摘要: 節能減排是冶金工業發展的必然趨勢。本文針對我國冶金工業能源管理所面臨的現狀和需求進行了詳細描述，分析了采用物聯網技術實現冶金工業能源管理、促進節能減排的必要性，并給出了基于物聯網的能源管理系統架構。

關鍵詞:物聯網，冶金工業，能源管理

1 引言

冶金流程工業在我國國民經濟中占有重要經濟地位。2007年鋼鐵企業完成工業產值占全國GDP的4%，占工業企業利潤總額的9%。2008年粗鋼產量占全球產量的38%。冶金行業是我國的耗能大戶，屬于典型的高耗能的產業，是我國節能減排工作的重點。

物聯網是泛在感知的通信網絡，可以通過傳感器感知物體自身和周圍環境信息，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、可大規模部署等優勢。物聯網技術的大規模應用，為冶金流程工業生產管理監控提供了一種新信息采集、信息傳輸、信息融合處理手段，為冶金流程工業的節能降耗提供技術支撐。

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

2 冶金流程工業對能源管理需求迫切

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

我國鋼鐵企業產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%,比發達國家低 10個百分點。鋼鐵行業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，節能減排任重而道遠。產品成本控制水平和技術落后、產品總體品質不高、自動化水平較低、信息集成度低，導致產業國ji綜合競爭力處于劣勢。因此，高能耗流程工業的節能減排工作就顯得尤為重要和迫切。

我國冶金流程工業能耗居高不下，關鍵原因在于缺乏多方面、有效的能耗監測于段，導致冶金流程工業在資源使用、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。

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

1）無法對運動、旋轉的設備進行監測

流程工業中存在大量處于運動、旋轉狀態的高能耗設備，如電機、泵等設備，無法采用傳統的監測手段獲取這些設備的運行狀態信息，因此也就無法獲取其能耗信息。

2）無法實現多測點、多變量的能源監測

企業級的能源管理和優化受困于沒有有效的分布式多測點、多變量的能源監控手段，無法按照生產運行和能源使用規律，穩定優化能源的供需平衡，充分利用二次能源，實現整個企業系統的、全局的優化節能。

3 冶金流程工業能源監測技術研究現狀

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

國外鋼鐵企業的能源管理系統主要經歷了3個不同的歷史發展階段：

1）單一能源介質能源管理。從六十年代中期開始，國外發達國家的一些鋼鐵企業就開始根據二次能源的不同種類設置了一些能源管理信息系統，分門別類地對各種能源介質進行監視和控制。

2）綜合考慮多能源介質的管理。70年代后，國外學者和工程技術人員開始采用系統分析的方法把各個設備，各生產工序及各個廠礦的能源生產和能源使用聯系起來，考察整個能源系統的能源消耗。各鋼鐵企業開始建立能源系統模型，研究能源的投入產出，生產優化，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整以及負荷預測等技術仍是國外各大鋼鐵生產企業研究的重點和難點。

在能源系統監測方面，目前的監測手段不能滿足能源管理系統的需求，特別是在一個大型聯合企業能源管理系統中，亟需一種低成本的技術手段來實現對設備運行參數的在線監測，進而以能源管理為目的，對系統效率進行建模分析，為企業能效評估與分析、能源優化配置和調度提供支持。

4 基于物聯網的能源管理系統

針對流程工業能源管理，采用物聯網技術可以實現傳統技術手段無法實現的多測點、多變量、多方面有效的能耗監測，為流程工業的能源管理提供新的技術手段和完備的監測平臺，形成一個集過程監控、能源調度、能源管理為一體的能源管理系統，對各種能源介質進行集中監控、統一調度和平衡優化，對無人值守站所設備進行遠程操作和控制。

采用物聯網技術，可以以較低的安裝、維護成本實現對各類大量能源介質的在線監測，構建現場數據采集后傳遞給數據傳輸服務器的工業網絡，實現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據采集進入系統，供監視、報警、數據分析、數據計算、數據統計等用。

在基于物聯網的能源管理系統中，通過傳感器感知生產過程、電力系統、動力系統、給排水系統等的能源介質信息，通過FRID技術實現物料等的信息感知，構建整個能源管理系統的信息感知平臺，并實現海量信息的傳輸；結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據進行處理，支持多協議轉換和信息集成，為能源調度和監控提供數據支持。

5 安科瑞工業能源管理系統介紹

安科瑞工業能源管理系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

5.1 系統結構

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業、木材、化學原料以及機電設備、電器產品、工器具制造等。

5.3 系統功能

系統需求主要包括：

● 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，就可實現3D模型的數據展示，包括系統構成、監測數據綁定、控制命令集成，支持數據實時刷新和設備遠程啟停。

● 空壓機子系統

監測空壓機系統的用能，設備啟停狀態，運行時長，頻率，出氣量，比功率等數據。

● 污水處理子系統

監測污水處理子系統的用能，液位，設備啟停狀態，運行時長，系統總體的效率。

● 軋機冷卻水循環系統

監測軋機冷卻水循環系統的用能，設備的啟停狀況，出水回水的溫度等。

● 空調冷熱水系統

監測空調冷熱水系統的用能，設備啟停狀態，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據

5.3.2 空壓機子系統

實時展示空壓機子系統各主要設備能耗，電參量，報警，比功率等數據。

5.3.3 污水處理子系統

實時展示污水處理子系統各主要設備能耗，電參量，報警等。

5.3.4 軋機冷卻水循環系統

實時展示軋機冷卻水循環系統各主要設備能耗，電參量，水位，報警等。

5.3.5 空調冷熱水系統

實時展示空調冷熱水系統各主要設備能耗，溫度，電參量，報警等。

6 結語

緩解我國資源壓力，改善生態環境，扭轉過多依靠物質資源消耗的增長方式，是工業領域的社會責任；加快工業節能環保技術進步，是提升中國產品和產業國ji競爭力的迫切要求。冶金流程工業的節能減排，必須緊跟信息技術發展的腳步，以物聯網等新技術的應用為切入點，充分發揮其技術優勢，以較低的投資和使用成本實現對工業全流程的“泛在感知"，獲取傳統由于成本原因無法在線監測的重要工業過程參數，并以此為基礎實施優化控制，來達到提高產品質量和節能降耗的目標。

參考文獻

[1] 王萌，蘇藝.鋼鐵工業節能減排技術及其在國內的應用.環境工程，2010(2):59-62.

[2] 王忠鋒，于文召，未珍，李力剛，黃劍龍.物聯網在冶金工業能源管理中的應用[J]

[3]安科瑞企業微電網設計與選型手冊.2020.06版.