摘要：为了改善目前水泥行业能耗高、节能效果不佳以及能效管理信息化、智能化融合不够深入，能效管理系统达不到预期的管理及节能效果的现状，文章提出了融合物联网、大数据分析技术的能效监控及分析平台，最终达到了水泥行业能效管理层面的自动化、信息化、智能化，节能降耗层面的高效性、多样性和可持续性。
　　关键词：水泥行业;节能降耗;能效管理;物联网;大数据分析技术
　　水泥是我国主要高耗能行业之一，占全国能源消耗总量的7%。在水泥企业中能耗成本占生产成本近40%～70%，与国际先进水平相比，主要单位产品能耗指标目前仍普遍高15%～20%。主要存在的问题为能源利用效率低、节能改造没有达到预期效果，能效管理信息化、智能化等“两化”水平低，能效分析手段不够丰富，能效管理平台与节能改造没有形成一个有效的融合。因此需要一个能够针对水泥行业的、能够涵盖能效管理全方位的能效管理系统解决方案。
　　1能效管理方案综述
　　本方案立足于水泥行业能效管理现状，通过添加或优化煤、电、油的能源数据采集及监控子系统，实现从厂区、水泥生产线、生产工艺到磨主电机等高能耗设备的四级能耗监控，达到能耗过程的透明化、可视化;在监控系统之上添加专业的基于大数据的能效管理及分析平台，用于实现能效大数据的全面分析与管理，建立能够反映具体能效水平的能耗指标评价体系，旨在解决目前企业能效管理方面存在数据实时性不高、能源管控不到位、能源优化调度不完善、能效管理与分析不深入、系统功能单一等问题，提高企业节能降耗的技术水平和创新能力，提升企业管理的信息化、智能化水平;根据能效管理系统提供的数据分析做支撑进行有效的能源优化及更切合实际的节能改造，最终形成一个如良性且闭环的能效管理体系，使企业达到节能降耗、降低生产成本、提高竞争力的目的。
　　2能效管理方案实现
　　该方案的整体功能由数据采集及控制层、能效监控层、能效数据分析层三部分来实现。
　　2.1数据采集及控制层
　　2.1.1数据采集部分。用于对能效管理相关的基础数据的采集，包括原料破碎、生料制备、熟料锻烧、水泥制成等生产工序类的相关工艺参数以及包括生活区、厂房等耗能对象的能源类相关参数。概括为以下三类：
　　工艺参数类：包括各主要工序环节的温度、压力、湿度、含尘浓度、气体成分等，如窑尾预热器一级旋风筒出口含尘浓度和气体成分在线检测、窑头窑尾余热利用温度和气体流量在线监测、回转窑温度在线监测、水泥磨内温度和湿度在线监测、磨辊温度在线监测等。
　　质量参数类：包括各类原燃料成分、生料成分的检测。石灰石等各主要原料的成分检测、生料分析、煤质分析等。
　　能源使用类：包括煤、电、水、气的计量，此部分作为能效管理系统最重要的采集内容，范围覆盖厂区、水泥生产线、各工序和重点能耗设备的四级能耗计量。其中电量的采集在能源类占的比重最大，计量点分布广泛，主要包括以下三个子系统的计量内容：
　　第一，供配电系统。包括总降站及各生产线电力室的进线、重要出线、馈线且含低压侧损耗部分，实现区域用电、产品线用电、工序用电及设备端用电的四级监控。从原料破碎、“两磨一烧”到包装发运的每一个工艺环节以及从石灰石破碎机，循环风机、磨主电机到熟料皮带机等每一个高耗能生产设备，都做到逐级有序的计量与监测。主要监测数据包括电度量、三相电压、三相电流、功率、频率、功率因数等参数。对于重要负荷会添加电能质量监测仪进行电能质量监视，可以及时发现电能质量问题，并对供电设备遥信信号、报警信号进行采集，实现设备运行的透明化。
　　第二，空调系统。对水泥厂空调站的锅炉、泵、冷却塔、空调等高耗能设备进行电度量及设备运行状态的采集，做到实时监控，并采集电机的电流、电压、功率、谐波等数据，分析电机的运行情况是否正常，及时改善电机的运行状态。
　　第三，压缩空气。采集空压机设备的电度量、报警信息及设备运行状态，对空压机进行远程实时监控，能够控制电机的启停，采集电机的电流、电压、功率、谐波等数据，分析电机的运行的情况是否正常，及时改善电机的运行状态。
　　2.1.2智能控制及能效优化部分。增加智能总控单元、就地显示单元、变频调速单元、电能质量提升单元、余热利用等成套设备，并与上层能效监控及分析系统相结合，通过对影响用能负荷参数的自动采集、传输、存储、汇总和分析，及时调整和优化供能系统的运行，实现智能起停机、负荷分配、按需供能、提升供能质量、设备运行调节、余热发电等功能，并最终达到用能优化、降低能耗。主要包括以下三个实现模块：
　　第一，供配电系统。对于负载变化较大的高压电机，比如原料磨的循环风机、磨主电机等，根据设备的负荷变化及运行工况进行变频改造，提升用电效率，并关注低压侧的电机的负载情况，低压变频改造价格低、投资回收期短且节能效果明显，应优先考虑。
　　第二，电能质量提升。部分10kV高压设备如水泥磨、破碎机的冲击负荷高，电压波动范围大，应采用响应时间较快的无功补偿装置，做到无功补偿动态响应，改善厂内电能质量，提高功率因数。并覆盖低压侧变压器与用电设备的无功补偿，尽量做到就地补偿，做好功率因数和无功补偿实时监控工作，减少电能损耗。
　　第三，智能控制。采用智能控制单元PLC+人机界面的控制技术，根据用户实际情况自动设置设备开机时间，并进行动态调节动力设备的输出，保证空调系统等随时处于最佳运行状态，减少设备机械损耗，减少维护量，延长系统寿命。
　　2.2能效监控层
　　能效监控中心作为整个方案成果的重要展示平台，由能源流监控工作站、生产工艺流监控工作站、供配电监控工作站、动力系统监控工作站、建筑能耗监控工作站等多个分项分类的能源监控工作站以及工业库、服务器、大屏幕系统等基础设施组成。通过对生产运行各个环节的能源介质（包括电、煤、水、汽等）的采集、存储、统计，能够在线监测整个企业的生产能耗动态过程，实现能源消耗过程的透明化、可视化，并通过总控单元和监控系统的逻辑控制功能对工艺和设备进行优化调节和过程控制，最终实现能源监控运行的信息化、智能化。
　　2.3能效数据分析层
　　能效数据分析层是在能效监控层之上，根据水泥行业的业务特点和应用场景，为了满足该行业不同用户的客制化需求，采用了分层组件式软件架构模式，专门服务于能效大数据分析和能效管理的Portal平台。
　　能效分析系统用于对能效监控系统所采集的各种能效数据进行全面的更深层次的多维度分析，掌握能源消耗的数量与构成、分布与流向，通过多种类比找出企业用能中存在的问题与不足，查清企业节能潜力。通过制定能源计划、能源实绩管理、产品单耗管理、能源成本管理、对标管理、能效分析等功能，建立企业的用能考核管理体系，并服务于能源审计和节能改造项目，为企业相关的节能项目提供数据及理论支撑，形成一个闭环的能效管理体系，最终达到持续改善企业用能环境，为企业提供更好的产品附加值。
　　3能效管理方案应用
　　四川某大型水泥厂拥有三条日产5000吨的熟料新型干法生产线，年产水泥600万吨，该厂是典型的用能大户，煤、电、水的费用合计占总成本的70%，能效管理很粗放，只具备较完善的一级计量，二级和三级计量都有很大的补充空间，且没有专门的能效管理系统，没有形成有效的能耗监控和数据分析，不能为企业的节能改造和实施方案提供科学合理的技术支撑，因此该企业所具备的节能空间和技改方案并没有最终的确认和执行。

　　2.1.2智能控制及能效优化部分。增加智能总控单元、就地显示单元、变频调速单元、电能质量提升单元、余热利用等成套设备，并与上层能效监控及分析系统相结合，通过对影响用能负荷参数的自动采集、传输、存储、汇总和分析，及时调整和优化供能系统的运行，实现智能起停机、负荷分配、按需供能、提升供能质量、设备运行调节、余热发电等功能，并最终达到用能优化、降低能耗。主要包括以下三个实现模块：
　　第一，供配电系统。对于负载变化较大的高压电机，比如原料磨的循环风机、磨主电机等，根据设备的负荷变化及运行工况进行变频改造，提升用电效率，并关注低压侧的电机的负载情况，低压变频改造价格低、投资回收期短且节能效果明显，应优先考虑。
　　第二，电能质量提升。部分10kV高压设备如水泥磨、破碎机的冲击负荷高，电压波动范围大，应采用响应时间较快的无功补偿装置，做到无功补偿动态响应，改善厂内电能质量，提高功率因数。并覆盖低压侧变压器与用电设备的无功补偿，尽量做到就地补偿，做好功率因数和无功补偿实时监控工作，减少电能损耗。
　　第三，智能控制。采用智能控制单元PLC+人机界面的控制技术，根据用户实际情况自动设置设备开机时间，并进行动态调节动力设备的输出，保证空调系统等随时处于最佳运行状态，减少设备机械损耗，减少维护量，延长系统寿命。
　　2.2能效监控层
　　能效监控中心作为整个方案成果的重要展示平台，由能源流监控工作站、生产工艺流监控工作站、供配电监控工作站、动力系统监控工作站、建筑能耗监控工作站等多个分项分类的能源监控工作站以及工业库、服务器、大屏幕系统等基础设施组成。通过对生产运行各个环节的能源介质（包括电、煤、水、汽等）的采集、存储、统计，能够在线监测整个企业的生产能耗动态过程，实现能源消耗过程的透明化、可视化，并通过总控单元和监控系统的逻辑控制功能对工艺和设备进行优化调节和过程控制，最终实现能源监控运行的信息化、智能化。
　　2.3能效数据分析层
　　能效数据分析层是在能效监控层之上，根据水泥行业的业务特点和应用场景，为了满足该行业不同用户的客制化需求，采用了分层组件式软件架构模式，专门服务于能效大数据分析和能效管理的Portal平台。
　　能效分析系统用于对能效监控系统所采集的各种能效数据进行全面的更深层次的多维度分析，掌握能源消耗的数量与构成、分布与流向，通过多种类比找出企业用能中存在的问题与不足，查清企业节能潜力。通过制定能源计划、能源实绩管理、产品单耗管理、能源成本管理、对标管理、能效分析等功能，建立企业的用能考核管理体系，并服务于能源审计和节能改造项目，为企业相关的节能项目提供数据及理论支撑，形成一个闭环的能效管理体系，最终达到持续改善企业用能环境，为企业提供更好的产品附加值。
　　3能效管理方案应用
　　四川某大型水泥厂拥有三条日产5000吨的熟料新型干法生产线，年产水泥600万吨，该厂是典型的用能大户，煤、电、水的费用合计占总成本的70%，能效管理很粗放，只具备较完善的一级计量，二级和三级计量都有很大的补充空间，且没有专门的能效管理系统，没有形成有效的能耗监控和数据分析，不能为企业的节能改造和实施方案提供科学合理的技术支撑，因此该企业所具备的节能空间和技改方案并没有最终的确认和执行。