淺談能耗管理系統在某油田的應用

摘要：本文主要探討了能耗管理系統(ECOMS)在LF12-3海上油田的應用。首先，介紹了該系統的應用背景；然后，詳細闡述了該系統的設計原則、系統特點、構架及功能；總結了能耗管理系統對海洋石油平臺在生產能耗動態監測和能源使用效率提升方面的重要作用。

關鍵詞：海上油田；能耗管理系統；能耗動態監測；能源使用效率

一、引言

我國經濟持續高速增長，隨之而來的副作用也在不斷顯現，能源資源日趨緊張，環境條件不斷惡化。要幫助高能耗企業實現清潔、高效的生產,需建設能耗監測、管理和控制系統，利用技術創新來提高能源的使用效率。

國外的統計數據顯示，工業企業每年8%的能源損耗是由于缺乏能源監測和維護計劃所導致的，而另外12%的能源損耗則是因為沒有有效的能 源管理和控制系統。歐美發達的企業在生產過程中廣泛采用了計算機監測和控制系統(如DCS和SCADA)，并高度重視能源數據的在線監測、分析和優化系統。

借助現代計算機技術、網絡通信技術和分布式控制技術，這些企業成功地建立了完善的能耗監測和管理體系。這使得能源消耗的動態過程實現了信息化、可視化和可控化，從而能夠對企業生產過程中的能源消耗結構、過程和要素進行精細的管理、控制和優化。這種綜合性的能源管理方法不僅有助于降低能源損耗，還能顯著提高能源使用效率，為企業帶來長期的經濟效益和環保效益。

能耗管理系統在線監測整個企業的生產能耗動態過程，收集生產過程中大量分散的用電等能耗數據，提供實時及歷史數據分析、對比功能，從而發現企業在生產能耗過程中存在問題；通過優化企業生產能耗的運行模式和軌跡以及建立企業能耗評估、能耗管理體系，提高企業能源效率水平。

二、項目概述

LF12-3油田群開發項目位于中國南海,包括一艘生產、儲存一體的多功能油輪(FPSO) ,一座生產平臺LF12-3WHP,之間采用海纜連接。FPSO配備4臺原油主機,作為電站平臺。

為滿足長期發展需求，新建平臺配有電源能量管理系統(PMS)，以及能耗管理系統(ECOMS)。發電機組的調速與跳崖特性的不同，使得在并網運行時難以確保電網的穩定運行。若直接將兩者并網，可能會導致電網參數波動，進而影響到電網的穩定性和可靠性。為確保電網的安全穩定運行，對這兩種發電機組的調速與調壓特性進行深入分析和控制以實現協同工作。通過電站電源能量管理系統和能耗管理系統，對整個平臺電網設備的電力進行統一、科學、高效的管理和調度。

三、能耗管理系統應用與分析

3.1系統設計原則

從在構建這一系統時，充分融合了當前前沿且成熟的技術，同時著眼于未來的長遠發展需求。通過統一規劃、布局和設計，確保了系統的規范性和標準性，同時突出重點，分步實施，確保每一步都穩健而高效。在實施策略上，根據實際需求及預算進行統一領導、統籌規劃，以標準化為核心，優先推進核心業務，確保信息的共享與安全。始終注重系統的完整性和投資的有效性，力求構建一個既又實用的能源監測管理平臺，為重點用能單位提供強大的支持。

3.1.1標準化、規范化原則

在規劃和實施本項目時，嚴格遵循電子政務相關的法律法規和技術規范，確保項目的整體建設和實施在業務、技術、運行管理等多個方面都得到精心設計。特別注重標準化和規范化，以確保項目的高效、安全和可持續發展。通過這種綜合、全面的方法，力求構建一個既符合標準，又能夠滿足實際業務需求的電子政務系統。

3.1.2開放性、可擴展性原則

在設計本系統時，充分考慮了系統的開放性、可擴展性，以便大限度地利用現有設備、軟件及信息資源。這種設計策略不僅提高了系統的兼容性和靈活性，還有助于降低維護成本和提高效率。

同時，我們也著眼于系統的未來發展。通過預留接口和二次開發API,為系統增添了新的功能，為用戶提供了便利。這種前瞻性設計確保了系統能夠隨著形勢的發展而不斷擴展，與時俱進。

值得一提的是，系統符合電子政務相關技術標準，這保證了系統的合規性和穩定性 。我們相信，通過這種綜合設計，我們的系統不僅能夠滿足當前的需求，還能夠為未來的發展奠定堅實的基礎。

3.1.3技術的成熟性原則

在構建此系統的過程中，注重設計理念、技術體系以及產品選擇的與成熟性的有機結合。我們的目標是確保系統在其生命周期內保持持續的可維護性和可擴展性。采納前沿的設計理念和技術體系，同時結合經過市場驗證的成熟產品，力求打造一個穩定、既滿足當前需求又能適應未來發展的系統。這樣的設計思路旨在確保系統能夠在長時間內保持高效運行，減少因技術落后或產品過時而引發的維護問題，從而為用戶帶來持久且穩定的效益。

3.1.4可靠性原則

系統綜合考慮了系統結構、技術措施、安裝校驗及設備選型，確保系統整體運行的可靠性和安全性。

四、安科瑞企業能源管控系統概述

安科瑞企業能源管控系統采用自動化、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、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等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、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。

五、應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業、木材、工業園區、醫院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業。

六、系統結構

現場通過廠區局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

現場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

七、系統功能

平臺采用自動化、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。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節能改造提供數據依據。

7.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

7.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、產值等相關信息。

7.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業級統計數據。

7.4數據監控

對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

• 能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

• 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗報警提示等；

• 配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態及能耗數據。

• 實時統計：實時統計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

• 數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區域、不同設備的不同的能耗參數；

• 檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統彈窗等報警提示；

7.5視頻監控

接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

7.6變壓器監控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

7.7儀表實時監控

展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

7.8能源中控

將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現各個產業線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

7.9用能統計

從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

7.10 分析

統計各個監測節點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

7.11產品單耗統計

與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

7.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

7.13運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視?？芍苯訌膭討B監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

7.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

7.15同比、環比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

7.16分析報告

以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

7.17能耗設備用能

監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

7.18線損分析

根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

7.19碳排放管理

按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

7.20電能質量監測

實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

7.21運維管理

系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

7.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

7.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

7.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

7.25容需量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

7.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

7.27文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

7.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

7.29 3D子系統

對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

7.30工業組態

可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

7.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

7.32基礎數據管理

對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

7.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

7.34知識產權證書

八、結論

綜上所述，能耗管理系統是一種新型的能源管理工具，是LF12-3油田智能化數字油田建設的重要組成部分。通過對能耗數據進行采集、分析和對標，實現了對海上油田能耗的全面監控和優化管理。該系統在LF12-3油田的應用提高了能源利用效率，降低了運營成本，提高公司經濟效益，并樹立了節能降耗的形象，為能耗管理系統在海上油田大規模應用提供了參考。未來，隨著信息化技術 的不斷發展，海上油田能耗管理系統將會越來越完善，為海上油田的節能減排工作提供良好的支持工具。

參考文獻

[1]張明東，王曉冬，王麗娟. 海上油田能耗數據采集與處理系統的研究與應用[J]. 海洋石油，2018,38(2) :99-104.

[2]孫宏斌，張伯明. 全局電力管理系統(GEMS)的新構想[J]. 電力自動化設備 ,2011, (5) :6-8.

[3]安科瑞企業微電網設計與選型手冊.2022.05版.

[4]安科瑞企業能源管控平臺.2023.06版.