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對(duì)于企業(yè)乃至整個(gè)經(jīng)濟(jì)體而言,,高效使用各種能源的能力,,正日益成為至關(guān)重要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 新的自動(dòng)化控制和預(yù)測(cè)性負(fù)載管理系統(tǒng),,不僅能在此發(fā)揮重要作用,,而且能夠快速收回成本。
*的能源管理,、熱能回收利用以及自動(dòng)化技術(shù)將f | glass公司的能耗降低了五分之一左右,。
在德國(guó)南部古鎮(zhèn)烏爾姆附近的Gardena工廠,在名副其實(shí)的高壓環(huán)境下,,工作以輕快的節(jié)奏進(jìn)行著,。每年,這家工廠的93臺(tái)注塑機(jī)要將9400公噸塑料變成5億個(gè)零部件,,如修枝剪和手推割草機(jī)的手柄等,。工廠每星期開工7天,其中周一至周五是三班倒?jié)M負(fù)荷生產(chǎn),,而周末則稍微輕松一些,,只有少數(shù)機(jī)器和工人上工。
這是一種非常清晰的模式,,而工廠的耗電量也有著同樣的規(guī)律,。Gardena工廠是富世華集團(tuán)旗下的公司,,在平常工作日,其平均耗電量在2000到2300千瓦之間,。周末的耗電量則降至1000或2000千瓦,,具體取決于工作量。
這種有規(guī)律的需求模式是供電公司所適應(yīng)的,。它知道在一個(gè)星期內(nèi),,用電需求的變化規(guī)律,并制定相應(yīng)的供電計(jì)劃,。這種模式也反映在供電公司與Gardena工廠的供電合同準(zhǔn)則中,。一方面,工廠同任何私人家庭一樣必須為用電支付電費(fèi),。另一方面,供電企業(yè)得保證隨時(shí)為Gardena工廠提供高2680千瓦的電能,。
但超出這個(gè)限值哪怕一次,,也會(huì)令工廠付出高昂代價(jià)。Gardena工廠負(fù)責(zé)自動(dòng)化和負(fù)載管理的Jürgen Röck解釋道:“供電公司限定了我們?cè)?5分鐘時(shí)間段內(nèi)的平均用電量,。如果我們?cè)谀呐乱粋€(gè)時(shí)間段內(nèi)超出了規(guī)定的大用電量,,那么,我們將為此支付高額費(fèi)用,,因?yàn)槿绻菢拥脑?,供電公司將提高?dāng)年余下時(shí)間的保證大供電量,當(dāng)然,,我們也不得不支付相應(yīng)的費(fèi)用,。”
這樣的事曾在幾年前發(fā)生過。那是在復(fù)活節(jié)假期結(jié)束后,,Gardena工廠的機(jī)器重新開工時(shí),,由于機(jī)器同時(shí)啟動(dòng)要消耗特別多的電能,因此耗電量在短期內(nèi)激增至3200千瓦,。Gardena工廠想避免再次發(fā)生這種事,。于是,這家公司決定采用 新的負(fù)載管理技術(shù),。2010年春,,工程師在Gardena工廠的變壓器上安裝了9臺(tái)西門子Sentron PAC 3200監(jiān)控裝置。這些裝置可以測(cè)定電流,、電壓和功率,。測(cè)量值會(huì)被發(fā)送給Simatic S7-400控制器,由后者生成當(dāng)前15分鐘時(shí)間段的用電需求預(yù)測(cè),。其目標(biāo)顯而易見:平均用電量絕不可超過2680千瓦限值,。
身為電氣技術(shù)人員,,Röck可以隨時(shí)查看工廠的當(dāng)前狀態(tài)。只要在他的臺(tái)式機(jī)上打開西門子Simatic WinCC Powerrate應(yīng)用即可,。他說:“綠色區(qū)域表示我們已經(jīng)用了多少電能,,橙色線條表示當(dāng)前時(shí)間段剩余時(shí)間內(nèi)的用電需求預(yù)測(cè)。因此,,我們能立即看出是否有超出高限值的危險(xiǎn),。”
如果過于接近限值,那么,,系統(tǒng)將自動(dòng)作出響應(yīng),。控制器將逐步降低用電量,,直至用電回歸正常范圍,。它將按200千瓦一級(jí),逐級(jí)降低從過程水(用于冷卻注塑機(jī)模具)中回收熱能的系統(tǒng)的功耗,。這樣做所導(dǎo)致的短期溫度升高不會(huì)構(gòu)成問題,。同樣,用于塑料顆粒的烘干機(jī)也可以靈活響應(yīng)負(fù)載管理需求,??梢园?8千瓦一級(jí),分4級(jí)降低其功耗,。
許多企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了高效,、節(jié)能的生產(chǎn)過程——但仍有巨大潛力尚待挖掘。
事實(shí)證明,,這個(gè)控制系統(tǒng)非常有效,。自其安裝以來,用電量從未超出規(guī)定的大值,。Röck表示:“由于我們已經(jīng)使用了大量西門子設(shè)備,,因此,負(fù)載管理系統(tǒng)的安裝并未花費(fèi)多少成本,。譬如,,我們能夠使用現(xiàn)有的S7通信系統(tǒng),在西門子控制器之間傳送數(shù)據(jù),。由于其能降低尖峰負(fù)載,,這個(gè)負(fù)載管理系統(tǒng)將在一年內(nèi)收回成本。”
Gardena工廠打算進(jìn)一步擴(kuò)展其能源監(jiān)控系統(tǒng),。譬如,,在不久的將來,Röck將能使用Win CC來持續(xù)追蹤壓縮空氣和供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,。盡管他不能利用這個(gè)工具來左右用電量,,但其讀數(shù)將為他提供關(guān)于可能的管道泄漏或消耗大量電能的泵機(jī)的寶貴線索,。
避免負(fù)載尖峰。用電需求管理之所以成為工業(yè)界的熱門話題,,是因?yàn)樯a(chǎn)過程中的負(fù)載尖峰會(huì)令工廠付出巨額代價(jià),。但在未來,企業(yè)將不僅有能力避免異常需求尖峰,,而且還能夠利用智能負(fù)載管理系統(tǒng),,正好在電網(wǎng)超量供電時(shí)使用電能。西門子能源德國(guó)業(yè)務(wù)主管Frank Büchner博士說:“如果將用電密集型生產(chǎn)過程改到供電充足,、電價(jià)低廉的時(shí)段,,那么,這將在無形中協(xié)助穩(wěn)定電網(wǎng),。這樣做的企業(yè)也能受惠于低廉電價(jià),,并且減輕對(duì)供電現(xiàn)狀的依賴——它們可以為可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型政策的成功作重要貢獻(xiàn)。”
除負(fù)載管理之外,,企業(yè)也越來越多地投資于提高能效的舉措,,它們的努力獲得了豐厚回報(bào)。據(jù)德國(guó)聯(lián)邦*計(jì)算,,從1990年到2012年期間,德國(guó)的能源生產(chǎn)率提高了46%,。因此,,如今在德國(guó)開展經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的普通企業(yè),其生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)所需耗用的一次能源已大大減少,。德國(guó)聯(lián)邦政府的目標(biāo)是到2020年,,將能源生產(chǎn)率提高至1990年時(shí)的兩倍。
在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中,,監(jiān)控系統(tǒng)將扮演重要角色,,因?yàn)樗鼈兛娠@示哪些地方存在能源浪費(fèi)。至關(guān)重要的因素是,,使用高效組件和系統(tǒng)來回收利用未使用的能量,,如廢熱。通過利用這些方式提高效率,,企業(yè)不僅能減少溫室氣體排放,、保護(hù)環(huán)境,而且有助于保障其自身利益,,因?yàn)樵谀茉磧r(jià)格不斷上漲的時(shí)代,,能否大限度地提高能效,將直接決定一家企業(yè)在市場(chǎng)上的命運(yùn),。
在西門子的數(shù)十座工廠,,譬如一個(gè)醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)基地(上右圖),,節(jié)能增效技術(shù)投資已在短短幾年內(nèi)收回成本。
對(duì)于正向可持續(xù)能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型的德國(guó),,情況更是如此,。西門子德國(guó)*執(zhí)行官Rudolf Martin Siegers指出:“德國(guó)企業(yè)支付的電費(fèi),已比歐洲平均電價(jià)高出24%,,更是美國(guó)企業(yè)的三倍,。因此,節(jié)能投資絕不是額外開支——相反,,這是企業(yè)的生存之道,。”
盡管如此,這一領(lǐng)域仍有巨大潛力尚待挖掘,。據(jù)斯圖加特大學(xué)生產(chǎn)能效研究所(EEP),、德國(guó)工業(yè)聯(lián)合會(huì)(BDI)、德國(guó)能源署(dena)和TüV Rheinland于2013年12月*聯(lián)合發(fā)布的《德國(guó)工業(yè)能效指數(shù)》稱,,企業(yè)在提高能效方面的投資依然太少,,盡管這些投資能夠創(chuàng)造豐厚利潤(rùn)。
研究人員對(duì)機(jī)器生產(chǎn),、金屬冶煉以及塑料和玻璃制品等行業(yè)的80家企業(yè)進(jìn)行了調(diào)查,。斯圖加特大學(xué)生產(chǎn)能效研究所的Robert Kasprowicz在報(bào)告中稱,“約三分之二的企業(yè)打算僅將其投資的不到5%投入能效領(lǐng)域,。只有9%的企業(yè)計(jì)劃將其投資的20%以上用于節(jié)能領(lǐng)域,。”
這種不情愿的態(tài)度,源于許多企業(yè)都要求在短短30到36個(gè)月內(nèi)*收回投資,,它們并不準(zhǔn)備做更長(zhǎng)久的投資,,盡管大多數(shù)情況下,總占有成本分析表明這樣的投資是值得的,。在總結(jié)這項(xiàng)研究的結(jié)果時(shí),,Kasprowicz是這樣說的,“人人都在談?wù)摴?jié)能增效,,但實(shí)際投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,。”
繼2013年底開展的*研究之后,參與機(jī)構(gòu)打算每隔6個(gè)月發(fā)布一份新的研究報(bào)告,,并根據(jù)研究結(jié)果,,同時(shí)結(jié)合Ifo經(jīng)濟(jì)研究所計(jì)算出的商業(yè)氣候指數(shù),計(jì)算出能反映能效領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的能效指標(biāo),。
通過充分利用廢熱,,可將工業(yè)能耗降低12%。
弗勞恩霍夫制造工程和自動(dòng)化研究所(IPA)的Sylvia Wahren也認(rèn)為,能效領(lǐng)域的改進(jìn)空間巨大,。Wahren是一位能效專家,,她也為企業(yè)提供項(xiàng)目顧問服務(wù),她說:“關(guān)于能效的討論熱火朝天,,然而,,大多數(shù)企業(yè)并未*明白其中的道理。譬如,,對(duì)140攝氏度以上的廢熱進(jìn)行回收利用,,將獲得多達(dá)320拍焦耳的熱能可供使用。這相當(dāng)于德國(guó)工業(yè)能耗的12%左右,。”在她看來,,許多企業(yè)采取了成本低、見效快的舉措,,如高效照明系統(tǒng),,但卻不愿利用蒸汽輪機(jī)或有機(jī)蘭金循環(huán)來進(jìn)行廢熱發(fā)電。
通過采取節(jié)能增效措施,,位于柏林的西門子燃?xì)廨啓C(jī)工廠,,每年可節(jié)省27萬歐元的能源成本。
而無論如何,,后者也是一種可選方案,。位于德國(guó)Osterweddingen的f|glass公司就是這樣的典型例子。每天,,這家公司位于馬格德堡附近的生產(chǎn)工廠要生產(chǎn)出多700公噸的特種玻璃,,其中一些是太陽能行業(yè)使用。這座工廠擁有現(xiàn)代化程度高,、同時(shí)也是能效高的玻璃生產(chǎn)基地之一,。得益于其全自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng),、*的能源管理,,以及智能熱能回收利用,這座工廠的玻璃生產(chǎn)能耗比類似企業(yè)低大約20%,。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的能效水平,,沿工廠長(zhǎng)約700米的生產(chǎn)線部署了3000多個(gè)測(cè)量點(diǎn),這些測(cè)量點(diǎn)向SIMATIC PCS 7過程控制系統(tǒng)輸送數(shù)據(jù),,后者則保證全年全天候不間斷地運(yùn)行,。工廠采用的節(jié)能增效技術(shù)包括,西門子生產(chǎn)的高發(fā)電容量為3200千瓦的蒸汽輪機(jī),,它可以將熔爐產(chǎn)生的大部分500攝氏度廢熱轉(zhuǎn)換為電能,。僅這臺(tái)輪機(jī)的發(fā)電量,就能滿足工廠玻璃生產(chǎn)用電需求的四分之一。
競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素,。工廠的過程控制系統(tǒng)還保證了優(yōu)化的能源管理,。一定程度上歸功于西門子提供的高能效變頻傳動(dòng)系統(tǒng),這個(gè)過程控制系統(tǒng)能將用電量降至低,。因而,,提高能效和削減成本是幫助f | glass公司在市場(chǎng)上立于不敗的因素之一。對(duì)于玻璃行業(yè),,這種類型的解決方案特別有益,。同水泥生產(chǎn)、基本化學(xué)制品生產(chǎn)和金屬冶煉等行業(yè)一樣,,玻璃生產(chǎn)行業(yè)也是能源密集型行業(yè)之一,,這些行業(yè)的總能耗占德國(guó)終能耗的12%左右。
EEP專家預(yù)計(jì),,只要采用*的工藝工程技術(shù),,到2035年,這些行業(yè)則可以將其能耗多減少14%,。他們開展的調(diào)查表明,,塑料和玻璃生產(chǎn)商已經(jīng)準(zhǔn)備這樣做。這些領(lǐng)域的企業(yè)正打算加大對(duì)節(jié)能增效技術(shù)的投資,。Siegers指出:“對(duì)于這些企業(yè)而言,,能效扮演著越來越重要的角色。它們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,,能源和資源的使用效率是其競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素,。”
生產(chǎn)廠房也能為提高能效作出貢獻(xiàn),西門子在其生產(chǎn)基地證明了這一點(diǎn),。2005年,,西門子發(fā)起了一個(gè)分5階段進(jìn)行的“節(jié)能增效計(jì)劃”,首先是“能效檢查”,,然后是能源使用情況和節(jié)能增效潛力分析,,后是實(shí)施和監(jiān)控已經(jīng)部署到位的改進(jìn)措施。西門子樓宇科技的Peter Marburger負(fù)責(zé)監(jiān)管這個(gè)項(xiàng)目,,他說:“通過采取各種各樣的改進(jìn)措施,,包括優(yōu)化能源采購(gòu)、改進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施,、提高生產(chǎn)作業(yè)能效,、以及改變工廠工人行為等,不一而足,。截至目前,,我們已經(jīng)對(duì)大約100座工廠進(jìn)行了‘能效檢查’,我們還在26座工廠采取了旨在提高能效的舉措。西門子能夠?qū)崿F(xiàn)其為自身定下的從2006年到2011年將二氧化碳排放量降低20%的目標(biāo),,這個(gè)計(jì)劃功不可沒,。”
4年收回投資。位于德國(guó)克雷費(fèi)爾德的西門子鐵路技術(shù)工廠,,是節(jié)能增效計(jì)劃產(chǎn)生豐厚回報(bào)的好例子,。在一次性投資約400萬歐元之后,這座工廠的年二氧化碳排放量減少了2300噸,,每年節(jié)省能源成本近70萬歐元,。其所采取的重要的措施是,安裝了一套燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)(CHP)設(shè)備,、一個(gè)實(shí)現(xiàn)了熱能回收利用的新通風(fēng)系統(tǒng),、以及一個(gè)能源監(jiān)控系統(tǒng)——它可以記錄工廠的當(dāng)前能源使用情況,這些記錄可用于考量節(jié)能增效項(xiàng)目的績(jī)效,。得益于這些舉措,,其能源成本降低了15%,二氧化碳排放量減少了20%,。
在其他工廠,,西門子也取得了類似成效。譬如,,在位于柏林的西門子燃?xì)廨啓C(jī)工廠,,每年可節(jié)省27萬歐元能源成本,減排二氧化碳約1100噸,。在巴伐利亞州小鎮(zhèn)Kemnath,,節(jié)能增效措施每年可幫助西門子的一座醫(yī)療設(shè)備工廠節(jié)省50多萬歐元能源成本,減排二氧化碳約2700噸,,減排幅度高達(dá)25%左右,,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于西門子初設(shè)定的目標(biāo)。在大多數(shù)這樣的工廠,,節(jié)能增效技術(shù)投資都能在大約4年后收回成本,。Marburger總結(jié)道:“我們正面臨一種模式的轉(zhuǎn)變。過去,,我們?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展買單,,現(xiàn)在,,可持續(xù)發(fā)展為自己買單,。”