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1、 行業解決方案之行業解決方案之-油田油田行業智能用電及能效管理系統解行業智能用電及能效管理系統解決方案決方案 1、油田系統用電的現狀油田系統用電的現狀 目前，我國石油化工行業中抽油機的保有量在 10 萬臺以上，電動機裝機總容量在3500MW，每年耗電逾100億千瓦時。抽油機的運行效率特別低，在我國平均效率為25.96%，而國外平均水平為 30.05%，年節能潛力可達幾十億千瓦時；注水泵也是油田生產的重要設備，節能潛力十分巨大，它的正常運轉和工作效率同樣關系到整個油田的經濟效益。2、油田系統、油田系統用電癥狀分析用電癥狀分析 油田系統用電的浪費存在于以下幾方面:2、1 輸配電系統浪費嚴重 1）、2、變壓器效率低 油田輸電系統中還有大批量的 SJL1 型高耗能變壓器在運行，其數量約占系統運行總臺數的 1/3，造成油田系統電網損耗高的主要原因之一。2）、線路損耗大 油田供電線路長，部分線路老化嚴重，線路導線的截面大部分未進行更換，近幾年來隨著油田用電負荷的增加，部分線路因導線截面偏小已不堪重負，造成導線運行過程中嚴重發熱，甚至有燒斷導線現象出現。2、2 設備陳舊，效率低下 1）、抽油機 采油系統作為油田最大的生產用電系統，其年耗電量約占油田總用電量的 56%。抽油建設智能用電及能效管理系統建設智能用電及能效管理系統，實現對油田企業用電及能源消耗狀況的全面監測、分析和評估，通過對能源消耗過程信3、息化、可視化管理，優化企業生產工藝用能過程，科學、合理地制定企業能耗考核標準和考核體系，有效提升企業能源效率管理水平。中國經濟在持續高速增長的同時也伴隨著能源緊張和環境惡化的巨大壓力，而面對這一挑戰的最有效、經濟的辦法是在高能耗企業建設能耗監測、管理、控制系統，通過技術創新提高能源使用效率，幫助企業實現節能增效、清潔生產的目標。據統計資料：油田企業每年 10%以上能源損耗源于沒有能源監測及維護計劃，每年 12%的能源損耗源于沒有能源管理及控制系統。歐美發達國家先進企業除了生產過程中廣泛采用計算機監測、控制系統（DCS，SCADA）外，能源數據的在線監測、分析和優化系統占有重要的位置。通過現代計4、算機技術、網絡通信技術和分布式控制技術，建立完善的能耗監測、管理體系，實現能源消耗動態過程的信息化、可視化、可控化，對企業生產過程中能源消耗的結構、過程及要素進行管理、控制和優化，提高能源使用效率。機設備匹配存在“大馬拉小車”的不合理現象，電機普遍負載率較低；眾所周知，抽油機工作狀態有其自身的特征，負荷變化范圍大，變化周期快，在往復過程中存在能量反饋現象。特別是為了滿足重載情況下能可靠工作，抽油機所配電機容量遠遠大于實際負荷（卡井、結臘，冬季由于原油溫度的因素，使管阻增大，造成電動機運行電流增大）這樣就不可避免地存在著“大馬拉小車”的狀況。抽油機都為野外工作，地點分散，供電線路長，電網除提供給5、抽油機所必須的有功電能外，還必須提供很大的無功電能；同時，抽油機存在半撈或空撈現象，電機輕載或空載運行時有發生，因此抽油機運行時功率因數非常低，電能損失嚴重。2）、注水泵 我國的油田不像中東的油田那樣有很強的噴發能力，多為低滲透的低能、低產油田，大部分油田要靠注水壓油入井，再用抽油機把油從地層中提升上來，注水系統用電量約占油田總用電量的 30%。油田注水泵在實際階段就存在額定流量與實際流量不相匹配的問題，注水泵如果直接用電網驅動，即工頻、全壓工作，存在啟動電流大、電機沖擊嚴重、油田電網電壓波動大等現象，同時，注水壓力無法根據油井需求的注水流量進行自動調整，導致高壓水打回流，這些因素影響了注水泵6、正常運轉，導致結果是效率低、能耗高、故障多、維護費用高。2、3 管理方式粗放 油田采油區范圍大，對設備運行情況不能及時檢測、記錄和統計，巡視、維修檢修也相對困難，浪費大量的人力和物力，多數采油單位只能從保障設備能正常運行角度對電能使用進行管理，沒有從使用效率、生產成本和設備使用壽命等角度，對油田的電能使用進行精益管理，電能利用率低。油田系統作為國家能源供應源頭，應堅持資源開發與節約并重的方針，不斷強化節能科學管理，嚴格用能監督，并積極推廣應用節能新技術、新產品，使油田系統的電能使用效率得以提升。基于油田生產系統的用電現狀，必須利用能效監測系統進行用電精細化管理，實時動態的能效管理系統將是油田生7、產企業進行節能改造、節能評測、優化管理、能源審計的實施基礎，系統將長期對油田生產設備用電質量、能源消耗、設備安全運行等核心用電數據實時監測，動態分析決策，最終實現管理節能的目的。3、智能用電及能效管理系統簡介、智能用電及能效管理系統簡介 系統在線監測整個油田企業的生產能耗動態過程，收集生產過程中大量分散的用電、用水、用氣等能耗數據，提供實時及歷史數據分析、對比功能，以發現能源消耗過程和結構中存在的問題，通過優化運行方式和用能結構以及建立企業能耗評估、管理體系，提高企業現有供能設備的效率，實現節能增效、高效生產。系統為用戶提供以下能耗數據和節能信息：1）掌握企業耗能狀況：能源消耗的數量與構成、分8、布與流向；2）了解企業用能水平：能量利用損失情況、設備效率、能源利用率、綜合能耗；3）找出企業能耗問題：管理、設備、工藝操作中的能源浪費問題；4）查清企業節能潛力：余能回收的數量、品種、參數、性質；5）核算企業節能效果：技術改進、設備更新、工藝改革等的經濟效益、節能量；6）明確企業節能方向：工藝節能改造、產品節能改造、制定技改方案、措施等。4、系統功能、系統功能 1)、能源消耗過程的信息化、可視化 目前國內大多數企業是靠人工定時抄表的方式統計用電及能源消耗狀況，這種方式存在數據滯后、時效性差、數據單一等問題，不能及時掌握各生產環節和重點能耗設備的實時能耗數據。能效管理信息系統在線監測整個企業（9、集團）的生產能耗動態信息，并將這些能耗數據與相對應的設備、車間、班組生產數據相結合，現場運行管理人員可了解和掌握生產環節和重點設備的實時能耗狀況、單位能耗數據、能耗變化趨勢和實時運行參數等信息。如圖：某工廠的工藝流程 圖 1 水泥磨子系統生產流程單耗監測 2)、能耗/能效信息統計、管理 系統自動生成的多種能耗信息統計圖形、曲線和報表，如以日、周、月、年為周期的電、水、氣、煤等能耗統計報表，報表類型分為全礦、車間、重要耗能設備三個層次，為用戶提供能源消耗結構和能源消耗成本分析依據，評估節能措施的效果和關聯影響。系統提供綜合能耗/能效統計報表，采用菜單或光按鈕直接引導界面模式，圖形界面包括企業宏觀10、的能耗數據和相關信息，快捷、直觀反映企業、生產車間、班組和重要生產環節實時和歷史能耗/能效信息。圖 2 企業綜合能耗統計 3)、歷史能耗數據對比、分析 系統具有強大的歷史能耗數據追溯和分析功能，企業能效管理及生產工藝分析人員可按不同需要靈活設置工作點參數，在不同時段下生成各種能耗數據報表與能耗曲線：如設備單耗、生產線和班組單耗等，用多種方法對主要能耗設備和生產線的能耗數據進行查詢和追溯，并可對多種參量的變化趨勢進行對比、分析，從而發現能源消耗結構和過程中存在的深層次問題，對企業能源消耗結構和方式的改進、優化提出方案和建議。通過動態的單位產量能耗曲線和數據，可以直觀地比較企業生產能耗與國際、國內11、標準的差距，從而對生產、管理、工藝及時進行指導和調整，使企業生產過程的單位能耗和能源效率保持在科學、合理水平。圖 3 能耗參數對比、分析 4）電能質量及諧波監測、分析 電力電子技術在電氣化鐵路、電解工廠、電弧爐冶煉和電機變頻調速等領域的廣泛應用，在提高生產效率的同時也產生了大量的諧波污染電網，導致諧波和電能質量問題的發生。用電及能效管理信息系統在線監測電能質量和諧波分量，通過諧波分量圖和趨勢圖，使用戶及時了解真實用電環境，避免諧波危害和電能質量問題的發生，同時降低供電系統諧波和無功損耗。通常購置諧波監測設備需要較大的投資，本系統能同時實現電能消耗狀況以及諧波監測、分析的雙重功能。圖 4 供電網12、絡中諧波分量圖 5 5、系統架構及工作原理、系統架構及工作原理 系統主要由數據采集層、數據傳輸網絡、能效管理系統軟件三部分組成。1）數據采集層：通過安裝在能耗監測儀表箱（柜）中的帶數字接口的智能電力儀表，實施對負荷用電量的實時監測。監測數據包括：電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功無功電能、諧波、環境與開關狀態、事件記錄等用電參數。監測對象包括：電力需求側中低壓饋線回路、主要耗能機電設備、廠房（生活區）其他耗能設施。同時也可以對用水量、用氣量、熱量、投料量、產量等，通過電子式流量表、電子式熱量表、電子皮帶秤、地秤等現場智能數據采集，根據現場條件和系統應用的要求，采集的數據也可以取自用13、戶的其他智能系統的數據接口。2）數據傳輸網絡：通過在能耗監測儀表箱（柜）中安裝的能耗智能數據網關，實時采集能耗計量儀表的數據，并且通過 TCP/IP 網絡傳輸到能耗監控中心。無需遠距離布線，施工簡單可靠。瑞申智能數據網關提供多種接入方式，目前支持 RS-485/RS-232 總線、光纖、工業以太網、433M 無線、GSM/GPRS/CDMA 網絡傳輸等多種方式。3）用電及能效管理系統軟件：完成數據采集、校驗、分析、處理、輸出、系統維護、授權使用權限分級控制等；并可將現場運行的重要數據、報警信息、故障信息等傳送到企業決策人員。圖 5 用電及能效管理信息系統架構 6 6、技術特點、技術特點 1）以14、設備為對象構建的內置實時關系數據庫：這種結構化、對象化的實時數據庫相比較傳統的平面數據庫，大大提高了數據檢索和訪問的速度及效率；2）靈活的進程調度管理技術：進程調度管理功能可以把大量的數據采集和處理任務分布到不同的服務器上運行來實現負載均衡。支持在線組態，在不影響操作的情況下，允許全部或部分應用程序進行修改；3）系統的集中管理和維護：有權限的用戶，可以在 EMIS 系統中任意一臺服務器或工作站上修改系統配置，在提交以后系統自動同步數據庫的配置；4）網絡體系架構：基于先進的網絡體系架構，支持多層次網絡冗余及故障切換。增強的 Web 功能和 Internet/Intranet 瀏覽器技術，直接支持15、多文檔；5）支持多種通信協議：I/O 通信冗余，直接讀取現場數據采集設備存儲的數據，同時具備良好的開放性和靈活性。支持 RS-232/422/485、Ethernet、Can、LonWorks、MODBUS等多種通信協議和標準；網絡通信采用標準的 NetBIOS，支持 IPX/SPX、TCP/IP 等協議；6）支持多種關系數據庫：包括 Oracle、SQL Server、dBASE 等；實時數據庫內置多種功能模塊，可實現累計、統計、控制、線形化、PID 控制、各種運算等功能。通過高效的壓縮技術和海量的存儲技術，可以處理 10 萬點以上的數據；7）豐富的圖形開發工具以及優化設計的圖庫：新增更多的16、矢量子圖，使工程畫面制作更加豐富、靈活；提供面向對象編程方式，內置間接變量、對象變量、模板變量，方便構造強大的企業級運行系統；8）開放性：全面支持 DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX 標準，提供 OLE、COM、DCOM、動態鏈接庫等多種接口，以便用戶利用各種常用開發工具（如：VC+、VB 等）進行深層的二次開發。7 7、其他能源企業其他能源企業應用案例應用案例 1）在煤礦企業能耗管理應用情況 XX煤礦是山西潞安礦業集團下屬的一個大型現代化生產煤礦，2007年生產原煤225.17萬噸，耗電 5864 萬 KWH，生產噸煤耗電量 26KWH/噸；洗精煤 154.411 萬噸，耗電 17、1168萬 KWH，精煤耗電量 7.56KWH/噸。圖 6 項目實施前負荷曲線 用電及能效管理系統投運后，五陽礦依據系統提供的信息和數據，優化用電結構和運行方式，開展精細化管理，2008 年生產原煤 262.24 萬噸，耗電 6752 萬 KWH，生產噸煤耗電量 25.7KWH/噸；洗精煤 190.51 萬噸，耗電 1280 萬 KWH，精煤耗電量6.7KWH/噸,節電效果達到 11%，取得顯著的節能效果，并大大提高了企業能源管理技術水平，綜合經濟效益超過 400 萬元。圖 7 項目實施后負荷曲線 2）在水泥企業能效管理應用情況 北京 XX 水泥有限責任公司是全國節能減排工作的先進企業，擁有一18、條日產 2000 噸水泥熟料新型干法窯外分解生產線和一條利用水泥回轉窯年處置城市廢棄物 10 萬噸的示范線，年產高標號水泥 200 萬噸。生產線主機設備以國產為主，關鍵部件由國外引進，生產控制引進 ABB 公司 DCS 集散型計算機控制系統。年電費成本在 1 億 2 千萬元。2011 年公司決定建設用電及能效管理信息系統，以實現對企業用能體系的全面監測、分析和評估，優化水泥生產工藝用能過程，科學、合理地制定企業能耗考核標準和考核體系，通過計算機和信息化精細管理，建設企業能源效率考核、評估體系，實現能源消管理的信息化、可視化，進一步提升企業能源效率管理水平。系統投入運行后，為企業用信息化管理實現節能降耗提供了有效的手段，通過調整、優化生產工藝和運行方式，保守測算年節約電費成本 3%。8 8、結語、結語 節能工作不僅是對某個設備和工藝的改造，而是對企業全系統用能過程的優化，采用能效管理信息系統可以對企業能源效率水平進行全面監測、分析和評估，找出生產過程中能耗問題根源所在，科學、合理地制定生產工藝流程、建設能耗考核標準和體系，有針對性地制定節能改造方案，是企業節能增效工作的基礎和技術方向。