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摘要：隨著國家能源戰(zhàn)略的全面實(shí)施，通過能源管理及能耗預(yù)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能逐漸成為一種必然趨勢。本文回顧了企業(yè)能源管理的傳統(tǒng)方法，分析其缺陷，進(jìn)而介紹了新型能源管理系統(tǒng)與能耗預(yù)測的方法，并對(duì)企業(yè)能源管理系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。科學(xué)高效的能源管理更加注重?cái)?shù)據(jù)的挖掘、分析與綜合應(yīng)用，能源管理系統(tǒng)應(yīng)具備能耗分析、建模與預(yù)測、能源使用測量以及平衡優(yōu)化等功能，提高企業(yè)能源管理水平，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減耗的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：能源管理；能耗預(yù)測；能源管理系統(tǒng)

1引言

隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展，企業(yè)正面臨著能源成本上漲所帶來的極端挑戰(zhàn)。通過能源管理及能耗預(yù)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能已逐漸成為企業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。制造業(yè)作為我國能源消耗最大的產(chǎn)業(yè)之一，具有生產(chǎn)線長，介質(zhì)種類繁多、范圍廣泛，能源消耗過程復(fù)雜，設(shè)備間緊密相連，能源網(wǎng)絡(luò)交錯(cuò)等特點(diǎn)；同時(shí)，由于制造業(yè)類別繁多，每個(gè)行業(yè)的管理需求各不相同，管理流程煩瑣，既具有一定的共性也具有各自的特性。針對(duì)不同行業(yè)的生產(chǎn)工藝及能耗特點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于科學(xué)化、智能化的企業(yè)能源管理做了大量研究。如馮為民、叢力群[1]研究了冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)，蔡翔云等人[2]以香煙制造廠為對(duì)象研究了能源實(shí)時(shí)在線監(jiān)測計(jì)量管理系統(tǒng)等等。此外，企業(yè)能源消耗呈現(xiàn)出非線性、時(shí)變性、大延遲以及大慣性等特點(diǎn)為能耗預(yù)測造成了一定困難。張加云等人[3]對(duì)鋼鐵制造企業(yè)能源損耗預(yù)測方法進(jìn)行了綜述，劉煥彬[4]等人則建立了造紙企業(yè)能耗預(yù)測模型。由此可見，能源管理系統(tǒng)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)能源科學(xué)管理的有效手段，而能耗預(yù)測作為企業(yè)能源智能化管理的核心模塊，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能的重要研究方向。

2企業(yè)能源管理方法

能源管理系統(tǒng)是指運(yùn)用科學(xué)原理和方法，采用自動(dòng)化、智能化的信息技術(shù)，對(duì)企業(yè)日常運(yùn)營所需能源的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、輸配與消耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控以及數(shù)字化管理，從而實(shí)現(xiàn)及能源分析、平衡、優(yōu)化調(diào)度以及系統(tǒng)節(jié)能降耗于一體的綜合性管控系統(tǒng)。

2.1傳統(tǒng)能源管理方法

1）總量管理

根據(jù)購入的能源總量，結(jié)合實(shí)際使用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)現(xiàn)場并未安裝傳感器及能源計(jì)量設(shè)備，對(duì)于自然資源（如水資源）不計(jì)入使用和排放量。這種管理方式被動(dòng)，數(shù)據(jù)不夠全面且準(zhǔn)確性不高。

2）人工管理

生產(chǎn)現(xiàn)場安裝傳感器及能源計(jì)量設(shè)備，但儀表設(shè)備較為落后，不具備通信能力，無法通過采集設(shè)備采集，只能采取人工取值方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)。這種方式對(duì)于人力和時(shí)間的耗費(fèi)巨大，數(shù)據(jù)處理周期長且以出錯(cuò)。

3）獨(dú)立管理

為重點(diǎn)能耗設(shè)備配備獨(dú)立的監(jiān)控設(shè)施，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、采集能耗參數(shù)以及遠(yuǎn)程調(diào)控。這種管理方式能夠?qū)崟r(shí)管理單個(gè)設(shè)備，但無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，交互性差，不具備全廠統(tǒng)一的綜合管理能力，致使管理部門無法進(jìn)行及時(shí)合理調(diào)配。

2.2新型能源管理方法

隨著“智能制造”以及“兩化融合”的推進(jìn)，企業(yè)采用信息化、自動(dòng)化技術(shù)，通過建立新型能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化已成為一種必然趨勢。新型能源管理方式通過將自動(dòng)化、信息化與工業(yè)化進(jìn)行有機(jī)融合，以泛在的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將分布在企業(yè)內(nèi)各車間的現(xiàn)場采集儀表與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，形成一個(gè)綜合信息網(wǎng)絡(luò)；然后通過軟件、建模和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，建立企業(yè)能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)能源消耗過程中數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)及分析。企業(yè)能源管理系統(tǒng)一般可分為三個(gè)子系統(tǒng)：1）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，通過安裝在能耗設(shè)備上的采集儀表，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的現(xiàn)場實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)；2）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，通過光纖環(huán)網(wǎng)或GPRS無線網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)安全、可靠的傳輸；3）管理應(yīng)用子系統(tǒng)，對(duì)所上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、顯示以及系統(tǒng)的應(yīng)用管理。

3能耗預(yù)測方法

能耗預(yù)測作為企業(yè)節(jié)能的重要研究方向，是能源管理系統(tǒng)的核心模塊。通過系統(tǒng)性分析技術(shù)手段，探究企業(yè)生產(chǎn)量與能耗之間的關(guān)系，建立能源消耗預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)企業(yè)未來生產(chǎn)過程所需能源的總量的預(yù)估。目前常用預(yù)測方法有：基于回歸的方法、時(shí)間序列方法、人工智能方法（如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等）。

3.1基于回歸的方法

回歸分析預(yù)測法（RegressionAnalysisPredictionMethod）通過分析自變量與因變量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立回歸方程，并將其作為預(yù)測模型，根據(jù)自變量在預(yù)測期的數(shù)量變化來預(yù)測因變量[5]。回歸分析中最簡單的形式是y=β0+β1x，x、y均為標(biāo)量，β0、β1為回歸系數(shù)，稱為一元線性回歸。

3.2時(shí)間序列方法

時(shí)間序列分析法（TimeSeriesAnalysisMethod）作為統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)分支，屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型。時(shí)間序列分析根據(jù)系統(tǒng)觀測得到的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，通過曲線擬合和參數(shù)估計(jì)來建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)數(shù)據(jù)的未來值進(jìn)行預(yù)測[6]。基于時(shí)間序列的能耗預(yù)測方法多用于建筑能耗預(yù)測，主要有以下四個(gè)步驟：1）時(shí)間序列的建立與預(yù)處理；2）季節(jié)調(diào)整序列模型的建立與預(yù)測；3）季節(jié)因子的溫度處理與預(yù)測；4）能耗的預(yù)測。

3.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeutralNetworks，ANN）能夠通過其良好的學(xué)習(xí)能力，掌握數(shù)據(jù)樣本間相對(duì)復(fù)雜的依從關(guān)系，實(shí)現(xiàn)非線性擬合，預(yù)測精度較高。目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，屬于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因其采用誤差反向傳播算法（ErrorBack-Propagation，即BP算法）而得名[7]。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用輸入層、隱含層和輸出層的模型結(jié)構(gòu)。在應(yīng)用時(shí)，首先應(yīng)確定影響企業(yè)能源消耗量因子作為輸入層節(jié)點(diǎn)，預(yù)測對(duì)象作為輸出信息節(jié)點(diǎn)，并采用試湊法確定隱含層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為5初步確立模型結(jié)構(gòu)，再根據(jù)訓(xùn)練樣本數(shù)量、預(yù)測精度需求等選取合適的訓(xùn)練方法對(duì)預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練。

4能源管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

隨著信息化、智能化技術(shù)的發(fā)展，以及“中國制造2025”對(duì)能源管理建設(shè)的迫切需求，一大批集成了現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術(shù)、智能化預(yù)測技術(shù)、地理信息技術(shù)、信息共享與融合技術(shù)、調(diào)度決策最優(yōu)化技術(shù)等能源管理系統(tǒng)隨之應(yīng)運(yùn)而生。

4.1數(shù)據(jù)分析技術(shù)

在采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)和挖掘等技術(shù)手段，向能源管理人員提供即時(shí)、前沿、高端的整合信息服務(wù)，提高能耗數(shù)據(jù)后臺(tái)處理及應(yīng)用的能力，為企業(yè)能源系統(tǒng)的總體規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.2智能化預(yù)測技術(shù)

傳統(tǒng)能源管理僅能完成基本數(shù)據(jù)的監(jiān)測與采集，而能耗預(yù)測技術(shù)根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，利于模型對(duì)企業(yè)未來能源需求進(jìn)行預(yù)測，有助于管理人員了解企業(yè)能耗趨勢，為企業(yè)能源精細(xì)化管理及使用規(guī)劃提供依據(jù)，企業(yè)可根據(jù)自身能源需求情況進(jìn)行能源政策、指標(biāo)、管理辦法等的優(yōu)化。

4.3地理信息技術(shù)

能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是遍布企業(yè)廠區(qū)內(nèi)的各類數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)傳輸線路。在能源管理系統(tǒng)中融入地理信息技術(shù)，能夠幫助管理人員及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)故障分析的準(zhǔn)確度，加快故障處理的進(jìn)度，對(duì)提升能源管理系統(tǒng)自身穩(wěn)定性和運(yùn)行可靠性都具有的良好的支撐作用。

4.4信息共享與融合技術(shù)

過往的能源管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間缺乏行之有效的整合手段，集成化程度也相對(duì)偏低，易形成“信息孤島”。為逐步提高完善能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與服務(wù)功能，應(yīng)考慮到系統(tǒng)的異構(gòu)性與信息共享實(shí)際需求，構(gòu)建基于面向服務(wù)架構(gòu)的能源管理系統(tǒng)信息共享與融合技術(shù)方案，以解決企業(yè)內(nèi)部不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享與互相應(yīng)用的技術(shù)難題，進(jìn)而為企業(yè)提供全方位、多層次的綜合性能源管理服務(wù)。

4.5調(diào)度決策最優(yōu)化技術(shù)

大中型制造類企業(yè)的能源系統(tǒng)相對(duì)龐大且復(fù)雜，使得能源調(diào)配工作始終無法達(dá)到理想預(yù)期的狀態(tài)。優(yōu)化能源傳輸、合理進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換、充分考慮生產(chǎn)需求與經(jīng)濟(jì)成本間的能源分配、及時(shí)監(jiān)控能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，是平衡能源系統(tǒng)安全運(yùn)行與減少經(jīng)濟(jì)成本的必然要求。通過建立企業(yè)能源最優(yōu)化模型是滿足上述需求行之有效的手段。

5結(jié)論

1）傳統(tǒng)能源管理方式雖能實(shí)現(xiàn)能源使用和損耗數(shù)據(jù)的計(jì)量，但是在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、全面性方面仍尚存不足。新型能源管理方法利用信息化、自動(dòng)化技術(shù)建立能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)及處理，建立全廠集中統(tǒng)一的能源管控。2）科學(xué)化、智能化的能源管理要求系統(tǒng)具備能耗分析、建模與預(yù)測、能源使用測量以及平衡優(yōu)化等功能，更加注重?cái)?shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分析處理等理論在能源管理系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，進(jìn)一步提高企業(yè)能源管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮為民,叢力群.冶金企業(yè)能源管理系統(tǒng)[J].控制工程,2005(6):96-99.

[2]蔡翔云,姜麟,李文,張慶.企業(yè)能源實(shí)時(shí)監(jiān)測計(jì)量管理系統(tǒng)[J].測控技術(shù),2002(2):57-60.

[3]張加云,張德江,冷波.基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的冶金企業(yè)能耗預(yù)測[J].鐵合金,2010,41(3):38-41.

[4]劉煥彬,李繼庚,吳波,周艷明,尹勇軍.造紙企業(yè)能源管理與優(yōu)化信息平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用[A].中國造紙學(xué)會(huì)、芬歐匯川集團(tuán).造紙工業(yè)能源效率論壇論文集[C].中國造紙學(xué)會(huì)、芬歐匯川集團(tuán):中國造紙學(xué)會(huì),2011:9.

[5]景濱杰．試論回歸分析預(yù)測法在經(jīng)濟(jì)預(yù)測中的應(yīng)用[J]．生產(chǎn)力研究，2006（3）：17-18．

[6]周芮錦,潘毅群,黃治鐘.時(shí)間序列方法及其在實(shí)際辦公樓能耗預(yù)測中的應(yīng)用[J].建筑節(jié)能,2012,40(02):55-59,62.

[7]史忠植．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[M].高等教育出版社,2009.

作者:顏瑾 楊宇航 劉麗 陳紅杰 劉歐陽 元哲 單位:西安石油大學(xué)