浅谈能源管理信息化建设的实践与实现

时间：2022-10-10

摘要：文章对企业能源管理信息化建设的主要内容进行了较为详细的阐述，在此基础上，探讨了企业能源管理信息化系统的组成结构以及其与其他企业信息化系统（如ERP、MES、PCS）的关系。

关键词：能源管理；信息化；管理系统

1.背景

能源是支撑整个世界运行、发展的重要物质基础。随着我国社会经济的飞速发展，能源消耗日益增多，能源需求不断增长。可以说，能源供给与需求之间的矛盾已经成为制约我国社会经济稳定、健康发展的重要因素。也正因此，节能减排目前已经成为我国一项国策，在各个能源消费领域深入开展。工业企业是我国能源消费的大户，也是我国节能减排的重点领域。一直以来，我国工业企业的能源管理较为粗放，能源利用率不高，浪费现象较为严重，实现能源的精细化管理是当前我国企业落实节能减排任务较为迫切的一项工作内容。以计算机技术、网络技术、现代电子通信技术为基础的信息化建设是当前我国企业实现能源精细化管理的重要举措，企业能源管理信息化建设水平正成为衡量企业能源管理成效的重要指标。本文理论联系实际，就企业能源管理信息化建设的实践策略进行探讨，以期能够为相关研究提供一些参考与借鉴。

2.企业能源管理信息化建设的主要内容

企业能源管理信息化建设的目的是通过信息化技术和手段将企业的能源消费情况进行综合监控与管理，使企业能够对自身的能源消费情况做到心中有数，并依据能源消费数据进行科学合理的能源结构及使用的优化，从而实现节约能源的较终目的。

从企业能源管理信息化建设的目的可以看出，其建设的主要内容包括企业用能的计量统计、企业主要能耗设备的实时状况监控、企业能源管理信息化数据中心的建立、企业能源管理信息化系统的建立等。

利用信息化技术与手段实时收集、监测企业的用能数据是企业能源管理信息化建设的基础工作，在此方面，企业首先要建立的是完善的能源计量以及能耗设备监控终端网络。只有采用具有数据传输功能的计量仪表以及设备监控终端设备，建立起完善的信息化终端网络，企业能源的信息化管理才能具备较基本的条件。

在具备企业能源数据信息的采集功能之后，企业应建立完善的能源管理信息化数据中心，将企业的用能数据、主要设备的实时运行参数等汇集到统一的数据中心。数据中心不仅具备企业能源数据的存储、查询功能，还包括数据的分析、处理、二次开发等功能。

企业能源管理信息化系统的建立是在汇集企业能源数据的基础上，通过对能源数据的分析、处理，实现对能源计划、能源使用以及能源调度等的信息化管理，深入挖掘企业的能源节约潜力；通过对企业历史能源消耗数据进行分析、处理，准确预测企业能源系统的存耗变化趋势，并在此基础上，建立企业能源系统的优化调度模型并生成能源优化调度方案，实现对企业能源系统的事前管理；通过对企业能源系统运行的综合分析，深入挖掘企业能源管网和系统设备的安全上限，在确保系统安全、稳定运行的前提下，提高能源系统的二次能源回收率及使用率，实现企业能源系统安全稳定、经济合理的运行管理目标。

3.企业能源管理信息化系统的组成结构

企业能源管理信息化系统的建设和实施是一个比较复杂的系统化工程，需要根据企业所处的行业特点及自身的实际情况进行针对性的设计。但从规范化和标准化的角度来说，企业能源管理信息化系统的基本组成结构包括3部分，即企业能源监控系统、基础能源管理系统及能源平衡调度系统，基本构成了企业能源管理集监控、管理、分析和优化为一体的信息化系统，是企业能源管理实现自动化、智能化的重要组成部分，其关系如图1所示。

3.1企业能源监控系统

监控系统是企业能源管理系统的重要组成部分，也是较基础的管理子系统。企业的能源系统是一个复杂的、动态变化的系统，而掌握能源系统的实时用能状况以及用能设备的状态变化则是企业能源监控系统的主要任务，其目的是通过对企业能源系统运行的状态进行全过程的实时监测、分析及处理，掌握企业能源系统的运行变化状况，及时发现能源系统出现的异常情况如能耗设备的运转异常、能源质量的异常变化以及系统稳定性破坏等，进而确保在可控范围内，将能源系统可能遭受的破坏损失降到较低水平。

企业能源监控系统的建设内容及程序主要为：①确定对企业能源系统的数据采集项目，以此作为能源监管的基本支撑；②采集企业电力、动力及水系统等各类用能系统的实时运行数据，以及企业电力、动力以及水处理设备的实时运行数据；③对采集到的企业用能系统相关数据及耗能设备运行数据进行整理分类、存储，并运用特定数据分析处理技术对这些数据进行分析、处理，并将处理结果进行归档；④以采集到的企业用能系统及能耗设备数据为基础，对企业能源系统进行状态异常及故障分析、处理；⑤企业能源系统如出现异常状态或发生故障，则依据事先设定好的处理程序或预案进行异常状态或是故障处理；⑥根据处理预案优化调整企业用能系统，并进行控制输出；⑦确保优化调整后的企业用能系统达到稳定运行的平衡状态。

3.2基础能源管理系统

基础能源管理系统实质是属于企业能源管理信息化系统的应用层，主要是为企业的能源管理职能提供一个信息化平台，其功能和作用主要体现在以下3个方面：①以企业能源监控系统为基础支撑，建立以企业成本控制为核心的数据分析和处理模型，以监控层采集到的各类用能数据为源数据，构建起企业能耗评估指标体系，为企业的生产运行和管理决策提供准确的能源数据支持；②以信息化的技术、手段和方法构建完善的企业能源管理职能体系，提高企业能源管理的效率；③以信息化的技术手段对企业能源系统的相关资产、设备进行管理与维护，提高企业资产管理水平。

基础能源管理系统主要由计划实绩分析、分析支持、运行支持以及能源质量管理等功能模块组成。

计划实绩分析模块的主要功能是分析管理企业能源管理系统中的能源实际消耗以及能源计划，分析过程为：通过自动及人工的方式收集企业生产计划信息、生产实绩信息以及能源实绩信息；分析、计算企业能源实绩信息数据，包括能源成本、综合能耗、过程消耗等；以企业能源历史信息数据以及能源实绩分析计算结果为依据，结合企业生产计划、生产实绩信息，制定企业能源供需计划及考核计划等。

分析支持模块主要是指对企业用能系统能源消耗的预测与分析，内容包括企业能源供需计划分析及实绩分析、企业综合能耗和工序能耗的预测分析以及技术经济指标的分析等。预测分析过程为：①以企业生产系统各工序的历史能耗数据为依据，通过工序能耗预测算法进行数据分析处理，得到企业工序能耗预测结果；②以企业生产系统综合能耗历史数据为依据，通过综合能耗预测算法进行数据计算、分析及处理，得到企业综合能耗预测结果；③通过实时数据采集分析，得到企业的能耗实绩信息，并将之与企业的工序能耗、综合能耗预测信息进行对比分析；④输出并记录各类数据分析结果。

运行支持模块是指通过信息化的手段与方法，对企业能源系统的运行管理提供支持。运行支持的核心是实现企业能源系统运行管理的标准化、流程化及信息化，即通过计算机技术、信息技术将企业能源系统的运行管理要素标准化、流程化，提高企业能源系统的运行管理效率。运行支持模块的主要内容包括运行调度日志管理、能源系统运行单据管理等。

能源质量管理是基础能源管理系统的重要管理模块，主要是对企业生产所需要的各类能源如电能、水资源、天然气、煤焦油等的供应质量进行管理，确保能源质量能够满足企业生产及工艺要求。能源质量数据对企业生产质量具有至关重要的作用，是企业产品稳定性的关键性指标，且是企业能源成本管理的重要基础数据，根据企业各类能源质量的变化规律、趋势，企业能源管理部门、成本管理部门能够更为科学地制定能源采购策略，较大限度地以低成本获得高质量的能源。企业能源质量管理的主要内容包括：①确定企业能源质量监测的介质类型；②确定企业能源质量监测内容；③根据能源介质类型确定企业能源质量监测指标；④收集能源质量监测数据并与预先设定的质量标准值进行对比分析；⑤统计能源质量的对比分析结果。

3.3能源平衡调度系统

能源平衡调度系统是以能源系统的安全稳定运行为前提，以能源系统历史数据和实时数据为基础，通过建立能源系统综合平衡模型，对企业能源系统的能源供给、消耗进行预测分析，并根据预测分析结果生成能源平衡调度方案，作为企业能源调度管理人员的参考依据。能源平衡调度系统的主要运作流程为：①确定企业能源系统的用能类型以及主要管网；②建立能耗预测模型及能源系统综合平衡分析模型；③确定能源系统调度的优化目标，根据系统综合平衡分析结果生成系统平衡调度方案。

4.企业能源管理信息化系统与其他信息系统之间的关系

能源管理信息化系统是企业自动化以及信息化系统建设的重要组成部分，是企业实现管理信息化、智能化的重要基础。企业能源管理信息化系统与企业其他信息化系统之间具有密切的联系，如能源管理信息化系统对接公司信息化系统（ERP、MES），后者可为前者提供能源统计信息、质量信息、生产及检修计划等，是实现能耗分析、预测的重要数据源；而能源管理信息化系统则向ERP、MES系统提供详细的能源分析数据，是进行成本分析和管理的重要依据。与PCS系统对接，则可以自动获取企业主工艺单元的在线生产信息。能源管理信息化系统与ERP、MES和主工艺控制系统（PCS）的关系如图2所示。

5安科瑞企业能源管理平台

5.1 平台概述

安科瑞企业能源管理平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

5.2应用场所

钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。

5.3平台结构

5.4平台主要功能

5.4.1首页

首页通过展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,并三维展示企业重要工艺或设备的能源消耗动态，可直观了解企业当前用能。

5.4.2运行监控

能源管理系统的动态显示对企业使用的各种能源（电、水、蒸汽）进行实时监控，并提供从概貌到具体的动态图形显示，并提供区域数据监控，在工厂平面图或者某个车间的平面图快速浏览到所管理的能耗数据。系统提供对能源管理系统运行状态的实时监视功能，实现对能源系统运行过程中关键的用能状态参数的变化趋势、耗能设备的运行状态以及系统运行报警事件进行实时监视，确保整个能源供给、转换和消耗过程的安全、可靠和稳定。系统提供图形化工具，不仅可以组态出数字化的监控界面，还具有实时趋势显示。

（1）变配电系统的电气主接线图展示，实现对全电量参数以及开关断路器状态的实时监视，如电压、电流、频率、功率、功率因数、三相不平衡度、谐波等参数。

（2）水、燃气、压缩空气等系统各分支管道分布示意图以及流量、压力、温度等参数状态的实时监视；

（3）重点用能设备系统（如压机等)的运行状态以及用能参数的实时监视；

（4）过压、过流、欠压等保护信号报警、系统通信中断、电量、非电量参数越限、能耗**标预警等实时事件报警监视。

（5）工艺流程图展示重点关注工艺各设备运行参量以及能耗情况

5.4.3变压器监控

展示各变压器负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比，测算变压器损耗，找出变压器经济运行区间。根据变压器经济运行区间，调整负载，从而降低变压器损耗，节约电量。

5.4.4用能统计

系统支持为企业不同的计量监测对象，提供快速查询显示日、周、月、季、年的企业用能情况同比环比、产品单耗、产品折标对比、能耗排名等。数据通过棒图，饼图，直方图等形式，实现对系统中耗电量、耗水量、耗气量等能耗数据的统计分析。大到整个企业，小到单个设备或车间，通过对这些区域的计量节点能耗数据查询分析，实现整个企业能耗数据的统计分析，满足用户实现对任意时段内区域、车间、工艺和设备类型等的能耗数据查询要求。通过对比不同区域等的能耗数据情况，了解不同对象区域等的能耗规律，自动对这些对象进行能耗排名，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。

5.4.5分项用能

系统提供对企业分项用能的分项统计。根据分项，用柱状图以及饼图，展示各分项用能情况，直观，清晰。通过用能趋势，及时掌握企业分项用能趋势情况。对于分项用能异常，能即时发现，调整策略，改善用能，节约能源。

5.4.6产品/产值单耗

系统可以与企业MES系统对接，导入产品产量。对不能导入的数据提供人工录入功能。通过系统采集的能耗数据，结合产品产量，计算产品单耗，生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

5.4.7用能成本分析

系统支持为企业整体以及车间等各个需要单独进行能耗考核的对象提供各种能源消耗的总费用成本的统计对比功能。可提供电、水、气等各种能源类型在统计周期中的消耗量以及对应的费用数据，并且可以将各种能源的费用进行百分比占比统计和对比，以了解整个企业能源费用成本的详细分布情况。同时支持对单位成本费用进行分析。用户可选择多个考核区域进行耗能成本的对比分析，为用户建立有效的绩效奖惩机制和日常管理提供真实、可靠的数据依据。

5.4.8用能成本预测分析

系统支持为企业以及需要单独考核计量的区域提供能源成本预算管理功能，允许用户录入能源成本的详细预算计划，通过对比能源实际费用和预算费用进行预算执行管理，可以直观的了解到每月或者每年能源成本是否**出预算，方便用户及时的进行预算的调整和干预。此外，系统还支持按照*的预测算法进行能源成本的成本预测，根据历史的预算执行情况和实际耗能的数据预测后续的几个月的能源成本费用，帮助用户进行有效的成本计划管理。

5.4.9绩效分析

对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、*时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。

5.4.10能耗预测

通过对企业车间、生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析，建立能耗计算模型，根据人工智能算法对数据和模型进行修正，对未来企业能耗趋势进行预测分析，为节能提供有效的决策依据。

5.4.11运行监测

系统的设备运行监测功能专门针对重点耗能设备提供*的管理，主要包括设备运行状态及关键参数监视、设备台账管理、设备能耗统计分析以及设备维护管理。通过对设备工作状态参数以及工况参数的实时采集和监视可及时判断设备的运行工况是否正常；设备能耗统计分析可提供针对设备对象的实时耗能量以及历史耗能趋势的分析和对比；设备台账管理以及维护管理可建立全面的设备基本信息档案，可快速实现对于设备各种特性参数的查询和统计分类，对设备及其主要零配件的检修、更换历史记录进行信息化管理，并可提供设备计划检修到期提醒以及逾期检修告警等功能，便于为每一个重要设备建立经济运行档案，确保设备的安全、稳定、经济运行。

5.4.12能源平衡及损耗分析

能源平衡及损耗统计分析主要为企业的电、水、气等能源在转换、运输、使用过程中的各个环节提供能量平衡分析，及时的发现能量在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，提醒用户及时进行干预。通过分别统计重要用能环节的能源供给量和能源消耗量并计算两者之间的差值损耗量，来评估个各环节的用能损耗程度。比如对用水系统的干管计量和各个车间支管的计量消耗量之和进行损耗分析，有利于及时发现是否存在水管漏水或者违规用水的情况；对用电系统的低压进线计量和各馈线回路的计量消耗量之和进行损耗分析，来评估判断是否存在违规用电、窃电等异常用电现场，帮助用户发现并纠正能源使用过程中的能源浪费问题，降低能源综合运行成本。

5.4.13节能分析

节能分析主要是为企业在实施节能措施后，具体节能效果的分析，通过录入节能措施，对比分析实施节能措施前与实施节能措施后的用能情况，以此来评判节能措施的实施效果，为企业节能提供帮助，提高经济效益。

5.4.14分析报告

系统提供的用户分析报告主要是为企业的中、高层管理人员提供有关企业的能耗数据统计结果汇总和分析结论展示，注重整体能耗状况和变化趋势的说明。一般包括企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况，用能趋势排名，重点能耗排名，综合能耗排名等。通过丰富多样的图形化组件组态成为一份用户分析报告，让用户全面了解系统的运行情况，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。

5.4.15事件记录

事件报警分析主要是为系统的异常运行状态或故障原因诊断分析提供依据和分析手段。系统运行过程中所产生的各种报警时间均会被自动记录和存储，通过对事件的发生时间、范围对象、事件的类型、事件的等级以及事件描述关键字搜索查询，即可快速的实现对目标事件的查询和分类。

5.4.16自定义报表

用户可通过自定义报表头与列，灵活生成各种报表，从各种能耗数据及费用比较，到电力峰谷平报表；从碳排放报告到系统能耗评估，从能耗指标到能耗预算等等，使用者*繁琐的编辑，只需要简单操作就能生成精美的报表。

5.4.17移动端支持

APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。

5.4.18运行环境

(1)浏览器运行设备

(2)台式电脑，手机、平板等移动端设备

(3)浏览器运行环境

(4)支持谷歌、火狐、搜狗、360等主流浏览器访问

(5)客户端运行设备

(6)安卓系统移动设备（android 5.0以上），苹果ios系统

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