能源變成過程變量

　　降負(fù)荷能力
　　在某些地區(qū)，電力行業(yè)可能碰到這樣的情形：客戶被要求削減電量供應(yīng)，這是因?yàn)槌霈F(xiàn)了某些異常的高需求或是因?yàn)榘l(fā)電能力已經(jīng)達(dá)到極限。降負(fù)荷的要求可能來自于某一個(gè)通知或是計(jì)劃好的停電，也可能是由 于系統(tǒng)故障而導(dǎo)致了數(shù)分鐘的停電。而響應(yīng)這些要求的公司會(huì)得到電力行業(yè)某種形式的補(bǔ)償，如價(jià)格優(yōu)惠或是在斷電期間將電輸送回發(fā)電站。
　　“工廠遇到的一個(gè)問題，即使是大型制造廠也是根據(jù)需求反饋的”，Square-D PowerLogic division的全國市場(chǎng)拓展部經(jīng)理Philip Barton表示。“電廠與它們的大客戶簽訂了讓電合同，這使得那些大企業(yè)意識(shí)到需要采取措施降低自己的電力消耗。電廠要求客戶降低負(fù)載一般出于價(jià)格控制和穩(wěn)定問題。價(jià)格控制指批量電能的價(jià)格上漲，電廠會(huì)提前一天通知。而穩(wěn)定問題一般由于電廠的發(fā)電機(jī)出了問題，這種情況就很難事先通知。”
　　很明顯許多生產(chǎn)過程不能依靠簡(jiǎn)短的通知而將工廠的車間停車，但是如果電力的消耗被很好的監(jiān)控和管理，或許可以選擇關(guān)閉某個(gè)分車間。大型生產(chǎn)工廠擁有內(nèi)部發(fā)電能力，在環(huán)境需要時(shí)可以轉(zhuǎn)換輸電線路。
　　有時(shí)工廠甚至主動(dòng)要求讓出自己的電力負(fù)荷，“許多大工廠都是批量用電的，而電價(jià)總是在浮動(dòng)的”，Shaikh說道。“一位客戶甚至告訴我他們的電價(jià)每五分鐘就浮動(dòng)一次。如果工廠的一部分需要停車維護(hù)，通過能源管理系統(tǒng)他們知道節(jié)省了4×107瓦的電能，或許他們可以通過其他線路將這些電能送回發(fā)電站。打電話告訴發(fā)電站：‘未來16個(gè)小時(shí)我們將會(huì)節(jié)省下40MW的電能，要是電站能將這部分電能賣給其他的客戶，我們工廠也會(huì)因此受益。’
　　對(duì)于這種能力的需要對(duì)處于不同地點(diǎn)、不同季節(jié)的工廠是不一樣的，所以不能因此提供一個(gè)統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。

　　制定基準(zhǔn)實(shí)施優(yōu)化
　　得到關(guān)于能源消耗的詳細(xì)信息就為研究過程性能，如基準(zhǔn)、最優(yōu)化或探索其的改進(jìn)方法提供了重要信息。如果沒有足夠數(shù)據(jù)的支持，就只能得出毫無意義的結(jié)果。
　　“1992年綜合能源政策法案（Epact）——為了提高能源使用效率并通過提供能源折扣和投資來激勵(lì)企業(yè)的法案，希望可以通過減少每臺(tái)設(shè)備電氣損耗的方式來降低整體的成本。”傳感器家族成員Eaton’s CurrentWatch公司的產(chǎn)品經(jīng)理Jeff Otterstein說道，“當(dāng)今普遍使用的傳感器可以幫助我們確定能源消耗在了哪些環(huán)節(jié)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控可以提前發(fā)現(xiàn)哪些環(huán)節(jié)導(dǎo)致了能源的浪費(fèi)。將它們?cè)谟糜谟^測(cè)的點(diǎn)上展開進(jìn)行研究并不困難，不但可以分析整個(gè)過程的能量消耗，還可以分析大型儀器的幾個(gè)部分。這些數(shù)據(jù)用來與每項(xiàng)操作或儀器進(jìn)行匹配，它們對(duì)于電能消耗的預(yù)測(cè)和優(yōu)化非常有價(jià)值。”
　　現(xiàn)在降低能源浪費(fèi)使用的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)擺在我們的眼前，我們要做的就是將其付諸實(shí)施。

　　是否經(jīng)濟(jì)實(shí)用？
　　
　　購買電機(jī)所占的成本只是整個(gè)電機(jī)在壽命期內(nèi)所有成本的很小一部分。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)維護(hù)成本與購買價(jià)格大致相等，能耗成本占了總成本的最大部分——通常為90%。
　　ABB美國低壓電氣經(jīng)理Jim Clark計(jì)算了以上的數(shù)值：“假設(shè)電機(jī)消耗的能量占用電量總數(shù)的2/3，那么在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的前30~60天電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)耗費(fèi)的能量就相當(dāng)于其購買成本了。于是將能源更好地利用起來就成了最重要的目標(biāo)。ABB因此在這項(xiàng)領(lǐng)域投入巨資來保證他們?cè)陔姎夥矫娴男阅芴幱谑澜缜傲小?rdquo;
　　雖然電機(jī)的購買成本在其總成本中的比例變大了，但是從長遠(yuǎn)來講整體的成本小了，達(dá)到了節(jié)省的目的。
　
　　更換負(fù)載不足的電機(jī)是否是最佳的處理辦法？　　

　　工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候都希望為系統(tǒng)將來的升級(jí)留出余地，而不希望為留下瓶頸。這種思想融入了每一種設(shè)計(jì)之中，比如說泵與風(fēng)機(jī)都被擴(kuò)大化了。一項(xiàng)在四個(gè)工廠進(jìn)行的關(guān)于電機(jī)的研究表明，這些電機(jī)只是達(dá)到了額定負(fù)載的60%。
　　也即是說，一臺(tái)25馬力電機(jī)的工作可由一臺(tái)20馬力的電機(jī)來完成，那么是否使用負(fù)載更相稱的電機(jī)更合適呢？答案往往是這樣的，但并不總是，但它們之間的差距不足以衡量工作。
　　傳統(tǒng)型和高效電機(jī)的效率在達(dá)到額定負(fù)載的75%時(shí)最高，其動(dòng)態(tài)曲線在負(fù)載50%到滿載之間是齊平的，所以電機(jī)最有效負(fù)載區(qū)間是50%以上的一段。
　　美國能源部建議大家做決定之前，需要了解以下幾點(diǎn)：
　　■ 電機(jī)的負(fù)載；
　　■ 負(fù)載時(shí)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率；
　　■ 滿載時(shí)的速率；
　　■ 更換后電機(jī)的滿載速率。
　　從這些數(shù)據(jù)中可以計(jì)算出裝置功率或電壓的實(shí)際對(duì)比，美國能源部“挑戰(zhàn)電機(jī)項(xiàng)目”給出了一個(gè)包含有必要計(jì)算方程的小軟件。
　
　　泵排量的調(diào)節(jié)：對(duì)比閥門與變速電機(jī)
　　
　　工廠中使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置往往被擴(kuò)大化了，這是非常普遍的，比如一個(gè)定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵或風(fēng)機(jī)提供的輸出往往超出了所需的水平，因此就要通過閥或阻尼器進(jìn)行削減。
 “這種問題在業(yè)界很常見，并且還會(huì)持續(xù)下去”，ITT控股子公司PumpSmart的產(chǎn)品經(jīng)理 Dan Kernan說道：“與節(jié)省能源比起來，確保足夠的壓力將所需的產(chǎn)品或工序運(yùn)送到所需部門永遠(yuǎn)是更重要的。如果你來進(jìn)行泵抽水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中你最不想做的是選擇一個(gè)很小的泵。因?yàn)橛瞄y門降壓容易，而再更換

泵卻很難。”
 “一個(gè)簡(jiǎn)單靈活的解決辦法就是變速抽水，考慮到泵最大可能使用到的情況，正常工作時(shí)將壓力調(diào)低。這提供了一個(gè)更加高效使用能源的辦法，并且控制的范圍更廣。當(dāng)然在泵排水系統(tǒng)中還有很多因素影響了電機(jī)轉(zhuǎn)速，但在泵的整個(gè)生命周期中往往你會(huì)發(fā)現(xiàn)變速抽水應(yīng)是最符合成本效益的解決方案。”
　　這種做法確實(shí)能節(jié)約能源，并根據(jù)應(yīng)用的不同差別可達(dá)50-70％。當(dāng)輸出閥或阻尼器被控速馬達(dá)取而代之，控制泵的速度就變成一件簡(jiǎn)單的事。如果泵處于一個(gè)PID控制回路中，電源是一個(gè)過程變量。
　　那么是否還有需要安裝定速電機(jī)地方？如果負(fù)載在絕大多數(shù)時(shí)間是一致的，而且電機(jī)性能與工作任務(wù)相稱，那么就不需要電機(jī)有變速功能。但隨著變速電機(jī)的單位成本逐漸下降，它們?nèi)缃褚巡辉偈巧莩奁贰?/p>

　　能源創(chuàng)新部門

　　美國能源部有一系列部門專門幫助解決工業(yè)中能源應(yīng)用的問題，一個(gè)被稱作“節(jié)約能源，行動(dòng)起來”的項(xiàng)目幫助公司分析并優(yōu)化各種方式能源的使用。這個(gè)項(xiàng)目主要是指明了工廠進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備能源管理節(jié)約能源和資金的方向，把注意力集中在能源密集型的計(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)則沒有太大困難，數(shù)據(jù)通過數(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，無線也可同樣選擇。