為改變工業領域里能源效率低,能源管理水平低的問題,中國政府正在致力于從目前的低效能源使用者變成高效能源使用者。在國民經濟與社會發展的“十一五”規劃中,中國政府將能源效率列為重中之重,主要目標是在2010年將每單位GDP的能源消耗減少20%。2004年,中國國家發改委發布中國第一個《節能中長期專項規劃》,2006年,中國國家發改委、科技部聯合發布《中國節能技術政策大綱》,工業自動化相關技術則是其中所列的重要節能技術之一。
自動化技術的節能使命
由于工業領域是可以完全通過生產流程能源效率評估方式,從而采取節能行動的最佳領域,因此當今國際上先進的工業自動化技術無疑可以發揮重要的節能作用。就能耗最大的電能而言,據相關統計,目前60%以上的電能消耗都是工業用電,而其中65%的工業通用設備通過安裝高效節能的自動化設備,可以節約40%電能。在工業生產過程中實現節能降耗、資源優化,除了采用先進的工藝和設備之外,必須采用先進的各類工業自動化技術。事實上,就嚴格意義的工業自動化領域而言,無論是與電機耗能有關的高效電機、變頻調速、軟啟動、能量回饋等單一裝備節能技術,還是面向全系統的先進的過程控制和能源管理解決方案,工業自動化技術可以帶來全方位的節能手段。
(1)電機變頻節能技術
在工業流程中廣泛使用的電機占總工業能源消耗的65%。中國的電機能力超過了5億千瓦,每年消耗800-1000億千瓦小時的能量,占總能源消耗的60%和工業能源消耗的75%。而其中主要的鼓風機和電泵使用的電機只有20%使用了變速驅動,因此風機、水泵、壓縮機等通用機械系統的變頻調速改造已經直接成為國家發改委啟動的重點節能工程之一。在“十一五”期間,中國將實現電機系統運行效率提高2個百分點,年節電能力達200億千瓦時。因此,電機系統節能改造是目前最具潛力的領域,其市場潛力可達1800億人民幣。
中國的冶金、水泥、電力、煉油、化工等高能耗行業一方面正在致力于以先進的電力電子技術傳動方式改造傳統的機械傳動方式,推廣高效節能電動機,逐步采用交流調速取代直流調速;另一方面努力進行電機的變頻調速技術改造,推廣軟啟動裝置、無功補償裝置,提高電機能源利用效率。
在中國的變頻器市場上,無論從技術領先性還是市場表現來說,ABB公司無疑占據了領先的地位。由ABB開發和首先倡導的變頻器直接轉矩控制(DTC)技術是目前最先進的交流異步電機的控制方式,在沒有編碼器反饋的情況下,提高了交流電機的高速控制精度,ABB基于DTC技術的代表性產品ACS-800變頻器的頻率控制最高可達到300Hz,其動態控制精度始終可以保持在0.2%秒以內。作為ABB集團在中國地區交、直流傳動產品的主要供貨廠商,北京ABB電氣傳動系統有限公司生產銷售的傳動產品一直用于從0.12KW至4000KW的電機速度控制,廣泛應用于工業傳送帶、擠壓機、提升機及風機、泵類負載。在過去的12年,安裝在中國的ABB變頻器已經累計為用戶節約了300億千瓦時的電能。
在國際流行的變頻器能量回饋技術方面,2007年7月西門子推出的SINAMICS G120變頻器,從設計上很好地滿足了節能的要求。一方面,它采用了一種全新的電路設計夠將電機制動時的再生能量100%地回饋給電源,節省了寶貴的電力資源;另一方面,SINAMICS G120變頻器采用了一種獨特的結構設計使得變頻器控制系統更加靈活、可靠,從而大大降低了系統的工程和維護成本。
(2)DCS及先進過程控制
集散控制系統(DCS)一直是流程工業領域高效、安全、節能、降耗的重要保障,DCS同樣在中國的煉油、化工等重點耗能行業發揮了重要作用,它在實現設備的精確控制,尤其是提高耗能設備的能源利用效率方面功不可沒。以ABB公司的Industrial IT、 Honeywell 公司的Experion PKS、Emerson 公司的PlantWeb、Foxboro公司的A2、橫河公司的R3為代表的國際先進的第四代DCS系統已經在中國進行開始了部分應用。
作為剛剛被ARC咨詢集團評為國際自動化50強的中國本土自動化公司,和利時公司也于2002年初推出其第四代DCS產品--HOLLiAS MACS系列,并針對不同的行業,開發了幾個專業應用平臺。例如,燃煤發電行業所用的循環流化床鍋爐(CFBB)有較好的燃燒效率和較低的排放,而且可以充分利用劣質煤,但由于工藝要求嚴格,對爐溫等關鍵參數的控制精度要求高,而且控制變量多、耦合性強、滯后性大,常規儀表很難實現控制。和利時在10多年前就抓住CFBB節能環保的優勢,研究其控制規律,面向電力行業,推出了一套適用于CFBB的DCS控制系統。經過多年的積累,和利時已形成了一套針對不同類型,不 同容量的CFBB控制解決方案,累計實施了300多個CFBB DCS應用,為高效的燃煤利用做出重要貢獻。










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