工业领域能源管理系统的应用与实践
一、能源管理系统在工业领域的重要性
（一）应对能源供需矛盾
在当今工业蓬勃发展的时代背景下，能源供给与需求之间的矛盾日益凸显，已然成为制约工业进一步高质量发展的关键因素。从我国的情况来看，随着经济的持续增长，能源供求形势愈发严峻。据相关统计数据显示，我国已成为全球最大的原油进口国，2018 年石油净进口量 4.4 亿吨，对外依存度接近 70%，同时天然气进口超过日本，成为全球最大的天然气进口国，能源安全问题亟待解决。
工业领域作为能源最大的需求侧用户，其能源消费量和用电量均已占全社会比重约 70%，这意味着工业领域对于能源的使用情况，对整个能源供需平衡有着举足轻重的影响。而能源管理系统在缓解这一矛盾方面，发挥着至关重要的作用。
它能够通过对能源使用情况的实时监测、精准分析等功能，合理调配能源。例如，依据不同生产环节、不同时段的实际需求，将能源精准分配，避免出现某些环节能源过剩浪费，而有些环节能源又供应不足的情况，从而提高能源的整体利用率。通过这样的精细化管理，工业企业可以更好地应对能源供需不平衡的现状，保障自身生产运营的稳定有序，也为整个工业领域乃至全社会的能源稳定供应贡献力量。
（二）助力节能减排国策
节能减排作为我国的一项基本国策，在工业领域的落实有着极大的紧迫性。如今，我国面临着能源结构尚处于向清洁能源转型初期，碳捕集、利用和封存相关技术也尚不成熟等状况，而工业又是碳排放的重要来源，2022 年我国工业碳排放约 2888Mt，占总排放量的 28% 以上。所以，节能就成为了工业界降低碳排放的主要手段。
能源管理系统恰恰能通过精细化管理，助力工业企业达成节能减排的目标。首先，它可以进行全面的能源审计与监测，就像给企业做一场细致的 “体检”，清晰地呈现出每一个环节、每一台设备以及每一道工艺流程的能源消费情况，精准揪出能源消耗的 “大户” 以及存在潜在浪费的设备，为后续的节能降耗提供坚实依据。
在设备与工艺优化方面，能源管理系统能帮助企业识别老旧、高耗能的设备，促使企业及时进行更新换代，选用能效更高的设备，并对工艺流程加以改进，减少不必要的能源消耗。比如引导企业采用新型的节能型锅炉、电机等设备，优化生产流程，提升设备运行效率。
能源的回收与再利用也是重要一环，能源管理系统能提醒企业重视此项工作。例如支持企业利用余热回收技术，把生产过程中产生的余热进行回收，并应用到其他工艺流程中，提高能源的利用率；还可以辅助企业通过雨水收集、中水回用等技术，减少新鲜水的使用量，进而降低能耗。
同时，借助物联网和大数据技术蓬勃发展的东风，智能化能源管理系统正逐渐成为工厂转型升级的关键力量。它能够实时捕捉设备运行数据，深度分析并精准预测，实现能源调度的智能化和精细化，还可以预测设备维护周期，及时开展维护和保养工作，有效避免因设备故障导致的能源浪费情况出现。
而且，通过能源管理系统，企业可以密切关注国家和地方节能政策的动态，积极响应政府号召，充分利用节能补贴、税收优惠等利好政策，降低节能改造的经济负担，也可以借助碳排放权交易、绿色金融等市场机制，将节能减排转化为实实在在的经济效益，达成双赢局面，推动节能减排国策在工业领域更好地落地实施。
二、工业能源管理系统的主要功能
（一）数据采集功能
工业能源管理系统的数据采集功能至关重要，它主要依托各类传感器、智能仪表等现场监控设备来实现。例如，在电力数据采集方面，通过安装在配电室、配电箱等位置的电力仪表，能够实时监测电压、电流、功率、功率因数等关键参数；水表则可精准获取用水的流量数据，掌握企业各环节的用水情况；天然气表负责收集天然气的消耗数据，为能源使用分析提供依据。
这些现场监控设备如同一个个 “触角”，可以对电力、水、天然气等不同能源数据进行准确、及时的采集。它们能够按照设定好的时间间隔，自动实时或定时收集相关数据，并经过滤波、检出等处理，将有效数据传输出来，实时地更新数据库，为后续的监控以及进一步的分析提供最基础的支撑，确保整个能源管理系统可以依据可靠的数据来开展工作，助力企业更好地了解能源使用动态。
（二）数据存储功能
数据存储功能是工业能源管理系统稳定运行以及数据有效利用的关键环节。在设计数据存储时，要充分考虑扩容性，毕竟随着企业的发展以及时间的推移，能源数据量会不断增加，预留足够的扩容空间才能保证系统后续能持续正常存储数据。
分层设计也是要点之一，例如可以按照不同能源类型、不同部门、不同生产环节等维度来进行分层，对不同单位、不同类型的数据存储进行合理分配，像将电力数据、用水数据、用气数据等分别存放于对应的逻辑层次中，方便后续的分类调用与管理。
同时，数据安全性不容忽视。要通过多种技术手段，例如设置访问权限、数据加密等方式，保障存储的数据不会被非法获取、篡改或丢失。而且，像有的系统会采用先将从终端获取到的数据存到对应数据类型的堆表，再按一定规则转换为索引组织表存储于数据库中，并进行备份操作等方法，来确保数据能被妥善保存和随时调用，为企业长期的能源管理工作筑牢数据根基。
（三）数据应用功能
工业能源管理系统具备多样化的数据应用功能，以此满足不同层级管理者对于数据应用的多样化需求。
能源监视功能可让管理者实时查看各能源使用环节的具体情况，比如通过可视化界面直观了解不同车间、不同设备当下的能源消耗数值及状态；能源分析功能则借助大数据技术，对收集来的海量能源数据进行深度剖析，找出能源消耗的规律、异常点以及潜在的节能空间等；能源看板以图表等直观形式展示关键能源指标，便于管理者快速掌握整体能源态势。
统计分析功能能够按照日、月、年等时间维度，或者不同区域、不同设备等分类维度，对能源数据进行统计，生成相应的报表，像能耗明细报表、设备能耗综合报表等，辅助了解能源消耗趋势；监控预警功能通过设置合理的阈值，当能源数据超出正常范围时，及时发出预警信息，提醒相关人员关注并采取应对措施，避免能源浪费或者因能源问题影响生产等情况发生，从而为管理者在能源管理决策过程中提供有力的数据支撑，帮助企业科学合理地调配能源，实现降本增效等目标。
三、工业能源管理系统带来的效益
（一）成本节约效益
在当下的工业生产中，能源成本占据了企业运营成本的较大比重，而工业能源管理系统在帮助企业节约成本方面发挥着显著作用。
一方面，通过对能源消耗的细致监控和精准分析，它能够敏锐地发现并削减那些不必要的能源开支。比如，在一家大型制造工厂里，能源管理系统实时监测各个车间、每条生产线以及每台设备的能源消耗情况，通过对长时间积累的数据进行分析，发现某些设备在非生产时间段仍存在待机耗电的现象，还有部分生产环节由于工艺参数设置不够合理，导致能源消耗超出正常水平。借助系统提供的详细数据，企业管理者能够针对性地制定改进措施，如设置定时关机、调整工艺参数等，从而减少了这部分不必要的能源浪费，实现成本的降低。并且，在能源价格不断上涨的今天，每一笔能源成本的节约都能直接转化为企业利润的增加，积少成多后，对企业的经济效益提升有着不可忽视的作用。
另一方面，工业能源管理系统具备的定时控制和自动化功能更是进一步消减成本的有力 “武器”。以工厂的照明系统为例，通过系统的定时控制，能够依据不同车间的生产排班情况，精准地在上班时间开启照明，下班时间自动关闭，避免了长时间的无效照明造成的能源浪费。再比如一些设备的自动启停功能，根据生产任务的安排和实时进度，系统自动控制设备在需要工作时启动，任务完成后及时关闭，确保仅在必要时使用能源，大大提高了能源的利用效率，让企业在能源支出方面更加精打细算，进而增强了企业在市场中的成本竞争力。
（二）生产效率提升效益
工业能源管理系统所提供的数据和深入分析，对于优化生产流程、提升生产效率有着至关重要的作用。
例如，在一家汽车零部件制造工厂中，生产线上有着众多的机器设备协同工作。以往，由于缺乏精准的能源数据指导，设备的启停时间和负载分配往往不够合理，经常出现部分设备空转等待加工物料，或者某些设备在高负载下过度使用，不仅浪费了大量能源，还容易造成设备的过早损耗，影响整体生产效率。而引入能源管理系统后，情况得到了极大改善。系统通过实时采集各设备的能源消耗数据，并结合生产任务量、工序衔接时间等多维度信息进行综合分析，得出了最优的设备启停时间方案，使每台设备都能在恰当的时间启动和停止，减少了不必要的空转等待时间。
同时，在负载分配方面，系统依据设备的性能参数和实际能耗情况，对生产任务进行合理分配，确保各设备的负载处于最佳状态，避免了过度使用造成的能源浪费和设备故障风险。通过这样的优化措施，整个生产流程更加顺畅高效，单位时间内的产品产量得到显著提升，而且产品质量也因为设备的稳定运行而更有保障，使得企业在市场中能够以更高的生产效率赢得更多的订单和客户认可，实现了经济效益和市场竞争力的双重提升。
（三）环境责任履行效益
随着环境保护意识的日益增强，工业企业肩负着越来越重要的环境责任，而工业能源管理系统在这方面成为了企业的得力助手。
它通过对能源使用的精细化管理，有效减少了能源消耗。比如在钢铁生产企业中，以往粗放式的能源管理模式下，炼铁、炼钢等环节能源浪费现象较为严重，大量的煤炭、电力等能源没有得到充分利用就被消耗掉了。而应用能源管理系统后，企业可以实时监控各环节的能源消耗情况，精准找到能源浪费点，通过优化工艺流程、改进设备运行参数等措施，降低了能源消耗。
在减少能源消耗的同时，温室气体排放和其他环境污染物的排放也随之降低。以火力发电厂为例，能源管理系统帮助电厂优化发电机组的运行，提高发电效率，使得单位发电量所需的煤炭量减少，进而减少了二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放。这对于企业遵守日益严格的环境法规意义重大，避免了因超标排放面临的巨额罚款风险，同时也有助于塑造企业绿色、环保的良好形象，增强企业在社会公众中的认可度和美誉度，符合当下可持续发展的大趋势，更有利于企业在长远的市场竞争中立足。
（四）决策支持效益
工业能源管理系统所生成的详细报告和趋势分析，为企业的决策者们提供了关键且可靠的信息，助力他们做出诸多明智决策。
例如，在设备更新换代方面，系统通过长期对设备能耗数据的监测和分析，能够准确判断出哪些设备存在能耗过高、性能老化等问题，为决策者提供具体的设备清单以及相应的能耗对比数据。基于这些信息，企业管理者可以科学地决定是否对老旧设备进行更新，选择何种能效更高的新设备来替换，从而在提升生产效率的同时降低能源成本。
在能源购买策略调整上，系统提供的能源消耗趋势分析，能让决策者清楚了解企业不同时间段、不同生产阶段的能源需求情况。如果预测到未来某段时间生产任务增加，能源需求将大幅上升，管理者便可提前与能源供应商协商，争取更有利的采购价格和供应合同；或者在能源价格低谷时期，适当增加能源储备量，以应对后续可能的价格上涨，实现成本的有效控制。
对于新项目的能源需求预测，能源管理系统同样发挥着重要作用。在规划新的生产项目时，通过参考以往类似项目的能源消耗数据以及结合新项目的设计产能、工艺特点等因素，系统可以精准预测出该项目所需的各类能源量，帮助决策者提前做好能源供应规划，确保新项目在启动后能源供应稳定可靠，避免因能源供应不足影响项目进度，为企业的可持续发展和扩张提供有力的决策支撑。
四、工业能源管理系统的发展趋势
展望未来，工业能源管理系统有着诸多令人期待的发展趋势，将在工业领域持续发挥更为重要的作用。
智能化程度不断加深
随着人工智能和大数据分析技术的不断发展，工业能源管理系统将更广泛地运用这些先进手段。通过对海量能源数据的深度挖掘与分析，系统能够精准识别能源使用中的各类模式和趋势，提前进行能源消耗的预测，进而实现更优化的能源调配。例如，依据过往生产数据以及实时采集的信息，预测到某一生产环节即将进入高能耗阶段，系统可自动调整能源分配策略，确保能源供应的合理性与高效性，减少不必要的浪费，同时也极大地提高了系统的自动化程度，为企业节能降耗提供有力支撑。
集成化水平持续提升
未来的工业能源管理系统有望成为覆盖能源应用全流程，即供应、输配、消耗，以及全要素，包含设备、工艺、工况管理的综合能源管理系统。它会采用数据中台机制，将现有的独立运行的能源管理系统、变配电监测系统、环境监测系统和运维管理系统等进行集成整合，实现一个界面、一个数据库、一个 APP、一个账号的统一管理模式。如此一来，不仅能提高交互体验、简化操作难度，更能大大提升企业整体的能源管理效率，让管理者可以通过一个端口全面掌控能源相关的所有关键信息，实现一站式管理。
与更多新技术融合
一方面，随着工业互联网标识解析体系的不断完善，其在工业能源管理系统中的应用将更加深入。通过为每一个实体或虚拟对象赋予唯一的身份编码，并承载相关数据信息，实现实体和虚拟对象的精准定位、有效连接和实时对话，这有助于进一步优化能源管理系统中各环节的数据交互与协同，提升管理的精准性与实时性。
另一方面，边缘计算技术的融入也值得期待。边端的设备感知系统能够快速采集周围环境中的能源数据，并传输到边缘计算层进行初步处理，借助其具备的数据处理能力，筛选出关键信息后再传至云端和管理端做进一步分析，有效减轻了云端压力，提高数据处理效率，保障系统可以更迅速地响应能源管理中的各种需求，比如实时故障预警、快速调整能源分配策略等。
数字孪生技术也将在工业能源管理系统中大放异彩。通过在虚拟空间构建与实体工业场景一一对应的数字模型，实现对能源系统全方位、全周期的监控。管理者可以借助该数字模型vwin 不同生产场景下的能源配置方案，提前评估各方案的优劣，为实际生产中的能源管理决策提供可靠依据，真正做到防患于未然，保障能源系统始终安全可靠且高效运行。
助力企业可持续发展
在应对全球气候变化以及能源转型的大背景下，工业能源管理系统将成为工业企业履行环境责任、达成可持续发展目标的核心助力。它不仅能帮助企业更精细地管理能源使用，降低能源消耗，减少温室气体排放以及其他环境污染物的排放，助力企业遵守日益严格的环保法规，避免因超标排放面临巨额罚款风险，还能通过优化能源结构，推动企业更多地采用清洁能源，提高可再生能源在能源消费中的占比，从根本上提升企业的绿色发展水平，塑造良好的企业形象，增强企业在社会公众中的认可度和美誉度，为企业在长远的市场竞争中赢得优势，保障企业可持续发展。
工业能源管理系统未来的发展趋势将聚焦于利用新技术不断优化自身功能与性能，为工业企业提供更强大的能源优化管理能力。
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