工商业大用户能源管理系统研究与实践

徐琴

（江苏联宏智慧能源股份有限公司，江苏 南京 210000）

一、引言

当我们一方面感慨夏天不停电、冬季不断气的强大能源供给时，另一方面又为高碳排放、环境污染而担忧。那么如何保障电能供应,又保护环境呢,以改变能源结构、提高用源效率、绿色环保为核心的智慧能源革命是当今社会经济发展的重要角色。

智慧能源管理系统是通过能耗数据的采集、存储、挖掘与分析，结合能源质量分析、用能安全预警、节能诊断、能耗审计等管理手段构建的能源信息管理工具。利用云计算、大数据处理、物联网等信息化技术，可以将能源信息资源开放共享，形成社会性的能源数据大平台。为用能企业实现能源管理精细化、信息化创造条件，也为电力企业进行平衡电网控制、实现移峰填谷的提供参考和决策依据。

工商业是用电大户，供电系统的发电量80%由我们的工商业大户消耗掉。在工商业领域建设智慧能源管理系统意义重大。

二、工商业大用户的用能现状

（一）大用户的用能特点

负载大，能耗大：不管是工业企业还是商业企业里，大负荷、高能耗设备聚集，设备的运行对电网影响大。

能源利用效率参差不齐：由于技术、经济水平的影响，高能耗设备的淘汰、节能改造的力度不一，还存在大量的设备能源浪费现象。

能源管理水平落后：尽管工商业用能大，成本高，但很少有企业投资能耗管理,不管是用能成本还是用能质量,很少有本细账。

（二）社会发展大背景

德国提出了工业4.0 未来工业发展的模式，中国借鉴德国工业4.0 计划，提出了"中国制造2025"的发展方略。中国工业数据化、信息化、智慧化转型将会在随着中国经济增长模式的转变过程一起完成。

眼下蓬勃发展的大数据、云计算、物联网等现代化信息集成技术，将推动中国社会的智慧化进程，包括能源领域的智慧化、信息化管理。

三、用能管理的需求分析

（一）电力系统能源管理的需求

中国发电机组的装机和发电容量已经世界前列，极大的满足工商业的发展，但是我们的能源利用率低，发电机组闲置率高，造成巨额的建设和维护费用。从电能的供给侧看，越能清楚地了解需求侧的用电规律和特性，越能更好地协助预测发电量，进行运行预警等管理控制。通过建立需求侧能源数据大平台，可以实时掌握用电需求，平衡用能分配、开展削峰填谷等能源管理活动。

电力管理系统从输配电业务管理到综合能源服务的转型，为了能更好的开展综合能源服务,需要更多的了解用能单位的信息与需求。尽管电力公司可以通过电费缴纳系统了解用户的用电数量，但这种数据颗粒度太粗，不能满足综合能源服务的需求。需要建一个用能管理大平台，通过能耗数据的采集与分析，了解各类用户的用能需求和能耗特性；引导节能改造、实现能效提升需要数据和平台的支撑；能源结构性改革、新能源的使用推广，也需要一个平台来监测评价使用效果；更好地引导电能消费、执行电价调控等也需能源管理平台作为互动的媒介。

（二）国家节能减排监控管理的需求

为了提高能效，实现节能减排，有效推行国家《节能法》的实施，国家鼓励和支持企业单位建设管理系统平台，以利于国家节能部门对高能耗设备进行能耗的运行监测和对企业节能减排工作的监督管理。

（三）用户内部能源管理的需求

企业普遍重视技术研究，但不重视流程能耗管控，一般愿意对生产线进行自动化改造，但很少企业愿意出资建能源管理系统；国内大部分企业还是人工巡检、操表记录能耗数据，这种工序不能实现企业实时能源质量监测、能耗异常报警功能；其次，缺乏有效的能源分析、能效诊断、用能优化等控制环节，不利于企业能耗成本的降低。能源成本作为企业产品、服务成本的一部分，建立能源成本可视化、数据化、信息化管理是企业发展的必然趋势。

四、能源管理系统的示范建设

工商业大用户能源管理系统的示范建设分四步走：首先，通过踏勘调研，选取有行业、用能典型意义的企业作为示范单位；其次通过部署传感设备和采集装置对典型用能设备进行用能数据的采集处理；第三建设能源管理专网，实现能源数据的传输和调度控制；最后，建设能源管理系统平台，完成能源数据展示、存储、用能分析、能效诊断及用能优化等功能。

（一）能耗监测点位覆盖

通过踏勘调研，对选取的工商业大用户进行能耗监测点位部署。一般情况下能耗监测点覆盖：变配电高低压进出线、照明、空调机组、压缩机、水泵、风机、烘干机、电梯及重点设备的配电回路。安装多功能电力终端设备和电缆温度传感器，实时采集用电回路的三相电压、电流、实时有功功率、无功功率、各相功率因素、频率、需量、三相支路漏电流、三相电缆温度、三相电流、电压高次谐波含有率和谐波畸变率,以及分相与正反向总有功电能、总有功电能；分相无功与正反向总无功电能、总无功电能等；

（二）能源管理系统网络架构

能源管理系统采用先进的、安全可靠的“分布式高速实时控制网络”核心技术和关键产品构建，系统由三层网络组成：数据采集层：也称设备层网络，数据传输层和数据管理层。

数据采集层：采用LONWORK 总线技术，通过网络控制器对多功能电力终端、数据采集网关等计量监测装置实现数据通信与采集。LonWorks 控制网络具有拓扑结构灵活、传输介质和方式多样、传输速度快、抗干扰能力强等优点。

网络传输层：实现网络控制器与企业数据服务器的通信和交换。从系统稳定性、可靠性、实时性和易扩展性考虑，各网络控制器与企业服务器之间建设独立光纤环网，本层采用TCP/IP 协议。

数据管理层：实现企业能源管理系统服务器与地方能源管理局或方天云平台数据服务器之间的通信与数据交换。建设光纤专网，通过能源管理终端及接口软件的处理完成云数据的汇聚和分享。

（三）能源管理系统平台建设

能源管理系统平台主要指企业级能源管理平台系统，包括数据服务器、监控工作站、UPS 等硬件设备和配套的系统软件和管理软件组成。

智慧能源管理系统开发有两套管理软件：一套是基于C/S（Client/Server，客户机/服务器模式）架构的业主版软件，一套为基于B/S（Browser/Server，浏览器/服务器模式）架构的中心版软件，另外根据业主管理的需求开发配置手机APP 功能，实现功能的延伸。

C/S 软件提供生动的模拟显示画面，根据企业配电系统能流图显示各级用电开关、设备的用能实时数据，并提供电流、电压、功率等重要参数的历史曲线和历史查询功能。并提供分类、分项、分级数据统计和电能异常报警功能。

B/S 软件提供更丰富的用能统计、分析功能。可实现各种能耗指标的综合对比操作和分析功能，并以图标、柱状图，饼状图，曲线图、报表等方式显示，还具备设备管理、能效管理、用能审计等功能，可为企业能源决策提供指导。

五、能源管理系统项目示范实践

工商业大用户能源管理示范项目在苏州环金鸡湖率先示范实施。部署监测点位超过5560 个，关系20 家工商业用户。

其中苏州欧瑞康是苏州环金鸡湖工商业大用户能源管理示范建设项目一期用户，部署监测点位700 余个，建设了以B/S 和C/S 架构的能源管理平台，实现全厂一、二级能源系统和重点设备监测全覆盖。

苏州金陵观园酒店，是二期大用户，准5 星级大酒店，拥有200 间套客房，四个独具特色的餐厅和近1500 平方米的会议宴会场所，部署监测点位300 余个，建设了以C/S 架构的能源管理平台，实现变电所和重用用能设备的全覆盖。

（一）能源管理平台功能实现

能源管理平台2018年3 月建设完成，试运行半年多来可实现的功能分析如下：

1.实时在线监测，实现生产安全用能

能源管理系统通过能源管控软件以数据图形、表格和曲线的形式在各级终端展示，实现对企业能耗的实时动态管控。下图为金陵观园酒店变电所的用能监控画面，生动的展示配电系统的能流拓扑图，清晰的反映各能耗监测点位的用能关系。可实时监测每一点位开关状态、电能参数、线缆温度信息。通过电能参数的监控，为一些重要的设备提供事前保护依据，以免干扰或损坏设备的运行性能；另一方面可及早发现设备过流、发热等异常现象；以免设备损坏及恶性事件的发生。

通过监测设备企业变压器、冷冻机组等大型设备的实时功率与趋势曲线，计算负荷满载率，可以了解的设备容量是否满足安全生产、后续发展的需求；通过监测漏电流参数可以及时排查处理漏电隐患，避免设备、人生安全事故的发生。能源管理系统监测、诊断、报警功能，相对于人工巡检更及时、更全面、更有效的优势。

2.丰富的能耗统计方式，实现能源成本信息化管理

能源管理系统可通过不同形式进行能耗统计与展示，如曲线、柱状图、报表等方式。下图为欧瑞康的各车间能耗消费统计排名。欧瑞康是一个集团企业，主要从事纺织、传动机械生产、涂层加工等服务，在苏州园区内部集中了多家独立核算的子公司，还有多家合作生产伙伴。在用能管理和用能成本核算一直是他们的短板。能源管理系统高密度的能耗采集点位，可以精准的统计各工艺生产流程、管理区域、职能部门的能耗数据。

能源管理平台可以提供强大的能耗成本核算功能，输入能源单价，可进行各种成本计算，并可直观地提供个企业各个管理部门使用，特别是财务管理部门；通过数据接口直接与企业财务管理软件对接，免除财务人员繁琐的能耗数据收集与录入程序，解决原始的能耗成本模糊分摊模式。通过能源管理平台实现了企业能耗管理的数字化、信息化。

3.能源管理平台的建设，有助于企业能源管理水平的提升

能源管理系统将能耗监测、数据分析、能源管理统一到一个平台上进行，重点解决企业能源信息可视性差，缺少对能源数据及其影响因素的综合分析、管理力度偏弱等问题。通过能源管理平台，帮助企业强化能源消耗、能源核算管理，确定能源成本和性能的责任中心；贯彻能效指标、能耗公示、定额考核，规范和加强能源管理，使企业管理更加科学化。

能源管理平台可以进行用能审计，输入国家规定的相关能耗标准，及时发现能耗异常和超标的设备，通过淘汰或节能改造措施，来降低企业的生产能耗成本。还可以辅助设备台账管理，包括设备安装位置、额定参数、使用年限运行报警记录等丰富信息。有助于企业及时调整设备运维和节能改造计划，促进系统优化、能源管理合理化调度。

上图欧瑞康3月下旬到11月上旬的年用能走势，红色为整个厂区用电，蓝色为B 车间（巴尔查斯涂层车间）主要耗能生产单位，在非空调季节用能占全厂的一半。综合考虑气温和生产量的变化，可以对企业电力负荷、能耗趋势进行预测，从而对未来电力负荷的时间分布和空间分布进行合理调度，为电力系统规划投资提供可靠的决策依据。

4.能源管理平台的建设，挖掘能效提升潜力，减少用能成本

根据企业相对于空间和时间的能耗分部趋势，合理监测企业的用能习惯，积极挖掘节能空间。上图是欧瑞康的日用电趋势图，峰谷能耗差明显（除了管理人员白班制，部分生产车间为白班加晚班至晚8:点半，大部分生产车间为三班制）。可以通过调整作息时间，改变企业的能源习惯，有效利用峰谷平的分时用电差价，不仅可降低企业能耗成本，还会给企业带来更好的用能体验。

上图是欧瑞康C 车间充电装置的运行图，基本上是每天下午5 点开始到到凌晨3、4 点结束，苏州地区峰谷电的时间是晚上9 点到凌晨7 点，从节约用能成本的角度出发，可以调整充电时间，推迟到晚上9点开始充电，那么整个充电高峰期就全部落在谷期低电价时段。

对于安装光伏、风电等新能源的企业，可以根据企业用能和综合电价，合理制定发电与储能控制策略。

欧瑞康主要生产性用能设备为机械加工设备、加热设备、压缩机、车间照明、空调设备及生活配套设施如厨房电气、充电车棚等，其全厂生产车间的空调采用中央空调集中供冷，各单位的办公区采用VRV 多联机。在空调高峰季节空调能耗约占全厂总能耗的40%。

上边左图是欧瑞康企业展厅空调4-10 月份峰用能趋势，右图是8 月3日到8 月8 日六天的用能趋势，可以看出前几天展厅空调没有正常使用，而且全天候开启，浪费现象严重，可以通过平台设置监控报警和定时控制功能，避免不必要的浪费。

（二）建设能源管理数据云平台，为大电网调度控制提供依据

企业能源管理平台的建设，是国家电网需求侧管理大平台建设的一部分。企业的用能数据通过能源网络传输到地方能源管理局或云平台，再通过云端大数据计算分析，提供给电力管理部门，成为电力管理部门电网平衡与调度的决策依据。也是电力管理部门更好为用户提供综合能源服务和组织电网柔性调峰的平台基础。

地方能源管理部门可以通过能源专网发布能源管理信息和能源调控命令，成为能源管理部门与用能企业的交流与互动的公共服务平台。为国家电网智慧化、信息化管理提供实践基础。

六、结束语

工商业能源管理示范项目的实施建设可打破信息孤岛堡垒，整合社会资源，营造服务于工商业用户、电力管理部门、政府部门、研究机构的能源消费互联网生态环境，促进能源需求和能耗信息管理深度融合，推动工业领域能效监测、节能改造起到示范作用，也为“工业2025”的到来，为智慧化能源、智慧化城市的建设夯实了坚实的一步。