全球大約有五分之一的收入直接由制造業(yè)創(chuàng)造，將近有一半的居民消費(fèi)依賴(lài)于工業(yè)制成品。而到2013年，中國(guó)制造業(yè)的主營(yíng)業(yè)務(wù)收入84萬(wàn)億元，又超過(guò)了世界制造業(yè)產(chǎn)值的五分之一，成為了名副其實(shí)的制造業(yè)大國(guó)(來(lái)源：中國(guó)經(jīng)濟(jì)年會(huì)(2012-2013))。
然而，通過(guò)工業(yè)化來(lái)提高人們生活水平是要以環(huán)境作為代價(jià)的。20世紀(jì)60年代以前，人均能耗在過(guò)去的200年內(nèi)增加了9倍，而在此之后，人均能耗又增長(zhǎng)了25%(來(lái)源：國(guó)際能源署，2010)。發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)能耗仍處于增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但發(fā)展中國(guó)家的工業(yè)能耗卻是飛速增長(zhǎng)。為了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求以提高人們生活水平以及滿(mǎn)足發(fā)達(dá)國(guó)家的進(jìn)口需求，發(fā)展中國(guó)家成了能耗大戶(hù)。
正因?yàn)槿绱耍圃鞓I(yè)發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性。資源消耗的居高不下以及繼續(xù)應(yīng)用高碳、高污染的技術(shù)等都將削弱增長(zhǎng)和發(fā)展的潛力。這一點(diǎn)，對(duì)中國(guó)這樣典型的發(fā)展中國(guó)家而言顯得更為重要。在下面這篇文章里，筆者試圖通過(guò)一個(gè)具體的能效提升實(shí)踐，進(jìn)行一些粗淺的觀察，從而期望大家發(fā)現(xiàn)：持續(xù)的能效提升，才能打造中國(guó)制造業(yè)的可持續(xù)未來(lái)。
8“變”3的節(jié)能魔術(shù)
太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)太鋼)是中國(guó)特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)和全球產(chǎn)能最大、工藝技術(shù)裝備最先進(jìn)的不銹鋼企業(yè)。經(jīng)過(guò)與西門(mén)子的通力合作，變頻器化身“魔術(shù)師”，成功將燒結(jié)風(fēng)機(jī)中單個(gè)電機(jī)的耗電量從每小時(shí)8千度“變”為3千度。
面積超過(guò)600m2的太鋼4號(hào)燒結(jié)機(jī)，使用了兩套西門(mén)子羅賓康高壓變頻器與高壓電機(jī)。一臺(tái)大變頻一個(gè)小時(shí)就能節(jié)電5千度，兩臺(tái)大變頻一天可節(jié)電24萬(wàn)度。如按自供電價(jià)0.4元/度計(jì)算，一年節(jié)約電費(fèi)3,000余萬(wàn)元，18個(gè)月就收回了設(shè)備成本，節(jié)能率可達(dá)40%，使得初始的設(shè)備投資轉(zhuǎn)化為一次成功的戰(zhàn)略性技術(shù)創(chuàng)新。
太鋼四號(hào)燒結(jié)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)外景
太鋼4號(hào)燒結(jié)機(jī)，其規(guī)模當(dāng)屬世界最大。燒結(jié)面積越大，產(chǎn)量就越高，對(duì)風(fēng)機(jī)的要求也越高，因此能源消耗巨大。根據(jù)太鋼3號(hào)450m2燒結(jié)機(jī)的實(shí)際工況，太鋼計(jì)劃在600m2大型燒結(jié)風(fēng)機(jī)中采用兩臺(tái)大變頻，來(lái)控制高壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速。盡管采用變頻驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)能夠大幅節(jié)能，且是大勢(shì)所趨。然而如此大規(guī)模的應(yīng)用并無(wú)先例可循，技術(shù)難度大，投資回報(bào)率未知。
15,000kV西門(mén)子羅賓康變頻器機(jī)柜
采用變頻調(diào)速之前太鋼曾經(jīng)使用風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量
西門(mén)子的能源管理方法論基于三個(gè)步驟，識(shí)別、評(píng)估和實(shí)現(xiàn)。此前的時(shí)間觀主要解決能效“怎么算”的問(wèn)題，這里的方法論主要解決節(jié)能“怎么做”的問(wèn)題。有了方法論的依托，太鋼與西門(mén)子在節(jié)能合作上闊步向前。
第一步，充分識(shí)別和挖掘太鋼隱藏的節(jié)能潛力。
西門(mén)子專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)首先以未使用變頻調(diào)速的3號(hào)450m2燒結(jié)機(jī)作為樣本，記錄車(chē)間和系統(tǒng)中的能源消耗。經(jīng)過(guò)分析，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的電耗一般占整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的50%，而風(fēng)量控制準(zhǔn)確程度直接決定成品的質(zhì)量、產(chǎn)量。
第二步，評(píng)估車(chē)間和系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)的成本，計(jì)算出具體應(yīng)用的節(jié)能潛力和可行措施的成本效益。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快，送風(fēng)量就越多，但是能耗也隨之成倍增長(zhǎng)。如果轉(zhuǎn)速下降，能耗也會(huì)翻倍減少。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，在同樣產(chǎn)品、同樣產(chǎn)量的條件下，變頻調(diào)速等于時(shí)時(shí)刻刻都在節(jié)能，即使在整個(gè)燒結(jié)廠滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，保守估算節(jié)能率也將在35%以上。
第三步，采取有針對(duì)性的措施，將節(jié)能潛力變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，大約2/3的工業(yè)能源由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗，而將整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗，降低40-50%是十分具有操作性的。
在考察了多種變頻方案之后，太鋼最終決定選用兩臺(tái)西門(mén)子羅賓康高壓大功率變頻器，輸出電壓為10KV。變頻器采用水冷工藝，其內(nèi)部采用去離子水循環(huán)冷卻，外部采用工業(yè)冷卻水二次冷卻。與空冷型變頻器相比，不需要額外的空調(diào)等冷卻設(shè)備，變頻器噪音低，受周?chē)h(huán)境的影響小，變頻室整潔、干凈。此外，西門(mén)子羅賓康高壓變頻器還具備“飛車(chē)啟動(dòng)”功能，縮短了風(fēng)機(jī)每次啟、停接近50分鐘的等待時(shí)間，從而大大節(jié)省了能耗和時(shí)間成本。
邁入變頻室的大門(mén)，比想象得更為安靜和清爽。使用水冷大變頻，噪音小，沒(méi)有風(fēng)冷的粉塵污染。員工的工作量有所減輕，工作環(huán)境也有所改善，不用像3燒那樣頻繁的操作風(fēng)門(mén)擋板。90%的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在中控室就可以直觀顯示，維護(hù)量小，運(yùn)行穩(wěn)定?！?/FONT>
在太鋼構(gòu)建資源節(jié)約型企業(yè)過(guò)程中，通過(guò)使用西門(mén)子變頻驅(qū)動(dòng)解決方案、全集成自動(dòng)化、奧鋼聯(lián)先進(jìn)的鋼鐵工藝等，保障產(chǎn)量年年增長(zhǎng)，耗能卻逐年遞減。太鋼總經(jīng)理高祥明先生談到：“2011年與2005年相比，太鋼噸鋼綜合能耗下降22.9%;噸鋼新水消耗下降91%;二次能源年回收占總能耗的45%以上，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。”
評(píng)論：制造業(yè)的能效提升之路
制造業(yè)的能耗問(wèn)題已經(jīng)成為全球性問(wèn)題，尤其是對(duì)于像中國(guó)這樣的發(fā)展中制造業(yè)大國(guó)來(lái)說(shuō)。但是，一方面不同的制造業(yè)行業(yè)企業(yè)的能耗改善需求不一;另一方面，對(duì)于制造業(yè)用戶(hù)而言，如何評(píng)估節(jié)能項(xiàng)目的收益潛力一直是橫亙?cè)谄髽I(yè)管理層面前的一道難題;具體到實(shí)施層面，選擇什么樣的值得信賴(lài)的節(jié)能合作伙伴，以及如何規(guī)劃能效提升的科學(xué)路徑，都是未來(lái)中國(guó)制造業(yè)企業(yè)需要考慮的問(wèn)題。
(1)高耗能行業(yè)成為能效改進(jìn)先鋒。其實(shí)更準(zhǔn)確一點(diǎn)，應(yīng)該說(shuō)能源成本(包括為生產(chǎn)過(guò)程供電、供熱、照明和電力等全部能源的花費(fèi))占企業(yè)總成本比重高的制造業(yè)行業(yè)將更關(guān)注節(jié)能的問(wèn)題。從整個(gè)經(jīng)濟(jì)范疇來(lái)看，工業(yè)部門(mén)顯然是最大的能源消費(fèi)主體——2008年，工業(yè)部門(mén)用能占全球總能耗的31%。而在工業(yè)部門(mén)中，金屬冶煉業(yè)能耗最大，其次是化工及非金屬礦(來(lái)源：2011年工業(yè)發(fā)展報(bào)告，聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織)。所以不難看出，像太鋼集團(tuán)這類(lèi)金屬冶煉行業(yè)企業(yè)，愿意打造也能夠打造這樣一個(gè)節(jié)能標(biāo)竿項(xiàng)目是有根本驅(qū)動(dòng)力的。當(dāng)然，對(duì)于能源成本占比相對(duì)較低的制造行業(yè)，如機(jī)器設(shè)備制造業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著能源成本的持續(xù)增長(zhǎng)，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，也必然對(duì)能效改善有越來(lái)越多的訴求。
(2)能效提升將帶來(lái)巨大的綜合性收益。除了節(jié)能帶來(lái)的能源成本節(jié)省，更加清潔高效的技術(shù)能夠提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提升運(yùn)行穩(wěn)定程度，減少能源、水、原材料的使用量及副產(chǎn)品產(chǎn)生的廢物流。在太鋼案例中，西門(mén)子羅賓康高壓變頻器的應(yīng)用，“縮短了風(fēng)機(jī)每次啟、停接近50分鐘的等待時(shí)間，從而大大節(jié)省了能耗和時(shí)間成本。90%的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在中控室就可以直觀顯示，維護(hù)量小，運(yùn)行穩(wěn)定。”
當(dāng)然，能效技術(shù)還能改善衛(wèi)生狀況，一些新的節(jié)能設(shè)計(jì)能夠提升室內(nèi)環(huán)境的舒適度和安全性，帶來(lái)環(huán)境方面重要的協(xié)同收益。正如上述案例中所說(shuō)，“使用水冷大變頻，噪音小，沒(méi)有風(fēng)冷的粉塵污染。員工的工作量有所減輕，工作環(huán)境也有所改善”。
(3)全面能效提升是一項(xiàng)具備全生命周期的系統(tǒng)工程，也是未來(lái)制造業(yè)的重要特征。這意味著縱向來(lái)看，廣義上的節(jié)能應(yīng)該覆蓋了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、工程、到生產(chǎn)實(shí)施與服務(wù)全生命周期的過(guò)程;橫向來(lái)看，能效提升不但包括改變節(jié)能行為、通過(guò)節(jié)能電機(jī)和變頻器進(jìn)行單一產(chǎn)品的節(jié)能，還包括更進(jìn)一步通過(guò)工程管理平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)節(jié)能，以及更高層次的基于可視化基礎(chǔ)的企業(yè)全面能源管理。就太鋼案例而言，其實(shí)還有更多的節(jié)能潛力可以挖掘。
在西門(mén)子看來(lái)，制造業(yè)企業(yè)可以通過(guò)識(shí)別——評(píng)估——實(shí)施在內(nèi)的系統(tǒng)化方法再加上先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，從而達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。尤其值得稱(chēng)道的是，西門(mén)子還提供業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的節(jié)能相關(guān)服務(wù)——譬如協(xié)助建立企業(yè)能源中心，通過(guò)能源中心，工業(yè)企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)采集和可視化，并定期獲得西門(mén)子所提供的能源分析報(bào)告，從而進(jìn)行節(jié)能決策。又譬如，在針對(duì)企業(yè)資金限制的節(jié)能業(yè)務(wù)模式方面，西門(mén)子同樣走在了業(yè)界前沿，目前提供不擔(dān)保節(jié)能量的直接業(yè)務(wù)模式、節(jié)能服務(wù)公司合作業(yè)務(wù)、節(jié)能融資租賃業(yè)務(wù)和承諾節(jié)能效果的直接業(yè)務(wù)等多種節(jié)能合作方式。
能效問(wèn)題，無(wú)疑在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)會(huì)一直成為中國(guó)制造業(yè)的核心挑戰(zhàn)之一。降低能耗，提升能效，同樣無(wú)疑會(huì)成為中國(guó)制造業(yè)邁向可持續(xù)未來(lái)的必由之路。
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