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节能干货丨No.10 基于大数据分析，实现高杆灯精准化节能管控

发布者：正向国际

时间：2021-04-29

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原创作者丨注册能源管理师王继勇

前言
天津港太平洋国际集装箱码头有限公司是位于天津东疆自贸区内的一家集装箱码头公司。

为了有效开展照明节能，2018年，该公司通过对堆场内提供照明的高杆灯开展数据分析处理，制定并实施了一系列行之有效的节能改造措施，取得了显著的节能效益和经济效益。

一、项目背景

该公司集装箱作业场地共有高杆灯61座，灯杆高度为35米，每座高杆灯安装有20盏灯具，高杆灯的平均照度约为15lx(光照度单位)。从能源消耗统计数据来看，高杆灯用电量占据公司生产用电量的较大比例，2013年该比例为16.7%, 2014年为17.4%,2015年为18.1%。若能够采取有效措施，切实降低高杆灯用电量，将对整个公司的节能降耗工作产生显著的推动作用。

为此，该公司从能源管理精细化角度出发，对高杆灯使用情况进行了全面系统的数据分析，找出了高杆灯用电量与季节、光照、分布场地等影响因素的关系，发现相关规律，理清节电控制点，采取有效措施进行改善，最终达到了安全照明、经济节能、高效利用的目的。

二、开展数据分析处理

为有效开展数据分析处理，该公司调取了2014年全年集装箱作业场地61座高杆灯的使用数据，共计55203条。

1.与季节特性的关系

图1 2014年高杆灯月度用电量与季节特性的关系

分析：用电量最低的为6月份的17.14万kW·h，用电量最高的为1月份的34.48万kW·h，二者最大差值为17.34万kW·h。

可知，高杆灯月度用电量总体呈现“两头月份高，中间月份低”的波谷特点，高杆灯月度用电量受季节影响较大，且存在一定对应关系。夏季因日照时间长，用电量低，冬春季节日照时间短，用电量高。

结论：高杆灯用电量受季节因素影响，改善空间较小。

2.与高杆灯个体的关系

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图2 10月份高杆灯个体用电量示意图

分析：从2014年10月份61座高杆灯用电量统计中，可看出用电量最高的为C08/09场的27#高杆灯，用电量为6700kW·h；用电量最低的为进港大门北侧的65#高杆灯，用电量为40.59kW·h，二者相差165倍；H18/19场的44#高杆灯尚未使用，用电量为0。

从上述统计中可以看出，高杆灯个体的用电量非常不均衡，电量消耗差距非常大。

结论：每座高杆灯用电量存在不均衡性，改善空间较大。

3.与月度最高用电量座数的关系

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图3 各月份高杆灯最高用电量座数示意图

分析：从图3可知，处于月度用电量最高状态的高杆灯座数在30~35座之间分布较多，其中有8个月的高杆灯座数在此范围内，占比达67%，不在此范围的有4个月，占比33%。尽管每月高杆灯最高用电量的数值不同，但是在大多数的月份里，有30-35座高杆灯是每个月月度用电量最高的。

结论：用电量集中在3#-16#、19#－34#、46#等30-35座高杆灯，改善空间较大。

4.与最大用电量分布的关系

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图4 各月份高杆灯最大用电量分布示意图

分析：如图4所示，对各月份中均处于最大用电量的高杆灯进行统计，12个月中比例达到90%以上的有27 座，分别是3#~14#、16#、19#~21#、23#、24#、26#~32#，34#、46#，占总数61座的比例为44%，这27座高杆灯中有25座分布在进出口场地，1座分布在冷箱场地，1座分布在缓冲区；另外，比例达到80%以上的有4座：15#、22#、25#、33#，占总数61座的比例达到6.6%。说明这些区域用电量集中，对月度照明用电量影响最大。

结论：高杆灯用电量受区域影响，改善空间较大。

5.与最早开灯时间的关系

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图5 各月份高杆灯最早开灯时间分布示意图

分析：开灯时间最早的为1、2月份的16:44，开灯时间最晚的为6月份的18:57，二者最大差值为2.2小时。

高杆灯的最早开灯时间数据曲线总体呈现“波峰特点”，与日落时间曲线相比较可以发现，高杆灯的最早开灯时间均早于日落时间，其中5月3日和7月22日为多云和阴天天气，导致开灯时间提前。

结论：高杆灯最早开灯时间受季节、天气影响，且最早开灯时间早于日落时间，改善空间较大。

6.与最晚关灯时间的关系

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图6 各月份高杆灯最晚关灯时间分布示意图

分析：关灯时间最早的为6月份的4:34，关灯时间最晚的为12月份的7:16，二者最大差值为2.7小时。

与日出时间曲线相比较可以发现，月度高杆灯的最晚关灯时间数据曲线总体呈现“波谷特点”。1~6月份最晚关灯时间均早于日出时间，7~12月份最晚关灯时间均晚于日出时间，其中7月15日和9月27日为多云天气，造成关灯时间更加滞后。

结论：高杆灯最晚关灯时间受季节、天气影响，且最晚关灯时间上半年早于日出时间，下半年晚于日出时间，改善空间较大。

7.与最长照明时长的关系

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图7 各月份高杆灯最长日照时长分布示意图

分析：照明时长最短的为6月份的9.55小时，照明时长最长的为1、2月份的15.28小时，二者相差为5.73小时。

最长照明时长的趋势图呈现中间月份短，两端月份长的“波谷特点”，通过与每月黑夜时长曲线对比可以看出，大部分月份的照明时长数都要比黑夜时长数大，其中保持一致的月份，说明控制的较好。

结论：高杆灯照明时长受季节影响，且照明时长大于黑夜时长，改善空间较大。

三、制定措施成效显著

该公司通过从电量、时间、时长三个维度对高杆灯用电情况进行系统分析，由此建立起以高杆灯月度耗电量（kW·h/月）考核指标为导向的管理模型。

图8 高杆灯用电考核管理模式

通过这个模型，可以看到有7个要素对高杆灯月度耗电量产生影响。作为公司能源管理人员，按照PDCA模式，利用管理节能、技术节能等手段，采取四项措施对这些要素中的人为可控因素进行优化改进，以达到降低高杆灯耗电量的目的。

（一）将场地作业计划与高杆灯控制系统充分结合

1.现状：原高杆灯控制系统的控制模式缺少与现场作业的相互关联，控制系统仅凭个人主观判断去控制打开和关闭堆场照明的范围和持续时间，无法及时针对生产情况调整现场照明，从而造成不必要的电能浪费。

2.改进：在现有高杆灯控制系统中加入生产计划模块，将现场照明与实际生产紧密结合。

3.效果：堆场照明控制精确到具体的某一个时间段，在某一堆场开始作业前打开照明，根据现场生产的进度情况控制照明持续的时间，使照明控制更加合理。具体如下图所示：

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图9 高杆灯控制系统与生产计划关系图

（二）量化开关灯依据标准，减少人为随意性因素

1.现状：高杆灯的开启、关闭时间和使用的灯盏数是由操作人员根据现场的环境亮度人为决定的，存在着很大的随意性，没有相对标准可参考。

2.改进：选取3块主要作业场地，在其临近的高杆灯下方分别安装照度计，照度计的测量信号通过高杆灯的控制光缆传回高杆灯控制系统。

3.效果：将现场照度计测量值作为高杆灯开启和关闭的触发提示信号，同时不同的照度值范围对应打开/关闭不同数量的灯盏数，实现标准化控制，杜绝管理的随意性。具体如下图所示：

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图10 高杆灯安装照度计管理示意图

（三）定义高杆灯使用属性，根据属性确定使用标准

1.现状：进出口场地、进口空箱场地、冷箱场地等处高杆灯使用根据需求决定，但是对属于提供安保照明、交通照明的高杆灯使用没有明确规定。

2.改进：根据高杆灯的使用属性，确定相应的使用标准。

3.效果：在确保满足不同属性照明需求的前提下，做到节能降耗。具体如下图所示：

图11 各区域高杆灯使用属性及使用标准

（四）更换新型节能灯具

1.现状：现有高杆灯灯具为高压钠灯。

2.改进：在保障现场照度标准的情况下，更换为LED节能型灯具。

3.效果：原灯具为1000W钠灯灯具，每座高杆灯共有20盏，总功率为20kW。该公司从2015年底开始更换400W节能型灯具，高杆灯总功率变为8kW,总功率减少了60%，经现场实测，照度完全满足使用要求。据统计，节能灯具改造后，2018年全年用电量为153.31万kW·h，同比2014年（294.07万度）减少140.76万kW·h，节电效果非常显著。

四、写在最后

通过该项目的成功实施以及注册能源管理师培训的系统培训，可以使我们深刻认识到必须学会用能源管理的方法和大数据的思路对公司能耗情况进行分析和管理，用数据说话，注重数据统计和分析，还原能源消耗的全过程，找到降低能耗的思路和方法，才能发挥注册能源管理师的真才实学，为企业节能降耗做出应有的贡献！

原创文章，支持微信公众号转载。

个人简介

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王继勇

天津港太平洋国际集装箱码头有限公司

工作岗位：节能计量主管

工作职责：负责拟定公司节能管理制度和规划，对各类能耗报表数据和分析报告进行审核，审核能耗预算和执行情况，审核节能考核指标的制定与完成情况，组织开展公司节能知识的培训工作，落实公司能源管理体系的运行和维护，组织节能项目的资料上报、总结、申请补助工作，制定计量设备检验计划，编制计量器具相关管理规定，建立计量器具台帐及使用记录。

工作成绩：

1.2007年9月—2009年10月在太平洋国际公司的集装箱码头生产全过程数字视窗管控系统项目中负责项目实施和电控系统接口设计等工作，该项目获得了2008年天津港科技进步二等奖、中国港口协会科技进步三等奖。

2.2008年1月—2009年9 月主持了太平洋国际公司油改电项目方案的论证、制定、审核工作，确定了采取低架直流-受电弓自动取断电的新模式，该改造形式是北方港口油改电项目上的首次采用，具有其他改造形式所无法具有的诸多优点。

3.针对港口生产情况，进行了多项技术改造，2010年至2013年共获得了七项天津市实用新型专利。

4.2009年10月至2011年5月主持完成了太平洋国际公司油改电（一、二、三期）项目，在节能降耗方面产生了具大的经济效益和社会效益，获三项天津市实用新型专利，轮胎吊低架直流电力驱动改造（一期）项目被评为2010年天津市“讲、比”活动优秀项目并获得了交通部节能减排专项基金。

5.2013年组织“场桥电力驱动改造项目” 和“电瓶转过场项目”参与新加坡PSA集团主办的“创新挑战项目”竞赛，分获创新大赛银奖和铜牌。

6.2013年至2014年负责推进实施公司绿色循环低碳港口项目的建设工作，项目达到预期效果，获得交通部下发的绿色循环低碳港口建设项目奖励资金约130多万元。

7.2013年承担公司能源管理体系建设工作，在2014年初取得全国交通运输系统第一个能源管理体系认证证书。

8.2015年6月获得天津港集团公司能源管理体系建设先进个人荣誉称号。

座右铭：为成功找方法，不为失败找借口

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