CN115481894A - 一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统及方法，属于工厂能源管理技术领域，解决了现有能源管理系统不能在工厂规划前期精准满足企业可持续发展的能源需求问题；包括智慧能源管理中心、数据处理系统和能源系统，智慧能源管理中心通过数据处理系统连接能源系统，智慧能源管理中心用于依据能源系统中不同组件和设备的特性模型和生产运营过程的能源需求，建立并发出控制策略，能源系统依据控制策略，管理生产运营过程中不同设备的能源使用方式；本发明能在绿色工厂规划初期，将能源管理与工厂运营相结合，具有节能、低碳、高效、可持续性发展等优点，使企业生产过程中能科学、合理和经济的利用能源。

Description

一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统及方法

技术领域

本发明属于工厂能源管理技术领域，具体涉及一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统及方法。

背景技术

随着能源危机的日益严重，能源短缺已成为制约国民经济持续发展的重要因素，同时由于能源价格不断上涨，导致企业在能源管理问题上的成本进一步增加，因此能源问题也成为制约企业发展的重要因素。

绝大多数企业在现有的能源系统上，加大节能降耗等装备的投入，同时加大对能源系统新技术的引入和开发，却忽略了在其生产工厂的规划初期，投入精力进行从工厂运营、新技术、新材料、新工艺、新装备和系统管理的整体结合，进行全面研究工厂运营与能源管理相辅相成的理念，使新规划的工厂成为所谓的绿色工厂；正因为缺乏此种理念，造成生产工厂建设完成并运营后，实际使用的能源系统不科学、不经济、不满足可持续性发展的需求。

因此，企业在规划其绿色工厂的建设初期，应同时全面且系统的规划与之适配的能源管理系统，做到同步开发和应用新能源技术、节能降耗装备、新材料和管理系统，如何保证前期规划和开发工厂能源系统能精准满足企业可持续性发展的能源需求，对能源系统提出了很高的要求；现如今，市场上还未能有相应的智慧能源管理系统，因此该系统的研发及应用仍是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统及方法，该系统能在绿色工厂规划初期，将能源管理与工厂运营相结合，从而更好的满足绿色工厂的节能、低碳、高效、可持续性发展等要求，解决企业生产过程中的碳排放和节能环保等问题，最终实现科学、合理和经济的利用能源。

本发明采用了以下技术方案来实现目的：

一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，包括智慧能源管理中心、数据处理系统和能源系统；所述智慧能源管理中心通过所述数据处理系统连接所述能源系统，所述智慧能源管理中心用于依据所述能源系统中不同组件和设备的特性模型和生产运营过程的能源需求，建立并发出控制策略；所述能源系统用于接收来自外部和内部的能源供给，接收所述智慧能源管理中心发出的控制策略，并依据所述控制策略，管理生产运营过程中不同设备的能源使用方式。

进一步的，所述智慧能源管理中心包括能源系统数据组件、能源需求组件和能源决策组件；所述能源系统数据组件用于建立所述特性模型，并将所述特性模型与所对应的组件和设备进行位置信息关联；所述能源需求组件用于依据生产运营过程的能源需求，建立需求模型；所述能源决策组件用于依据所述特性模型和所述需求模型，建立控制策略，并将所述控制策略发送至所述数据处理系统。

优选的，所述智慧能源管理中心还包括监控中心和云服务器平台，所述监控中心设置于工厂内部，用于就地统一查看能源系统中不同设备的运转实时数据和历史数据，所述云服务器平台用于远程传输所述运转实时数据和历史数据至远程客户端。

具体的，所述数据处理系统包括数据采集组件、数据转换组件和数据传输组件；所述数据采集组件用于采集所述能源系统中不同设备的计量数据、状态数据和运行数据，所述数据转换组件用于对所述能源采集组件所采集的数据和所述智慧能源管理中心发出的控制策略进行数据转换操作以适应数据传输与处理的需求，完成转换操作后的相应数据进入所述数据传输组件进行传输。

进一步的，所述能源系统由外部供能系统、内部供能系统、用能系统、环境监测系统和降耗回收系统所组成，所述外部供能系统、内部供能系统、用能系统、环境监测系统和降耗回收系统分别实时监测各自所属的组件和设备的计量数据、状态数据和运行数据，并依据监测得到的数据分别形成对应组件和设备的特性模型。

具体的，所述外部供能系统和内部供能系统均用于为能源系统中不同设备进行供能操作，接收所述控制策略中的供能调度指令；所述外部供能系统包括自来水供应组件、电网供应组件和燃气供应组件，所述内部供能系统包括风力发电组件、太阳能发电组件和储能发电组件。

具体的，所述用能系统包括用水设备、燃气设备、照明设备、生产设备、试验设备、空调设备和储能充电设备；所述用能系统用于接收所述控制策略中的用能调度指令，进行用能操作；用能系统涵盖了绿色工厂生产运营过程中涉及的所有需能源供应的设备。

具体的，所述环境监测系统包括光照强度组件、气温组件、风速组件和气象预报组件；环境监测系统和内部功能系统中的所有组件在运行过程中，其实时监测的计量数据、状态数据和运行数据将共同构成历史气象数据信息，智慧能源管理中心额外依据历史气象数据信息，建立并发出控制策略。

具体的，所述降耗回收系统包括工厂建筑回收组件、雨水回收组件、废水分类回收组件、热量回收组件和设备回馈发电组件；所述降耗回收系统用于接收所述控制策略中的能源回收调度指令，进行能源回收操作。

本发明还提供一种使用所述智慧能源管理系统的智慧能源管理方法，包括如下步骤：

S1、在工厂规划建设前期，建立所述能源系统，形成不同组件和设备的特性模型；

S2、依据生产运营过程的能源需求，建立需求模型；

S3、依据所述特性模型和所述需求模型，建立控制策略，所述控制策略包括供能调度指令、用能调度指令和能源回收调度指令；

S4、依据所述控制策略，设立智慧能源管理中心，并通过所述数据处理系统将所述智慧能源管理中心连接至所述能源系统；

S5、在工厂生产运营初期，使智慧能源管理中心依据所述特性模型和所述需求模型的实时数据变化，不断优化所述控制策略，形成实际应用价值。

综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：

本发明的智慧能源管理系统，在工厂的规划建设前期即开始构建并使用，系统充分考虑了可采用的建筑节能新技术、新材料、新能源和大数据分析等技术；依据工厂中设备和组件在实际使用时的不同用能特性，同时分析工厂未来生产负荷的能源需求特点，从设备特性模型和生产需求模型入手，可建立工厂负荷需求模型，适应工厂生产运营任务的变化。

本系统充分利用了自然资源，在控制策略的作用下，能减少传统能源的供给，依据气象信息引入风电和太阳能等新能源，易于扩展管理；同时建立了工厂中的水、电、热等能源回收系统，实现对能源进行二次管理和应用，提高了能源的利用率。

智慧能源管理中心具有数据统一集中分析和管理呈现的优点，关联组件及设备的特性模型与位置信息后，能真实准确反馈耗能设备所在位置及状态参数等信息，从而提升了人员对工厂的运营维护效率；同时，随着智慧能源管理系统的全方位运转数据积累，控制策略的依据和建立可不断优化，最终保证整个绿色工厂能源体系持续高效的运作。

附图说明

图1为智慧能源管理系统的结构示意图；

图2为智慧能源管理系统的具体架构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以按各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，包括智慧能源管理中心、数据处理系统和能源系统；智慧能源管理中心通过数据处理系统连接能源系统，智慧能源管理中心用于依据能源系统中不同组件和设备的特性模型和生产运营过程的能源需求，建立并发出控制策略；能源系统用于接收来自外部和内部的能源供给，接收智慧能源管理中心发出的控制策略，并依据控制策略，管理生产运营过程中不同设备的能源使用方式。

本实施例中，智慧能源管理系统的建立将充分考虑绿色工厂全方位的能源需求，因此系统结构上具有受智慧能源管理中心进行统一管控的能源系统，而能源系统中的组件和设备多样化，满足绿色工厂节能、低碳、高效和可持续的要求。

智慧能源管理中心包括能源系统数据组件、能源需求组件和能源决策组件，可参看图1；能源系统数据组件用于建立特性模型，并将特性模型与所对应的组件和设备进行位置信息关联；能源需求组件用于依据生产运营过程的能源需求，建立需求模型；能源决策组件用于依据特性模型和需求模型，建立控制策略，并将控制策略发送至数据处理系统。

本实施例中，能源系统数据组件可根据能源系统的不同特性建立模型，并建立能源系统分布3D位置的信息模型，对能源系统的各项数据进行大数据动态分析，从而为能源决策提供动态参考数据。

能源需求组件则根据生产运营对能源系统的需求建立模型，并根据生产运营的关键指标调整能源需求，从而也同时为能源决策提供动态参考数据。

智慧能源管理中心还包括监控中心和云服务器平台，可参看图2，监控中心设置于工厂内部，用于就地统一查看能源系统中不同设备的运转实时数据和历史数据，云服务器平台用于远程传输运转实时数据和历史数据至远程客户端。

如图2所示出的一种具体架设，其中数据处理传输层即为数据处理系统，与其余层级间的数据上传和下载通过路由器进行；设施设备层即为智慧能源管理系统中的能源系统，智慧能源管理中心可通过云服务器平台连接生产中心，并获知气象预报，从而更好的依据所有数据信息的整合与大数据分析技术建立控制策略。

如图1所示，数据处理系统包括数据采集组件、数据转换组件和数据传输组件；数据采集组件用于采集能源系统中不同设备的计量数据、状态数据和运行数据，数据转换组件用于对能源采集组件所采集的数据和智慧能源管理中心发出的控制策略进行数据转换操作以适应数据传输与处理的需求，完成转换操作后的相应数据进入数据传输组件进行传输。

本实施例中，能源系统中各组件或设备的数据被实时监测后，经由数据采集组件进行采集；可参看图2，应用于本系统中的数据处理传输层，起到了连接智慧能源管理中心和设备设施层的作用，具体实现下发控制策略，并上传设备或传感器组件的数据的功能。

如图1所示，能源系统由外部供能系统、内部供能系统、用能系统、环境监测系统和降耗回收系统所组成，外部供能系统、内部供能系统、用能系统、环境监测系统和降耗回收系统分别实时监测各自所属的组件和设备的计量数据、状态数据和运行数据，并依据监测得到的数据分别形成对应组件和设备的特性模型。

外部供能系统和内部供能系统均用于为能源系统中不同设备进行供能操作，接收控制策略中的供能调度指令；外部供能系统包括自来水供应组件、电网供应组件和燃气供应组件，内部供能系统包括风力发电组件、太阳能发电组件和储能发电组件。

用能系统包括用水设备、燃气设备、照明设备、生产设备、试验设备、空调设备和储能充电设备，用能系统用于接收所述控制策略中的用能调度指令，进行用能操作；本实施例中，按区域、用途分类采集用水设施、燃气设备的运行参数，参照环境光照强度调整照明强度，综合生产任务、设备健康状态、能源供给等综合因数合理运转生产设备和试验设备，参照环境温度调整空调负荷，在低谷电价阶段，综合考虑供电系统负荷变化，实时调整储能充电负荷。

环境监测系统包括光照强度组件、气温组件、风速组件和气象预报组件；此部分组件将和内部供能系统共同实现对自然资源的利用过程，在实际应用时，将根据绿色工厂所在的历史气象数据和条件，结合综合经济效益，合理配置风力发电和太阳能发电的容量，充分利用风力资源进行风力发电，充分利用太阳能资源进行太阳能发电，优先采用风力发电和太阳能发电的电能，剩余部分采用储能系统储存，在峰值电价时段优先利用储能发电，从而大幅减少电能费用。

降耗回收系统包括工厂建筑回收组件、雨水回收组件、废水分类回收组件、热量回收组件和设备回馈发电组件，降耗回收系统用于接收控制策略中的能源回收调度指令，进行能源回收操作。

绿色工厂建筑采用新的节能技术和新材料，充分利用工厂外部的自然资源，包含风、光、水，最大限度的降低照明、空调、通风、用水方面的能源消耗；降耗回收系统建立了雨水、废水回收，可用于绿化浇灌，对发热量较大的生产和试验设备进行热量回收，统一利用，对试验设备采用回馈发电方式，避免了传统的能耗模式，可进一步减少试验用电负荷。

参看图2，基于智慧能源管理系统的结构组成进行的具体架构，其中以能源系统为主的设备设施层可细化为水系统、燃气系统、供电系统、用电系统和建筑系统，各系统均具有完善的监测、控制、能源的补充和使用功能。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供一种使用实施例1中智慧能源管理系统的智慧能源管理方法，包括如下步骤：

S1、在工厂规划建设前期，建立所述能源系统，形成不同组件和设备的特性模型；

S2、依据生产运营过程的能源需求，建立需求模型；

S3、依据所述特性模型和所述需求模型，建立控制策略，所述控制策略包括供能调度指令、用能调度指令和能源回收调度指令；

S4、依据所述控制策略，设立智慧能源管理中心，并通过所述数据处理系统将所述智慧能源管理中心连接至所述能源系统；

S5、在工厂生产运营初期，使智慧能源管理中心依据所述特性模型和所述需求模型的实时数据变化，不断优化所述控制策略，形成实际应用价值。

本实施例中，构建智慧能源管理系统需在工厂规划设计初期进行，智慧能源管理系统的全面功能将满足工厂正式运营后对能源的管理、补充和扩展需求；因此，在工厂规划设计初期，结合工厂总体规划、历史气象数据制定智慧能源管理系统配置所需的设施、设备、材料方案，设计智慧能源系统软件；工厂投运初期，调试、试运转，并不断优化智慧能源系统；从而使得在工厂正式运营后，智慧能源管理系统可自动化的管理工厂能源的利用和再利用过程，实现企业能源的可持续性使用及发展。

Claims (10)

1.一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：包括智慧能源管理中心、数据处理系统和能源系统；所述智慧能源管理中心通过所述数据处理系统连接所述能源系统，所述智慧能源管理中心用于依据所述能源系统中不同组件和设备的特性模型和生产运营过程的能源需求，建立并发出控制策略；所述能源系统用于接收来自外部和内部的能源供给，接收所述智慧能源管理中心发出的控制策略，并依据所述控制策略，管理生产运营过程中不同设备的能源使用方式。

2.根据权利要求1所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述智慧能源管理中心包括能源系统数据组件、能源需求组件和能源决策组件；所述能源系统数据组件用于建立所述特性模型，并将所述特性模型与所对应的组件和设备进行位置信息关联；所述能源需求组件用于依据生产运营过程的能源需求，建立需求模型；所述能源决策组件用于依据所述特性模型和所述需求模型，建立控制策略，并将所述控制策略发送至所述数据处理系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述智慧能源管理中心还包括监控中心和云服务器平台，所述监控中心设置于工厂内部，用于就地统一查看能源系统中不同设备的运转实时数据和历史数据，所述云服务器平台用于远程传输所述运转实时数据和历史数据至远程客户端。

4.根据权利要求1所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述数据处理系统包括数据采集组件、数据转换组件和数据传输组件；所述数据采集组件用于采集所述能源系统中不同设备的计量数据、状态数据和运行数据，所述数据转换组件用于对所述能源采集组件所采集的数据和所述智慧能源管理中心发出的控制策略进行数据转换操作以适应数据传输与处理的需求，完成转换操作后的相应数据进入所述数据传输组件进行传输。

5.根据权利要求1所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述能源系统由外部供能系统、内部供能系统、用能系统、环境监测系统和降耗回收系统所组成，所述外部供能系统、内部供能系统、用能系统、环境监测系统和降耗回收系统分别实时监测各自所属的组件和设备的计量数据、状态数据和运行数据，并依据监测得到的数据分别形成对应组件和设备的特性模型。

6.根据权利要求5所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述外部供能系统和内部供能系统均用于为能源系统中不同设备进行供能操作，接收所述控制策略中的供能调度指令；所述外部供能系统包括自来水供应组件、电网供应组件和燃气供应组件，所述内部供能系统包括风力发电组件、太阳能发电组件和储能发电组件。

7.根据权利要求5所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述用能系统包括用水设备、燃气设备、照明设备、生产设备、试验设备、空调设备和储能充电设备；所述用能系统用于接收所述控制策略中的用能调度指令，进行用能操作。

8.根据权利要求5所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述环境监测系统包括光照强度组件、气温组件、风速组件和气象预报组件。

9.根据权利要求5所述的一种基于绿色工厂的智慧能源管理系统，其特征在于：所述降耗回收系统包括工厂建筑回收组件、雨水回收组件、废水分类回收组件、热量回收组件和设备回馈发电组件；所述降耗回收系统用于接收所述控制策略中的能源回收调度指令，进行能源回收操作。

10.一种使用权利要求1至9所述的智慧能源管理系统的智慧能源管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在工厂规划建设前期，建立所述能源系统，形成不同组件和设备的特性模型；

S2、依据生产运营过程的能源需求，建立需求模型；

S3、依据所述特性模型和所述需求模型，建立控制策略，所述控制策略包括供能调度指令、用能调度指令和能源回收调度指令；

S4、依据所述控制策略，设立智慧能源管理中心，并通过所述数据处理系统将所述智慧能源管理中心连接至所述能源系统；

S5、在工厂生产运营初期，使智慧能源管理中心依据所述特性模型和所述需求模型的实时数据变化，不断优化所述控制策略，形成实际应用价值。

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