淺談配電能效管理系統在紡織廠(chǎng)能耗成本的研究

摘要：為了降低棉紡織廠(chǎng)能耗費用，利用能源管理系統獲取的大數據，對棉紡織廠(chǎng)電價(jià)形成機制中的電度電費、基本電費、功率因數調節電費的影響因素進(jìn)行了分析。通過(guò)合理生產(chǎn)調度、改造設備和提升設備管理水平等技術(shù)管理措施，年節約電度電費43.6萬(wàn)元，基本電費14萬(wàn)元，功率因數調節電費51.2萬(wàn)元，合計節約電費108.8萬(wàn)元。認為：充分發(fā)揮能源管理系統的作用，對于降低企業(yè)能耗成本有著(zhù)積極作用。

關(guān)鍵詞：棉紡織廠(chǎng)；能源管理系統；數據采集；能耗成本；基本電費；功率因數；有功功率

0引言

棉紡織廠(chǎng)能耗成本大約占生產(chǎn)成本的15%左右，特別是在當前碳達峰、碳中和戰略目標實(shí)施階段，能源管理工作對于紡織廠(chǎng)來(lái)說(shuō)顯得尤為重要。我公司新廠(chǎng)區2014年建成投產(chǎn)，在生產(chǎn)管理環(huán)節引入了一體化的生產(chǎn)管理系統，能源管理系統作為其子系統服務(wù)于生產(chǎn)工序的各個(gè)環(huán)節，在能源供應、調度、能耗分析、成本核算、故障響應等工作中發(fā)揮著(zhù)重要作用。能源管理系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)EMS）的核心是成本控制，服務(wù)于生產(chǎn)、生活，涉及到企業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)、生活的各個(gè)環(huán)節。整個(gè)系統分為縱向控制和橫向控制。在管理模式上盡量減少了縱向層級，通過(guò)現代信息化手段使能源管理扁平化，時(shí)效化［1］。

1能源管理系統

EMS是幫助工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在擴大生產(chǎn)的同時(shí)，以合理計劃利用能源，降低單位產(chǎn)品的能源消耗，提高經(jīng)濟效益，降低CO2排放量為目的信息化管控系統。我國的能源管理工作從20世紀80年代中期開(kāi)始，通過(guò)“能量平衡測試"“能源審計"，督促用能單位規范安裝計量?jì)x表，推動(dòng)高耗能落后設備的淘汰、主要設備的節能改造、用能系統節能優(yōu)化改造工作。如今一個(gè)全員參與、整體全面、常態(tài)化的節能管理工作越來(lái)越得到國家和企業(yè)的重視。

EMS作為棉紡織企業(yè)自動(dòng)化和信息化管理的重要組成部分，不僅對能源的統一調度、優(yōu)化電力峰谷使用、減少蒸汽用量、提高水重復使用率、降低噸紗能耗和百米布能耗有重要作用，而且對于能源事故預案的制定和執行、事故原因的快速分析和及時(shí)判斷處理、能源供需的合理調整和平衡，以及在客觀(guān)信息基礎上的能源實(shí)績(jì)分析、能源計劃編制、能源質(zhì)量管理、能源系統的預測等都是十分有效的，其具有以下特點(diǎn)。

1. 完善能源信息的采集、存儲、管理和能源的有效利用。EMS對能源數據進(jìn)行分析、處理和加工，能源調度人員和專(zhuān)業(yè)能源管理人員能實(shí)時(shí)掌握系統狀態(tài)，經(jīng)過(guò)系統的合理調整，確保系統運行在*佳狀態(tài)。能源統計全面。EMS從企業(yè)全局角度審視能源的基本管理需求，滿(mǎn)足能源工藝系統分散特性和能源管理需要集中的客觀(guān)要求，以適應企業(yè)的戰略發(fā)展需要。圖1為我廠(chǎng)電力供應網(wǎng)絡(luò )圖。電力數據通過(guò)不同計量層級的智能儀表進(jìn)行采集、傳輸。及時(shí)掌握各車(chē)間、部門(mén)的能源利用水平，是企業(yè)層面進(jìn)行能源生產(chǎn)調度的基礎。相比人工采集，EMS采集的數據是同一時(shí)間斷面的數據，更全面、準確。通過(guò)對不同層級能源數據的匯總、分析對比，對企業(yè)能源平衡、能源利用和能源損耗的情況了解得十分具體。

圖1電力供應網(wǎng)絡(luò )

（2）能源統計及時(shí)準確。針對不同計量層級EMS采集數據頻率有著(zhù)不同的設置，層級越低采集的周期越長(cháng)，*長(cháng)不超過(guò)1h，*短1min。根據不同層級以日報和月報形式提供能源數據報表，使得企業(yè)獲取的數據更加客觀(guān)、及時(shí)。

2 EMS在降低用能成本中的作用

我公司電費電價(jià)執行的是“大工業(yè)電價(jià)"，即兩部制電價(jià)，兩部制電價(jià)電費包括基本電費、電度電費和功率因數調節電費，以1個(gè)月為結算周期。月總電費Z=基本電費J+電度電費D+功率因數調節電費T。

2.1 EMS在降低電度電費D中的作用

電度電費計價(jià)：大工業(yè)生產(chǎn)采用峰平谷階段電價(jià)計算，目前峰值單價(jià)P峰為0.7324元/（kW·h）；平值單價(jià)P平為0.4672元/（kW·h）；谷值單價(jià)P谷為0.2020元/（kW·h）。平均電度電費D=0.7342×Q峰+0.4672×Q平+0.2020×Q谷，Q峰、Q平、Q谷分別為峰值、平值和谷值用電量。要降低平均電度電費D，在總用電量不變的情況下，消峰填谷降低Q峰占比，提高Q平和Q谷是重要的途徑，掌握全廠(chǎng)24h負荷分布情況，合理生產(chǎn)調度調節［2］。

棉紡織企業(yè)采用連續生產(chǎn)模式正常情況下峰平谷電均占生產(chǎn)總用電量1/3。平均電度電價(jià)Pˉ=（P峰+P平+P谷）/3=0.4678［元/（kW·h）］。我們利用EMS系統電力功率分布曲線(xiàn)不斷優(yōu)化生產(chǎn)調度、調整生產(chǎn)節拍，使峰平谷電量占比不斷優(yōu)化，當前達到了峰電32.74%、平電33.34%、谷電33.92%，平均電度電價(jià)Pˉ為0.4645元/（kW·h）。電價(jià)下降約0.0033元/（kW·h），月均用電1100萬(wàn)kW·h，則月可節約電費3.63萬(wàn)元，年節約電費43.56萬(wàn)元。

2.2 EMS在降低基本電費中的作用

基本電費是按照變壓器容量（kVA）計算或*大需量（kW）計算，我廠(chǎng)選擇*大需量計算。*大需量MD（kW）以有功電表連續15min穩定的*大負荷記錄為準，西安地區基本電價(jià)為31元/kW，基本電費J=31×MD。在整個(gè)電費中基本電費占比也較高，約占10%。降低基本電費對于降低用電成本非常重要。

利用EMS系統對*大需量發(fā)生時(shí)段前后功率曲線(xiàn)進(jìn)行對比分析，根據計量電表顯示某月*大需量達到了16012kW，通過(guò)EMS調取了*大需量發(fā)生時(shí)的全天功率曲線(xiàn)圖，*大值為16313kW，發(fā)生時(shí)間在10：26。調查得知當天10：00左右開(kāi)啟了冷凍機組YKR2k45DGG，冷凍機組額定功率1196kW，運行功率在600kW左右，對比當天（A天）和前一天（B天）的功率曲線(xiàn)，10：00—16：00為電力負荷較高的時(shí)間段，冷凍機組啟動(dòng)時(shí)全廠(chǎng)達到了峰值負荷。假設以前一天（B天）同時(shí)段未開(kāi)啟冷凍機組時(shí)功率平均值作為基準來(lái)計算峰值負荷，功率曲線(xiàn)10：00—16：00的平均功率在15200kW左右。通過(guò)對EMS所提供的A天功率曲線(xiàn)數據分析，發(fā)現冷凍機組在啟動(dòng)階段（1h）后負荷就逐漸降低了，10：00—11：00平均功率15900kW；11：00—16：00平均功率15600kW。大功率機組啟動(dòng)對于月*大需量有著(zhù)重要影響。通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現，A天負荷*小值為12844kW發(fā)生在7：00—9：00的7：28，此時(shí)段平均功率13600kW，平均值為14200kW。如果將大功率設備開(kāi)啟時(shí)間調整到此時(shí)間段，月*大需量將降低300kW~400kW。綜合安排，我們對冷凍機組和空調風(fēng)機等大功率設備檢修調試開(kāi)臺時(shí)間作出調整，盡量安排在7：00—9：00。通過(guò)實(shí)際效果檢驗，*大需量下降400kW~500kW，月節約基本電費約12400元，年節約14萬(wàn)元。

2.3 EMS在提高功率因數調節電費中的作用

我公司供電電壓為110kV，根據相關(guān)規定功率因數標準值為0.85，根據實(shí)測有功電量和無(wú)功電量計算當月功率因數，再按照“功率因數調整電費表"所規定的百分數增減電費。表1為“功率因數調整電費表"。為了提高功率因數，經(jīng)濟用電，我們采取了以下措施。

3.1平臺概述

AcrelEMS-SEMI電子廠(chǎng)房能效管理平臺集變電站綜合自動(dòng)化、電力監控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設備運維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠(chǎng)能源管理體系提供數據支持。同時(shí)引入技術(shù)，配合廠(chǎng)務(wù)系統優(yōu)化，簡(jiǎn)化全廠(chǎng)管理，并利用實(shí)時(shí)數據，優(yōu)化能效并預防風(fēng)險，保障關(guān)鍵制造設備的穩定運行和良品率，降低綜合成本，*終達到高效運營(yíng)和制造的目的。

3.2.平臺組成

安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠(chǎng)房管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了電力監控系統、變電所綜合自動(dòng)化、電能質(zhì)量監測與治理、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門(mén)監控系統、消防應急照明和疏散指示系統、智能照明控制系統、能耗監測系統、新能源充電樁、預付費系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對電子廠(chǎng)房的用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足廠(chǎng)房用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

4平臺拓撲圖

5平臺子系統

5.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

5.2電能質(zhì)量監測與治理

監測各進(jìn)線(xiàn)回路電能質(zhì)量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數據波形記錄，進(jìn)而判斷配電系統擾動(dòng)方向。

配置有源濾波裝置和無(wú)功補償裝置對0.4kV側電能質(zhì)量進(jìn)行補償和治理，并監測有源濾波裝置和無(wú)功補償裝置運行情況，確保電能質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。

5.3變電站綜合自動(dòng)化

變電站綜合自動(dòng)化系統主要針對110kV變電站、10kV變電所和10kV柴油發(fā)電機部分，在變電站設置Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統子站，實(shí)現本地遙測、遙信、遙控、報警、報表等功能，并把數據上傳至AcrelEMS-SEMI能效管理平臺，實(shí)現集中監測和報警。

5.4電氣安全

AcrelEMS電子廠(chǎng)房能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

5.5智能照明控制

單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式。

5.6能耗分析

AcrelEMS電子廠(chǎng)房能效管理系統為工廠(chǎng)搭建計量體系，顯示能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助企業(yè)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。從能源使用種類(lèi)、監測區域、車(chē)間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設備、班組、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對工廠(chǎng)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費。

5.7充電樁管理

電動(dòng)汽車(chē)和電瓶車(chē)充電樁管理，包括收費管理、資產(chǎn)管理。

5.8職工公寓管理

對廠(chǎng)區內職工宿舍進(jìn)行負載管理，包括惡性負載識別管理、負載閾值管理，避免因為惡性負載引起火災。對員工宿舍進(jìn)行水電收費管理，支持微信、支付寶等繳費方式，采集職工宿舍能耗數據。

7結語(yǔ)

我公司充分發(fā)揮EMS功能和作用，通過(guò)合理調整峰谷平時(shí)段用電量，減少基本電費，提高用電功率因數，年節約用電費用約109萬(wàn)元，取得了較好的經(jīng)濟效益。EMS在能源管理中可以發(fā)現問(wèn)題，提供的數據或數值曲線(xiàn)對于棉紡織廠(chǎng)針對性地采取節能措施、降低能耗費用有著(zhù)積極的作用。采用EMS后通過(guò)能源計劃、能源監控、能源統計和能源消費分析，采取重點(diǎn)能耗設備管理、能源計量設備管理等多種手段，使企業(yè)管理者能夠準確掌握企業(yè)能源成本比重和發(fā)展趨勢，將企業(yè)能源消耗計劃任務(wù)量化，并分解到各個(gè)生產(chǎn)部門(mén)，使節能工作責任明確，促進(jìn)了企業(yè)健康穩定發(fā)展。

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