浅谈智能能源管控系统在钢铁行业的应用前景

从表2可以看出, 在没有改变任何生产设备或生产工艺的情况下, 吨钢差值高达9% 以上, 从而可以得出这种耗能的差别主要是运行管理上的差别形成的。如果能将中板厂生产线的运行管理都能控制在优化的模式, 努力减小可以避免的耗能差别, 那么,获得较为理想的节能效果将是完全可行的。

依照现代化能源管理思想, 探索建立符合钢铁企业长期发展战略需求的新型能源管理模式; 如按照总体规划、分步实施、统筹兼顾、重点突破、效益驱动的原则, 对中板厂现有的能源基础设施系统升级和技术改造、提升企业能源系统的技术装备水平, 建设集过程监控、能源调度指挥、能源平衡决策等管控功能一体化的新型能源管理体系, 实现能源的四级能耗指标管理, 并与中板厂生产经营有效结合, 达到节能降耗, 降低成本, 提高产品竞争力, 保护资源环境, 发展循环经济的目标, 对最终实现企业的可持续发展无疑有着重要意义。

 

能源智能管控系统可以科学地解决能源计量过程中人工抄数不及时、不准确, 信息反馈滞后的问题, 实现了能源数据采集的自动化、信息传输的网络化、结算的电子化、能源计量的现代化和精细化等目标, 并为下一步工艺及设备改进提供了基础数据。该系统能促进节能降耗工作在全企业范围内的推进, 为企业创造可观的经济效益。随着新技术、新工艺的不断引进, 也必将在功能上得到不断完善, 技术不断创新, 为钢铁企业更高的节能目标提供更加有力的技术保障。

以武汉大学研制的能源智能管控系统为例, 如应用在上述中板厂, 则可以为中板厂提供系统化的管理思想, 为中板厂构建能源管理、控制、监测和分析平台。清晰地了解各工艺、部门、产品的用电量及其他能源在系统内的消耗量, 以便进行能耗分析, 科学控制能耗, 多方位控制、降低、改善企业能源耗费, 为中板厂创造更多价值。

(1) 根据大量数据分析全厂用电负荷的状况, 统筹全厂用电规划; 调节各变压器台区的用电负荷; 对全厂的配电方案进行优化提高变压器使用效率, 降低线损, 达到节电目的; 

(2) 根据电量供需平衡原则, 发现现有设备的用电和供电存在的“跑冒滴漏”问题,特别是对于线路、 开关和负载老化和不合理运行状态进行调整和更新。实现节能, 降低成本, 减少事故率; 

(3)多方位规划全厂的优化供配电方案, 投入无功补偿、滤波器消除谐波, 改善电能质量,为二期节能改造拟定方案和进行设备的配套选型。能源智能管控系统可以针对中板厂能源管理和利用的某一方面或系统能耗较大的环节进行能源审计分析, 根据测试计算和审计分析结果, 研判能源浪费原因进行有效的改造升级。最终用智能网络管控系统实现: 能源调度、信息监控、安全控制、错峰调谷、故障处理、考核管理等(依中板厂的实际需求量身定做)。该能源智能管控系统可以分三次提供技术方案:

3.1 一次技术方案

通过构建智能能耗在线监测系统, 实现能源管理的透明、实时。中板厂建设全套智能无线、有线蜂窝组网的电能消耗在线监测系统, 实现对各个主要负载的能耗在线监测, 实现自动、同步、实时数据采集, 对中板厂的全部变压器和578台(组)用电设备中的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率等参数实时监视并且在线分析。系统将在对整个中板厂的能源系统进行实时管理的基础上, 同时实现负荷侧的在线用电特性分析, 例如: 厂区功率、电压、电流等电能参数的潮流分布的在线监测和分析; 厂区无功功率消耗的分布及状况监测及分析; 厂区内线损在线监测和节能改造分析并提出整改方案; 生产工艺流程中各个负载的运行特征及状况在线监测和优化分析。通过该中板厂能源智能管控系统一期工程建设, 利用获取的数据, 一期可采取如下措施, 并实现节电5%的考核指标。

3.2 二次技术方案

电力设备的负荷控制和优化运行。二步的实施,是在建成智能能源监测系统的基础上,通过设置配套的智能控制装置,组建负荷智能控制系统。该系统的建设将完成生产运行工艺精细化管理,基于优化模型的各类电动机启/停控制程序,电机的优化运行控制,在保证生产流程安全的前提下,自动选择节能方案,节省运行时间,减少空载运行,从而达到节能10% 的目标。

(1)根据一期建设的方案,实施供电和配电网的优化改造。

(2)对一期方案中设计的负荷控制预案,选择性对负荷采用分布式测控装置,特别是对脉冲性耗电和周期性工作的电动机实现智能启停控制,减少空转率,减少冲击,实现节电。根据我们对中板厂长达一年的调研发现,中板厂电机空转率往往高达30%以上,空转率降低后, 预期可节能10%。

(3)通过一期的建设和监测,确定出全厂的无功需求分布,对大型电动机和成组电机实现无功功率的在线监视并合理分布配置无功补偿装置,采用高性能、长寿命的无功补偿装置,实现快速、动态无功补偿,通过无功补偿网络的智能化建设,确保全程90%的时间,功率因数在019以上,从而降低线损实现节电,同时,也将大幅提高厂区内电能质量的提高,减低电网谐波, 提高产品质量。通过智能化电动机控制和智能无功补偿系统的协调控制,不仅根本降低电动机的空转率,降低电耗,提高生产效率,而且通过提高无功补偿的实时性和现地性提高供电系统的质量和可靠性,实现节能减排的预期目标。

3.3 三次技术方案

建立中板厂的能源消耗监测分析数据中心和分析中心。通过采用先进的配套软件体系,构建全厂智能负荷监测分析网络中心,将全部能源消耗的动态及统计分析结果,通过数据库建设,分析软件配套,WEB信息发布等手段,使中板厂和南京钢铁公司的相关领导及技术人员能够通过企业局域网,在线了解中板厂的能源消耗和电力在线运行分析情况,使企业管理进入信息化、透明化、网络化、智能化时代。尽可能实现节能减排。并为研究钢铁工业的先进工艺、先进管理技术、先进节能技术,为达到更安全、更节约的理念跨进。一次技术方案为初步能源审计,二次技术方案为专项能源审计, 即针对中板厂能源管理和利用的某一方面或系统能耗较大的环节进行能源审计分析,根据测试计算和审计分析结果,研判能源浪费原因。第三次技术方案为深度能源审计,根据前两次技术方案的实施和掌握,进而多方位、准确、系统、科学地制定较佳节能办法,建立强大的软件平台,即科学的数学模型,实施最终的智能化管理。如: 供需平衡分析,多方位分析与预测,安全预警、在线调度、多方位优化等。从而达到:

(1)能耗计算:多方位、准确、实时地反映企业每天能源用量以及成本, 能源利用率。以便科学控制耗能水平。

(2)能源使用分析: 统计、分析、对比单位时间内,单位产品能耗成本,分析能耗成本走势,杜绝能源浪费、提高能源使用效率,寻求成本更低的能源使用方案。

(3)能源需求预算: 根据单位产品耗能指标,可准确预算月、季、年度能源资源用量、费用预算,以便采购部门实现经济采购。

 

(1) 应用远程控制技术,电力系统、气系统和水系统的监控可实时、准确无线传输能耗数据,大大提高劳动生产率; 

(2)减少相关操作人员和管理人员,节省人力资源成本核算; 

(3)提高能源设备正常运行率, 减少设备故障损失;

(4)高炉、转炉、水泵、风机、轧机、生产线等存在的能源浪费,据能源智能管控可智能调节,节能率20%以上。对一些明显的“跑、冒、滴、漏”的现象稍加改造, 就会产生明显效果;

(5)建立能源管控系统后,上述中板厂可大大减少用能浪费现象,从以前是模糊用能,现在是明白用能,到最终实现科学用能,能创造巨大的生产效益。以该中板厂为例,据评估,目前吨钢耗电约60kW h,每年耗电费约6000万元,采用能源智能管控系统可以达到降耗20%以上的效果。整个投资约2000万元左右。按预期节电20%的电费计算6000(万元)×20%=1200(万元) ,一年半即可收回成本,经济效应十分可观。

(6) 一次技术方案实施可节能5%以上, 二次技术方案实施可节能10%以上,第三次技术方案实施可节能5%以上,即总节能不低于20%,投资回收期约2年左右。

 

安科瑞工业能耗系统采用自动化、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。

5.1 系统结构

 

5.2.2 能源看板

展示企业电能峰平谷能耗统计占比，区域或重要工艺综合能耗占比和统计分析，碳排放量核算；并从企业管理需求出发，展示各监测区域的能耗比例、公司单位产品能耗和单位产值能耗同比分析，让企业一目了然地掌握能源消耗水平，以便及时做好节能减排策划。