孫 雪，王 剛

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

前言

能源是經(jīng)濟社會快速發(fā)展的支撐，隨著經(jīng)濟體量的不斷增加，企業(yè)對于能源的需量也逐年上升。但石油、煤炭、天然氣等一次不可再生能源的儲存量日益減少，綠色可再生能源開發(fā)及利用仍達不到能源替代的水平。所以，節(jié)能、提效、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)是當代社會、企業(yè)發(fā)展的重中之重。同時，由于環(huán)境壓力陡增，國際社會對于碳排放的要求日益嚴苛，所以減排、環(huán)保方面的投入也成為了制約企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。本世紀以來，流程型行業(yè)特別是冶金行業(yè)在能源管理方面提出了更高的要求，但能源管理仍停留在以監(jiān)視和計量為主的崗位管控為主，管理手段及輸出主要為能源報表，尚不能根據(jù)工藝產(chǎn)出及用戶需量實現(xiàn)短期預測及高精度的控制，能源管理仍存在一定的滯后性及盲目性。因此對于企業(yè)來說，建立智能化能源管理系統(tǒng)，使能源在多個節(jié)點中高速、高效、低成本流動對于企業(yè)能源管理提升具有極其重要的意義。隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，供給側(cè)改革等多項新理念的不斷推出，要求企業(yè)必須逐步向綠色和智慧化發(fā)展。提升企業(yè)運營效率和盈利能力，增強企業(yè)核心競爭力。

1 能源管理系統(tǒng)功能定位

新一代智能化能源管理系統(tǒng)應(yīng)該致力于覆蓋全公司各能源系統(tǒng)的各個節(jié)點，在能源體系的指導下建立系統(tǒng)運行、維護、調(diào)度、管理、服務(wù)的一體化平臺。所以系統(tǒng)的定位可以規(guī)劃為：第一階段滿足完善企業(yè)能源管理體系，重塑指標體系，實現(xiàn)基礎(chǔ)管理的平臺；第二階段滿足多元異構(gòu)數(shù)據(jù)接入，實現(xiàn)精準計劃，實時預測的多維分析的決策支持；第三階段滿足各種能源介質(zhì)平衡仿真，實現(xiàn)追溯、培訓、反演為一體的綜合平臺。

所以智能化能源管理系統(tǒng)應(yīng)涵蓋能源介質(zhì)的監(jiān)測、生產(chǎn)過程與設(shè)備能效分析與優(yōu)化控制、信息系統(tǒng)集成、能源供需預測、系統(tǒng)仿真與優(yōu)化調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，并在平臺支持、應(yīng)用拓展、智能控制、大數(shù)據(jù)分析、能源動態(tài)仿真、能源增值服務(wù)等方面進行重構(gòu)，通過事前建立平衡預測構(gòu)建輸配模式、單系統(tǒng)成本最優(yōu)模式和多介質(zhì)協(xié)同最優(yōu)模式來指導生產(chǎn)，以此來提升的利用效率，降低能源損失，顯化隱性能源效益。

2 智能化能源管理系統(tǒng)的發(fā)展方向

2.1 能源供應(yīng)側(cè)集中化、全局化管理

冶金行業(yè)，特別是以大型鋼鐵廠為代表的長流程企業(yè)，具有明顯的體量大，流程長，化學反應(yīng)多，需量波動大的特點。受二次能源發(fā)生量、余能回收量、環(huán)保因素等制約，能源調(diào)配受工藝狀態(tài)影響巨大。所以資源配置能力是能源智能化管理的關(guān)鍵，所以在進行資源配置時，不僅要考慮企業(yè)的極限消費能力，更需要考慮資源多模式組合能力，即良好的適應(yīng)能力。

能源供應(yīng)側(cè)管理是指統(tǒng)籌管理整體能源的供應(yīng)情況，完成各能源介質(zhì)不同時間粒度的供應(yīng)趨勢和結(jié)構(gòu)分析，以及結(jié)合能源耗用情況，實現(xiàn)能源供應(yīng)量及成本的預測預警。并根據(jù)用能需求建立一套靈活有效的控制策略進行供能側(cè)的管理與用戶側(cè)負荷的分配。這是智能能源管理的核心，系統(tǒng)要能根據(jù)用戶側(cè)負荷結(jié)構(gòu)變化，實現(xiàn)自適應(yīng)，動態(tài)匹配，滿足負荷需求。

供應(yīng)側(cè)建設(shè)核心工作是豐富能源供給結(jié)構(gòu)，這其中應(yīng)該包括可調(diào)節(jié)的供給能力配置，儲備能力與能源轉(zhuǎn)換能力。具體表現(xiàn)為供應(yīng)設(shè)備負荷的調(diào)節(jié)能力、組合能力，同時為保障能源供應(yīng)的可靠性，需設(shè)置足夠數(shù)量的儲能設(shè)備，儲能設(shè)備通過用戶側(cè)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)相互連接，共同滿足用戶側(cè)對于不同能源的需求。能源轉(zhuǎn)換能力即在冶金企業(yè)利用物理或化學手段實現(xiàn)常用的風、水、電、氣、熱多種能源類型間高效轉(zhuǎn)換的能力。

2.2 基于成本最優(yōu)的能源需求側(cè)管理

需求側(cè)管理的重點在于提升對于能流的分析優(yōu)化能力，即以成本最優(yōu)為導則，或以系統(tǒng)整體效率最優(yōu)為導則。以完善的設(shè)備自動化，信息化網(wǎng)絡(luò)為支撐，將有效數(shù)據(jù)完整采集，根據(jù)企業(yè)管理目標設(shè)置模型規(guī)制，通過能流優(yōu)化分析實現(xiàn)基于成本最低、效率最高等模式的自動調(diào)配，即需求側(cè)用能分析管理系統(tǒng)，全面實現(xiàn)能源工藝效能最大發(fā)揮及產(chǎn)出能源的合理利用。以生產(chǎn)運行智能化為主體，以設(shè)備、設(shè)施的基礎(chǔ)智能化為保障，實現(xiàn)數(shù)據(jù)過濾篩選-行為監(jiān)控-分析優(yōu)化-過程控制-智能優(yōu)化的全過程精準高效化管理。通過對工序能耗、產(chǎn)線能耗、產(chǎn)品品種能耗等多層次分析，提高產(chǎn)線能源整體利用水平，實現(xiàn)成本最優(yōu)、效率最高。流程如圖1。

圖1 基于成本最優(yōu)的優(yōu)化調(diào)度實現(xiàn)流程

具體實現(xiàn)步驟為：

1)通過系統(tǒng)接口，在制造管理系統(tǒng)及各工序PES系統(tǒng)接收各工藝產(chǎn)線排產(chǎn)計劃、檢修計劃。

2)優(yōu)化能源計量，細化到大型單體用能設(shè)備及每條產(chǎn)線，進而實現(xiàn)設(shè)備級、產(chǎn)線級用能需量預測及發(fā)生量預測。

3)根據(jù)能源發(fā)生單元負荷、存儲量、轉(zhuǎn)化效率等因素，通過同一時序下的能源供給量、需求量計算判定系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)。

4)根據(jù)系統(tǒng)煤氣盈虧情況，按照系統(tǒng)內(nèi)預先制定的安全性規(guī)則、成本核算規(guī)則及各類邊際條件計算優(yōu)化分配結(jié)果。

5)實時讀取工藝生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)，判定優(yōu)化分配方案與工藝計劃是否存在沖突，由專業(yè)人員進行優(yōu)化參數(shù)實時調(diào)整，做到主工藝生產(chǎn)與能源成本的高度協(xié)同。

2.3 基于大數(shù)據(jù)的信息挖掘與智能預測業(yè)務(wù)和云計算

智能化能源管理的基礎(chǔ)是多維,負責數(shù)據(jù)的識別與利用的過程。能源管理系統(tǒng)通過內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)工藝排程、過程參數(shù)、計量儀表等多種數(shù)據(jù)的整合，實質(zhì)上是將能源流與物質(zhì)流通過信息流的方式實現(xiàn)整合。整合后的系統(tǒng)功能應(yīng)該以各類計劃為基礎(chǔ)，以預測為手段。能源調(diào)配的依據(jù)應(yīng)該以多維度、多粒度的精準能源預測為指導，以保證在連續(xù)不斷變化的邊界調(diào)節(jié)和生產(chǎn)節(jié)奏中找到成本最優(yōu)或效率最高的平衡點，從而制定可行的能源調(diào)配策略。在大量數(shù)據(jù)采集的過程中，往往無效數(shù)據(jù)或無序數(shù)據(jù)占據(jù)絕大部分，所以強大的數(shù)據(jù)清洗、過濾邏輯與數(shù)據(jù)篩分功能是實現(xiàn)預測業(yè)務(wù)準確性的關(guān)鍵。智能化能源管理系統(tǒng)不僅僅要求以流程思想指導模型建設(shè)，同樣需要利用大數(shù)據(jù)、云計算等手段實現(xiàn)對能源消耗、能源效率、能源成本等參量進行識別，基于大數(shù)據(jù)的信息挖掘?qū)嵸|(zhì)上是提高能源管理效率。

3 結(jié)論

掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)的規(guī)律性變化，抓住數(shù)據(jù)間的關(guān)系是通往智能化的有效路徑。智能化要建立在自動化和信息化高度發(fā)達的基礎(chǔ)上，但須注意既要從數(shù)字信息一側(cè)推進，又要從物理系統(tǒng)優(yōu)化一側(cè)推進,最后才能達到智能制造的高度。