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近一段时间以来,能源供给和节能是一个热门话题。除了煤价上涨与经济转型,加速淘汰落后产能和促进产业结构升级之外,能耗双控这个词也频繁出现,即进一步完善能耗双控制度,完成预定的降低能耗强度的目标任务。因此总用电量占比超过60%的工业用电用户首当其冲会面对如何实现能耗双控的问题。如何规避用电高峰,优化能源供给,就成为工厂级能源管理系统的当务之急。


当下,各地各行业的工业电费计算公式不尽相同。但是在工厂能源消费的组成中,需量电费始终是个不容忽视的部分(如下图所示)。本文会在介绍需量电费概念的基础上,为大家带来西门子的能源管理应对之道。


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需量电费

什么是需量电费呢?


需量电费就是一个计费周期(例如一年)内的某一时段(例如15分钟)的平均功率与供电公司合约价格的乘积。如下图所示:


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也就是说,即使全时段平稳,但稍有不慎的一个负载高峰就会导致需量电费飙升。如何避免上述问题,成为一个棘手的事情。


在保证生产正常运行的前提下,企业可以从两个方面应对:

• 通过避免负载峰值和平衡功率分配降低需量电费,即削峰填谷

• 增加自动调节系统,及时响应系统对生产过程的反馈,即智能投切设备


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西门子提供的应对之道


西门子能源管理系统的应对方案是采用 Energy Suite 的 Load Management(负载管理)功能:


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• 基于 PLC 的解决方案,直接集成到 SCADA 监控管理系统

• 使用综合预测算法规避负载峰值

• 电机独立启动/停止,负载分配平稳

• 模块化的功能块设计理念保障用户投资,基于 EnO(能源对象)和 Actor(执行器)的对象配置,通过增加执行器的数量,轻松扩展系统

• 快速集成到现有的可视化监控系统,支持所有相关能源对象和执行器数据

• 归档每一个投切动作和限制偏差


在 Energy Suite 中,将现场可提供能耗或功率值的设备分为以下三种能源对象:


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•  ↓表示投入时占用能耗空间

•  ↓↑表示投入时占用能耗空间,切断时释放能耗空间

•  ↑↓表示投入时释放能耗空间,切断时占用能耗空间

•  生产设备不参与负载管理的投切,即始终处于打开投入的状态

•  消费者以消耗/禁用能源的方式参与负载管理的投切,根据预测结果打开或关闭,即常规时投入,必要时切断

•  生产者与消费者功能相反,以提供/断供能源的方式参与负载管理的投切,根据预测结果打开或关闭,即常规时关闭,必要时投入


注意:生产者不是必需的能源对象


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负载管理模块通过三种能源对象的实时能耗或功率值,基于预设的警戒值分析、计算和预测负载的运行趋势。当预测结果高于警戒值时,关闭切断消费者并打开投入生产者;当预测结果低于警戒值时,打开投入消费者并关闭切断生产者。


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以上图为例(消费者和生产者统称为执行器),现场的消费者包括暖气、压缩机和风机。根据与生产流程的相关性设置优先级(相关性越强,优先级越高,投切频率越低;相关性越弱,优先级越低,投切频率越高)。生产者为发电机。在正常生产的状态下:


1. t1~周期开始,开启暖气,提高负载;


2. t1~t2,根据t1点的预测,在周期结束时,功率消耗未超过限制值,开启压缩机和风机(根据消费者优先级顺序),继续提高负载;


3. t2~t3,根据t2点的预测,在周期结束时,功率消耗将超过限制值,根据优先级顺序,开启发电机(生产者发挥提供能源的作用),降低负载;


4. t3~t4,根据t3点的预测,在周期结束时,功率消耗仍将超过限制值,根据优先级顺序,关闭暖气和压缩机,继续降低负载;


5. t4~周期结束,根据t4点的预测,在周期结束时,功率消耗未超过限制值,根据优先级顺序,开启压缩机,提高负载;


在整个周期内,根据正常生产的耗能变化,系统动态地投切相关设备,最终实现削峰填谷,平衡和优化负载管理。


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