能源變成過(guò)程變量

         在未來(lái)，四個(gè)重要的參數(shù)中會(huì)引入新的成員嗎？盡管電能的消耗與流量或壓力的計(jì)算不同，充分最優(yōu)化的使用電能，還是可以在過(guò)程處理環(huán)境中節(jié)省大量的資源，同時(shí)還有利于減少碳的排放。

　　如今工業(yè)能源消耗已成為日益嚴(yán)重的問(wèn)題，其形勢(shì)十分嚴(yán)峻。除了一大堆顯而易見(jiàn)的原因外，公司和個(gè)人也需要開(kāi)始考慮能源是如何被消耗的，并且努力找到可以從各方面充足利用能源的辦法。三十年前，吉米·卡特總統(tǒng)把美國(guó)的能源自給比作一場(chǎng)“道德上的戰(zhàn)爭(zhēng)”?，F(xiàn)在雖然這句話在其政治上的用意和動(dòng)機(jī)已經(jīng)改變了，但是對(duì)于節(jié)約能源的重要性來(lái)說(shuō)并沒(méi)有改變。拿減少碳元素的排放來(lái)說(shuō)，實(shí)際上就是一場(chǎng)道德上的戰(zhàn)爭(zhēng)。而對(duì)于其他方面，節(jié)約能源的努力可以緩解持續(xù)攀升的油價(jià)，并且還有很多減少工廠控制系統(tǒng)能源消耗的額外需求。

　　宏觀層面：碳的排放
　　雖然很難預(yù)測(cè)其政治前景，但能源節(jié)約與碳的減排很有可能因?yàn)橐韵聝蓚€(gè)因素而開(kāi)展起來(lái)：削減成本以提升利潤(rùn)以及政府的管控。當(dāng)前美國(guó)一年的碳排放量為72億噸，數(shù)據(jù)顯示到了2030年這一數(shù)值會(huì)達(dá)到97億噸。對(duì)于控制碳排放量的立法提議有很多種，從激進(jìn)的減排到控制排放增長(zhǎng)速度都有。比較中庸的看法是將排量限制到當(dāng)前排量略低的水平上 ，這意味著如果得到有效地實(shí)施未來(lái)的20年可以減少30億噸的排放量。
　　將排量穩(wěn)定到當(dāng)前水平或者比其略低，會(huì)增加額外的支出，但是長(zhǎng)期看來(lái)還可以通過(guò)其他的方法達(dá)到降低成本的目的。一些企業(yè)家相信這如同清潔一樣有效，通過(guò)有益的成本控制來(lái)減少或避免遵守規(guī)定時(shí)付出的代價(jià)。
　　“許多溫室氣體的排放都和能源或燃料的消耗有關(guān)，” 霍尼韋爾過(guò)程解決方案的全球市場(chǎng)銷售副總裁Harsh Chitale說(shuō)道，“通過(guò)減少能源和燃料消耗的同時(shí)你也減少了碳的排放，而且節(jié)省了成本。燃料的節(jié)省也就抵消了初期的投入。”
　　霍尼韋爾公司參與了麥肯錫近期進(jìn)行的溫室氣體排放研究，并且計(jì)算出僅其自給經(jīng)費(fèi)的項(xiàng)目在碳減排上的貢獻(xiàn)就可達(dá)到17億噸，折算成現(xiàn)值可以節(jié)省幾乎一半。不幸的是資產(chǎn)比較更傾向于凈產(chǎn)值，但當(dāng)兩個(gè)拿來(lái)一起衡量的時(shí)候，最終結(jié)果還是更接近經(jīng)濟(jì)實(shí)用的一方。對(duì)于單獨(dú)的工廠來(lái)說(shuō)最終的選擇要視具體情況而定。

　　微觀層面：工廠
　　那么在對(duì)宏觀目標(biāo)有了清晰認(rèn)識(shí)的同時(shí)，我們又如何在工廠這樣的層次上更好的應(yīng)用它呢？
　　要知道能源消耗的概念在很多領(lǐng)域里都要使用，如過(guò)程處理和其他制造業(yè)工廠等，而在本文中，我們要使用輔助電機(jī)而造成的電能消耗。輔助電機(jī)似乎聽(tīng)上去并不是能源消耗的大戶，而據(jù)美國(guó)能源部估計(jì)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)部門電力消耗所占的比例為64%。
　　研究表明在美國(guó)能源投入最大的工業(yè)企業(yè)，電機(jī)系統(tǒng)每年消耗了近似為2900億千瓦時(shí)的電量。如果將這個(gè)數(shù)換算成每秒的消耗量，用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)工業(yè)電動(dòng)機(jī)的能量可以達(dá)到3.3×1010瓦（相當(dāng)于50-60座燃煤發(fā)電廠所輸出的全部電量）。

　　測(cè)量并控制
　　解決電能的消耗是工廠經(jīng)營(yíng)者尋找解決降低成本的最終方案之一。歷史上在使用泵、壓縮機(jī)和送風(fēng)機(jī)時(shí)耗散的能量，一般是認(rèn)為屬于額定消耗。比如一臺(tái)泵額定為20馬力，不管其是否運(yùn)轉(zhuǎn)，能量的多少取決于處理過(guò)程的需要，因此可以用來(lái)最優(yōu)化的方面并不多?？赡軙?huì)有人提出這樣的建議——使用一臺(tái)效率更高的電機(jī)，然而事實(shí)上我們已經(jīng)這樣做了。
　　電能的消耗一般是通過(guò)維護(hù)或?qū)Ω蟮碾娏Σ糠值谋O(jiān)控得到的，但是從來(lái)沒(méi)有被引入到一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中去系統(tǒng)的考慮，更不用談其細(xì)節(jié)了。西門子能源與自動(dòng)化集團(tuán)的DCS市場(chǎng)顧問(wèn)Moin Shaikh指出了問(wèn)題所在：“公司雖然了解其在能源上的開(kāi)銷，但是并不知道如何精確到每項(xiàng)操作上所消耗的份額是多少。假設(shè)你有一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)和一個(gè)能源管理系統(tǒng)，它們彼此不同或是處于不同的環(huán)境之中，并且不再附加到這個(gè)過(guò)程之中。如果想讓其與過(guò)程產(chǎn)生聯(lián)系，就必須讓其處于同一個(gè)系統(tǒng)之中。只有將能源消耗與過(guò)程聯(lián)系到一起，才可能知道能源是在何時(shí)何地消耗的。”
　　大多數(shù)人一開(kāi)始就將著眼點(diǎn)放在整個(gè)設(shè)施上，而不是細(xì)心挖掘每個(gè)小單位的潛力。Shaikh又說(shuō)道：“一旦你將自己的目光放在了生產(chǎn)過(guò)程中使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，同樣如處理過(guò)程中用到的能源管理系統(tǒng)，仔細(xì)分析過(guò)程的每一步，將過(guò)程中消耗能量的單位鎖定，你就可以深入發(fā)掘其中可以節(jié)省能源的部分了。”
　　所幸的是這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)在不斷地進(jìn)步，監(jiān)控調(diào)節(jié)單獨(dú)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)層次的電力消耗的問(wèn)題已經(jīng)可以得到完善的解決。電機(jī)控制裝置可以集成智能功能同時(shí)將工廠狀態(tài)報(bào)告給操作員和維護(hù)部門。它們所具有的典型特點(diǎn)如下：
　　■ 電源質(zhì)量——電壓波動(dòng)、諧波問(wèn)題、相位問(wèn)題；
　　■ 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和趨勢(shì)——傳感器可以監(jiān)控指示繞組溫度、電能消耗、電機(jī)啟動(dòng)等；
　　■ 負(fù)載及功率狀態(tài)——設(shè)備電機(jī)的負(fù)載數(shù)據(jù)可以為探視過(guò)程提供一個(gè)有利條件，如泵提供特定流量是的功率、時(shí)間曲線等；
　　■ 運(yùn)行效率——從節(jié)省成本上來(lái)講最終的信息就是效率，支持運(yùn)營(yíng)成本的計(jì)算、設(shè)備的選型和有可能增加容量等。
　　公司考慮加入這方面的能力時(shí)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在他們現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中，在數(shù)量巨大的伺服電機(jī)間增加通信是不能完成的任務(wù)的。而在現(xiàn)有裝置中加裝智能馬達(dá)控制系統(tǒng)則沒(méi)有太大困難，數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字通信（如Modbus或Profibus）傳至DCS。這種方法可以減少系統(tǒng)中電機(jī)數(shù)量或布線，無(wú)線也可同樣選擇。

 　　操作員任務(wù)會(huì)增加嗎？

　　這些信息會(huì)很快出現(xiàn)在工業(yè)過(guò)程中控制室的電腦屏幕上嗎？
　　“不會(huì)那么快的，”Shaikh說(shuō)道“因?yàn)楣S中的操作員數(shù)量少，他們往往需要負(fù)責(zé)很多過(guò)程控制中的事務(wù)，你不能再扔給他們更多的任務(wù)了。電氣性能參數(shù)有可能來(lái)自同一個(gè)控制系統(tǒng)，但是卻要在不同的人工界面顯示。”
　　那些操作員可以根據(jù)電能消耗來(lái)設(shè)置采樣參數(shù)點(diǎn)的可控過(guò)程很少，不可否認(rèn)這種過(guò)程是存在的并且早處在控制之中。但對(duì)于多數(shù)的裝置來(lái)說(shuō)會(huì)顯露出這樣的問(wèn)題：我們能否在維持過(guò)程不變的前提下削減電能損耗？