能耗測(cè)量有助于工業(yè)節(jié)能

時(shí)下，能效前所未有地成為一個(gè)倍受關(guān)注的議題。我們都非常深刻地意識(shí)到化石燃料燃燒所導(dǎo)致的氣候改變和環(huán)境污染等問(wèn)題，以及降低我們碳足跡的必要性。即使沒有其他壓力，日漸增加的成本也足以引起注意；最近幾年，電耗平均每年增長(zhǎng)5％至10％。然而，許多工業(yè)生產(chǎn)工藝都設(shè)計(jì)于尚未強(qiáng)制推行盡可能“綠色”和盡可能降低單位能耗的時(shí)代。

因此，理所當(dāng)然，許多制造工藝可以在不影響產(chǎn)量和生產(chǎn)質(zhì)量的前提下大幅降低能源投入。某些時(shí)候，僅通過(guò)檢查就可以達(dá)到節(jié)約的目的；例如，可能有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)或加熱器，事實(shí)上只有部分生產(chǎn)周期需要它們。而其他潛在節(jié)約措施不是那么顯而易見，只能通過(guò)對(duì)所涉及工藝做更詳盡的調(diào)查來(lái)發(fā)現(xiàn)。調(diào)節(jié)任何系統(tǒng)的基本原則是詳細(xì)了解其運(yùn)行方式，而這則需要測(cè)量；19世紀(jì)著名的物理學(xué)家Lord Kelvin說(shuō)過(guò)，“如果您不能準(zhǔn)確測(cè)量，那么您就無(wú)法改進(jìn)。”令人驚訝的是，許多高耗能工藝的能源計(jì)量投入可能相對(duì)不足。許多國(guó)家的最新建筑法規(guī)將采用更高的能源監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，但是現(xiàn)有設(shè)施沒有配備此類基礎(chǔ)計(jì)量裝置，而這些設(shè)施中的大部分會(huì)被繼續(xù)使用許多年。

汽車油箱制造

能源消耗被列入汽車部件制造和整車裝配公司——INERGY Automotive Systems的最高日程，該公司于2008年啟動(dòng)了優(yōu)化和降低公司能耗的項(xiàng)目，并將其列為集團(tuán)內(nèi)部可持續(xù)發(fā)展策略。INERGY是世界領(lǐng)先的汽車油箱研發(fā)和制造商，尤其是高級(jí)塑料油箱。INERGY Automotive Systems于2000年由Plastic Omnium和Solvay合資創(chuàng)建，主營(yíng)塑料油箱系統(tǒng)。時(shí)至今日，該公司已經(jīng)發(fā)展成領(lǐng)先的一級(jí)供應(yīng)商，向全球主要汽車制造商供應(yīng)塑料油箱系統(tǒng)。INERGY Automotive Systems的總部設(shè)在法國(guó)巴黎，目前在全球18個(gè)國(guó)家擁有24個(gè)生產(chǎn)基地。2009年，INERGY為全球主要汽車制造商生產(chǎn)供應(yīng)了900萬(wàn)臺(tái)油箱系統(tǒng)，銷售額達(dá)9億歐元。

該項(xiàng)目就是當(dāng)下知名的INeco：創(chuàng)建INERGY能耗優(yōu)化以提高能效，當(dāng)時(shí)該集團(tuán)總用電量約為228000千度——該公司的能耗模式幾乎全部是電能，這個(gè)數(shù)值大約相當(dāng)于一個(gè)6萬(wàn)人口的歐洲城鎮(zhèn)所消耗的電量。INeco項(xiàng)目和整體部署由Stéphane Duval和JosephBrossard負(fù)責(zé)。項(xiàng)目初期對(duì)INERGY工廠的主要現(xiàn)有制造工藝進(jìn)行一系列能源審計(jì)，最先審計(jì)位于法國(guó)Pfastatt的生產(chǎn)基地。

首次審計(jì)開展于2009年，審計(jì)目的為：收集為期3周的詳細(xì)能耗信息；對(duì)收集的信息進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果用作行動(dòng)方案基礎(chǔ)。當(dāng)然，每家工廠的電網(wǎng)輸入端都配置有電表，以便為供電公司提供收費(fèi)賬單，但是，審計(jì)需要更多電量輔助計(jì)量解決方案，用以收集每臺(tái)機(jī)器和每項(xiàng)工藝的瞬時(shí)電流數(shù)據(jù)。為了對(duì)當(dāng)前工廠開展能量審計(jì)，項(xiàng)目要求配置臨時(shí)性電量計(jì)量方案；因此，其安裝和拆卸必須簡(jiǎn)單快捷。

監(jiān)控器安裝

最初考慮采用傳統(tǒng)的電纜電量計(jì)量解決方案，但經(jīng)過(guò)證實(shí)，在如此短的時(shí)期內(nèi)安裝這種計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)施困難，成本昂貴。而市面上幾乎沒有“即插即用”的測(cè)量解決方案，唯一現(xiàn)實(shí)的替代方案就是LEM的Wi-LEM無(wú)線電能表。Wi-LEM電能表節(jié)點(diǎn)為開口鐵心式電流傳感器；無(wú)需任何連接就可以將它們夾在導(dǎo)線附近，以便安置連續(xù)回路傳感器或串聯(lián)傳感器。它們可以讓INERGY將測(cè)量節(jié)點(diǎn)自由安裝在每個(gè)配電柜最方便接觸的位置，最關(guān)鍵的是，不需要停機(jī)。盡管該系統(tǒng)的安裝如此簡(jiǎn)便，其測(cè)量節(jié)點(diǎn)的電能計(jì)量精度仍然高于IEC 62053-21標(biāo)準(zhǔn)，1％甚至更高。

Wi-LEM名稱中的“無(wú)線”部分指它通過(guò)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。這種傳輸方式有兩個(gè)好處；無(wú)線運(yùn)行意味著任何臨時(shí)性安裝都不需要電纜；“網(wǎng)狀”表明測(cè)量節(jié)點(diǎn)和中央數(shù)據(jù)收集點(diǎn)之間的無(wú)線數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)是自組織型的。LEM采用了一種非?？煽康?、工業(yè)級(jí)的、IEEE 802.15.4網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之上的協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)電纜安裝并不意味著該系統(tǒng)只能用于臨時(shí)性安裝。許多用戶可能需要通過(guò)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝長(zhǎng)期監(jiān)控器來(lái)繼續(xù)詳盡的能耗調(diào)查，以此確保維持節(jié)約以及不重蹈費(fèi)電模式。可靠的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)符合工廠數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)安裝最新規(guī)范，因此它也是長(zhǎng)期監(jiān)控的理想選擇。

2009年9月，首個(gè)包含40個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的Wi-LEM臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)在Pfastatt工廠布設(shè)。該Wi-LEM采用了3相Δ配置，測(cè)量范圍高達(dá)2000A。這些傳感器節(jié)點(diǎn)采用了LEM的Rogowski線圈，這是一種Perfect Loop技術(shù)，沒有不連續(xù)線圈卡環(huán)。這種創(chuàng)新傳感器的測(cè)量頻率設(shè)置為每天240個(gè)電流值，連續(xù)測(cè)量3周，得到龐大的數(shù)據(jù)——20萬(wàn)多個(gè)瞬時(shí)電流值。這樣一來(lái)，INERGY團(tuán)隊(duì)不得不設(shè)計(jì)了一種方法，最大程度地從該數(shù)據(jù)集中提取信息和價(jià)值。最早的預(yù)防措施是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的“合理性檢查”。對(duì)這些電流測(cè)量值積分轉(zhuǎn)換得到的用電量應(yīng)該與供電公司收費(fèi)單上的數(shù)值相當(dāng)。這兩個(gè)數(shù)值的一致性高于97％，這再次證明該數(shù)據(jù)是合理的，因此INERGY團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展該項(xiàng)目的分析階段。

數(shù)據(jù)分析

收集的電流數(shù)據(jù)被存放在單個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)還存放了該廠所有工藝的每分鐘信息；正在使用哪些系統(tǒng)、正在制造哪些產(chǎn)品，每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)一個(gè)電流數(shù)據(jù)點(diǎn)。INERGY的油箱制造基于吹塑工藝：高能耗因素包括模塑材料加熱、壓縮空氣供應(yīng)、模塑后冷卻。數(shù)據(jù)分析顯示，吹塑機(jī)占該公司總能耗的45％：審計(jì)前不知道確切數(shù)值。壓縮機(jī)為吹塑提供高壓（13 bar），它們消耗大量能源——分析顯示，壓縮空氣泄露浪費(fèi)了大量能源。同時(shí)將冷卻水工藝（冷卻器、泵）的能耗測(cè)量結(jié)果與理論能耗進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明存在節(jié)約空間。為優(yōu)化性能而開展的測(cè)量有了這個(gè)發(fā)現(xiàn)以后，引領(lǐng)設(shè)備供應(yīng)商探討如何降低此類設(shè)備能耗。不是所有發(fā)現(xiàn)都與具體的制造工藝相關(guān)；標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)建筑系統(tǒng)如果沒有得到適當(dāng)管理，也會(huì)浪費(fèi)能源。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)顯示，INERGY的一些HVAC（加熱、通風(fēng)和空調(diào)）、照明系統(tǒng)被設(shè)置為全天連續(xù)運(yùn)行，不管這些設(shè)備的服務(wù)區(qū)是否有員工在場(chǎng)、或者是否需要調(diào)控溫度。

因?yàn)閃i-LEM單元是便攜式的，在Pfastatt工廠的審計(jì)完成后，很快被拆卸下來(lái)，并在接下來(lái)的二次審計(jì)中被重新安裝在INERGY設(shè)在美國(guó)Anderson和墨西哥Ramos的工廠，這再次證實(shí)了它的優(yōu)勢(shì)。Wi-LEM無(wú)線電能表的初始體驗(yàn)是可重復(fù)的，證明該單元的安裝和配置非常簡(jiǎn)便。INERGY團(tuán)隊(duì)同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)非常強(qiáng)，即使在電噪聲工業(yè)環(huán)境下，依然足以保證數(shù)據(jù)傳輸。Wi-LEM在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中采用了無(wú)照發(fā)射機(jī)可以采用的最大RF輸出，100mW。這種特性的價(jià)值在對(duì)美國(guó)Anderson工廠的審計(jì)中得到了體現(xiàn)，該廠配電柜采用的是雙重絕緣金屬門；網(wǎng)絡(luò)任何點(diǎn)都不存在連接問(wèn)題。

總體數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：無(wú)需可觀基礎(chǔ)建設(shè)支出即可大體節(jié)約15％。實(shí)現(xiàn)這些節(jié)約所需的測(cè)量通常簡(jiǎn)單、具備常識(shí)就行：旦獲取數(shù)據(jù)，可以顯示必須采取的措施。 (end) 電能表相關(guān)文章:電能表原理