应用能源管理系统实现纺织企业碳足迹检测研究

姜秀溪，贺小荷

(1.济南市中小企业公共服务中心，山东 济南 250010； 2.济南市企业技术进步促进中心，山东 济南 250031)

纺织行业从原料的采集、纺纱、织布、染色一直到做成服装，其消耗的能源费用仅次于原料成本[1，2]。这期间经历的各个环节都会产生能源消耗和碳排放，因此，纺织工业需建立和拥有“碳足迹”的数据储备库及具备行业特点的降碳体系。

1 生产调度与能源管理系统构成

1.1 硬件配置

硬件设备的选型遵从工业用硬件的标准，具有容错和自诊断能力，以保证长期运行和扩展的需要。设计上按照功能分为系统实时服务器和WEB发布服务器。为了保证系统连续可靠运行，必须建立一套技术先进、性能稳定的硬件平台。

1.2 网络结构

整个系统的数据传输安全极为重要，所以通讯网络设计以光纤网络建立的TCP连接为基础，组成一个广域的实时通讯网络，实现各采集设备与控制中心系统间的实时通讯。

在系统中，各计算机通过网络交换机组成局域网，整个系统内网通过硬件防火墙和WEB服务器对外发布数据，保证了整个系统数据库的安全；由前置服务器接收、解释、换算从现场采集系统传送来的实时数据；服务器负责处理、存储、管理这些实时数据，其他服务器和工作站作为客户端访问服务器，实现数据访问和资源共享。

2 系统功能

能源管理系统的计量数据采集点遍布整个厂区，实时反映全厂生产设备和动力设备的运行情况，实现对纺织生产设备运行管理的实时监控。对全厂配电、空调、蒸汽、空压、供水等动力系统进行计量、检测、控制，实现对企业能源系统的生产、输配和消耗环节实施集中扁平化的动态监控和数字化管理，完成出口纱的碳足迹统计和历史数据的储存。

2.1 生产调度系统检测

2.1.1 生产设备状态监测

通过采集电能表的电流、电压、电度数据，可判断这些设备有几台是在正常运行、几台在停车。再配合设备维修计划，在系统图上实时显示这些设备的运行状态。储存一定时间内的生产和动力设备运行情况数据，在事后可进行追溯和复原。

企业生产设备大多配备大功率电机，根据厂区配电图和现场实际考察，配线出线至配电柜，每一台配电柜控制6～10台型号、参数基本一致的设备。通过采集电能表的电流、电压、电度数据，可判断这些设备有几台是在正常运行、几台在停车。生产和动力设备的运行情况在一定时间内储存，在事后均可进行追溯和复原。

2.1.2 空调系统

企业现状：11个空调室，纺部7个大空调，织部4个。正用的是6个(全部为纺部)，采用变频控制。空调部三班运转工，每个班对温湿度进行两次监测，再进行调节。目前全厂空调的调节方式为手动方式。在车间定点安装有37台温湿度计，工作人员定时记录测量数据，然后手动调节空调设备的输出。控制方式滞后，导致了调节车间温湿度始终滞后于现场环境条件的变化，并且由此造成了空调设备的耗电量过大。

通过更换安装智能式传感器，采集现场的数值远传至变频器，由变频器根据采集到的数值调节风机等设备的输出，改变了以往依靠人工手动调节，实现了无人自动调节现场的温湿度。

根据工段和设备分布安装智能温度和湿度传感器，输出电流信号。将所有传感器的信号通过屏蔽电缆传送到空调间的控制柜，利用PLC的模拟量输入功能采集现场温湿度数据，自动对数据进行分析。

2.1.3 产量统计

企业纺部清花产量和最终产品包装统计采用称重计量，其余采用长度计量；织部产量统计采用长度计量。目前采用人工统计方式，计量分散且不能够实时调用，不利于碳足迹数据采集。

在软件系统设置人工录入接口，工作人员可以将每个批次的产品按照不同的型号和班次录入数据，系统自动进行后台计算，可以得出产品的累积产量和能量单耗，从而为进行碳足迹计算提供基础数据，以及精确地进行内部考核。

2.2 能源管理检测系统

2.2.1 概述

该企业综合能源消费量为1.5万吨标准煤，其中80%消耗为电消耗。目前年消耗电力7600万千瓦时，原煤2360吨，汽柴油61吨，蒸汽3000吨。生产生活用水由自备井供应。企业有2台锅炉(供气量分别为4 t/h和2 t/h)用于生产和供暖。

2.2.2 电能量管理

企业目前年耗电7600万 kWh，占企业耗能的80%。全厂建有1座35 kV/10 kV变电站和6座配电室，其中1#～5#配电室给纺部车间供电。织部配电室给织布车间供电，一共安装有100多台电表计量全厂用电情况。目前采用人工抄表方式统计用电情况，数据统计滞后，不能够实时了解用电情况。

将电表全部更换为智能电表，在线实时计量生产设备用电。实时监控各种用电设备的用电数据，并且实时计算用电单耗。实时统计某一类设备的用电情况。由用电信息可以统计出每一个批次产品在各个工序的用电情况。为碳足迹统计提供基础数据。

同时将全厂的用电情况分类统计，生产用电可按不同的工序、不同时段统计，将全厂的用电管理细致化，通过能源平衡原理，找出可能的节电点，辅助节电措施，达到管理节能的目的。

2.2.3 空压系统管理

目前全厂使用压缩空气的工段有细纱、自络和清钢联。共有5台空压机，每个空压机房配备有1个储气罐用于储存压缩空气。其中有4台空压机管路联网，全部采用降压启动方式。由于车间细纱等使用压缩空气的设备数量大，而且在生产的过程中无论现场生产设备运行情况如何，空压机都保持运行状态，因此空压机的耗电较为严重。

在压缩空气管路设置压力变送器，实时监测压缩空气使用情况和相应的管道压力。实时记录空压机出气和设备用气数据，得出压缩空气的使用效率。通过计量现场管道压力，可以及时发现压缩空气的漏气以及供气不足等故障，从而得以迅速解决。通过以上举措，可以使压缩空气得到最大化的应用，并且通过光缆将流量和压力等数据传输到调度中心。

2.2.4 蒸汽计量管理

目前全厂使用压缩空气的工段有细纱、自络和清钢联。共有5台空压机，每个空压机房配备有1个储气罐用于储存压缩空气。其中有4台空压机管路联网，全部采用降压启动方式。由于车间细纱等使用压缩空气的设备数量大，而且在生产的过程中无论现场生产设备运行情况如何，空压机都保持运行状态，因此空压机的耗电现象较为严重。

在压缩空气管路上安装压力变送器，实时监测管道压力，确保生产的正常进行。并且可以及时发现压缩空气的漏气以及供气不足等故障，从而得以迅速解决。通过以上举措，可以使压缩空气得到最大化的应用，通过屏蔽电缆将压力数值传输到数据采集装置处，并且通过光缆将压力数据传输到调度中心。

2.2.5 供水管理

目前全厂只有一台总进水水表。供水设备有2台深井泵(功率均为3 kW)和8台浅井泵(功率均为22 kW)，其中深井泵采用变频方式控制，其余水泵为普通降压启动方式，由于没有相应的计量系统，容易导致自来水利用率不高和资源浪费现象。

安装智能远传水表，实时计量供水和用水量，以及相应的管道压力。通过以上数据的实时监测可以实现用水的精细化管理，及时发现管路漏水以及水泵出水故障，从而保护电机装置，节约水资源。

3 建立碳足迹数据库

根据纺织企业生产管理特点和能源消耗情况，针对产品碳足迹的要求，建立企业出口纱碳足迹数据库。

3.1 主要生产的能耗品种

生产设备直接消耗的电力、蒸汽等，直接计量统计；辅助生产的能耗和介质，如空调消耗的电力、织布消耗的压缩空气等按车间(工序)分摊。

3.2 跟踪每个产品规格批次

对各个工序的生产能耗进行计量，对辅助生产能耗进行分摊，完成每个产品规格批次的能耗统计。

3.3 生产计划数据与能源统计数据相关联

以生产计划为依据，根据生产计划执行的产品规格批次、使用的生产设备、生产的起止时间、产品产量，自动生成每个产品批次的能耗，单件产品能耗和碳排放数量。

4 结语

纺织行业要建立和拥有“碳足迹”的数据储备库，根据纺织企业生产管理特点和能源消耗情况，建设生产调度与能源管理系统，对实现优化生产工艺，提高产品质量、节能减排、安全生产都有着重要的现实意义。