用於監測和分析運行的化工廠中的能耗的方法和系統的製作方法

2023-09-18 07:18:40 1

專利名稱：用於監測和分析運行的化工廠中的能耗的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於監測和分析運行的化工廠中的能耗的方法和系統。
背景技術：
US 4， 146， 923說明了一種系統，其用於使用唯一序列以控制多個變速率消耗單元 從而以如下方式來優化相對於目標的所述單元的總消耗和開啟的單元的數目響應於所有 單元的總消耗與目標的比較以及響應於所述總消耗與所述目標減去從該唯一序列中的狀 態位置到下一步驟的差消耗的比較而從所述序列中的狀態位置增加和減少總消耗。所述單 元的狀態和所述比較的結果通知(address)存儲所述唯一序列的設備提供消耗請求的狀 態，其中所述消耗請求的狀態可以被循環裝置重寫(overwrite)以將最小和最大關閉時間 以及最小開啟時間需求命令狀態提供給需求可控的單元。該美國專利涉及待控制和優化的 能源網絡的性能。由此，多個分別以不同負荷狀態被驅動的能源用戶的能耗將通過與目標 的邏輯構成(composition)而被控制和比較。該基本思想是建立一種序列，在所述序列中， 允許全部能源用戶中的最有效的以部分負荷被驅動的能源用戶增加負荷以便增強總能源 平衡。該目標的確定與學習系統的結果(findings)相適應。 美國專利US 4， 907， 167公開了一種用於過程控制的集成系統，在所述系統中，過 程監督程序(supervisor procedure)定義用於一個或多個控制器系統或者控制器程序的 參數。所述監督程序僅僅以離散的變化來改變控制參數，並且行動的決定被足夠地約束使 得每個變化必須是顯著的變化。每個變化被記錄或者以其他方式被報告輸出給專業人員。 由於每個變化都是顯著的，因此變化的歷史將提供有意義的可供專業人員審查的記錄。
美國專利US 6，785，592的目的在於通過特定的方法來優化設施或者總廠 (complex)的能源採購、能源需求、以及能源供應。由此弄清基準線(baseline)模型，並且 監測並調節能耗以反映運行的動態經濟因素。隨著數據的累積，與能源供應商之間的合同 談判可以提供進一步的能源節省。隨時間和使用樣式確定的在能源、設備、人員配備、以及 其它作業區方面的進一步節省和優化被獲得。遠程訪問提供對所建立系統的有效監測。根 據所述美國專利，通過措施、對所述措施的相應驗證、以及報告結構來支持對內部過程的能 源管理。為了建立這種結構，執行包括內部評估、比較評估(基準檢驗(benchmarking))、以 及仿形(profiling)的能源用戶實際情況。 已經公布的專利申請DE 10334397A1教導了一種主要涉及對能源費用的最小 化的程序。該任務通過生成並採集用於目標偏差的知識資料庫中的數據來解決。通過 對所獲得的結果進行編集(documentation)和年度驗證來執行對項目開發的結果檢驗 (controlof success)。 在Chem. Eng. 8/08， 34ff中，J. Harrison描述了 一種由SAP工業價值網絡 (Industry Value Network)所提供的用於工廠能源管理的方法。Harrison描述道也 可以使暗中的變化可視並將其同唯一事件區分開。應將所提出的方法理解為預分析 (pre-analysis)，因為進一步被壓縮的數據被輸入到Kaizen系統中，這產生複雜和完整的能源管理，所述能源管理尤其是包括物流鏈(logistical chain)的能源影響。
在2008年，Dow化工公司(Chemical corp.)公布了一種針對能效改善的管理系 統。根據這樣的管理系統，設置有能源報告，並且建立僱員間的通信結構。通過使用所謂的 六西格瑪(Six Sigma)方法來處理經過鑑定的改善項目。 比較評定方法通常限於對相似設施的比較。在不存在相似設施或者相應數據不可 用的情況下，不能應用由現有技術所提出的方法。即使可以應用所公布的方法，仍然應將在 其它方面相似的設施的個體差異考慮在內。因此，所述結果與參與人員的報告有關。
—般而言，分析方法的目的在於生成某些類型的方案。這些方案被編集到合適的 列表中並且被相繼執行。不大可能進行控制，因為每個活動都將被單獨評估。此外，並不是 每個活動都可以被相應的中央管理訪問。目標優先級以及對不同因素在較長時間段內的跟 蹤僅僅是難以實現的。 情況常常是可以通過試錯法實現連續的逐步改善。這些改善超過通過分析方法 (行動列表)和比較方法(基準檢驗)所能達到的改善。 —般而言，通過所謂的每差距(per g即)分析或者基準檢驗所獲得的數值是有益 的，但是其本身並不允許提高這樣有限的(numbered)改善潛力，因為通常不能使所述數值 差異的關聯可視。本領域的技術人員通常具有對該廠的、將會影響到性能的個體細節的定 量判斷方面的經驗。然而，所述技術人員並不常常總覽在設施的操作狀態中影響彼此的參 數的複雜性，以至於不能在其上實施整體全面的改善管理。 現有技術並未提供定義如下程序的解決方案根據所述程序，設施的性能可以被 形式化地和抽象地表徵，使得可以表示同最優值之間的偏差，從而不同的設施可以以比較 的方式彼此對照。 因此，需要提供持續並連續地監測和分析相應化工廠的能耗的可能性。由此，所期 望的是監測和分析程序給用戶提供完全的透明性以及關於中期(interim)行動的成功的 直接反饋。

發明內容
根據本發明，該目的通過如下方式來實現一種計算機實現的用於監測和分析至 少一個運行的化工廠的能耗的方法，包括基於對應的模型廠來確定廠類型特有的理論能 耗最優值；分別對由於運行在該廠上的過程、由於該廠的內部特性、由於該廠的運行狀況造 成的對該廠的能耗增加做出貢獻的參數進行標識和分組。該方法進一步包括部分地通過 自動地、並且在需要時周期性地檢索、尤其是在線檢索來提供相應參數的能源貢獻率；以及 經由柱狀圖來周期性地圖形表示所述至少一個廠的能耗，其中所述柱狀圖從廠類型特定的 理論會g耗(planttype specific theoretical energy consumption)最優值出發，並且通 過按組添加相應參數的所提供的單獨的能耗率而達到所述至少一個廠的當前能耗，由此形 成能源梯級(cascade)，所述能源梯級允許監測所述各個參數的至少一部分以及部分自動 地將所述至少一個廠的當前能耗與其它廠的能耗和/或與所述至少一個廠的以前的能耗 在所述各個參數方面相比較。檢索相應參數貢獻率的周期以及圖形表示能耗的周期分別可 以是任意合適的時間段、比如月、年、或者任意其它時間段。 根據本發明的措辭"化工廠"主要表示所有類型的用於執行在化工業中常用的標
5準物質轉化(比如催化轉化、氫化、氧化、液相、固相、以及熔融相的電解過程、聚合反應、蒸餾操作等等)的安裝設施。所陳述的例子不應阻礙術語"化工廠"更寬的定義，化工廠還包括所有用於將物質轉化或者處理成其它形式的物質的安裝設施，不管是化學轉換、比如冷凝或者聚合，還是物理轉換、例如通過蒸餾或者結晶或者滲透汽化等等的提純。因此，化工基礎產品、石油化工原料、礦物燃料、紙漿和紙、陶瓷(比如瓷器)塊材料、電鍍層、任意種類的塊金屬或合金、一定的食物成分、任意種類的玻璃和玻璃製品、水泥、石膏、膠和粘合劑、樹脂、油漆、表面塗層、功能材料(比如納米粒子)、肥料、有效的作物保護成分及其配方或者到終端用戶產品的製備、有效的藥劑成分及其到丸劑、軟膏、補品、糖漿等等的轉化同樣被理解成是在本發明的範圍下的化工廠中製造的，而不論其他可能發現落入相同定義的轉化過程。 然而，根據本發明的方法及其實施方法特徵也可以在本發明的另外的方面被應用於其它種類的安裝設施以用於最廣義的能耗轉化過程，所述能源消耗轉化包括但不限於比如如下過程將塑料、金屬、纖維、或者食物原材料加工成塊或者最後成品；將零件裝配成機器或者汽車；生產家居用品或者機器等等。這樣的過程也可以受益於所提出的發明範疇_即在可以由所提出的用於優化化工廠能效的新方法來處理的方面來監測反饋迴路。
根據一個實施方式，使用廠類型特定的理論能耗最優值來使所述至少一個廠的能耗標準化(normalize)，由此允許將所述至少一個廠的能耗與其它廠的能耗在各個參數方面進行與廠類型無關的比較。 基於對應模型廠來確定廠類型特定的理論能耗最優值的步驟以及對參數進行標識和分組的步驟可以根據適於被標準化的明確定義的程序來執行。 根據一個實施例，所述模型廠被規劃為理想廠，其用於產生免受其它影響因素、比如位置基礎設施的特性、以及規模經濟影響的特定產品。那些其它的影響因素要加以考慮並且歸入由於在相應廠中運轉的過程造成的參數中。 可以在能源梯級的進展內引入中間階段，其中每個這樣的中間階段都考慮到對廠能耗增加做出貢獻的一類參數。因此，一個中間階段可以被定義成廠能源最優，所述廠能源最優從廠類型特定的理論能耗最優值起始將運轉在該廠中的化工過程以及與該廠相關聯的基礎設施考慮在內。 另一中間階段可以被定義成運行的能源最優(operational energyoptim咖)，所
述運行的能源最優從廠能源最優出發進一步將該廠的內部特性、比如大型設備、以及小型
設備考慮在內。大型和小型設備可以指為了消除過量的能耗所需的資金量。 為了達到能源梯級的最終階段、即當前能耗，在能源梯級的截距(interc印t)中
進一步考慮運行狀況。 可能的是，分別將由於廠的運行狀況造成的參數歸類/劃分成靜態參數和動態參數。 此外，根據其它的實施方式，經由柱狀圖來周期性地圖形表示所述至少一個廠的能耗的步驟(其中所述柱狀圖從廠類型特定的理論能耗最優值出發，並且通過按組添加相應參數的所提供的部分被檢索的各個率而作為能源梯級達到所述至少一個廠的當前能耗)包括周期性更頻繁重複地對與所述廠的運行狀況相關聯的動態參數的率進行重新圖形表示(re-gr即hing)。這意味著，尤其是廠的動態運行狀況以比其餘其它影響因素更短的時間間隔而被監測。所述較短的時間間隔將根據關於相應運行狀況的波動的經驗數據而被選擇。可能合適的是對能源梯級中的那些對應參數進行恰好按月、按日、或者甚至更短的監測以及因此進行按月、按日、或者相對更短的重新圖形表示。這樣的在線監測保證運行改善的可持續性。 由此，還構思出該方法進一步包括為能源梯級的至少一個參數計算最佳展示模式(best demonstrated mode)並由此展示所述至少一個參數的相應能源貢獻率的預期比例的步驟。對於本領域的技術人員而言顯而易見的是，可以分別為全部定義的參數中的任意數目的參數計算這種最佳展示模式。 所述最佳展示模式可以從所述至少一個參數的在預先定義的時間段的過程中所測量的能源貢獻率歷史中得出，其中那些能耗率中最低者的預先給定的百分比被用於確定最佳展示模式。所述百分比可以在1%至20%的範圍內、尤其是在10%左右。所述至少一個參數的能源貢獻率可以基於最佳展示模式而被連續地監測和控制。 此外，進一步構思出使用最佳展示模式來創建所述相應至少一個參數隨時間的行為樣式的預測模型。當然，這可以對前面所標識的全部參數中的任意合適數目的參數進行。 此外，最佳展示模式可以響應於對所述至少一個參數的能源貢獻率的新的測量而被不斷地改進(refine)。 根據另一實施方式，最佳展示模式被用於創建所述至少一個參數的當前行為的臨時模型。 根據另一方面，對能耗增加做出貢獻的運行狀況得自這樣的組，該組包括在與全負荷相比的部分負荷下的廠的運行、廠的停機時間(down time)、以及由廠加工的產品組合(product mix)。對能耗增加做出貢獻的剩餘不可標識的運行狀況被全局概括為損耗。
根據又一方面，該方法可以進一步包括當所述至少一個參數的能耗率被檢測為意外地偏離於最佳展示模式時觸發警報。 根據另一方面，被可觸知地包含在信息載體內的電腦程式產品包括指令，所述指令在被執行時使處理器執行前面提到方法以檢測和分析所述至少一個運行的化工廠的能耗。 根據所提出的方法，通過使用運行的化工廠的理想化的最優來得到值目標，使得實際狀態與理想狀態之間的差距可視。通過圖形表示能耗，可以在任意時刻使得性能水平可視化。可以實現對能效改善的跟蹤和操縱。 此外，該方法允許實現一致的監測以及產生比較的指示器(關鍵性能指示器)，由此允許比較不同的產品和不同的技術。所提出的方法考慮到所測量的能耗由不同的貢獻(contribution)構成。此外，根據所提出的方法，實現將各種對能耗的貢獻自動分配給合適的類別。由此，可以一直將不同的影響因素考慮在內並使其對相應用戶可視。
根據所提出的方法，第一步驟涉及基於對應的模型廠確定廠類型特定的理論能耗最優值。這意味著，廠首先已經被建模，並且相應的能耗最優值已經從該模型中被得出。最優配置的性能數據已經通過相應的IT工具並針對能耗部分地結合例如ASPEN+、 VT計劃以及ExcelTM程序而被計算出。這樣被計算出的最優值包括由自然法則給定的那些特性，但不包括任何其它在現實中通常存在的損耗源。
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如所要求保護的方法的可能的實施方式進一步提出的那樣，所計算的廠類型特定的理論能耗最優值可以用於通過將所述最優能耗值用作標準化因子來執行對相應運行的化工廠的實際狀態的標準化。 此外，可以基於廠類型特定的理論能耗最優值根據如下公式來計算另一無量綱的因子 T2 = T0/CC 其中TO對應於所述理論能耗最優值，而CC對應於相應運行的化工廠的當前能耗。
所述計算出的無量綱的因子允許比較不同的方法、技術、甚至將通過相應化工廠來製造的產品。 根據所提出的總體方法，在基於對應的被建模的廠確定了廠類型特定的理論能耗最優值以後，進一步提出分別對由於運行在該廠上的過程、由於該廠的內部特性、由於該廠的運行狀況造成的對該廠的能耗增加做出貢獻的參數進行標識和分組。這意味著，能耗源已經被標識並且然後根據它們相應的源而被歸類。根據這樣的歸類，所發現和所標識的參數必須被相應地分組。在此之後，根據另一方法步驟，必須提供、部分自動地並且每當需要時周期性地檢索相應參數的相應的能源貢獻率。通過使用經過歸類的參數連同其相應的能源貢獻率，經由柱狀形表示所述至少一個運行的化工廠的能耗，其中所述柱狀圖從理論能耗最優值出發，並且通過相繼按組添加相應參數的所提供的、被部分自動地檢索的單獨能耗率而達到所述至少一個化工廠的當前能耗，由此形成能源梯級，所述能源梯級允許監測、尤其是在線監測所述各個參數的至少一部分以及部分自動地將所述至少一個廠的當前能耗與其它廠的能耗和/或與所述至少一個廠的以前的能耗在所述各個經過歸類的
參數方面相比較。這意味著，不同的經過分組的參數將以能源梯級的形式被布置。除了那些可以被具體標識的能耗源以外，還將引入另一類別，在所述另一類別中將匯總所有未被明確分配給任何一個所述具體類別的影響。由於可以由相應的所提供的、被部分檢索的能耗率來量化經過歸類的能耗源，所以對相應能源梯級的表示清楚地反映了相應運行的化工廠在不同的所標識的能耗源方面的性能，並且因此提供了通過考慮對整個廠能耗做出貢獻的單獨的參數來有意地增強性能的可能性。由此，可以引入不同參數的優先級，其中將根據所述優先級來處理運行的基礎化工廠的性能增強。 對相應的運行的化工廠能耗以能源梯級形式的表示允許清楚並且無歧義地分析真實的基本運行的化工廠同基於對應的所建模的廠的廠類型特定的理論能耗最優值之間的偏差。可以使用能夠從能源梯級中得出的所述偏差分析，以便確定如下措施的優先級所述措施將被執行以便通過減少特定參數的單獨所選擇的能耗率來減少能耗。存在若干類別，在所述類別中，似乎難以實現關於所包括參數的能耗率的增強。然而，最可能的將是可以容易地就在其它包括容易被影響的參數的類別中的能耗方面實現增強。因此，對總體能耗的有效改善成為可能。 根據另一方面，能源管理系統包括建模裝置，其被配置為基於所建模的廠來確定廠類型特定的理論能耗最優值；分析裝置，其被配置為分別對由於運行在該廠上的過程、由於該廠的內部特性、由於該廠的運行狀況造成的對該廠的能耗增加做出貢獻的參數進行標識和分組。所提出的系統進一步包括提供裝置，其被配置為提供相應參數的能源貢獻率，所述提供裝置包括檢索裝置，其被配置為自動地並且每當需要時周期性地檢索至少一部分所述相應參數的能源貢獻率。此外，所提出的系統包括監視器和控制裝置，所述監視器和控制裝置被配置為經由柱狀圖來周期性或者實時地圖形表示所述至少一個廠的能耗，其中所述柱狀圖從理論能耗最優值出發，並且通過按組添加相應參數的所提供的被部分檢索的單獨的能耗率而達到所述至少一個廠的當前能耗，由此形成能源梯級，所述能源梯級允許監測、在適用的情況下在線監測所述各個參數的至少一部分以及尤其自動地將所述至少一個廠的當前能耗與其它廠的能耗和/或與所述至少一個廠的以前的能耗在所述各個參數方面相比較。 所提出的系統的監視器和控制裝置可以被進一步配置為呈現所述至少一個廠的、使用廠類型特定的理論能耗最優值而被標準化的能耗，由此允許將所述至少一個廠的能耗與其它廠的能耗在各個參數方面進行與廠類型無關的比較。 所提出的系統所使用的被建模的廠可以被規劃成用於生產特定產品的理想廠。
此外，所述監視器和控制裝置可以被配置為周期性地更頻繁地重新圖形表示與所述廠的運行狀況相關聯的參數的能耗率。這意味著，重新圖形表示那些參數的能耗率的時間間隔可以被選擇為短於為整體圖形表示能源梯級所選擇的周期。由此被考慮在內的是那些參數可能更頻繁地變化。用於就那些參數的重新圖形表示的相應時間間隔將被相應地選擇。 根據所提出系統的另一實施方式，所述監視器和控制裝置被進一步配置為為能源梯級的至少一個參數計算最佳展示模式並由此展示所述至少一個參數的相應能源貢獻率的預期比例。應將所述預期比例解釋成歸因於相比於模型廠的虛擬情況的真實情況。
根據另一實施方式，最佳展示模式可以從所述至少一個參數的在預先定義的時間段的過程中所測量的能源貢獻率歷史中得出，其中那些能耗率中最低者的預先給定的百分比被用於確定最佳展示模式。例如，預先定義的時間段可以處於幾小時至幾個月、甚至幾年的範圍內。所述百分比例如可以被選擇為在1%至20%。 所述監視器和控制裝置可以被進一步配置為基於最佳展示模式來連續地監測和控制所述至少一個參數的能源貢獻率。 根據所提出的系統的另一實施方式，建模裝置把最佳展示模式用於創建所述相應
至少一個參數隨時間的行為樣式的預測模型。響應於對所述至少一個參數的從檢索裝置檢
索的能源貢獻率的新的測量可以由監視器和控制裝置不斷地改進最佳展示模式。最佳展示
模式可以被建模裝置進一步用於創建所述至少一個參數的當前行為的臨時模型。 根據所提出的系統的又一實施方式，對能耗增加做出貢獻的運行狀況得自這樣的
組，包括處於部分負荷的廠的運行、廠的停機時間、以及由廠加工的產品組合。 所提出的系統的監視器和控制裝置可以被進一步配置為當所述至少一個參數的
能耗率被檢測為意外地偏離於其最佳展示模式時觸發警報。 本公開基於如下認識每個運行的化工廠都具有不同的參數，該參數對相應廠的能耗增加做出貢獻且可以根據它們對能耗的影響的相應類別(即由於運行在該廠上的過程、由於該廠的內部特性、或者由於該廠的運行狀況)而被分組。運行在廠上的過程通常是技術過程、即化學部門特有的技術過程，其中所述技術過程的主要焦點包含相應化工廠的部門特有的專有訣竅。在生產廠的情況下，這是相應的生產過程。在能源方面也相關的是聯繫運行在廠上的過程來採購能源、例如採購電、氣、油、水、以及排放能源、例如C02排放物及廢水的排放。所述項可以被歸因於廠的基礎設施。此外，存在由於廠的內部特性造成的運 行參數。這些參數例如由該廠本身的特性、比如廠的複雜度確定。所述由於廠的運行狀況 造成的參數由該廠的運行種類、即該廠是否在部分負荷或者全負荷下、由該廠的停機時間、 由用於基礎過程的產品組合驅動。還存在其它的必須被考慮在內的並且將在下面被匯總為 所謂的"損耗"的廠運行狀況。 為了持續地減少能耗，本公開規定將所述至少一個運行的化工廠的能耗看成能 源梯級，所述梯級考慮所有對相對於基於對應的被建模的廠的廠類型特定的理論能耗最優 值的所述廠的能耗增加做出貢獻的參數，並且規定相對於待確定的潛在能源減少來分析 所述能耗。通過將對為了減小能耗而考慮的不同方面所造成的運行的化工廠的能耗增加做 出貢獻的所有參數或者至少所有核心參數包括在內，使得可以詳細地分析不同參數，由此 可以持續並且全面地減少相應參數的能耗率。僅通過考慮如本公開所設想的那樣的所產生 的能源梯級，就可以將所有能源貢獻率在大型和複雜的化工廠中的按時間順序和部分的分 配進行登記，並且可以確定並窮盡所有的能源減少。 可以通過如下方式來使能源梯級的各個能耗率標準化通過所確定的基於對應的 被建模的廠的廠類型特定的理論能耗最優值來劃分相應的能耗率，從而可以將所述至少一 個廠的能耗與其它廠的能耗在各個參數方面進行與廠類型無關的比較。由於這樣的話在原 則上可以認為整個能源梯級不考慮特定廠，因此與所述特定廠無關的基準可以用於對化工 廠的當前狀態的分析。這樣的基準可以指示減少能耗的潛力。所提出的公開提出將所有 的影響參數詳細地加以考慮，使得可以確定各個能耗率並將其分配給特定的消耗者。能源 流可以被跟蹤並且能源相關的數據可以被存儲和分析。例如，可以弄清生產規劃對能耗的 影響。 通過所提出的在整體考慮的情況下可以被標準化的方法，可以確定針對所述至少 一個運行的化工廠的潛在能源減少，同時保證整個過程中的透明性和一致性。因此，使得可 以全面且系統地分析所述至少一個運行的化工廠的能源減少，並且使得更易於做出潛在能 量減少的判斷和用於精心制定減少能耗的措施。藉助於所提出的方法，可以聯合利用已經 在大量運行的化工廠中可用的經驗和最佳實踐，並且然後可以例如利用將要運行在相應化 工廠上的特定化工過程的平均標準來制定基準。此外，通過所提出的方法，使得可以系統地 致力於清楚定義的規則，並且使得易於進行質量控制和保證。儘管運行的化工廠的複雜度 可能高，仍然可以由此確定並窮盡所有減少能耗的潛力。 在該情況下，所提出的方法包括多個適於被標準化的步驟。通過這樣的逐步的 程序，使得不同的廠即使在其具有固有的複雜性的情況下仍然可以被比較(參見第10頁 14-23行)。 —旦已經以這樣的標準化的和直接的方式實現了能耗貢獻的歸因，則所述類別中 的一些提供大量的將要取得的節能潛力。例如，類別"部分負荷"對應於當生產單元處於部 分負荷下時的特定能源損耗。儘管所述貢獻使用該系統而變得清楚地可視，但是所述可視 性產生兩種機會 (i)該單元的管理可以力圖將生產輸出規劃為使得儘量避免部分負荷，由此由於 該單元運行在部分負荷下造成的能源損耗將被極大地避免，並且所避免的能源浪費的量可 以被規劃，以及
(ii)該單元的管理可以進一步力圖在不能避免部分負荷的情況下優化該單元在 部分負荷下的能耗特性。 後者變得容易，因為所公開的系統連續地給用戶提供最佳展示模式特性以及基於 後者的預測模型。 因此，生產管理者不僅能夠對改變做出反應並且相應地設計其行動，以最小化給 定環境下的能耗，而且還可以通過使用他們關於部分負荷的推測、關於最佳展示模式特性 的可用信息、以及作為系統特徵的預測模型來規劃未來的能耗。 進一步精心制定該系統的規劃能力，該系統可以用於評定、管理、以及優化完全處 於不同位置的相似或者不同的廠的能耗性質。 一旦相應廠的能耗情況已經被測量出並且 被分配給該能源梯級的不同類別，並且一旦相應參數的最佳展示模式以及該廠的其它性質 已經利用所公開的方法而被設置生效，則對廠的比較可以在不管所述廠的特定性質和位置 的情況下被執行。廠例如可以在它們的部分負荷曲線的陡度(基於最佳展示模式)方面 被比較，其中所述比較提供尋找所出現的差異背後的原因的動力。監督管理可以周期性地 審查在達成一致的時間段(agreed-upon time period)以後那些規劃的履行程度、下級單 元的改善規劃、以及所述差異。總的來說，所公開的方法和系統再次提供對廠能效性質的 較深入的了解，並且由此使得廠管理能夠更具體地處理次優的設備配置以及實踐。使用 所公開的方法和系統，比在沒有所述方法和系統的情況下更有針對性地發生所述改善過 程，因為該系統的分類法和分析工具提供附加的對這樣的高效的改善過程的指導和使能器 (enabler)。 通過如下事實，使得可以對運行的化工廠在現有減少各個參數的能耗率的潛力方 面進行初步評定藉助於所提出的診斷方法，能耗被分析，對能耗增加做出貢獻的各個參數 根據它們相應的來源而被標識和分組。由此，可以標識薄弱點並且實施改善措施。
由於可以將標準化形式的能源梯級視為與各個化工廠無關，因此對其的診斷允許 在大量的化工廠間進行比較。此外，可以以簡單且迅速的方式對化工廠進行評定。
在分析了對化工廠能耗增加做出貢獻的不同參數(其中該分析以經由柱狀圖來 周期性地將能耗圖形表示為能源梯級的形式而被實現)以後，可以清楚地標識出薄弱點並 提出改善措施。由於周期性的重新圖形表示，變化的邊界條件可能導致利用新的改善性質 來重新評定。 在所提出的監測和分析方法的範圍內，可以使用用於確定減少各個參數的能耗率 的潛力的標準化的概念、標準化的計算模型、以及標準化的過程分析。可以利用最佳實踐和 已經可用的經驗。在所提出的分析期間，可以求助於成功的和經證實的概念、計算模型、以 及過程分析，並且因此使得能夠確定特別好的潛在節省。 在另一步驟，可以執行對減少能耗率的改善措施的詳細規劃，並且在又一步驟，可 以執行合適的實施方式。 通過如下事實可以特別持久地減少能耗經由柱狀圖來周期性地圖形表示所述至 少一個廠的能耗的步驟(其中所述柱狀圖從廠類型特定的理論能耗最優值出發，並且通過 按組添加相應參數的所提供的部分被檢索的單獨的率並形成能源梯級達到所述至少一個 廠的當前能耗)包括周期性更頻繁地重複地對與所述廠的運行狀況相關聯的動態參數的 率進行重新圖形表示。在某個時間間隔以後、尤其是最遲在一年以後整體對率重複圖形表示將使得可以檢查是否正確地實施了措施。其次，可以檢查那些用於減少相應能耗率的措 施的有效性以及最佳實踐的實現情況。 在附圖以及下面的描述中闡述一個或多個實施方式的細節。根據對附圖的描述以 及根據權利要求書，其它特徵將變得顯而易見。



附圖 圖1示出了由所提出的方法的可能實施例所提供的能源梯級的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了由所提出的用於監測和分析運行的化工廠的能耗的方法的實施例所 提供的能源損耗梯級的示意圖。圖l所示的能源梯級被表示為柱狀圖，所述柱狀圖從理論 能耗最優值TE0出發，並且通過按組添加相應的在前面標識的參數的在前面提供的、在前 面部分檢索的單獨的能耗率而作為能源梯級達到基本運行的廠的當前能耗CEC。首先，對所 述廠的相對於廠類型特定的理論能耗最優值TE0的能耗增加做出貢獻的參數根據它們對 應的來源而被相應地被標識和分組。所述能耗在圖1中被表示為根據kWhp"tf。。。的特定能 耗，其中指標PE表示初級能源。下面詳細地說明為何應將根據kWhPE/tf 。。。來給出特定能耗。
初級能源是被包含在原燃料的能源以及任意其它形式的由系統作為該系統的輸 入所接收到的能源。該概念尤其是在能源平衡的編輯過程中被用於能源統計。初級能源包 括非再生能源和可再生能源。 初級能源在能源轉化過程中被轉換成便利的能源形式、比如電能、以及更清潔的
燃料。在能源統計中，這些形式被稱為二次能源。二次能源是已經從一種形式被轉換成另
一種形式的能源。電是從煤、油、天然氣、風等等轉換而來的最常見的例子。 為了可比性起見，至關重要的是定義針對能源管理系統的因子，所述因子使各種
形式的二次能源的消耗具有可比性。為了實現該目的，使用所接受的因子來反向應用從初
級能源到二次能源的轉換過程。原則上應該由應用該系統的團隊來定義那些因子並達成一
致。作為標準，通常使用下列轉換 lkWh (電)=lkWh (PE) /0. 40 lkWh (蒸汽)=lkWh (PE蒸汽的熱含量)/0. 9 lkWh (冷能)=(lkWh (PE) *0. 40) *C0P，其中COP =製冷設備的性能係數 這些等式通常基於所實現的效率。它們不考慮供應生產廠的本地系統的效率，但
是造成消耗二次能源的各個廠的總體可比性的情況，並且還示出正確地用一種形式的二次
能源替換另一種形式的二次能源的效果。為了遵循不同的目標、比如利用同類中最佳的安
裝設施進行基準檢驗並比較廠內的蒸汽生成，可以在上述等式中使用更積極的效率因子來
以所期望的方式設計管理系統。 運行的化工廠的可以被標識的第一組參數可以被歸類為由於運行在相應化工廠 上的過程造成的參數，所述參數通常構成策略決策的基礎。這些參數尤其是包括運行在相 應化工廠上的化工過程以及相應化工廠所運行在裡面的基礎設施。針對那些被標識和被分 類的參數的每個，可以確定並提供相應的能源貢獻率，並將其添加到能耗最優值TE0，其中
12所述能耗最優值TE0在圖1中分別由被標識為CP和IS的柱來表示。通過將化工過程CP 和基礎設施IS的兩個相應的能源貢獻率添加到能耗最優值TEO，達到能耗值PEO，所述能耗 值PEO可以被稱為"廠能源最優"，其考慮到特定化工過程CP和特定給定基礎設施IS。
從廠能源最優PEO出發，存在另外的對基本運行的化工廠的能耗進一步增加做出 貢獻的參數、即由於廠的內部特性造成的參數。這例如可以是特定的可用於運行該基本化 工廠的現有設備。大型設備被標識為EL，並且小型設備被標識為ES。大型設備和小型設備 可以指為了消除過量的能耗所需的資金量。再者，針對那些對廠能耗增加做出貢獻的參數 中的每個，必須提供、部分檢索相應的能源貢獻率，所述能源貢獻率然後被添加到已經被計 算出的廠能源最優PEO，因此在能源梯級中進一步到達所謂的運行能源最優0E0，運行能源 最優OEO標識出整個能源梯級中的另一歸類步驟。標識出能源最優PEO與運行能源最優 OEO之間的能源梯級的參數可以被歸類為由於該廠的內部特性造成的參數。可以通過提供 相應設備的改變來影響那些參數，由此增強它們的相應的能源貢獻率。
從運行能源最優0E0出發，存在一系列另外的對相應化工廠的能耗進一步增加做 出貢獻的參數，那些參數是由於該廠的運行狀況造成的。該最後的參數組或類通常具有動 態特性。與之相比，由於運行在該廠上的過程和該廠的內部特性造成的參數通常具有靜態 特性。 最後的參數組尤其是包括由於該廠的一類運行(例如該廠以部分負荷PL運行、該 廠的停機時間DT、由該廠加工的產品組合PM)造成的對能耗增加做出貢獻的參數以及被表 示為OP的廠運行參數，其中那些參數中的每個均通過特定檢索到的能源貢獻率對整個廠 的能耗做出貢獻，如由相應的單獨的欄所示。所有的不能被明顯地分配給基本損耗源的參 數在此被分組到由LS表示的類別"損耗"中。通過將所有單獨的能源貢獻率添加到前面確 定的運行能源最優OEO，達到基本化工廠的當前能耗CEC。已經提到，由於該廠的運行狀況 造成的最後的參數組通常具有動態特性，因此似乎重要的是對與該廠的運行狀況相關聯的 那些動態參數的相應能耗率執行周期性重複的檢索和重新圖形表示，以獲得對所述運行的 化工廠的能耗的可靠分析。對那些參數的相應能耗率的重複檢索和重新圖形表示的周期可 以小於為周期性提供和圖形表示全部參數的能耗率所選擇的周期。 此外，似乎合適的是，為能源梯級的至少一個或者一些參數計算所謂的最佳展示
模式，所述最佳展示模式展示對應參數的相應能源貢獻率的預期比例。所述最佳展示模式
可以從對應的參數的在預先定義的時間段的過程中所測量的能源貢獻率歷史中得出，其中
那些能耗率中最低者的預先給定的百分比分別被用於確定最佳展示模式。 基於這樣的所確定的最佳展示模式，可以連續地監測和控制相應參數的能源貢獻率。 這樣的為任意合適數目的參數所確定的最佳展示模式可以用於創建相應參數隨 時間的行為樣式的預測模型。此外，最佳展示模式可以響應於對相應參數的能源貢獻率的 新的測量而被不斷地改進。 此外，最佳展示模式可以用於創建對應參數的當前行為的臨時模型。 將這樣的最佳展示模式用於相應參數將有益於指示相應單獨的參數的能耗率的
潛在可能的增強。並且有助於明確影響那些實際被有效影響的參數。 此外，還可以在所述至少一個、且為其確定了最佳展示模式的參數的能耗率被檢測為意外地偏離於該最佳展示模式時觸發警報。 在此所述的並且與所提出的方法和系統相關聯的各種技術的實施方式可以以數 字電路、或者計算機硬體、固件、軟體、或其組合來實施。實施方式可以被實施為電腦程式 產品、即被可觸知地包含在信息載體內、比如機器可讀存儲設備中、或者所傳播的信號中的 以供數據處理裝置(例如可編程處理器、計算機、多個計算機)執行或者控制所述數據處理 裝置的運行的電腦程式。電腦程式、比如為了實施所提出的方法和系統所需的計算機 程序可以以任意形式的程式語言、包括編譯或者解釋語言來編寫，並且可以被布署為任意 形式、包括作為獨立程序、或者模塊、組件、子程序、或者其它適於用在計算環境中的單元。 電腦程式可以被布署為在一個計算機上或者在一個位置處或者處於多個位置的範圍內 並且被通信網絡互連的多個計算機上被執行。 方法步驟可以由一個多個可編程處理器執行，所述可編程處理器執行電腦程式 以通過處理輸入數據並且生成輸出來執行功能。方法步驟還可以由(並且裝置可以被實施 為)專用邏輯電路、例如FPAG(現場可編程門陣列)或者ASIC(專用集成電路)。
適於執行電腦程式的處理器例如包括通用和專用微處理器、以及任意種類的 數字計算機的處理器的任一或多個。通常，處理器將從只讀存儲器或者隨機訪問存儲器或 者二者接收指令和數據。計算機的元件可以包括至少一個用於執行指令的處理器和一個或 多個用於存儲指令和數據的存儲設備。通常，計算機還可以包括或者被可操作地耦合以從 用於存儲數據的一個或多個大容量存儲器(例如磁碟、或者磁光碟或光碟)接收數據或者 將數據傳輸到該一個或多個大容量存儲器或者既從大容量存儲器接收數據又將數據傳輸 到該大容量存儲器。適於包含電腦程式指令和數據的信息載體包括所有形式的非易失 性存儲器(例如包括半導體存儲器器件、例如EPROM、EEPROM、以及快閃記憶體器件)；磁碟(例如 內置硬碟或者可移動盤)；磁光碟；以及CD-ROM和DVD-ROM盤。所述處理器和存儲器可以 被專用邏輯電路補充或者被併入專用邏輯電路中。 為了提供與用戶的交互，實施方式可以被實施在具有用於給用戶顯示信息的顯示 設備(例如陰極射線管(CRT)、或者液晶顯示(LCD)監視器)、以及鍵盤和指針設備(例如 滑鼠或者跟蹤球)的計算機上，其中通過所述鍵盤和指針設備，用戶可以將輸出提供給該 計算機。其它種類的設備也可以用於提供與用戶的交互；例如被提供給用戶的反饋可以是 任意形式的感官反饋、例如視覺反饋、聽覺反饋、或者觸覺反饋；並且來自用戶的輸入可以 以任意形式(包括聲音、語音、或者觸覺輸入)被接收。 實施方式可以被實施在計算系統中，其中所述計算系統包括後端組件(例如數據 伺服器)或者包括中間件組件(例如應用伺服器)或者包括前端組件(例如具有圖形用戶 界面或者網絡瀏覽器的客戶計算機(其中用戶可以通過所述前端組件與實施方式交互))、 或這樣的後端、中間件、前端組件的任意組合。組件可以被任意形式的數字數據通信介質 (例如通信網絡)互連。通信網絡的例子包括區域網(LAN)、以及廣域網(WAN)(例如因特 網)。儘管如在此所述的那樣，已經示出了所述實施方式的一定特徵，但是本領域的技術人 員能夠想到許多修改、替換、改變、以及等價形式。因此，能夠理解，所附權利要求旨在覆蓋 所有這些處於本公開的實施例的精神範圍內的修改和改變。
權利要求
一種計算機實現的用於監測和分析運行中的化工廠的能耗的方法，該方法包括基於比較的對應的模型廠來確定該廠的廠類型特定的理論能耗最優值；分別對i)由於在該廠中執行的過程、ii)由於該廠的內部特性、iii)由於該廠的運行狀況造成的對該廠的能耗增加做出貢獻的參數進行標識和分組；部分地通過自動地、並且在需要時周期性地檢索來提供每個參數的能源貢獻率；以及經由柱狀圖來周期性地圖形表示該廠的能耗，其中所述柱狀圖從廠類型特定的理論能耗最優值(TEO)出發，並且通過按組添加相應參數的所提供的單獨的能耗率而達到該廠的當前能耗值(CEC)，由此形成能源梯級，所述能源梯級允許監測所述各個參數的至少一部分以及將該廠的當前能耗與其它廠的能耗和/或與該廠的以前的能耗在所述各個參數方面相比較。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中使用廠類型特定的理論能耗最優值(TE0)來使該 廠的能耗標準化，由此提供該廠的能耗與其它廠的能耗在所述各個參數方面的與廠類型無 關的比較。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中基於對應的模型廠以及對所述參數進行標識和分 組來確定廠類型特定的理論能耗最優值的步驟被設計用於標準化。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述模型廠以理想方式產生免受其它影響因素、 比如位置基礎設施、以及規模經濟影響的特定產品。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中將由於該廠的運行狀況造成的參數歸類為靜態參 數和動態參數。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中經由柱狀圖來周期性地圖形表示該廠的能耗的步 驟包括周期性重複地對與該廠的運行狀況相關聯的動態參數的率進行重新圖形表示，其中 所述柱狀圖從理論能耗最優值(TE0)出發，並且通過按組添加相應參數的所檢索的單獨的 率而達到該廠的當前能耗(CEC)。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中進一步包括為能源梯級的參數計算最佳展示模式 以用於展示所述至少一個參數的相應能源貢獻率的預期比例的步驟。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中從所述參數的在預先定義的時間段的過程中所測 量的能源貢獻率歷史中得出最佳展示模式，其中那些能耗率中最低者的預先給定的百分比 被用於確定最佳展示模式。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中基於最佳展示模式來連續地監測和控制所述至少 一個參數的能源貢獻率。
10. 根據權利要求7所述的方法，其中使用最佳展示模式來創建所述相應至少一個參 數隨時間的行為樣式的預測模型。
11. 根據權利要求7所述的方法，其中響應於對所述至少一個參數的能源貢獻率的新 的測量而不斷地改進最佳展示模式。
12. 根據權利要求7所述的方法，其中使用最佳展示模式來創建所述至少一個參數的 當前行為的臨時模型。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中對能耗增加做出貢獻的運行狀況得自該廠以部 分負荷運行、該廠的停機時間、以及由該廠加工的產品組合之一或多個。
14. 根據權利要求7所述的方法，其中當所述參數的能耗率被檢測為意外地偏離於最佳展示模式時觸發警報。
15. —種被可觸知地包含在信息載體內的電腦程式產品，所述電腦程式產品包括 指令，所述指令在被執行時使處理器執行根據權利要求1至14任一所述的方法以檢測和分 析廠的能耗。
16. —種能源管理系統，包括建模裝置，其被配置為基於模型廠來確定廠類型特定的理論能耗最優值；分析裝置，其被配置為分別對i)由於運行在該廠上的過程、ii)由於該廠的內部特性、 iii)由於該廠的運行狀況造成的對該廠的能耗增加做出貢獻的參數進行標識和分組；提供裝置，其被配置為提供相應參數的能源貢獻率，所述提供裝置包括檢索裝置，其被 配置為自動地並且每當需要時周期性地檢索至少一部分所述相應參數的能源貢獻率；以及監視器和控制裝置，所述監視器和控制裝置被配置為經由柱狀圖來周期性地圖形表示 該廠的能耗，其中所述柱狀圖從理論能耗最優值出發，並且通過按組添加相應參數的所提 供的單獨的能耗率而達到該廠的當前能耗，由此形成能源梯級，所述能源梯級允許監測所 述各個參數的至少一部分以及將該廠的當前能耗與其它廠的能耗和/或與該廠的以前的 能耗在所述各個參數方面相比較。
全文摘要
本發明涉及用於監測和分析運行的化工廠中的能耗的方法和系統。涉及一種計算機實現的用於監測和分析至少一個運行的化工廠的能耗的方法，該方法包括基於對應的模型廠來確定廠類型特定的理論能耗最優值；分別對由於運行在該廠上的過程、由於該廠的內部特性、由於該廠的運行狀況造成的對該廠的能耗增加做出貢獻的參數進行標識和分組；提供、比如部分自動地檢索相應參數的能源貢獻率；以及經由柱狀圖來周期性地圖形表示所述至少一個廠的能耗，其中所述柱狀圖從廠類型特定的理論能耗最優值出發，並且通過按組添加相應參數的所提供的、部分被檢索的單獨的能耗率而作為能源梯級達到所述至少一個廠的當前能耗。此外，提供有合適的系統。
文檔編號G01M99/00GK101751620SQ200910260619
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者A·庫弗, A·康拉德, A·朱普克, E·比肖夫, H·卡尼斯, J·埃克曼斯, R·帕格 申請人:拜爾材料科學股份公司