能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在棉紡廠錯(cuò)峰用電方面應(yīng)用研究

趙小崗

（西安紡織集團(tuán)有責(zé)任公司，陜西西安，710025）

棉紡廠的能源成本大約占生產(chǎn)成本的15%，能源管理對(duì)于紡織廠來(lái)說(shuō)極為重要。如何做好能源管理，特別是在當(dāng)前紡織企業(yè)步履艱難之際顯得尤為重要。為了全面提升能耗利用水平，向管理要效益，向技術(shù)要效益，實(shí)現(xiàn)降本增效，就需要通過(guò)工作創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、進(jìn)一步促進(jìn)用能水平不斷提升、降低能耗。國(guó)家為了鼓勵(lì)企業(yè)科學(xué)用電、均衡用電，對(duì)各時(shí)段用電價(jià)格做了具體規(guī)定。本研究就能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在前紡車間錯(cuò)峰用電方面的應(yīng)用做淺顯的分析。

1 前紡車間錯(cuò)峰節(jié)約電費(fèi)的可行性

前紡車間機(jī)型眾多，工藝路線、工藝組合多變。從生產(chǎn)調(diào)度的角度來(lái)說(shuō)，前紡車間的生產(chǎn)以保證后續(xù)工序生產(chǎn)不脫節(jié)為原則，要保證前紡生產(chǎn)產(chǎn)能相對(duì)于下道細(xì)紗工序有富裕，設(shè)備有休息停運(yùn)時(shí)間。這就為合理調(diào)整設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，更加高效地利用峰谷價(jià)差提供了可能。

2 錯(cuò)峰節(jié)約電費(fèi)的基本原理和方法

錯(cuò)高峰節(jié)約電費(fèi)的基本原理是盡量錯(cuò)峰或減小峰值時(shí)段用電，增加谷值時(shí)段用電，從而達(dá)到降低用電費(fèi)用的目的。

但是，在工廠生產(chǎn)中，到了峰值時(shí)段，不能簡(jiǎn)單地關(guān)停設(shè)備，到了谷值時(shí)段，也不能簡(jiǎn)單直接開(kāi)動(dòng)設(shè)備。現(xiàn)代化的工廠都是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線，開(kāi)關(guān)設(shè)備都有一定的流程，必須按照流程要求的先后和時(shí)間間隔分別開(kāi)關(guān)設(shè)備，所以車間設(shè)備的開(kāi)關(guān)都需要一定長(zhǎng)度的時(shí)間。同時(shí)，運(yùn)行車間設(shè)備還要考慮車間人員和班制情況，例如，三班制和四班制的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間就不相同。鑒于以上原因，不同的工廠車間都有各自的設(shè)備開(kāi)關(guān)程序，因而就有不同的用電負(fù)荷曲線，并且每個(gè)車間的用電負(fù)荷曲線大體是不變的。要做到錯(cuò)高峰用電，就必須研究用電負(fù)荷曲線，制定合理的錯(cuò)高峰用電方法。常用的錯(cuò)高峰降低電費(fèi)方法有以下兩種。

一種方法是徹底改變現(xiàn)有用電負(fù)荷曲線，重新建立新的更加合理的用電負(fù)荷曲線。如果現(xiàn)有的用電負(fù)荷曲線明顯存在錯(cuò)谷用峰情況，用電過(guò)于不合理，造成電費(fèi)過(guò)高，并且車間現(xiàn)有人員、設(shè)備等情況允許，可以根據(jù)分時(shí)電價(jià)的時(shí)間段，重新編排班制和設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。這種新的班制和運(yùn)行時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生新的用電負(fù)荷曲線。如果編制合理，將能大大降低用電費(fèi)用。這種方法，涉及到車間運(yùn)轉(zhuǎn)編制的調(diào)整，牽扯到人員配置、運(yùn)轉(zhuǎn)管理、設(shè)備運(yùn)行等，對(duì)整個(gè)車間影響較大，實(shí)施難度也較大。

另一種方法是適當(dāng)平移用電負(fù)荷曲線，不改變現(xiàn)有用電負(fù)荷曲線。如果現(xiàn)有用電負(fù)荷曲線基本上做到錯(cuò)峰用電，用電較為合理，但是還有部分潛力可以挖掘，這時(shí)我們可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行時(shí)間，平移用電負(fù)荷曲線，進(jìn)一步挖掘降費(fèi)潛力，使之更加合理。這種方法只調(diào)整基本運(yùn)行時(shí)間，不涉及車間運(yùn)轉(zhuǎn)編制的調(diào)整，對(duì)車間影響較小，簡(jiǎn)單易行。

3 用電負(fù)荷曲線的獲取

一般情況下，生產(chǎn)調(diào)度按照峰平谷電價(jià)時(shí)段，根據(jù)供應(yīng)情況，安排前紡各工序設(shè)備的開(kāi)臺(tái)。由于缺乏能耗監(jiān)測(cè)手段，只能從理論上大概估算，大體上是可以做到削峰填谷。要把節(jié)能降費(fèi)做得更加精準(zhǔn)和高效，必須采取一定的技術(shù)監(jiān)測(cè)措施，獲取用電負(fù)荷曲線，分析負(fù)荷曲線，才能制定有效措施，做到精準(zhǔn)和高效。

我公司新廠建設(shè)時(shí)，為了加強(qiáng)能源管理，建立了能源監(jiān)測(cè)中心，配置了DF8003 型能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用scada 技術(shù)，可以對(duì)各種能源通路上智能儀表實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)通訊存儲(chǔ)、處理、顯示，從而獲得用電負(fù)荷曲線，為精確地削峰填谷，節(jié)約電費(fèi)提供依據(jù)。

3.1 前紡車間基本情況

前紡車間工序長(zhǎng)，所涉及的設(shè)備種類多，數(shù)量也比較多。我們將工序簡(jiǎn)化為4 道，即梳棉工序包括清梳聯(lián)、清棉、梳棉及相應(yīng)的除塵；精梳工序和其對(duì)應(yīng)的除塵；并粗工序包含條并聯(lián)、并條、粗紗及對(duì)應(yīng)除塵。

為了使能源監(jiān)測(cè)在棉紡廠生產(chǎn)監(jiān)控中發(fā)揮更大的作用，從能源配送電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段就采用了能源利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在樹(shù)形的逐級(jí)配送電布置中對(duì)不同工序加以區(qū)分，智能電表逐級(jí)、逐臺(tái)配置，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳，存儲(chǔ)［1］。

3.2 前紡車間用電數(shù)據(jù)提取

根據(jù)前紡電表布置情況，我們制定了電能數(shù)據(jù)提取措施，確定了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，希望在數(shù)據(jù)中找到規(guī)律，找到節(jié)約能耗費(fèi)用的突破點(diǎn)。

能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存儲(chǔ)有大量的能源歷史數(shù)據(jù)。利用DF8003 型能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的報(bào)表制作程序paratab.xls 進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的提取［2］。以整點(diǎn)時(shí)間的電表碼來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。

按照同一原則，對(duì)各個(gè)工序電表數(shù)據(jù)進(jìn)行逐月提取后，通過(guò)算數(shù)平均值確定了前紡車間各時(shí)段月度日均用電量數(shù)據(jù)報(bào)表，見(jiàn)表1。

西安市供電局執(zhí)行的峰、平、谷時(shí)段為：峰值段 8：00～12：00，19：00～23：00；平值段為 7：00～8：00，12：00～19：00；谷值段為其余時(shí)間。

以S峰，S平，S谷表示各段時(shí)間電度值，則上表中：

通過(guò)報(bào)表進(jìn)一步分析，各時(shí)段日均用電量合計(jì)40 834 kW·h，峰值用電量 11 998 kW·h，峰值用電量占比29.4%。是否還有改進(jìn)空間，就需要進(jìn)一步制作前紡車間的用電負(fù)荷曲線。

3.3 獲取用電負(fù)荷曲線

利用獲取的前紡各工序用電瞬時(shí)功率數(shù)據(jù)，可以在電腦上制作生成各工序和車間總的24 h用電負(fù)荷曲線，見(jiàn)圖1。

表1 前紡車間各時(shí)段月度日均用電量數(shù)據(jù)

圖1 各工序用電負(fù)荷曲線

可以看出，在前紡各工序中，梳棉工序明顯是用能占比最多的工序，也是節(jié)能最有潛力的工序。從車間總的用電負(fù)荷曲線圖可見(jiàn)，前紡車間生產(chǎn)負(fù)荷的變化情況，總的來(lái)說(shuō)峰平谷用電比較合理。但是，也可以明顯地看出，最低負(fù)荷出現(xiàn)在7：00 點(diǎn)到8：00 點(diǎn)之間。而這個(gè)時(shí)間段是平價(jià)時(shí)間段，可以更充分地利用。

4 平移用電負(fù)荷曲線

從車間總的用電負(fù)荷曲線分析可以看出，適當(dāng)將用電負(fù)荷曲線平移推遲，還可以降低用電費(fèi)用。對(duì)于平移多少，我們分別按平移1 h 和2 h 進(jìn)行分析。

4.1 用電負(fù)荷曲線平移推遲1 h

將用電負(fù)荷曲線平移推遲1 h，則用電負(fù)荷曲線前后發(fā)生如下變化，見(jiàn)圖2。

圖2 用電負(fù)荷曲線平移推遲1 h

在用電負(fù)荷曲線圖中，t為時(shí)間，單位 h；P為功率，單位kW。假設(shè)負(fù)荷曲線函數(shù)為P=P（t），則全天用電量為曲線下方的面積，公式如下：

一天的平值用電S平、峰值用電S峰、谷值用電S谷分別如下：

如果用電負(fù)荷曲線平移推遲1 h，則其負(fù)荷曲線函數(shù)為P=P（t+1），全天用電量為：

因此，一天的平值用電S移平、峰值用電S移峰、谷值用電S移谷分別如下：

我們企業(yè)的電價(jià)為：峰值0.854 7 元/kW·h，平值 0.540 1 元/kW·h，谷值 0.225 5 元/kW·h。以此電價(jià)計(jì)算負(fù)荷曲線平移前后的一天電費(fèi)如下。

用電負(fù)荷曲線平移前電費(fèi)F（元）：

用電負(fù)荷曲線平移后電費(fèi)F移（元）：

通過(guò)計(jì)算，用電負(fù)荷曲線移動(dòng)后，電費(fèi)降低了4%左右，其中峰值占比下降19%左右，節(jié)能降費(fèi)效果顯著。凸顯了能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在節(jié)能中的精確性、可預(yù)見(jiàn)性和直觀性。見(jiàn)表2。以年工作354 天計(jì)算節(jié)約電費(fèi)29.735 4 萬(wàn)元。

表2 用電負(fù)荷曲線平移前后一天用電費(fèi)用對(duì)比

4.2 用電負(fù)荷曲線平移推遲2 h

我們將用電負(fù)荷曲線平移推遲2 h，分析發(fā)現(xiàn)峰值確實(shí)下降較多，但同時(shí)谷值也出現(xiàn)了較大幅度的下降，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)平移2 h 較平移1 h 節(jié)約用電費(fèi)用效果要差一點(diǎn)。

我們?cè)俑鶕?jù)機(jī)臺(tái)的功率和生產(chǎn)情況構(gòu)建了理想化的峰值分布用電負(fù)荷曲線，見(jiàn)圖3。可以發(fā)現(xiàn)平移1 h 時(shí)用電負(fù)荷曲線落在現(xiàn)狀和理想負(fù)荷曲線中間區(qū)域，應(yīng)該是比較合適的調(diào)整路線。

圖3 平移與理想用電負(fù)荷曲線對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

從DF8003 型能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的大量數(shù)據(jù)，對(duì)于分析能源消耗和節(jié)能診斷都有著較大的價(jià)值。在能源調(diào)度和生產(chǎn)調(diào)度中，要充分利用這些大數(shù)據(jù)，為企業(yè)減少用電費(fèi)用、降低成本、節(jié)約資金發(fā)揮作用。通過(guò)分析用電負(fù)荷曲線平移推遲1 h 后發(fā)現(xiàn)，用電峰值占比可下降19%，電費(fèi)降低4%，年節(jié)約電費(fèi)29.735 3 萬(wàn)元。據(jù)此我們對(duì)前紡車間的早班上班時(shí)間由8：00 調(diào)整為9：00，按照新調(diào)整的時(shí)間運(yùn)行，整個(gè)車間生產(chǎn)秩序正常，同時(shí)也節(jié)約了電費(fèi)支出，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。