能源管理势在必行

越来越多公司寻求采用能源管理技术,原因多种多样,上涨的成本、日渐严苛的法规以及提升企业形象的渴求便是其中之三。G Venkatesh撰文。

越来越多公司寻求采用能源管理技术,原因多种多样,上涨的成本、日渐严苛的法规以及提升企业形象的渴求便是其中之三。G Venkatesh撰文。

有时政策强制要求减少二氧化碳(主要温室气体)排放,而有时又不得不降低成本。前者出现在过度利用化石燃料产生的能源(热能和/或电能)时,如石油、煤炭与天然气,而后者发生于能源开支日渐上涨,竞争激烈的市场要求谨慎的优化能源消费,并/或根据总体大气排放进行罚款,不仅针对造成全球变暖的气体,排放影响环境的气体皆要受处罚。

正如弗若斯特沙利文公司2011年名为《工业能源管理》的一文所言,实际还存在塑造公众眼中企业形象、工业产值需求激增、影响稳定供给的地理政治问题和技术进步等其它促进因素。通常是某个强烈的主要动机与多个次级促进因素的组合,这种组合视工业和地理位置的不同而各异。

譬如,能源成本是水和废水工业的促进因素,而激励矿业公司的因素则是满足政府各项法规。然而,总部位于美国的AspenTech公司相信 “随时都应提升基础能源管理”。

而能源在许多工业领域中都占据了运营成本大块份额:化学工业中平均占60%左右;钢铁工业占15%左右;水泥工业中占40%之多。

假如你真正研究过5年多以前,于2008年2月出版的《亚洲控制工程》提到:“追踪从源头到最终消费的能量流,无论矿山或机械,油气井或车轮,可以说在一些发展中国家,由于运输中不可挽回的损失,最终可用能源少得令人瞠目结舌——不足燃料中初级能源含量的10%。”

“于是人们意识到大部分能量都被浪费了,不仅没能拉动GDP上升,反而污染空气并加剧全球变暖。损害大于发展,问题多过进步。”

英语古谚语有云,省一文等于赚一文。引用当今各种会议和研讨班上最常用的一句话:关注能源相关事物,节约的能源即为新的可再生能源。

这是心血来潮还是根深蒂固的观念?激励因素多种多样。需求刻不容缓,好处则惠及全球各地而非单独某个国家,有利于社会而非个人。有人说,当今社会道德泯灭。除非完全达成共识,否则混乱蛊惑人心。


 
Hot water 热水
Recovered heat (hot gases) 再生热(热气)
Hot water 热水
Cold water 冷水
Cold water 冷水
Cooler gases 低温气体
鉴于能源在许多工业领域中都占据了运营成本的大块份额,因此能源管理方案能带来丰厚回报。

能用白菜价换取丰富的能源资源得益于政府的慷慨补贴,这在发展中国家尤其明显。这些国家的政府视就业一代和GDP增长为头等大事,往往忽略长期的谨慎发展,仅关注短期合理性。而正如所有创新一样(其中某些已遭破坏),可以说不久前掀起的“节能革命”必然对人类生活环境中的工业、商业机构和家庭等各方面产生影响。

能源管理方式多元:峰值调节、减载、燃料转换、异常状况管理、可中断能源供应、实时优化、先进过程控制、预先计划和自备发电等。

事实上,简单通过减少或防止热交换机污损即可提升10%左右的能效。若传送带在无载情况下不在左边运行,长此以往自然能节能不少。积小流终成沧海,正是这些点滴的努力造就了“巨大的节能海洋”。表1列举出了某公司的能源管理计划。George Birchfield在《能量管理——就是现在》一书中推荐。巧合的是,施耐德电气将表1中的五个步骤进行了重组,缩减成四个步骤,而本质上包含的活动仍然相同:审计与测量、解决本质问题、优化和监测-维护-提升。

1.评估形势

a.能量使用与成本
b.监测
c. 基准测试

2. 评估改进

a. 能源/可用能/夹点分析
b.过程/设备设计
c. 现场分析

3.定义改进措施

a. 运营
b.过程/设备
c. 现场设施
d.控制与优化
e.能源购买/业务问题

4. 选择改进

a.经济/技术/运营可行性
b. 环境因素
c.节能/能量/产品质量
d. 商业承诺

5. 执行

a.工程师/采购/安装
b. 操作
c. 监测

执行评估:公司能源管理计划的五个步骤

政府的关注

能效提升计划可以自上而下、从下而上或按照需求组合实施。就实用性而言,组合实施最为有效。作为挪威政府机构的Enova SF负责推广挪威经济生产和消费市场的能效,它便采用了组合方式,全球其它在此方面落后的政府可以借鉴其经验。

2012年,Enova注入3亿3千万NOK (US$5600万),通过采用新技术降低能耗(去能)或使用可再生能源(转能)替代现有化石燃料为多个行业提供能效提升帮助助。

得益于Enova做出的努力,2012年挪威全国废热利用使石油需求量减少了262,200吨(该过程中二氧化碳等价物GHG年均排放减少了650千吨)。仅工业领域即为上述数字贡献了一半力量。

同样,新技术和更加节能的电器减少了耗电量,由此二氧化碳等价物GHG排放降低了18,000千吨。

加拿大政府于1997年颁布了一条限制大多数1–200 HP汽车的条例,因此2010年均节能量等同于9.5 PJ。

在欧洲,一体化能源市场更青睐可再生能源,提高安全性和推崇更经济的能源(促进了该区域工业的国际竞争力,减轻危机)。《经济学家》最近一篇报道指出,欧洲委员会相信电气市场完全一体能达到年均860亿美元的节能效益。

在美国工业燃气价格下将了66%(归功于页岩气革命)的时候,2005至2012年间欧洲的燃气价格却上涨了35%。Rockwell Automation公司亚太地区软件商务经理Mukund告诉CE Asia,日本和韩国正在所有能源消费领域实施新条例。以韩国为例,强制规定空调设置温度须为26摄氏度,违规者一律罚款。他还提到,由于近期印度卢比下跌(本年度卢比对美元下跌18%),所有的注意力更是集中在了能效问题上。


 
今年10月,在能源管理方面采纳前瞻性措施的新加坡公司都获得了国家环境局(NEA)颁发的能源效率合作奖。

放眼南方,澳洲新当选总理Tony Abbot在大选前演讲中作出承诺,他上任后的首要任务便是废除执政工党前首相Julia Gillard在去年推出的碳排放税。

要在市场中生存则意味着斗争。Abbot希望拨款30亿澳元的作为优惠条件,促使大型碳排放公司在未来四年内清理排放问题。直到截稿前,具体优惠条件尚不清楚。但可以合理猜测它包括鼓励采取商业能源管理措施的“甜头”。读者们都知道澳洲不断开采自身资源,以便向中国出口煤炭,使得中国热电厂发展蓬勃。

在十月的第二周,新加坡国家环境局(NEA)组织了一场为期两天的国际能效会议。其中包括围绕能效最佳实践、能源管理信息系统和能源审计等话题开展的研讨会。许多在能源管理方面采纳前瞻性措施的新加坡公司都获得了NEA颁发的能源效率合作奖。获奖公司包括亚太酿酒、新加坡雀巢和葛兰素史克。

工业新措施

电机驱动应用占工业能耗总量的60%之多。而超过99%的工业电机寿命周期成本主要都是运转时的能耗。在各应用中采用变速驱动(VSDs)并选择正确的额定值,避免配置过大的电机,从而很大程度上减少电能消耗。

据富士电机亚太区总监Muthuraman Palaniappan所言,由于人们逐渐意识到节能效益,VSD市场不断扩大。能源价格逐年上涨,同时进步技术使VSD的具备了许多理想功能,共同促进了它在工业领域的普及。

“暖通空调是亚太地区VSD的主要应用领域。”他介绍到。Palaniappan还指出,相对于恒速驱动器,采用VSD后减少的起动电流和寿命周期运营的节能量远远超过其初始资金投入。三菱电机亚洲区工业自动化部门的区域产品经理Leong Wai Mun接受亚洲控制工程采访时,赞同未来几年变速驱动器需求必将上升这一观点。他说:“亚太地区VSD市场仍然主要集中在自动化的核心领域,如工厂自动化、建筑自动化(暖通空调垂直市场)和过程自动化。所有节能应用对驱动器都存在巨大需求量,未来,由于对绿标和环保驱动器需求的不断攀升,暖通空调领域更是如此。”

据富士电机Muthuraman Palaniappan介绍,采用VSD后减少的起动电流和寿命周期运营的节能量远远超过其初始资金投入。

Leong还表示,一个30 kW的VSD,投资还本期不超过两年:“使用VSD降低能耗,在20-35Hz的低速区域,节能量可高达60%。许多客户都转而采用VSD代替传统电机启动器来控制应用中的感应电机。”

同时,新加坡施耐德电气工业业务部副总William Hoo表示VSD可用于任何类型的建筑,用以调节空气压力和温度。他补充说,通过增加占用检测器、自动盲控器和计时器,建筑管理系统能进一步调整降低能耗。施耐德电气最近推出了Altivar 1200 VSD,专为优化高达16,200 kVA的扇页、泵、传送带和压缩机应用性能和能效设计。中国LY Steel公司钢板年产量为650万吨,采用了施耐德电气的集成开放SCADA与Historian能源管理(PlantStruxure与能源管理信息系统),从而实现了50%能效的提升,70%维护成本的减少。年节能额共计300万美元。

值得关注的是,施耐德电气PlantStruxure构架于本年九月夺得了2013全球弗若斯特沙利文客户价值提升奖。这个受到中国LY Steel采用的构架已帮助了许多工业公司了解自身能源足迹,从而在能耗优化、能源购买、能源采购和效用关税谈判方面做出明智的决策。

监测是辨别能效提升和能源再生机遇的先决条件。Eaton于本年宣布Power XPert多点计在亚洲上市,主要针对办公楼、商场、工业地点、住宅小区和高校等多用户应用。设计用于精确合计气、水、蒸汽消耗数据,提供设施效用全面的概览和节能方案开发。该仪表带有内置通信功能。

三菱电机亚洲区Leong Wai Mun表示,节能应用对变速驱动器的需求量已经十分巨大,而未来仍呈上涨趋势。

施耐德电气的PlantStruxure构架已帮助了许多工业公司了解自身能源足迹,从而在能耗优化等方面做出明智的决策。

因此可以集成于本地网络之中,供远程仪表读取和监测。据说单一设备即能处理20个三相或60个单相电路,且与大多数三相工业、商业和单相住宅低压电源系统兼容。尽管Eaton全球油气总监Gardiner Henderson表示除美国之外,全球其他地区尚未安装Power XPert多点计,而随着能源管理意识日渐增强,这只是时间早晚的问题。

不可或缺

无论经济形势低靡或繁荣,工业能源管理在未来几十年内都将不可或缺。施耐德电气Willian Hoo在被问及其公司的优先市场时表示,即使某国家/地区有渠道低价获取可再生能源,并不代表能源管理对他们不重要。

AspenTech亚太地区总裁Prasad说:“繁荣时期,各公司需要优化提升产能。相反,他们又必须优化节能降低能耗。因此将能源管理认定成过程(及制造)领域各板块的繁荣时产业是不正确的。”

当然,“经济人”有权利寻求花最少的代价获取最大的利益。就能源再生和节能的机遇而言,或许用“求则得之”形容再恰当不过。尽管要寻找的目标是并非能轻易企及的果实(变速驱动、LED照明等),但有志者事竟成。过去不会成为拉开未来的序幕。

Box Story 1:

能源密集型工业中实现能效

通过实施一系列能源管理措施,本地区钢铁生产巨头现在每生产一公吨钢铁所需电能降低了30%。

亚太区域一家员工超过3000人的领先钢铁生产商NatSteel年产能为2百万公吨,它致力于改善并解决全球气候变暖问题,同时不断寻求提升能源效率。该公司地处新加坡的旗舰工厂是全球能效最高的生产厂之一,它通过回收金属废料生产环保钢筋。随着建筑工业越来越多的关注可持续性,NatSteel主动投资研发高强度钢和价值创新服务,从而减少钢材使用,提高产能并把损耗降至最低。

2006年起,NatSteel采用了McKinsey推出的总操作性能(TOP)持续提升计划,其中包括许多节能措施。负责大幅能耗的员工组成团队,为实施能效措施献计献策,相关部门进行支持。
该计划实施之初,1000多名员工接受了能源管理相关培训,共投入15000工时。经统计,这些措施最后成就的节能量约达到1500万美元。

措施、技术与创新

NatSteel拥有全球钢铁生产业内能效最高的电弧炉(EAF),因此它生产每公吨钢铁所需电力不到300 kWh,是全球最具能效的钢铁生产厂之一。与其它EAF操作设备相比,NatSteel生产每公吨钢铁节约了30%的电能。

该厂采用的能效技术包括钢坯热装入再热炉、排烟风扇和冷却水系统上安装变速驱动、优化EAF中的电能与化学能,降低整体能耗、将过时的燃烧器转换成虚拟氧枪燃烧器、再热炉中的有机物朗肯循环。这些措施共同让它成为了全球能效首屈一指的钢铁生产厂,生产每公吨钢铁只需不到300 kWh电能。

NatSteel近期还投资了两大能源提升项目,未来彻底实施后将进一步提升能效:

•升级电弧炉的炉体/顶板系统的设计:NatSteel采用指篦式竖炉电弧炉,利用钢铁生产过程中的废热预热废料。升级炉体系包括安装全新攻丝系统、更新炉体和下筒体、为钢水包和电弧炉采用最新的自动化技术,从而进一步提升能效。

NatSteel新加坡公司的电弧炉 (EAF)使全球能效最高的电弧炉之一。

•采用有机物朗肯(ORC)系统:本系统利用ORC技术产生电能,且已成功应用于NatSteel工厂轧钢机上。再热炉中的废热不会排放至大气中,而是得到回收并用于热交换器中加热和转化有机油,使其从液态变成气态。膨胀的气体驱动发电机发电。

成为标杆

NatSteel寻求成为世界一流的能源管理公司和钢铁工业能效的标杆。它为自己设定的目标是,在2020之前将每公吨原钢的二氧化碳排放降低至0.4公吨。

2012财政年度,NatSteel实现了0.459 t CO2/tCS的排放强度。同一财政年度,该公司钢铁生产能源强度达到史上最低,为6.754 GJ/tCS。

NatSteel公司的碳足迹也在全球钢铁工业中名列前茅,生产每公吨钢铁产生的CO2小于1.0公吨,而采用矿石进行生产的工厂每吨钢铁会产生2.3公吨CO2。

正因其在能源管理方面的优异表现,该公司荣获2012年EENP卓越能源管理奖。由新加坡国家环境局、经济发展委员会与能源市场管理局共同组织设定的能源效率合作(EENP)奖旨在促进工业及公共部门间形成持续能效提升的文化。

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