摘要: 節(jié)能減排是冶金工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文針對我國冶金工業(yè)能源管理所面臨的現(xiàn)狀和需求進行了詳細描述，分析了采用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)冶金工業(yè)能源管理、促進節(jié)能減排的必要性，并給出了基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)架構(gòu)。

關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)，冶金工業(yè)，能源管理

1 引言

冶金流程工業(yè)在我國國民經(jīng)濟中占有重要經(jīng)濟地位。2007年鋼鐵企業(yè)完成工業(yè)產(chǎn)值占全國GDP的4%，占工業(yè)企業(yè)利潤總額的9%。2008年粗鋼產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的38%。冶金行業(yè)是我國的耗能大戶，屬于典型的高耗能的產(chǎn)業(yè)，是我國節(jié)能減排工作的重點。

物聯(lián)網(wǎng)是泛在感知的通信網(wǎng)絡，可以通過傳感器感知物體自身和周圍環(huán)境信息，可基于有線或無線方式進行傳輸，具備低成本、低功耗、易維護、可大規(guī)模部署等優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)技術的大規(guī)模應用，為冶金流程工業(yè)生產(chǎn)管理監(jiān)控提供了一種新信息采集、信息傳輸、信息融合處理手段，為冶金流程工業(yè)的節(jié)能降耗提供技術支撐。

本文面向冶金流程工業(yè)領域，在深入分析其所面臨節(jié)能減排這一重大需求的基礎上，對物聯(lián)網(wǎng)技術在冶金流程工業(yè)能源管理中的應用前景進行展望。

2 冶金流程工業(yè)對能源管理需求迫切

冶金流程工業(yè)的特點是以處理連續(xù)物料流、能量流為主，產(chǎn)品多以大批量的形式生產(chǎn)出來。冶金流程工業(yè)的生產(chǎn)過程工藝復雜，需要嚴格的過程控制，高度依賴于控制系統(tǒng)性能的高低以及生產(chǎn)設備狀態(tài)的好壞，生產(chǎn)成本較高。同時，冶金流程工業(yè)需要消耗大量的能源，屬于典型的高能耗行業(yè)。因此冶金流程工業(yè)對能源管理、調(diào)度與平衡需求迫切。

我國鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品單位能耗平均比國ji水平高40%，而且我國的能源利用效率僅為33%,比發(fā)達國家低 10個百分點。鋼鐵行業(yè)的能耗占到全國能源消費比例的14.96%，污染物排放量占全國污染物排放量的比重較大，節(jié)能減排任重而道遠。產(chǎn)品成本控制水平和技術落后、產(chǎn)品總體品質(zhì)不高、自動化水平較低、信息集成度低，導致產(chǎn)業(yè)國ji綜合競爭力處于劣勢。因此，高能耗流程工業(yè)的節(jié)能減排工作就顯得尤為重要和迫切。

我國冶金流程工業(yè)能耗居高不下，關鍵原因在于缺乏多方面、有效的能耗監(jiān)測于段，導致冶金流程工業(yè)在資源使用、能源使用方面嚴重失衡，大量能源白白流失去卻得不到有效利用。

能耗監(jiān)測涉及到工業(yè)企業(yè)的方方面面，包括電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等等：能源介質(zhì)種類繁多，包括電、煤氣（高爐煤氣、焦爐煤氣等）、氫氣、氧氣、蒸汽、水（工業(yè)水、軟水、生活水等）、煤以及焦炭等。針對這些系統(tǒng)和能源介質(zhì)，目前使用的監(jiān)控手段中，人工方式仍然占據(jù)很大的比例，雖然有線監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應用到冶金流程工業(yè)控制系統(tǒng)中，但由于系統(tǒng)的布線和施工難度大、成本高，難以針對大量測點實現(xiàn)大規(guī)模部署。

1）無法對運動、旋轉(zhuǎn)的設備進行監(jiān)測

流程工業(yè)中存在大量處于運動、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的高能耗設備，如電機、泵等設備，無法采用傳統(tǒng)的監(jiān)測手段獲取這些設備的運行狀態(tài)信息，因此也就無法獲取其能耗信息。

2）無法實現(xiàn)多測點、多變量的能源監(jiān)測

企業(yè)級的能源管理和優(yōu)化受困于沒有有效的分布式多測點、多變量的能源監(jiān)控手段，無法按照生產(chǎn)運行和能源使用規(guī)律，穩(wěn)定優(yōu)化能源的供需平衡，充分利用二次能源，實現(xiàn)整個企業(yè)系統(tǒng)的、全局的優(yōu)化節(jié)能。

3 冶金流程工業(yè)能源監(jiān)測技術研究現(xiàn)狀

鋼鐵工業(yè)屬于典型的流程工業(yè)，其能源管理涉及眾多方面，具有典型的代表性。鋼鐵工業(yè)節(jié)能工作可分為設備節(jié)能、工序節(jié)能和系統(tǒng)節(jié)能三個層次，根據(jù)中國鋼鐵協(xié)會的統(tǒng)計，上世紀80年代我國鋼鐵工業(yè)主要依靠單體設備和工序節(jié)能（節(jié)能比例占75%），而90年代后，能源管理系統(tǒng)等系統(tǒng)節(jié)能手段實現(xiàn)的節(jié)能比例增加到67%，成為節(jié)能降耗主要于段。

國外鋼鐵企業(yè)的能源管理系統(tǒng)主要經(jīng)歷了3個不同的歷史發(fā)展階段：

1）單一能源介質(zhì)能源管理。從六十年代中期開始，國外發(fā)達國家的一些鋼鐵企業(yè)就開始根據(jù)二次能源的不同種類設置了一些能源管理信息系統(tǒng)，分門別類地對各種能源介質(zhì)進行監(jiān)視和控制。

2）綜合考慮多能源介質(zhì)的管理。70年代后，國外學者和工程技術人員開始采用系統(tǒng)分析的方法把各個設備，各生產(chǎn)工序及各個廠礦的能源生產(chǎn)和能源使用聯(lián)系起來，考察整個能源系統(tǒng)的能源消耗。各鋼鐵企業(yè)開始建立能源系統(tǒng)模型，研究能源的投入產(chǎn)出，生產(chǎn)優(yōu)化，需求預測等。

3）物流和能量流綜合分析與管理。近年來，在對能源綜合平衡模型的研究方面，能源管理、關系模型、各類能源間的平衡調(diào)整以及負荷預測等技術仍是國外各大鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)研究的重點和難點。

在能源系統(tǒng)監(jiān)測方面，目前的監(jiān)測手段不能滿足能源管理系統(tǒng)的需求，特別是在一個大型聯(lián)合企業(yè)能源管理系統(tǒng)中，亟需一種低成本的技術手段來實現(xiàn)對設備運行參數(shù)的在線監(jiān)測，進而以能源管理為目的，對系統(tǒng)效率進行建模分析，為企業(yè)能效評估與分析、能源優(yōu)化配置和調(diào)度提供支持。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)

針對流程工業(yè)能源管理，采用物聯(lián)網(wǎng)技術可以實現(xiàn)傳統(tǒng)技術手段無法實現(xiàn)的多測點、多變量、多方面有效的能耗監(jiān)測，為流程工業(yè)的能源管理提供新的技術手段和完備的監(jiān)測平臺，形成一個集過程監(jiān)控、能源調(diào)度、能源管理為一體的能源管理系統(tǒng)，對各種能源介質(zhì)進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度和平衡優(yōu)化，對無人值守站所設備進行遠程操作和控制。

采用物聯(lián)網(wǎng)技術，可以以較低的安裝、維護成本實現(xiàn)對各類大量能源介質(zhì)的在線監(jiān)測，構(gòu)建現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后傳遞給數(shù)據(jù)傳輸服務器的工業(yè)網(wǎng)絡，實現(xiàn)大量信息的在線采集、實時傳輸。通過有線或無線方式，將能源管理中心所需的能源數(shù)據(jù)采集進入系統(tǒng)，供監(jiān)視、報警、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等用。

在基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)中，通過傳感器感知生產(chǎn)過程、電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等的能源介質(zhì)信息，通過FRID技術實現(xiàn)物料等的信息感知，構(gòu)建整個能源管理系統(tǒng)的信息感知平臺，并實現(xiàn)海量信息的傳輸；結(jié)合某于智能信息處理的中間件技術對應用過程中存在的海量數(shù)據(jù)進行處理，支持多協(xié)議轉(zhuǎn)換和信息集成，為能源調(diào)度和監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支持。

5 安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)介紹

安科瑞工業(yè)能源管理系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，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)能評估提供基礎數(shù)據(jù)和支持。

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學原料以及機電設備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。

5.3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)需求主要包括：

● 3D可視化平臺

提供3D可視化界面，僅需要上傳模型，綁定參數(shù)，就可實現(xiàn)3D模型的數(shù)據(jù)展示，包括系統(tǒng)構(gòu)成、監(jiān)測數(shù)據(jù)綁定、控制命令集成，支持數(shù)據(jù)實時刷新和設備遠程啟停。

● 空壓機子系統(tǒng)

監(jiān)測空壓機系統(tǒng)的用能，設備啟停狀態(tài)，運行時長，頻率，出氣量，比功率等數(shù)據(jù)。

● 污水處理子系統(tǒng)

監(jiān)測污水處理子系統(tǒng)的用能，液位，設備啟停狀態(tài)，運行時長，系統(tǒng)總體的效率。

● 軋機冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

監(jiān)測軋機冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的用能，設備的啟停狀況，出水回水的溫度等。

● 空調(diào)冷熱水系統(tǒng)

監(jiān)測空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的用能，設備啟停狀態(tài)，關鍵設備的電參量，出水，回水溫度等。

3 3D可視化功能

5.3.1 3D可視化模型上傳以及綁定數(shù)據(jù)

5.3.2 空壓機子系統(tǒng)

實時展示空壓機子系統(tǒng)各主要設備能耗，電參量，報警，比功率等數(shù)據(jù)。

5.3.3 污水處理子系統(tǒng)

實時展示污水處理子系統(tǒng)各主要設備能耗，電參量，報警等。

5.3.4 軋機冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

實時展示軋機冷卻水循環(huán)系統(tǒng)各主要設備能耗，電參量，水位，報警等。

5.3.5 空調(diào)冷熱水系統(tǒng)

實時展示空調(diào)冷熱水系統(tǒng)各主要設備能耗，溫度，電參量，報警等。

6 結(jié)語

緩解我國資源壓力，改善生態(tài)環(huán)境，扭轉(zhuǎn)過多依靠物質(zhì)資源消耗的增長方式，是工業(yè)領域的社會責任；加快工業(yè)節(jié)能環(huán)保技術進步，是提升中國產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)國ji競爭力的迫切要求。冶金流程工業(yè)的節(jié)能減排，必須緊跟信息技術發(fā)展的腳步，以物聯(lián)網(wǎng)等新技術的應用為切入點，充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢，以較低的投資和使用成本實現(xiàn)對工業(yè)全流程的“泛在感知"，獲取傳統(tǒng)由于成本原因無法在線監(jiān)測的重要工業(yè)過程參數(shù)，并以此為基礎實施優(yōu)化控制，來達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目標。

參考文獻

[1] 王萌，蘇藝.鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排技術及其在國內(nèi)的應用.環(huán)境工程，2010(2):59-62.

[2] 王忠鋒，于文召，未珍，李力剛，黃劍龍.物聯(lián)網(wǎng)在冶金工業(yè)能源管理中的應用[J]

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與選型手冊.2020.06版.