安科瑞魯一揚15821697760

摘要

鋼鐵行業作為能源高密集型產業，在能源利用和碳排放方面面臨嚴峻挑戰。于 “雙碳” 目標背景下，強化鋼鐵企業能源管理、提升能源利用效率，對推動行業綠色發展、達成碳中和目標具有重大現實與深遠歷史意義。為此，本文提出構建適配企業發展的智慧能源管理平臺，其以綜合能源協同利用為核心，借助精細化計量、科學核算與智能調控手段，有效降低碳排放和用能成本。

關鍵詞

碳中和；碳排放；智慧能源

1. 引言

當前，我國在碳中和與降碳方面已獲顯著進展。政府積極推動雙碳工作，采取系列節能減排和低碳發展措施，全國碳市場建設穩步推進，為企業減排溫室氣體、促進行業綠色低碳轉型搭建重要平臺。同時，社會各界對雙碳工作關注度持續提升，積極參與降碳、減污、擴綠、增長行動，推動生產生活方式低碳化、綠色化 [3]。然而，我國在碳中和與降碳工作中仍面臨挑戰與不足。其一，產業低碳轉型受穩增長、降成本、促創新等多重約束，在轉型進程中，如何在保障經濟增長同時降低碳排放、提高能源利用效率、推動技術創新和產業升級是亟待解決的問題。其二，能源結構調整是重大挑戰，我國能源消費仍以化石能源為主，加快清潔能源發展，解決能源安全保障、機制理順和技術創新問題是實現碳中和目標的關鍵 [4]。最后，區域發展不平衡加大了雙碳工作統籌協調難度，不同地區經濟發展水平、資源稟賦和產業結構存在差異。因此，構建一套契合企業發展、滿足綜合能源協同利用且能有效降低碳排放和用能成本的智慧能源管理平臺意義重大。

1.1 現代企業智能化能源管理系統的控制與服務方向

工業制造業和能源產業作為我國社會經濟支柱產業，近年來面臨產業結構不合理、能源消耗高等問題?；诜謱邮侥茉磾祿?a target="_blank">信息管理系統，現代企業智能化能源控制與服務主要涵蓋數據采集、篩選處理與分析，以及生產設備在線監視與控制、能源消耗與利用等管理方向。

1.1.1 數據采集、篩選處理與分析

能源管理控制系統的信息采集層，利用現場采集儀表、異構通訊采集設備等，實時采集生產工藝、能源消耗與應用數據信息，并通過現場控制中心對采集層信息進行簡單篩選與處理，為生產工藝與流程監視、報警提供參考依據。

1.1.2 生產設備在線監視與控制

工業或熱電企業生產中的能源消耗監測，主要通過能源管理控制系統收集內部不同生產設備的數據信息，包括產品生產運行信息、能源使用信息，整合多種生產設備實時監控信息，并與過限報警、故障報警裝置連接，實現生產設備安全運行中的能源信息監控目標。

1.1.3 能源消耗與利用

工業能源消耗數據的處理與管理，依據能源管控系統的數據處理層、決策層，對電力、燃氣、蒸汽與壓縮空氣等能源進行全面監控、處理與分析。然后利用能源消耗、能源調度的監控數據，作為生產設備監測、能源消耗預測、能源負荷平衡、成本控制與優化的依據，完成一系列能源數據的決策應用。

2、軟件模塊設置

現代企業智能化能源管控平臺主要基于 Windows 操作系統、SCADA 數據采集與監視控制軟件，開展現場設備的硬件數據測量、運行數據采集、自動化監控控制、信號報警等工作。在這一能源消耗與應用管理任務執行過程中，由域服務器、其他管理與備份服務器支持，在 SCADA 網絡數據采集、處理與管理系統中設置信號濾波、量程轉換、用戶腳本執行、事件記錄、報警檢查、歷史存儲等組件。

智能化能源管控平臺的軟件系統結構

隨后借助網絡計算機、PLC 可編程邏輯控制器、RTU 遠程終端單元、Web 服務器等軟硬件，搭建能源管控系統后臺、交互的人機界面 (HMI)。當多種企業生產設備、電力或熱能能源子站接入網絡時，域服務器確定以下信息：(1) 此網絡計算機的 IP 地址是否屬于本域內；(2) 用戶賬號是否存在、登錄信息輸入是否正確，若有一項不正確則拒絕登錄；(3) 在域服務器中部署 DNS 服務，使用 DNS 解析子站域名，并通過域名轉換與子站主機的 IP 地址一一對應。

完成能源子站的用戶身份及權限驗證后，在 Historian 數據庫服務器、Oracle 服務器、PI 數據庫支持下，能源管控中心系統將數據采集、處理指令信號發送至報表系統、Web 發布系統等，再使用智能化電子令牌異構控制模塊，將企業生產現場設備運行數據、能源消耗數據傳回多個管理服務器端口。

3. 智能化能源管理系統在企業中應用的能耗控制功能實現

在 Historian 數據庫服務器、Oracle 服務器、PI 數據庫等硬件，以及 B/S 架構、MyEcplice 開發工具、MySQL 關系型數據庫系統支持下，搭建用于數據信息存儲、數據傳輸與操作指令控制、用戶服務的智能化能源管控系統。

3.1 總配電子系統

電力配電系統 (TN - C) 為三相三線、三相四線制配電系統，包括高壓配電線路、變電站、配電站、配電房等結構。在電力企業發電、電力輸送過程中，供電電源向不同用電區域、用電設備合理分配電力資源，配電子系統管理模塊可通過儀表能耗監測裝置，實時查看各支路用電情況、能源消耗狀況，包括系統產能、分表用能、環比負載等數據信息，以及整個配電系統拓撲結構的穩定性。

3.2 生產設備數據配置

選用生產現場儀表、無線智能電表、XL10 智能信號采集器，從電力生產企業的機器中采集生產機器運行、待機、故障、停機的運行狀態信號，獲取生產設備的實時電流、電壓、功率、故障等數據，并將生產運行數據上傳至電力服務器，或經由不同區的網絡交換機端口，傳回至智能化能源管控中心。

3.2 能耗報表指標分析

利用現場儀表、數據采集器、異構通訊采集器等設備，收集日、周、月、季度等周期的生產用能數據，并通過 Modbus 協議、DL/T645 協議、HTTPS 協議、I/O 接口等，將實時監測到的系統不同周期能耗、噸煤能耗情況傳回至智能化能源運維管理平臺，對錄入的數據指標整合為能耗統計報表，提供數據報表下載和導出功能，分析并反映各單位月度或企業的用能情況、能耗利用效率。

3.4 故障信號報警 / 預警

在電力企業的上位監測站中，布置高壓開關觸頭、溫度傳感器、感煙傳感器、XL10 智能信號采集器，并設置設備過限預警標準、能耗需量報警值，監測不同時間點、不同系統支路的生產運營情況，掌握電力生產最大負載下企業系統可能發生的設備故障、能源消耗與利用過限等問題，并提出針對性的問題改進與解決方案。

4. 智能化能源管理控制系統的網絡組織架構、功能、軟硬件組成

4.1 能源管理控制系統的網絡框架結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自行配置的服務器上。搭建完成后，客戶可在任意能與局域網聯通的地方，使用有權限的賬號登陸網頁或手機 APP 查看各處運行情況。

系統分為三層：現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層

主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類儀表等，是構建配電、耗水、耗氣系統的基本組成元素，承擔采集數據的重任。這些設備包括本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層

包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換、數據存儲，通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層

包含應用服務器、WEB 服務器和數據服務器，一般應用服務器和 WEB 服務器可合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

首先第一層為企業能源數據采集層，利用生產現場計量儀表、AI 異構通訊模塊、數據板卡 ME 等，收集產品生產的工藝信息、設備運行信息、能源使用信息，完成工業生產控制系統內的正向數據采集。

而后在工業級交換機、單模光纜等網絡設備支持下，采用環形、星形相結合的網絡結構，建立不同自動化監控系統之間的網絡連接，進行主站點、子站點等生產單元的數據信息傳輸控制。由 EMS 能源管理控制系統向企業內的產品生產、工業制造車間發送指令信號，實時傳輸某一周、某一月的生產能源消耗信息，包括能源設備運行狀態、能源介質總用量等信息，各車間的現場控制中心負責指令信號響應、能源消耗數據采集處理，并逆向傳送相關的響應數據。

第二層為數據運算、處理與調度層級，通過通訊管理機進行數據信息處理、運算后，存儲至數據庫服務器中。

最外層為能源數據決策應用層，包含中央交換機、客戶端、工程師站等組成結構，其中中央交換機作為數據流轉換、能源管理功能的控制核心，建立數據集中處理與分析的數學模型，通過各主站點、子站點生產單元的傳輸數據計算，得出生產設備控制數據、成本優化數據、能源預測與平衡數據、能源負載與綜合利用數據等結果。

這里智能化能源管控子站的數據采集系統，包含 CPU 控制終端處理器、異構通訊采集設備、生產現場儀表、TCP/IP 通訊協議、AI 異構通訊模塊、EN2T 以太網通訊模塊等硬件設施，用于主站管理控制系統、各子站系統的網絡連通，以及 PLC 控制器、網絡交換機之間的設備對接。

根據上述 EMS 智能化管控系統的網絡硬件結構可知：智能化能源管控子站的 services 服務系統，在能源管控中心主結構下，設置基礎能源管理服務器、GIS 地理服務器、Web 發布服務器、ICV 網絡管理服務器、I/O 服務器、備份服務器、目錄服務器、PI 實時數據庫等任務處理模塊。

在此基礎上，將不同能源子站接入網絡防火墻、220V 雙路供電電網，通過以太網通訊模塊、AI 異構通訊傳送，形成能源子站 UPS 運行信號、ICV 服務器管理系統的連接，并完成二者之間企業生產運行數據、能源消耗數據的傳輸發送。當 UPS 運行信號發生故障時，基礎能源管理服務器、ICV 網絡管理服務器等模塊向智能化能源管理控制總系統發出過限報警、故障報警信號，便于專業技術人員及時處理問題。

5平臺設計與功能

5.1 系統平臺設計

智慧能源管理平臺采用去中心化的分布式網絡構架設計（如圖 2 所示），采用 B/S 模式，實現云端建模、設計及部署，簡化客戶端維護工作，為以業務模式為基礎的功能模塊擴展提供軟件支撐基礎。滿足集團海量實時數據的存儲和處理要求，系統中的歷史數據永不刪除，不會因數據量增加影響存儲和訪問速度。遵循系統應用插件規范進行二次開發，開發的功能模塊插件可無縫配置到應用界面中使用。

5.2 系統實施

每家工廠實施能碳管理系統建設時，首先要制定符合管理要求的能碳管理架構，該架構可隨管理需求靈活調整。能碳管理架構可按照廠區、車間、生產線配置，將能耗數據與管理架構關聯，全面展示能源管理的范圍和深度。

功能

AcrelEMS 企業微電網能效管理系統基于行業特點細分，提供能效管理解決方案，支持有線 / 無線方案接入各類智能設備，并提供多種第三方系統接口協議，融合企業微電網電力監控、能耗統計、電能質量分析及治理、智能照明控制、主要用能設備監控、充電樁運營管理、分布式光伏監控、儲能管理等功能，通過一個平臺實現對企業電網的全局、整體集中監控、統一調度、統一運維，滿足企業用電可靠、安全、節約、有序要求。平臺支持中英文切換，已應用于多個行業和地區用戶側能源管理和電力運維平臺，單個平臺已接入 1600 多個用戶變電所數據，提供能源分析和運維管理功能。

圖3AcrelEMS能效管理平臺應用

電力監控

對企業高低壓變配電系統的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關設備的電氣參數、運行狀態、接點溫度進行實時監測和控制，監測企業微電網主要回路的電能質量并進行治理，對故障及時處理并發出告警信息，提高企業供電可靠性。

圖4電力監控功能

能耗分析

采集企業電、水、燃氣等能源消耗，進行分類分項能耗統計，計算單位面積或單位產品的能耗數據以及趨勢，對標主要用能設備能效進行能效診斷，計算企業碳排放，為企業制定碳達峰、碳中和路線提供數據支持。

圖5能耗分析功能

照明控制

智能照明控制功能可以根據企業情況實現定時控制、光照感應控制、場景控制、調光控制等，并結合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現人來燈亮、人走燈滅，并可以根據系統的控制策略實現集中控制，為企業節約照明用電。

圖6照明控制功能

分布式光伏監控

監測企業分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數據、光伏發電效率分析、發電量及收益統計以及光伏發電功率控制。

圖7分布式光伏發電監測

儲能管理

監測儲能系統、電池管理系統(BMS)和儲能變流器(PCS)運行，包括運行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據企業峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能系統的充放電策略，控制儲能系統充放電，實現削峰填谷，降低企業用電成本。

圖8儲能管理

充電樁運營管理

監測企業充電樁的運行狀態，提供充電樁收費管理和狀態監測功能，并根據企業負荷率變化和虛擬電廠的調度指令調節充電樁的充電功率，使企業微電網穩定安全運行。

圖9充電樁管理

自定義駕駛艙

可根據用戶的關注點自行繪制所需的駕駛艙頁面，包括能源預收費、充電樁運營、電梯、空調、照明等各種設備的能耗統計、收益統計、運維情況等。

圖10能源物聯網駕駛艙定義

數據采集和數據監測

實時監測各配電柜的電壓、電流等電力參數，實現遙測、遙信、遙控。實時監測各配電室溫濕度、煙感、水浸等環境參數。監視變壓器的運行狀態及用能參數，測算損耗，找出經濟運行區間，降低能源損耗。

圖11數據采集和監測

能耗統計分析

主要是對能耗的數據、能耗分項以及區域能耗和能耗指標等進行統計。其中還包含總能耗定比,也就是指實際消耗的能量所占據總能量的百分比,并利用各種圖形的方式進行表示，用于綜合能耗分析。

圖12能耗統計分析

電氣和消防安全管理

接入電氣火災探測器、無線測溫傳感器、智能斷路器等設備，對配電回路的剩余電流、線纜溫度等火災危險參數進行實時監控和管理。在消防水池、消防水箱等地方安裝消防水位表，檢測消防水位的變化；消防水管、噴淋等地方安裝消防水壓表，檢測消防管道的壓力。在家庭、賓館、公寓等存在煙霧、可燃氣體的室內場所，安裝獨立式煙感或可燃氣體探測器，檢測這些場所是否存在煙霧和可燃氣體。

圖13電氣消防安全管理

能源收費管理

適用于物業租賃方對出租物業的能源收費管理，支持水電一體化收費管理，具備租戶開戶、銷戶、退差操作，支持分時電價和階梯電價設置和功率過載閾值設置，可對接支付應用程序實現自助支付。

圖14能耗收費管理

充電樁運營管理

當用戶要管理多個充電站的充電樁時可把充電樁自助接入平臺，實現對充電樁狀態的監測和掃碼、刷卡充電收費管理。在用電高峰期如充電負荷過高超出供電變壓器承受范圍還可以自動設置充電功率限制或新增充電限制，或投入新能源，確保能源供應安全。

圖15充電樁運營管理

照明控制管理

可遠程控制照明設備的開關，并可以根據光照度、經緯度日出日落時間和時間設置策略來自動控制燈光，節約照明能源。

圖16照明控制管理

碳排放分析

統計用戶的碳排放量并追蹤碳排放足跡，提供碳排放清單，進行配額核算和配額考核。

圖17碳排放分析

4.3硬件設備組成

不同工業及能源企業的智能化能源管理系統，通常為環形網絡連接、星形網絡連接的結構，形成層級式連接的工業環網，其中管控中心主站點負責下屬多個子站的控制，具體能源管理系統的子站環網結構如下圖2所示。

類型	型號	外觀	產品功能
中高壓微機保護裝置		AM6、AM5SE	實現110kV至10kV回路的保護、測量和自動控制功能
電能質量在線監測裝置		APView500	實時監測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波等電能質量，記錄各類電能質量事件，記錄事件發生前后的波形，輔助用戶分析電能質量發生的原因,定位擾動源。
動態諧波無功補償系統		AnCos*/*-G Ⅰ型	同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩定電壓的功能,響應時間快，精度高、運行穩定，能根據系統的無功特性自動調整輸出，動態補償功率因數；
計量電能表		DTSD1352	具有全電量測量，電能統計，80A內可直接接入，導軌安裝。
費控電能表		DDSY1352-Z	計量單相用戶電流、電壓、分時電能，復費率設置，適用8種季節模式、8個時段費率、14個時間段設置，內置分斷開關，可分斷60A以內單相電流，支持射頻卡刷卡或遠程充值。
費控電能表		DDSY1352-XDM	單相預付費電能表，支持1路單相進線，3~5路單相出線，分別用于照明、插座、空調、衛生間等獨立控制，具備惡性負載識別功能。
費控電能表		DTSY1352-Z	計量單個三相用戶電流、電壓、分時電能，復費率設置，適用8種季節模式、8個時段費率、14個時間段設置，內置分斷開關，可分斷80A以內三相電流，支持射頻卡刷卡或遠程充值。
費控 多用戶表		ADF400L-Y	最多計量36個單相回路或者12個三相回路的電能計費，具備分時電價復費率設置，內置分斷開關，可分斷80A以內三相電流?？筛鶕脩魯盗拷M裝模塊數量。
物聯網儀表		ADW300W	主要用于計量中低壓配電的三相電氣參數，采集狀態量并控制斷路器，可靈活安裝于配電箱內，自帶開口式互感器，可實現不停電安裝，具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能，適用于配電系統數字化改造。
單相電子式計量表	ADL200		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量?？傠娔苡嬃浚ǚ聪蛴嬋胝颍?個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。
三相電子式計量表	ADL400		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C 分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。
單相預付費電表	DDSY-4G		單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
三相預付費電表	DTSY-4G		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率最大需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。
多功能電力儀表	AEM96		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、最大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	AEM72		三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、最大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史極值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU 協議
	ACR系列		三相所有電力參數、最大需量記錄（ACR320EFL）、分時電能統計及12月電能統計、日期時間顯示、LCD顯示、RS485通訊，事件記錄。 通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
	APM系列		全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及最大需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網
直流電能表	DJSF1352		1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。
智慧用電監測裝置	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、 Hz、cosΦ），視在電能、四象限 電能計量，單回路剩余電流監測， 4 路溫度監測，2 路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳
電氣防火限流式保護器	ASCP200-40B		可實現短路限流滅弧保護，過載限流保護、內部超溫限流保護、過電壓保護、漏電監測、線纜溫度監測等功能，1路RS485通訊，1路GPRS（或NB）無線通訊，額度電流0-40A，額定電流菜單可設
故障電弧探測器	AAFD-DU		監測故障電弧、漏電、溫度 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出
電瓶車充電樁	ACX系列		充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電，
汽車充電樁	AEV_AC007		額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方式：4G、藍牙、Wifi 30KW、600KW、120KW多規格可選
電氣接點在線測溫裝置	ARTM-Pn		可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度
ATC600		ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置?？山邮?40個無線溫度傳感器溫度
智能光伏采集裝置	AGF-M系列		光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態監測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量最大電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓最高DC 1500V
三遙單元	ARTU系列		可擴展DIDO以及多路模擬量輸入輸出單元。 通訊方式：RS485接口，Modbus協議。可擴展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網
智慧照明	ASL200系列		遙控輸出 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出

5、結論

展望未來，智慧能源管理平臺將成為企業能 碳管理的重要工具。隨著技術的不斷進步與應用的深入，這一平臺將不斷優化和完善，為企業提供 更加全面、高效的能源管理服務。 同時，企業也將 通過智慧能源管理，實現可持續發展，為構建綠色 低碳的社會環境貢獻力量。

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審核編輯 黃宇