面向綠色智造的新能源乘用車基地智慧能源管理系統建設

王志恒

安徽江淮汽車集團股份有限公司 安徽合肥 230000

蔚來汽車生產基地在規劃時被定義為打造“高端新能源乘用車綠色、節能、環保的智能制造生產基地”。通過江淮和蔚來的攜手打造，一個擁有全新工藝、全新硬件設備、全新管理模式以及全新數字化系統的智慧工廠已建成投入運行四年之久，工廠的智能化水平處于行業前列。以“綠色、環保、舒適和節能”為主題的能源管理系統，成為智慧工廠不可分割的一部分，能源管理系統的上線運行，為工廠的能源管理提供了統一化的高效管理平臺。蔚來基地的能源管理系統平臺采用三層架構：數據采集層、數據傳輸層以及數據處理展示層。數據采集的對象涉及廠區內所有能源介質和獨立子系統，實現工廠能源的全域、全時和全面管理。

能源管理系統設計

1.能源管理系統設計的目標

圍繞新能源乘用車智慧工廠進行能源管理系統設計，其目標主要包括以下三方面：

1）基于全廠區、全要素和全過程的能源介質實時化和透明化管理。通過對能源介質進行層級劃分，在各層級安裝智能計量表計量用戶能源數據，通過以太網實現表計數據的實時采集，實現能耗數據的透明化和實時化管控。

2）基于工廠能源考核指標進行能耗的分層管控。通過指標的分解，各單位對能源的管控有了抓手，再通過能源管理系統進行管理賦能，能夠有效保證能耗數據的實時掌握，為能耗的分析和生產決策提供了有力支撐。

3）基于橫向和縱向的能耗差異化管理，為異常和波動而導致的能源消耗差異提供了分析方向。能耗差異層層分解直至底層計量終端，為能耗差異化管理提供了精準的方向。

總之，能源管理系統設計的目標都是緊緊圍繞“綠色、環保和節能”的主題而展開，為工廠科學、有效地進行能源管理提供高效支撐。蔚來基地能源管理系統總體布局圖如圖1所示。

圖1 蔚來廠區能源管理總體布局

能源管理系統的范圍主要包括以下幾點：

1）采集并實時監控各能源監控點（水、電、天然氣及壓縮空氣等）的數據，設定層級之間的差異報警規則，針對超出設計規則的異常數據進行報警和采取相應的動作。

2）根據能源介質種類，按照廠區、單體、產線和設備進行數據歸類，并按照設定的統計規則進行數據的分析和報表輸出，實現數據的歸一化和透明化管理。

3）通過工廠能耗模型的建立，將工廠的能耗數據進行整體考量，從整體能耗指標、單體能耗指標、橫向指標和縱向指標角度進行全局分析，為能耗優化提供全局視角的優化建議。

4）工廠內部各角落分布了全域檢測的溫濕度傳感器，對車間內的溫濕度進行實時檢測，根據人因工程學設定最合適的溫濕度。當溫濕度超出舒適范圍時，能源系統將調整信號傳給地源系統、冷水機組和空調系統等以進行綜合調節，保證車間作業環境的舒適性，打造“舒適”工廠，提升作業效率，保證整車高品質。

5）污水處理中心排布數量可觀的檢測儀器和傳感器，將污水指標實時進行采集，對主要排污車間如涂裝的排污量和污水處理中心的處理數據進行綜合考慮，通過數據的不斷積累和統計，可對污水處理中心的藥劑添加提出有針對性建議。

本基地的能源管理系統的建設，充分體現出“節能、環保和舒適”的新能源乘用車智造主題。

2.能源管理系統結構設計

（1）能源管理系統平臺結構 基于新能源乘用車對能源管理的需求和未來發展趨勢，本次能源管理系統主要從四個部分進行系統平臺的設計。

1）獨立子系統。獨立子系統主要是從安全和效率兩個角度考量進行設計，通過將能源管理系統和設備控制系統進行信號和邏輯互鎖，針對人工操作效率低、安全風險較大的設備進行遠程一鍵開啟和關閉。

2）計量系統。以現場計量點的智能化計量儀器為采集接口，將工廠的所有能源介質（水、電、天然氣及壓縮空氣等）消耗情況進行采集后傳輸至能源管理系統。

3）分析系統。分析系統是能源管理系統的核心和實現價值的關鍵所在，通過對能源數據的歸類、分析和展示，為管理層提供能源規劃決策的數字化依據。

4）環境數據檢測系統。主要包括關鍵設備的監控、現場溫濕度監測、氣象站和污水處理中心等。能源管理系統平臺具體結構如圖2所示。

圖2 能源管理系統平臺結構

（2）能源管理系統網絡結構 能源管理系統網絡的規劃要以廠區布局為整體考量，綜合考慮各用能單體和設備布局、各終端能源計量裝置的位置，兼顧企業后期發展需求。新能源乘用車智造基地能源管理系統網絡范圍涉及沖壓車間、焊裝車間、涂裝車間、總裝車間、、物料車間、PDI、發運場、管理中心及餐廳等。網絡結構由底層的計量終端級的數據采集網絡、中心級的數據傳輸和交換網絡以及能源管理系統的數據匯集、展示網絡組成。具體網絡結構如圖3所示。

圖3 能源管理系統網絡架構

能源管理系統應用

1.能源管理系統監控中心

能源管理系統監控中心從能源類別的角度主要劃分為給水計量系統、電力計量系統、天然氣計量系統、壓縮空氣計量系統、鍋爐系統、冷水機組系統、空壓機系統、地源熱泵系統及光伏系統等。通過監控中心大屏，管理人員可實現整廠能源的全時域管控和指揮調度。如圖4所示。

圖4 能源管理系統監控中心

2.能源介質分級管控

如圖5～圖7所示，能源管理系統能源介質管控按照規劃的層級進行管控，水、電、天然氣等均實現實時、分級統計和展示。

圖5 能源管理系統水能源管控

圖6 能源管理系統電能源管控

圖7 能源管理系統天然氣能源管控

3.獨立子系統管控畫面

如圖8～圖12所示，獨立子系統涉及地源熱泵系統、冷水機組系統、空壓機系統、鍋爐系統及污水處理子系統，通過采集獨立子系統能源數據、工藝數據和設備數據，將子系統整體的狀態集成起來，實現系統的遠程、透明化實時監控。

圖8 地源熱泵子系統管控

圖9 冷水機組子系統管控

圖10 空壓機子系統管控

圖11 鍋爐子系統管控

圖12 污水處理子系統管控

4.能源管理系統報表平臺

如圖13～圖15所示，能源管理系統的基礎是數據采集，是所有決策的支撐。報表作為數據采集后的規整和統計，是能源消耗管理的最終可視化的量化工具。報表的核心價值在于其按照管理需求提供橫向和縱向的趨勢對比和分析，為能耗的差異提供實時、準確的數據支撐，為后續能源分配提供指導。

圖13 涂裝單體用能報表

圖14 沖壓單體用能報表

結語

新能源乘用車智造基地智慧能源管理系統的實施，不僅符合新能源汽車的發展主題，也從根本上轉變了傳統的能源管理方式。借助數字化手段實現能耗數據的實時、精確和透明化管控，通過建模和算法賦能能耗管理水平的提升，為打造“綠色、節能、環保和舒適的智造工廠”奠定了根基。