为改变工业领域里能源效率低,能源管理水平低的问题,中国政府正在致力于从目前的低效能源使用者变成高效能源使用者。在国民经济与社会发展的“十一五”规划中,中国政府将能源效率列为重中之重,主要目标是在2010年将每单位GDP的能源消耗减少20%。2004年,中国国家发改委发布中国第一个《节能中长期专项规划》,2006年,中国国家发改委、科技部联合发布《中国节能技术政策大纲》,工业自动化相关技术则是其中所列的重要节能技术之一。
自动化技术的节能使命
由于工业领域是可以完全通过生产流程能源效率评估方式,从而采取节能行动的最佳领域,因此当今国际上先进的工业自动化技术无疑可以发挥重要的节能作用。就能耗最大的电能而言,据相关统计,目前60%以上的电能消耗都是工业用电,而其中65%的工业通用设备通过安装高效节能的自动化设备,可以节约40%电能。在工业生产过程中实现节能降耗、资源优化,除了采用先进的工艺和设备之外,必须采用先进的各类工业自动化技术。事实上,就严格意义的工业自动化领域而言,无论是与电机耗能有关的高效电机、变频调速、软启动、能量回馈等单一装备节能技术,还是面向全系统的先进的过程控制和能源管理解决方案,工业自动化技术可以带来全方位的节能手段。
(1)电机变频节能技术
在工业流程中广泛使用的电机占总工业能源消耗的65%。中国的电机能力超过了5亿千瓦,每年消耗800-1000亿千瓦小时的能量,占总能源消耗的60%和工业能源消耗的75%。而其中主要的鼓风机和电泵使用的电机只有20%使用了变速驱动,因此风机、水泵、压缩机等通用机械系统的变频调速改造已经直接成为国家发改委启动的重点节能工程之一。在“十一五”期间,中国将实现电机系统运行效率提高2个百分点,年节电能力达200亿千瓦时。因此,电机系统节能改造是目前最具潜力的领域,其市场潜力可达1800亿人民币。
中国的冶金、水泥、电力、炼油、化工等高能耗行业一方面正在致力于以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械传动方式,推广高效节能电动机,逐步采用交流调速取代直流调速;另一方面努力进行电机的变频调速技术改造,推广软启动装置、无功补偿装置,提高电机能源利用效率。
在中国的变频器市场上,无论从技术领先性还是市场表现来说,ABB公司无疑占据了领先的地位。由ABB开发和首先倡导的变频器直接转矩控制(DTC)技术是目前最先进的交流异步电机的控制方式,在没有编码器反馈的情况下,提高了交流电机的高速控制精度,ABB基于DTC技术的代表性产品ACS-800变频器的频率控制最高可达到300Hz,其动态控制精度始终可以保持在0.2%秒以内。作为ABB集团在中国地区交、直流传动产品的主要供货厂商,北京ABB电气传动系统有限公司生产销售的传动产品一直用于从0.12KW至4000KW的电机速度控制,广泛应用于工业传送带、挤压机、提升机及风机、泵类负载。在过去的12年,安装在中国的ABB变频器已经累计为用户节约了300亿千瓦时的电能。
在国际流行的变频器能量回馈技术方面,2007年7月西门子推出的SINAMICS G120变频器,从设计上很好地满足了节能的要求。一方面,它采用了一种全新的电路设计够将电机制动时的再生能量100%地回馈给电源,节省了宝贵的电力资源;另一方面,SINAMICS G120变频器采用了一种独特的结构设计使得变频器控制系统更加灵活、可靠,从而大大降低了系统的工程和维护成本。
(2)DCS及先进过程控制
集散控制系统(DCS)一直是流程工业领域高效、安全、节能、降耗的重要保障,DCS同样在中国的炼油、化工等重点耗能行业发挥了重要作用,它在实现设备的精确控制,尤其是提高耗能设备的能源利用效率方面功不可没。以ABB公司的Industrial IT、 Honeywell 公司的Experion PKS、Emerson 公司的PlantWeb、Foxboro公司的A2、横河公司的R3为代表的国际先进的第四代DCS系统已经在中国进行开始了部分应用。
作为刚刚被ARC咨询集团评为国际自动化50强的中国本土自动化公司,和利时公司也于2002年初推出其第四代DCS产品--HOLLiAS MACS系列,并针对不同的行业,开发了几个专业应用平台。例如,燃煤发电行业所用的循环流化床锅炉(CFBB)有较好的燃烧效率和较低的排放,而且可以充分利用劣质煤,但由于工艺要求严格,对炉温等关键参数的控制精度要求高,而且控制变量多、耦合性强、滞后性大,常规仪表很难实现控制。和利时在10多年前就抓住CFBB节能环保的优势,研究其控制规律,面向电力行业,推出了一套适用于CFBB的DCS控制系统。经过多年的积累,和利时已形成了一套针对不同类型,不 同容量的CFBB控制解决方案,累计实施了300多个CFBB DCS应用,为高效的燃煤利用做出重要贡献。