基准线估算值同节能项目实施后实际能耗值的差值，也就是图8中虚线与实线中间的部分。在此统一的标准之下，对节能改造的效果评估具有了科学依据，能够真实地反映节能效果。

式中，E节约为节能措施带来的节能量；E基准为基准能耗，即节能改造前，1年内设备或系统的能耗，也就是改造前的能耗；E当前为当前能耗，即改造后的能耗；E调整为基于产能或负荷变化的调整量。

4 结束语

节能是一项系统工程，需要立足建筑能耗现状，综合考虑，整体规划，我们应建立用能管理规章制度，按照系统节能方法，制定长期节能工作计划并分步实施，力争实现持续有效的节能增效，为缔造良好环境，建设资源节约型和环境友好型的社会做贡献。