今后10年, 中國仍將處在重化工業(yè)發(fā)展階段, 能源需求仍會增加, 能源約束矛盾更加凸顯?!笆濉睍r期, 國家提出要“合理控制能源消費總量, 嚴格用能管理, 加快制定能源發(fā)展規(guī)劃, 明確總量控制目標和分解落實機制”, 國家開征環(huán)境稅和碳稅進程很可能會進一步加快落實, 鋼鐵企業(yè)必然會面對“合理控制能源總量”、“完成節(jié)能目標責任”和“完成CO2 減排責任”三大分解任務(wù), 鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排任務(wù)將更加緊迫。
從20世紀80年代開始, 經(jīng)過20 多年的發(fā)展, 中國已有15家以上鋼鐵企業(yè)采用了能源管理這一管理體制。能源管理是鋼鐵企業(yè)通過能源科學(xué)管理、合理調(diào)配、有效轉(zhuǎn)化和利用, 實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的有效方式, 能夠推動中國鋼鐵企業(yè)從原有的事后統(tǒng)計、分析、查找原因的能源管理模式, 向以生產(chǎn)流程和生產(chǎn)計劃為中心進行預(yù)案設(shè)置、過程跟蹤、實時統(tǒng)計、動態(tài)分析的能源管理模式轉(zhuǎn)變。
大多數(shù)鋼廠能源管理模式僅僅是“單兵作戰(zhàn)”, 往往注重單體裝備的能耗評估和節(jié)約, 對單一能源 研究得比較多, 而從全局角度和戰(zhàn)略層面, 能源統(tǒng)籌 優(yōu)化配置做得還不夠, 以致單元能源消耗下降較快, 但系統(tǒng)節(jié)能效果不理想, 能源管理總體上仍舊處于分散狀態(tài), 能源管理職責歸屬多個部門, 統(tǒng)一規(guī)劃、決策、管理的職能不**, 缺乏集中統(tǒng)一的能源管理機構(gòu), 不利于統(tǒng)籌規(guī)劃和綜合協(xié)調(diào), 難以應(yīng)對重大能源形勢變化和經(jīng)濟社會發(fā)展的挑戰(zhàn)。
隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展, 眾多鋼鐵企業(yè)紛紛加大工藝技術(shù)裝備的應(yīng)用和推廣力度, 節(jié)能技術(shù)水平提高很快, 但由于鋼鐵企業(yè)節(jié)能技術(shù)涉及領(lǐng)域較多, 涵蓋范圍較寬, 同時這些技術(shù)裝備運行時往往存在著關(guān)聯(lián), 如果不統(tǒng)一進行優(yōu)化管理, 效能的發(fā)揮將受到很大制約。目前, 由于大型鋼鐵企業(yè)由眾多生產(chǎn)單位組成, 相互之間除主體生產(chǎn)線外, 基礎(chǔ)節(jié)能設(shè)施往往缺乏統(tǒng)一的調(diào)度指揮。
中國鋼鐵企業(yè)多達上千家, 不僅產(chǎn)能布局分散,而且工藝裝備新舊并存。由于**節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用力度不夠, 大中型企業(yè)高爐煤氣余壓透平發(fā) 電 (TRT )、干熄焦、轉(zhuǎn)爐干法除塵配備率僅為30% , 52% 和20% ; 煤調(diào)濕技術(shù)僅在少數(shù)企業(yè)得到應(yīng)用, 造成鋼鐵行業(yè)整體能源利用效率不高。
在國外, 發(fā)達國家的各種能源管理和生產(chǎn)運行模式普遍實現(xiàn)了自動化、智能化。目前, 工業(yè)自動化發(fā)達國家普遍向網(wǎng)絡(luò)化協(xié)調(diào)控制方向發(fā)展, 通過系統(tǒng)工程達到節(jié)能減排的目的。由于前期投入的自動化設(shè)備較中國大五倍以上, 日本、韓國的鋼鐵生產(chǎn)能耗, 根據(jù)不同的生產(chǎn)項目比中國平均少30%~50%。生產(chǎn)和管理系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了智能化管理。在國內(nèi), 由于各種原因, 鋼鐵工業(yè)建設(shè)中自動化、信息化水平大大落后于國外工業(yè)化國家。中國鋼鐵工業(yè)能耗水平比這些國家要高10% 以上。
國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)和管理中的過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、企業(yè)信息化系統(tǒng)都相對落后。雖然有些大型鋼鐵企業(yè)引進不少國外**技術(shù), 但大多數(shù)是針對具體工序的項目而未形成系統(tǒng)。有些企業(yè)在廠級也建立了較**的自動化控制系統(tǒng), 但是在分廠級、車間級仍是粗放的管理模式, 不能在線了解各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗狀況, 沒有實時能源消耗的科學(xué)評估體系。生產(chǎn)工藝受自動化水平的限制和信息缺乏的局限, 很難進行優(yōu)化??梢哉f, 隨著科技進步和企業(yè)能效進步的發(fā)展, 全國鋼鐵企業(yè)都在積探索量化、細化、智能化生產(chǎn)體系。廠級、分廠級、車間級的三級管理正由粗放型轉(zhuǎn)向集約型。但到目前為止, 尚沒有一家企業(yè)在分廠級、車間級實現(xiàn)了能源消耗在線、實時監(jiān)測和控制, 工藝流程大都停留在傳統(tǒng)的粗放管理模式下。
以某鋼鐵集團中板廠為例, 能源(電力) 數(shù)據(jù)采集管理仍是人工采集或電話采集, 沒有實時在線的能耗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。電能由變壓器進入分廠后, 各個耗能設(shè)備無數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測管理, 甚至一些設(shè)備也沒有能耗監(jiān)控。這種情況下要抓好能源的有效管理和節(jié)能減排的成績十分困難, 主要是基礎(chǔ)太差。目前該中板廠的噸鋼電耗平均為60 kW h左右(見表2)。這與國內(nèi)外**業(yè)**企業(yè)能效指標對比還是較落后的。雖然中板廠也采用了部分自動化控制, 但在目前的生產(chǎn)過程中, 仍然主要依靠人為的主觀管理, 并非**的科學(xué)化的管理, 因此很難繼續(xù)降低電能消耗。為此須采用自動化、信息化技術(shù)來改造生產(chǎn)和管理, 從而進一步節(jié)能效果。
從表2可以看出, 在沒有改變?nèi)魏紊a(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)工藝的情況下, 噸鋼差值高達9% 以上, 從而可以得出這種耗能的差別主要是運行管理上的差別形成的。如果能將中板廠生產(chǎn)線的運行管理都能控制在優(yōu)化的模式, 努力減小可以避免的耗能差別, 那么,獲得較為理想的節(jié)能效果將是完全可行的。
依照現(xiàn)代化能源管理思想, 探索建立符合鋼鐵企業(yè)長期發(fā)展戰(zhàn)略需求的新型能源管理模式; 如按照總體規(guī)劃、分步實施、統(tǒng)籌兼顧、重點突破、效益驅(qū)動的原則, 對中板廠現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)升級和技術(shù)改造、提升企業(yè)能源系統(tǒng)的技術(shù)裝備水平, 建設(shè)集過程監(jiān)控、能源調(diào)度指揮、能源平衡決策等管控功能一體化的新型能源管理體系, 實現(xiàn)能源的四級能耗指標管理, 并與中板廠生產(chǎn)經(jīng)營有效結(jié)合, 達到節(jié)能降耗, 降低成本, 提高產(chǎn)品競爭力, 保護資源環(huán)境, 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的目標, 對終實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展無疑有著重要意義。
3 能源智能管控系統(tǒng)是系統(tǒng)節(jié)能的有效途徑
能源智能管控系統(tǒng)可以科學(xué)地解決能源計量過程中人工抄數(shù)不及時、不準確, 信息反饋滯后的問題, 實現(xiàn)了能源數(shù)據(jù)采集的自動化、信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化、結(jié)算的電子化、能源計量的現(xiàn)代化和精細化等目標, 并為下一步工藝及設(shè)備改進提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能促進節(jié)能降耗工作在全企業(yè)范圍內(nèi)的推進, 為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。隨著新技術(shù)、新工藝的不斷引進, 也必將在功能上得到不斷完善, 技術(shù)不斷, 為鋼鐵企業(yè)更高的節(jié)能目標提供更加有力的技術(shù)**。
以武漢大學(xué)研制的能源智能管控系統(tǒng)為例, 如應(yīng)用在上述中板廠, 則可以為中板廠提供系統(tǒng)化的管理思想, 為中板廠構(gòu)建能源管理、控制、監(jiān)測和分析平臺。清晰地了解各工藝、部門、產(chǎn)品的用電量及其他能源在系統(tǒng)內(nèi)的消耗量, 以便進行能耗分析, 科學(xué)控制能耗, 多方位控制、降低、改善企業(yè)能源耗費, 為中板廠創(chuàng)造更多。
(1) 根據(jù)大量數(shù)據(jù)分析全廠用電負荷的狀況, 統(tǒng)籌全廠用電規(guī)劃; 調(diào)節(jié)各變壓器臺區(qū)的用電負荷; 對全廠的配電方案進行優(yōu)化提高變壓器使用效率, 降低線損, 達到節(jié)電目的;
(2) 根據(jù)電量供需平衡原則, 發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的用電和供電存在的“跑冒滴漏”問題,特別是對于線路、 開關(guān)和負載老化和不合理運行狀態(tài)進行調(diào)整和更新。實現(xiàn)節(jié)能, 降低成本, 減少事故率;
(3)多方位規(guī)劃全廠的優(yōu)化供配電方案, 投入無功補償、濾波器消除諧波, 改善電能質(zhì)量,為二期節(jié)能改造擬定方案和進行設(shè)備的配套選型。能源智能管控系統(tǒng)可以針對中板廠能源管理和利用的某一方面或系統(tǒng)能耗較大的環(huán)節(jié)進行能源審計分析, 根據(jù)測試計算和審計分析結(jié)果, 研判能源浪費原因進行有效的改造升級。終用智能網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)實現(xiàn): 能源調(diào)度、信息監(jiān)控、安全控制、錯峰調(diào)谷、故障處理、考核管理等(依中板廠的實際需求量身定做)。該能源智能管控系統(tǒng)可以分三次提供技術(shù)方案:
3.1 一次技術(shù)方案
通過構(gòu)建智能能耗在線監(jiān)測系統(tǒng), 實現(xiàn)能源管理的透明、實時。中板廠建設(shè)全套智能無線、有線蜂窩組網(wǎng)的電能消耗在線監(jiān)測系統(tǒng), 實現(xiàn)對各個主要負載的能耗在線監(jiān)測, 實現(xiàn)自動、同步、實時數(shù)據(jù)采集, 對中板廠的全部變壓器和578臺(組)用電設(shè)備中的電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率等參數(shù)實時監(jiān)視并且在線分析。系統(tǒng)將在對整個中板廠的能源系統(tǒng)進行實時管理的基礎(chǔ)上, 同時實現(xiàn)負荷側(cè)的在線用電特性分析, 例如: 廠區(qū)功率、電壓、電流等電能參數(shù)的潮流分布的在線監(jiān)測和分析; 廠區(qū)無功功率消耗的分布及狀況監(jiān)測及分析; 廠區(qū)內(nèi)線損在線監(jiān)測和節(jié)能改造分析并提出整改方案; 生產(chǎn)工藝流程中各個負載的運行特征及狀況在線監(jiān)測和優(yōu)化分析。通過該中板廠能源智能管控系統(tǒng)一期工程建設(shè), 利用獲取的數(shù)據(jù), 一期可采取如下措施, 并實現(xiàn)節(jié)電5%的考核指標。
3.2 二次技術(shù)方案
電力設(shè)備的負荷控制和優(yōu)化運行。二步的實施,是在建成智能能源監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過設(shè)置配套的智能控制裝置,組建負荷智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建設(shè)將完成生產(chǎn)運行工藝精細化管理,基于優(yōu)化模型的各類電動機啟/??刂瞥绦?電機的優(yōu)化運行控制,在保證生產(chǎn)流程安全的前提下,自動選擇節(jié)能方案,節(jié)省運行時間,減少空載運行,從而達到節(jié)能10% 的目標。
(1)根據(jù)一期建設(shè)的方案,實施供電和配電網(wǎng)的優(yōu)化改造。
(2)對一期方案中設(shè)計的負荷控制預(yù)案,選擇性對負荷采用分布式測控裝置,特別是對脈沖性耗電和周期性工作的電動機實現(xiàn)智能啟??刂?減少空轉(zhuǎn)率,減少沖擊,實現(xiàn)節(jié)電。根據(jù)我們對中板廠長達一年的調(diào)研發(fā)現(xiàn),中板廠電機空轉(zhuǎn)率往往高達30%以上,空轉(zhuǎn)率降低后, 預(yù)期可節(jié)能10%。
(3)通過一期的建設(shè)和監(jiān)測,確定出全廠的無功需求分布,對大型電動機和成組電機實現(xiàn)無功功率的在線監(jiān)視并合理分布配置無功補償裝置,采用高性能、**命的無功補償裝置,實現(xiàn)、動態(tài)無功補償,通過無功補償網(wǎng)絡(luò)的智能化建設(shè),確保全程90%的時間,功率因數(shù)在019以上,從而降低線損實現(xiàn)節(jié)電,同時,也將大幅提高廠區(qū)內(nèi)電能質(zhì)量的提高,減低電網(wǎng)諧波, 提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過智能化電動機控制和智能無功補償系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制,不僅根本降低電動機的空轉(zhuǎn)率,降低電耗,提高生產(chǎn)效率,而且通過提高無功補償?shù)膶崟r性和現(xiàn)地性提高供電系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性,實現(xiàn)節(jié)能減排的預(yù)期目標。
3.3 三次技術(shù)方案
建立中板廠的能源消耗監(jiān)測分析數(shù)據(jù)中心和分析中心。通過采用**的配套軟件體系,構(gòu)建全廠智能負荷監(jiān)測分析網(wǎng)絡(luò)中心,將全部能源消耗的動態(tài)及統(tǒng)計分析結(jié)果,通過數(shù)據(jù)庫建設(shè),分析軟件配套,WEB信息發(fā)布等手段,使中板廠和南京鋼鐵公司的相關(guān)**及技術(shù)人員能夠通過企業(yè)局域網(wǎng),在線了解中板廠的能源消耗和電力在線運行分析情況,使企業(yè)管理進入信息化、透明化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化時代。盡可能實現(xiàn)節(jié)能減排。并為研究鋼鐵工業(yè)的**工藝、**管理技術(shù)、**節(jié)能技術(shù),為達到更安全、更節(jié)約的理念跨進。一次技術(shù)方案為初步能源審計,二次技術(shù)方案為專項能源審計, 即針對中板廠能源管理和利用的某一方面或系統(tǒng)能耗較大的環(huán)節(jié)進行能源審計分析,根據(jù)測試計算和審計分析結(jié)果,研判能源浪費原因。三次技術(shù)方案為深度能源審計,根據(jù)前兩次技術(shù)方案的實施和掌握,進而多方位、準確、系統(tǒng)、科學(xué)地制定較佳節(jié)能辦法,建立強大的軟件平臺,即科學(xué)的數(shù)學(xué)模型,實施終的智能化管理。如: 供需平衡分析,多方位分析與預(yù)測,安全預(yù)警、在線調(diào)度、多方位優(yōu)化等。從而達到:
(1)能耗計算:多方位、準確、實時地反映企業(yè)每天能源用量以及成本, 能源利用率。以便科學(xué)控制耗能水平。
(2)能源使用分析: 統(tǒng)計、分析、對比單位時間內(nèi),單位產(chǎn)品能耗成本,分析能耗成本走勢,杜絕能源浪費、提高能源使用效率,尋求成本更低的能源使用方案。
(3)能源需求預(yù)算: 根據(jù)單位產(chǎn)品耗能指標,可準確預(yù)算月、季、年度能源資源用量、費用預(yù)算,以便采購部門實現(xiàn)經(jīng)濟采購。
4 能源智能管控系統(tǒng)應(yīng)用成果分析
(1) 應(yīng)用遠程控制技術(shù),電力系統(tǒng)、氣系統(tǒng)和水系統(tǒng)的監(jiān)控可實時、準確無線傳輸能耗數(shù)據(jù),大大提高勞動生產(chǎn)率;
(2)減少相關(guān)操作人員和管理人員,節(jié)省人力資源成本核算;
(3)提高能源設(shè)備正常運行率, 減少設(shè)備故障損失;
(4)高爐、轉(zhuǎn)爐、水泵、風機、軋機、生產(chǎn)線等存在的能源浪費,據(jù)能源智能管控可智能調(diào)節(jié),節(jié)能率20%以上。對一些明顯的“跑、冒、滴、漏”的現(xiàn)象稍加改造, 就會產(chǎn)生明顯效果;
(5)建立能源管控系統(tǒng)后,上述中板廠可大大減少用能浪費現(xiàn)象,從以前是模糊用能,現(xiàn)在是明白用能,到終實現(xiàn)科學(xué)用能,能創(chuàng)造巨大的生產(chǎn)效益。以該中板廠為例,據(jù)評估,目前噸鋼耗電約60kW h,每年耗電費約6000萬元,采用能源智能管控系統(tǒng)可以達到降耗20%以上的效果。整個投資約2000萬元左右。按預(yù)期節(jié)電20%的電費計算6000(萬元)×20%=1200(萬元) ,一年半即可收回成本,經(jīng)濟效應(yīng)十分可觀。
(6) 一次技術(shù)方案實施可節(jié)能5%以上, 二次技術(shù)方案實施可節(jié)能10%以上,三次技術(shù)方案實施可節(jié)能5%以上,即總節(jié)能不**20%,投資回收期約2年左右。
5 安科瑞工業(yè)能耗系統(tǒng)介紹
安科瑞工業(yè)能耗系統(tǒng)采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式,對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理,監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況,通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析,幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設(shè)備的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析,為企業(yè)加強能源管理,提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。
5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.2 系統(tǒng)功能
5.2.1 大屏展示
大屏展示企業(yè)水電氣當前用量、能源消耗趨勢、產(chǎn)能走勢、各類能源占比、各類能源消耗日/月/年同比,以及當前天氣情況、污染情況,并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。