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冶金企业管理现代化创新成果 南钢股份:以能效提升为目标的智能电网管理

2024-12-24 10:46:17 | 王华清 | 点击数:

  

冶金企业管理现代化创新成果 南钢股份:以能效提升为目标的智能电网管理(图1)

  “双碳”目标是中国政府主动提出的一系列碳减排政策,旨在应对全球气候变化,推动经济结构转型升级,实现高质量发展。面对气候变化的严峻挑战,钢铁企业作为能源消耗和碳排放大户,积极响应双碳目标,全力践行能效提升战略。众多钢铁企业加大对节能技术的研发与投入,通过改进生产工艺,采用先进的节能设备,利用余热余能回收技术,提高能源利用效率,减少能源浪费。同时,企业也在加强能源管理,建立完善的能源监测体系和智慧能源管控系统,实时掌握能源消耗情况,以便精准施策。总之,在能效提升战略的引导下,冶金企业积极响应强化智能电网的需求,有助于实现经济效益和社会效益的双赢,推动社会的可持续发展。

  南钢致力于“做全球绿色钢铁的先行者”,已多年坚持可持续发展战略、践行ESG管理与实践,坚持“环境友好、立业为善”的理念。公司成立低碳与能源战略委员会,统筹协调公司低碳与能源推进工作。现已建立覆盖决策层、监督层、执行层各个层级,分工负责、权责清晰的ESG管理架构与制度。南钢制定“极致能效三年行动计划”,启动能效达标杆暨极致能效提升项目,落实能源诊断项目,完善智能电网系统,以建成国内一流数字化智能电网管理体系,推动重点工序能效提升。

  南钢深研国内外相关企业能效提升的先进理论与实践经验,致力于“做全球绿色钢铁的先行者”,通过总体规划、精心布局、分步实施的方针,设计了南钢智能电网顶层架构,为智能电网的成功建设和运行奠定坚实基础。为做好智能电网的顶层设计,项目组深入了解公司的能源需求、业务流程和发展规划,为系统设计提供依据,并进行全面需求分析。通过充分的研究论证构建合理的平台架构,包括主辅平台的功能划分、数据交互方式、统一技术标准等。考虑多种能源形式的纳入和融合,设计基于“源-网-荷-储”的综合能源管理逻辑。项目充分吸收借鉴了国内外相关领域的先进技术和节能研究成果,采用面向服务的体系架构(SOA)、基于电网安全分区的体系结构,支持国际和国家先进技术标准,实现本项目的技术先进性,保证系统在国际上处于领先地位,确保南钢智能电网在各种节能工况下的稳定运行。

  近年来,南钢连续跟踪评估生产过程中的能耗指标,制订了严格的能效提升目标,根据生产经营情况,制订了详细的能效提升规划,包括节能措施、技改措施、设备更新等内容。在建设智能电网方面,南钢深入研究国内外先进技术,规划建设了做为南钢电网的数据中心、应急指挥中心、诊断中心及运营管理中心的南钢电网智能主辅一体化平台,使用最新技术标准实现电力生产运行情况全面管理,电网运行分析优化、电力培训仿真,电力能效管理,全面支撑其他生产部门所需的能源需求。逐步实现公司管辖的全部总降变的监控和辅控数据的接入,各变电站逐步向少人、无人值班过渡,最终实现辖区内全变电站所无人值守的运行方式。

  南钢成立董事长领衔、能动事业部牵头、电气专家委员会支撑的项目组,全面推动建设覆盖多种能源类型的,以能效提升为目标的智能电网管理体系。公司组织与高校、电力专业机构、钢铁同行等就智能电网建设深入调研交流,为企业智能电网管理创新奠定坚实基础。

  基于行业共性痛点难点,我们以统一规划、分布实施模式搭建整体架构,包括电网网架结构优化、智能化管控平台建设、站所智能运维、负荷智能预测、电力决策模型及复合型技术人才培养六方面。

  南钢总装机容量49.3万kW,最大用电负荷约85万kW,年用电量约58亿kWh。2023年自建55MW分布式屋顶光伏和61MW/123MWh的储能电站。新建220kV六总降智能站所作为集控中心联络站,优化9个总降负荷分配,调整运行方式,提高供电可靠性。为解决南钢电网应急处置能力不足,信息融合困难等问题,以六总降建设为契机,运用电力系统先进技术和经验,建设电网主辅一体化平台。

  采用四横八纵设计理念,通过应用统一物模型技术构建多参量模型,南钢将电力生产、运维、管理等方面紧密结合,实现了实时数据采集和处理、历史数据保存、查询和统计服务、控制和调节、智能操作票、安全WEB功能、保护与故障信息管理、视频监控、安防、消防、门禁、电子围栏等系统的集成,成功打破信息孤岛。将传统的十余套独立应用系统,按照安全分区要求集成,包括实时监控、辅助决策、智能管理三大类,为设备运行、管理、维护、监视和控制提供统一技术支撑,达到全面感知、主动预警、智能运维、多维度辅助监盘的目的,实现电力生产运维的全过程、全生命周期管控。

  为解决庞大复杂的内部电网,调度运行人员无法完整、全面掌握电力系统实际运行状态,运行风险无法有效把控,缺乏有效管控手段,给供电安全带来隐患。通过主辅一体、分析仿真、PAS潮流等高级应用功能,对企业电网实时运行状态分析评估,风险识别,电力调度可精准把握电网状态、潮流方向,确保企业电网安全运行,为生产运行带来可靠保障。

  过去对主设备现场感知能力不足,故障跳机才发现问题,为避免同类情况发生,加装了主设备在线监测等传感设备。采用主设备健康状态评估及预测子系统,对主设备可能存在的潜在故障风险进行早期告警,提升人员对设备管理的主动性,避免设备出现严重事故。应用320个预测模型,在设备处于亚健康状态就能及时发现并自动预警。如今年三总降35kV开关柜局部放电检测超标预警,停电检查发现内部受潮放电严重,及时处理,消除了严重隐患。

  为解决无人站所智能运维,实现“无人值班、少人值守、区域检修”的科学管理模式,合理配置现场运行和检修人员,降低运行管理成本,提高运营效率,实现南钢供电的高效、现代化管理。南钢利用先进的传感设备和AI智能识别技术,机器人、固定摄像头、边缘视频分析终端等,实现开关状态识别、表计读数、红外测温等功能,并实时采集电气设备、环境、门禁安防等数据,实现无人站所24小时在线监测、智能巡检、安全管控等智能运维,确保电网设备以及作业过程安全可靠,实现智能运维。

  通过智能声光报警功能,解决原来众多后台大量的遥信刷屏的困境,减少了80%以上刷屏告警信号,实现多维度故障精准定位,事故语音、灯光闪烁、弹窗报警,通过故障精准定位、故障反演追溯,提升应急处置能力。

  钢铁企业用电负荷分为重要生产负荷、辅助生产负荷、安全保障负荷和可中断、可调节负荷。应用人工智能技术中的机器学习聚类分析方法,对钢铁企业主要工艺工序用能行为进行分类辨识、趋势跟踪,识别重要负荷、可中断、可调节负荷,以及负荷周期性趋势曲线,以此作为电力需量预测输入参数,提升预测精度,从而更好地实现企业内部电力需量管控,支撑用户侧参与公共电网互动。另外通过调控可中断和可调节负荷,提升自发电比例,保障电力需求响应的灵活性。

  当前需求响应、电力市场交易等对钢铁企业电力需量预测精度提出了更高的要求。基于前序研究,钢铁企业负荷特性多样,需要通过建立钢铁企业负荷预测体系,应用基于在线滚动优化的趋势分析技术,形成以平稳负荷预测、冲击性负荷预测为基础的电力负荷预测机制。建立钢铁企业电力负荷预测体系,基于多模型融合择优预测框架,构建了焦化、高炉、转炉、电炉、能源动力、轧钢工序等的负荷预测模型,根据负荷不同特性,在可用预测模型库中进行择优,应用在线修正算法,对预测值进行修正,需量预测精度整体提升至95%以上。

  在短时负荷管控、电力需量管控以及发电机组孤网模式等不同场景下,缺少快速有序的降负荷管理预案,需求侧对大电网主动支撑效果不明显。建立集需量预测、电量交易预测、分时负荷优化、降供应急预案等电力需求响应模块,以精准的负荷预测、科学的需求响应预案、在线需求响应反馈监视等,实现了智能化闭环需量管控、电量交易申报、电力需求响应。需求响应预案覆盖各产线、需量监测与控制,预警启动预案错峰生产,防止需量超限。2、电量交易滚动预测用电量,控制在97%-100%的购电最优区间。3、分时负荷分析优化,以电费最低为目标输出方案。4、负荷需求响应,实现闭环智能控制。这些应用助力南钢降本增效,提升电力运营管理绩效。

  电力决策模型支撑,提升自发的效益,实现发电效率和峰谷发电最优平衡策略:一方面结合煤气实时平衡数据,将煤气柜容作为目标函数进行求解,发电机组负荷作为被动变量,保证每一方煤气在尖峰时段发挥最大价值;另一方面结合机组特性曲线、煤气热值动态转换的求解过程,准确指导不同机组在不同负荷状态下实现全系统经济最优运行。

  自发电-光-储-网等共同作为电源为钢铁企业供电,由“源随荷动”向“源网荷储友好互动”模式转变。依托负荷预测结果,以运营成本最低为最终优化调度目标,设计了多种源网荷储调控模式,包括:联络线功率控制、经济运行、需求响应等模式。调控自动生成发电、光伏、储能的出力指令,控制现场多能源设备的出力,实现区域内电网多种能源的优化调度、可再生能源的最大化利用以及效益最优。

  针对电网故障信息多、故障定位难、停电范围影响大、处置时间长、决策依据不足等难题,运用在线监测、集中监视、故障预警、在线处置、事故反演等手段,构建从事前监测、事中处置、事后评估、反馈提升的全流程电网故障处置决策体系。应用电力应急指挥决策模型,将事故处置由人工事故预案向动态事故预案转变,2024年电网短路故障数量为2起,较2023年12起显著下降,单次事故处置时间由5小时缩短为2小时。

  通过创新智能电网管理,实现电网一张图、一张网的智能管控目标,电网安全性、经济性得到有效提升。项目构建了南钢电网潮流地图,实现能源供应、调度、使用一体化,有效解决能源与一线用户协调、联动、应急问题。数字化、实时化、精细化管控各工序用电负荷与外购电、发电的负荷,实现精准调控。

  电网安全经济指标全面提升,220kV进线%以上,依靠智慧能源管控系统,实现煤气与峰谷发电增益的一体化管控,实现煤气近零排放和煤气高效利用。总降集控从55个人管4个总降,优化到22个人管9个变电站,实现内操+外操+点检相结合的运行模式,人效提升82%。内部电网短路故障发生率下降83%。通过光伏绿电、储能削峰填谷、峰谷发电增效、峰谷用电降本,2024年预计实现效益11147万元。

  企业荣获国家级绿色工厂、国家工业旅游示范基地、国家3A级旅游景区。江苏省首批碳达峰碳中和试点企业南钢转炉工序连续三年荣获行业“能效领跑者”称号。南钢获评“企业绿色低碳发展优秀实践案例 ”、钢铁行业“绿色发展标杆企业”、江苏省“绿色发展领军企业”。通过余热、余压及光伏等资源综合利用自发电,每年可减少二氧化碳排放52万吨。通过“以能效提升为目标的智能电网管理”体系建设,积累了许多行业领先的智能电网管理经验,在钢铁行业以及跨行业领域得到广泛的推广与应用。玩PG电子游戏时常遇到哪些问题?如何解决?玩PG电子游戏时常遇到哪些问题?如何解决?

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