企业能源管理系统(EMS)
解决方案
2009.11
目录
一、能源管理系统概述
二、能源管理系统的作用
三、能源管理系统的功能
四、能源管理系统的特点
五、能源管理系统集成方案
六、能源管理系统的实施效果
一、能源管理系统概述
进入二十一世纪以来，随着中国经济的快速发展，为经济增长提供动力保障的能源消耗也大得惊人。能源问题已经成为制约中国经济和社会发展的重要因素，节能降耗已被列入我国的基本国策。能源利用过程的科学化管理是解决能源问题的重要手段。从国家领导人到企业经理在内的各级决策者都意识到，虽然为飞速发展的经济提供充足的能源供应很重要，但有效管理合理消费能源也同样重要。中国正在采取行动，减少因低效消费而导致的大量浪费现象，推广节能化措施和对能源进行科学化管理已势在必行，此举可以创造巨大的经济效益和社会效益，为企业的可持续发展提供有力保障。
在现阶段，能源管理系统(简称EMS)技术在各企业的运用，能在提高能源系统的管理效率、优化能源平衡、促进节能减排、提高功能质量、完善消耗评估技术方面提供一个成熟、有效和使用方便的管控一体化解决方案。它为企业提供了一套先进、可靠和安全的能源系统运行、操作和管理平台。
从企业的角度来说，单个设备节能能有效降低设备能耗，降低了设备的能源运行成本；而能源管理系统则实现了企业节能由点到面的覆盖，从而实现真正企业层面上的节能降耗。能源管理系统有效的覆盖到了整个企业能源的生产、输送、使用、回收及排放等各个环节，对于能源系统进行实时监控和有效管理，从而达到了企业系统节能的目的。
二、能源管理系统的作用
1) 通过能源管理系统的实施，重要设备可进行节能改造，同时实现企业能源系统的统一调度和集中管理，达到设备节能和系统节能的目的。
2) 完善能源信息的采集、存储、管理和有效利用。EMS对能源数据进行分析、处理和加工，能源调度人员和专业能源管理人员就能实时掌握系统状态，经过系统的合理调整，确保系统运行在最佳状态。
3) 在企业层面对能源系统采用分散控制和集中管理。EMS将在企业全局的角度审视能源的基本管理需求,满足能源工艺系统的分散特性和能源管理需要集中的客观要求，以适应企业的战略发展需要。
4) 减少管理环节，优化管理流程，建立客观能源消耗评价体系。实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造，满足能源设备管理、运行管理等的自动化，建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，向管理要效益。
5) 减少能源系统运行成本，提高劳动生产率。EMS的建设，对能源管理体制的改革将发挥重要作用。其基本目标之一是可以实现简化能源运行管理，减少日常管理的人力投入，节约人力资源成本，提高劳动生产率。
6) 加快能源系统的故障处理，提高对全局性能源事故的反应能力。EMS能迅速从全局的角度了解系统的运行状况，故障的影响程度等，及时采取系统的措施，限制故障范围的进一步扩大，并有效恢复能源系统的正常运行。
7) 通过优化能源调度和平衡指挥系统，节约能源和改善环境。EMS将通过优化能源管理的方式和方法，改进能源平衡的技术手段，实时了解企业的能源需求和消耗的状况，合理安排生产生活，能有效地减少废气废水等的排放率，提高能源的回收利用率，采用综合平衡和燃料转换使用等系统方法，使能源的合理利用达到一个新的水平。
8) 为进一步对能源数据进行挖掘分析和能源预测提供条件。能源管理系统的建设，不仅可有效解决能源实时平衡管理和监控管理，还可以通过对大量历史数据的归档和管理，为进一步对数据进行挖掘分析和能源预测创造条件。
三、能源管理系统的功能
企业在生产和经营过程中都需要消耗大量能源，能源按照介质来分又大致分为：电、水、气(包括煤气、燃气、氧氮氩气等)、油(包括汽油、柴油、煤油等)、热力等。在能源管理系统中为简化系统定义，我们将这些能源介质按系统大致划分为：电系统、水系统和动力系统(动力系统包括气、油、热力等介质)。除此外，环保有关的数据也将纳入到能源管理系统的范围，这也使企业的节能减排与环保的关系紧密联系起来。
能源管理系统按照系统功能来分，分为能源监控功能和能源管理功能。
能源监控功能是指采用各种现代自动化及信息技术，采集企业能源相关数据，监控相关的能源设备，建立起一个覆盖全面的能源监控调度中心，调度人员只需坐在监控调度中心进行简单操作，就可实现全厂能源设备及系统的在线监控和能源平衡调度。通过监控调度中心的运行，许多能源设备可做到无人值守管理。
能源管理功能是指在已建立的能源监控中心基础上，对各种能源数据进行处理、分析和归档，并进行能源设备管理、能源计划管理、能源实绩管理、能源质量管理和能源预测分析。同时根据管理要求产生各类能源报表。这些都为能源管理者提供了实时可靠的决策依据。
能源监控调度中心的建立对企业能源管理系统具有关键性的作用，它是整个能源管理系统的基石。出于能源调度方便的考虑，能源监控调度中心可按照电力系统、动力系统和水系统来分。
1) 电力系统：包括各级变电站及高低压配电站，还包括自备发电机组等。
2) 动力系统：包括空调系统、锅炉系统、燃气系统、空压站和氧氮氩气、煤气、蒸汽综合管网等。
3) 水系统：净水处理站、污水处理站、排水泵站、各单元循环水系统和给排水管网等。
由于各企业的具体情况不同，各系统的具体组成内容有可能不同，但这三大系统应该包括了企业所有重要的能源设备和能源数据。能源监控调度中心能在线的对这些重要的能源设备和能源数据进行实时监控。监控调度中心也可对企业的其它设备进行监控，它具有良好的延续性和可扩展性，企业后续新增或改造设备的监控和能源数据均可纳入其中。除此以外，企业的环保系统数据也可以纳入能源监控调度中心。
能源监控调度中心设有能源实时数据服务器，下面设有多个能源监控子站，能源监控调度中心与各监控子站采用分布式结构互联，其功能包括：
1、能源数据采集与监控子站：监控子站负责采集各单元及系统能源介质生产和消耗实时数据，对重要能介设备及现场仪表通过通讯或I/O方式，通过与各监控子站连接并将能介数据送至能源监控调度中心实时数据服务器，监控调度中心同时可实时监控、调度各能源设备与系统的生产运行。
2、能源计量：对于企业厂级、车间级甚或设备的能源计量，可采用专门的计量仪表也可在各监控子站进行累积计算，所有能源计量数据最终送至实时数据服务器，以产生各级能源计量报表和供能源分析使用。
3、能源实时数据服务器与各调度操作站：通过SCADA系统实现
?能源生产监控与调度（能源生产监控、能源调度、过程图、过程曲线、设定和查询等）；
?能源数据采集（包括电、水、气等介质数据及环保数据）；
?能源数据分类归档（实时数据、短时数据、统计数据、历史数据、事件记录等）；
?能源数据查询（实时数据、历史数据查询）；
?逻辑分析及数据处理（条件联锁、量程变换等）；
?报警记录及故障处理(分级报警（按轻、重故障分类）；信息记录和归档（按类别）；故障基本分析（时序记录分析、在线查询等）)。
能源管理功能包括：
?能源设备管理；
?能源计划管理（计划编制、跟踪等）；
?能源实绩管理（实绩分析、归档、查询、平衡分析、成本分析、对
标分析等）；
?能源质量管理（质量分析、质量跟踪、趋势评估、越限警告等）；
?能源运行技术支持（运行方式管理、停复役管理、操作评估等）；
?能源预测分析。
其它功能包括：
对环保系统的监控和管理功能；对其它重要设备的监控和管理功能。
四、能源管理系统的特点
能源管理系统项目的建设应充分考虑EMS投运后，实现节能环保、集中调度、优化管理和节省人力的目的。主要考虑以下几个方面：
1) 先进性、成熟性和实用性
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展（包括设备和技术两方面内容）。
2) 可靠性
高效稳定的系统，能提供全年365天，一天24小时的不停顿运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，以确保系统稳定。
3) 可操作性
先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。
4) 高效率性
注重各子系统的信息共享，提高整个系统高效率的传输与运行能力。
5) 实时性
设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。
6) 完整性
提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。
7) 可查询性
提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。
8) 可扩展性
把各子系统有机结合起来，充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。
五、能源管理系统集成方案
1、与各单元监控系统（DCS、PCS、PLC）的信息交换方案：
与能源有关的各单元的生产过程、运行方式、运行状态与能源系统的调度、平衡、故障处理都有密切的关系，EMS必须及时掌握其信息，才能有效地实施能源系统运行管理、调度分配和平衡，提高供能质量，加快事故处理。EMS需要的各单元信息，必须是实时信息，如状态信号、故障信号、能源潮流信号等，采用如下方式实现：
对于具备数据直接通讯条件并有大量信息进入EMS的单元系统，考虑采用通讯方式；对于只有少量信息进入EMS的主生产工艺系统，尽量考虑采用I/O 方式。
2、公共能源设施的控制和采集方案
公共能源设施是指带全局性或区域性功能的能源设施，这类能源设施需由能源中心调度直接管辖以提高系统运行管理效率、加快事故处理、提高节能降耗效果。而且这类现场适合无人值守。公共能源设施包括：各级变电站、配电室、煤气站、空压站、排水泵站、能源管网等。
-变电站、配电室
变电站和配电室纳入EMS的方式视变电所二次系统的设计方案不同而不同。本概要方案按目前普遍在变电所设计中使用的采用综合保护方式的情况考虑。
1) 将变电所的I/O信号中的电量信号采用独立接口传送。
2) 接口的数量要根据变电所回路的实际数量考虑。
3) 各变电所的信息直接通过变电所内综保通讯服务器与EMS 通讯(通讯协议双方约定)。
-各类燃气、热力、空压机等动力系统及给排水系统
动力系统的动态平衡和调度是EMS重要的实时功能之一。为达到动力系统现场无人值守、优化平衡和节能降耗的目的，动力系统的现场设备控制应纳入EMS控制范围。我们将动力系统现场控制系统的设计纳入EMS的设计中，确保现场控制系统的设计与EMS上位系统的设计无缝集成。应采用如下方式: 对于具备数据直接通讯条件并有大量信息进入EMS的单元系统，考虑采用通讯方式；对于只有少量信息进入EMS的单元系统，尽量考虑采用I/O方式。
给排水系统的接口方式也采用通讯方式与I/O方式相结合。
3、能源管理系统网络结构
能源管理系统包括：中央网络系统，工业以太网系统，GPS系统，大屏幕系统，数据备份系统等。能源管理系统结构如下图所示：
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PLC 采集站 PLC 采集站
数据库通讯计算机 通讯计算机
服务器
六、能源管理系统的实施效果
按照目前国际通用的指标，一个国家的能源使用是否合理要看单位GDP的综合能耗。而一个企业的能源使用状况我们就要看它单位产值的综合能耗。通过能源管理系统的实施与节能改造，为企业提供了一个管控一体化的能源解决方案，真正做到了能源系统的分散控制、集中管理。从已实施的能源管理系统来看，通过能源管理系统对能源供需的动态平衡调度，合理安排企业的能源生产和使用，显著提高了企业的能源利用率，可有效降低单位产值的综合能耗10%以上，为企业带来巨大经济效益。
将环保系统纳入到能源管理系统之中，不仅有利于实时监测企业的废水废气等污染物的排放指标。而且使得能源的生产、输送、使用、回收与排放在能源管理系统内形成一个大的闭环，让我们对能源的每个环节都了如指掌。通过能源管理系统对各环节能源指标的分析，帮助管理者和调度人员很快寻找到节能降耗的新方向，从而实现节能减排目标的不断提升。
能源管理系统的实施，不仅促进了企业自动化与信息化水平的提高，同时也促进了企业能源管理水平的极大提高。从以前各个单元的分散管理，各种能源介质的分别管理的粗放模式，到现在的能源集中监控，人员集中调度，设备无人值守的扁平化管理模式。不仅显著提高了劳动生产率，也促进了企业能源管理水平的不断提升。