生产型企业综合节能改造的应用分析

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前言
长期以来，工业是能源消耗第一大户。在中国，仅工业用电量就占全社会用电量比重的７６％，用电负荷约14.86万千瓦时以上。随着经济建设快速发展，项目开发的逐步推进，用电负荷的急剧攀升，电力供应缺口日益加剧。
我国能源以煤发电为主,占发电量的80%，二氧化碳、氮氧化物、灰尘颗粒物等环境污染物的排放量逐年增大，环境问题日益突出。如何优化能源消费利用结构，保证经济社会的可持续发展，成为工业节能当务之急，节能降耗工作期待由此突破。
实际上，80%的生产企业有很大的节能潜力，在许多的设备上采用适合的节能手段，便可以为企业带来明显的节能效果，这些设备包括了企业使用数量庞大的水泵、风机电机系统，中央空调系统，照明系统等等。随着科学技术的不断进步，在如何降低工业企业综合能耗的研究上取得了可喜的成绩。泰信三环节能设备有限公司结合一家大型外资生产企业的实际用能情况，为企业量身定制了一套成效显著的综合节能改造方案。
节能需求及诊断
节能需求：该企业为大型外资生产型企业，在前几年中，企业效益良好，成长迅速，生产规模不断扩大。但是近年来，企业面临的压力逐步增大：一方面能源、原材料价格的不断上涨导致生产成本上升，利润空间越来越小；另一方面，国家节能减排政策逐步落实，企业被列为重点耗能企业，如不能采取有效的节能降耗措施，将面临停产整顿的困境。因而，采取有效的节能措施成为降低能耗、节约成本、提升企业竞争力的重要举措。
节能诊断：经过一段时间的数据采集和现场调研，广州泰信三环节能设备有限公司对该企业的能耗状况进行了分析和诊断。在该企业中，能源消耗可分为以下几个方面：
由上图可见，该企业的主要能耗集中在于中央空调系统和辅助生产用的水泵风机系统上，这两部分的能耗占了总体能耗的60%以上。要有效的降低单位产品的能耗，重点需要关注的就是在能源消耗分布中占主要地位的“水泵风机”和“中央空调”两大部分，对其进行节能改造是降低单位产品能耗、降低产品成本、提高企业利润的有效手段。剩余的“照明”、“生产机械”等能耗部分，可以通过加强用电能耗管理、合理使用等方法，达到一定效果的能耗控制。此外，输电线路负载不平衡、设备频繁启停、供电电压过高而造成的电力输送过程中的大量的能耗，产生了不必要的浪费，因此整个电力系统也有一定的节能空间。
1、水泵风机电机系统
水泵、风机电机属于平方转矩的负载类型，而且在使用过程中实际使用负载量通常只有设计负载量的70%～80%，通常的电机控制手段无法将电机的实际运行负载与实际需要负载有效的结合，存在“大马拉小车”的现象，有很大的可节省空间。
该企业中这样的现象普遍存在，其工艺中使用的“水槽循环泵”、“冷却风机”等设备的运行，均是按设计的满负载运行，即使在工艺没有需求时，仍然满负载运行，造成了能源的不必要的消耗。
2、中央空调系统
传统的定流量中央空调控制方式由于空调冷冻水流量、冷却水流量和冷却风风量都是恒定的，无论末端负荷大小如何变化，空调输配系统均在设计的额定状态下运行，输配系统能耗始终处于设计的最大值，能源浪费很大。此外，由于供回水温差变小，蒸发温度降低，主机运行效率下降，也会造成一定电能浪费。
在该工厂中，由于工艺和环境的特殊要求，中央空调系统供冷要求全年365天24小时不间断，但是由于企业所在地区的气候条件，除夏季之外，中央空调的实际使用负荷只达到设计负荷的30%～40%，而每年这样的时间长达7个月，造成了极大的浪费。
3、供电系统
企业中部分用电设备工作状态无规律性，工作周期为时停时开。因此内部电网便会产生冲击电流，从而使电流曲线短时间内形成锯齿状，促使内部电网会形成一种无功虚高电流。如果数量较多便会产生相当一大部分的电能浪费。
由于实行10KV专线高压供电制，形成供电电压稍高于设备正常工作电压，末端设备基本上维持在390V以上。稍偏高的电压施加在负荷率不高的三相电动机上，从造成电机磁流增大，电机轴输出功率稍偏高，造成电能浪费。

综合节能解决方案
基于以上节能诊断，泰信三环节能设备有限公司为该企业提供了一套量身定制的解决方案，目标是为该企业解决近70%节能空间的能耗问题。
1、水泵风机电机系统节能改造措施
在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，稳定性好，运行效率高。一般开环控制的电动机由于不能感知外部负载的变化只能以恒功率的方式运行，存在能源浪费。而由传感器感知外部负荷和速度的变化，然后交计算机处理，通过计算机控制变频器来调节电动机的转速和功率输出，始终以最优化的方式来控制电动机的功率输入的控制方式，实现泵组和风机组的协调工作控制、负荷变化跟随控制，从而达到节能的目的。这样的控制手段下，风机、水泵电机的节电率一般可达到20%～60%，并延长电机寿命2～4倍以上。
在此案例中，工厂的水泵、风机配置如下：
序号 名称 功率（KW） 数量（台） 工作时间（h）
01 供水水泵 45 8 24
02 水槽循环泵 18.5 18 24
03 水槽循环泵 37 7 24
04 冷却风机 22 13 20
05 冷却风机 37 9 20
06 排风机 11 22 24
07 排风机 15 17 24
由于使用过程中所有的水泵、风机均采用的是一般的开环式控制方式，无法与负载的变化联系起来，在运行过程中均是以恒水量、恒风量的运行模式运行，造成很大的能源浪费。在节能改造过程中，采用了四套水泵、风机专用节能控制系统，把相同类型的水泵、风机以组为单位分别控制，得到了令人满意的节能效果。
节能改造采用泰信三环节能设备有限公司提供的智能电机控制系统，设备如下：
序号 名称 型号 控制类型 终端数量（台）
01 单组水泵控制系统 DJKⅣ-1-8 供水水泵 8
02 集中式水泵控制系统 DJKⅣ-3-8 水槽循环泵 25
03 集中式风机控制系统 DJKⅣ-3-8 冷却风机 22
04 集中式风机控制系统 DJKⅣ-5-8 排风机 39
在使用了节能设备后，水泵能耗平均下降40%～50%，风机能耗平均下降45%～55%，年节约电量约为600万千瓦时。由于采用了软启动、谐波抑制等手段，电机的启动电流、运行温度、噪声有明显的降低，延长了电机的工作寿命，减小了平时的维护维修工作。
2、中央空调系统节能改造措施
工厂采用泰信三环节能设备有限公司提供的数字化中央空调节能控制系统，对原有的中央空调系统进行节能改造，经过一年的运行证明，取得了明显的节能效果，中央空调系统年节约电量约240万千瓦时。
原中央空调系统配置（单位：KW）
主机 一级冷冻泵 二级冷冻泵 冷却泵
制冷量（KW） 台数 功率（KW） 台数 功率（KW） 台数 功率（KW） 台数
3868 4 110 5 55 7 75 5
2989 3 90 4 — — 55 4
1055 1 37 2 — — 30 2
经过分析论证后，由于其中央空调系统分为环境和工艺两套完全独立的系统，在实施节能改造的时候，为两套系统配置独立的控制系统来分别控制环境和工艺的中央空调供冷。具体配置如下：
序号 名称 主控型号 终端设备 备注
   型号 数量（台）
01 泰信三环数字式节能控制系统 DJKⅢ-2-5 JN-110 4 备控一台
   JN-93 2
   JN-75 4
   JN-55 11
02 泰信三环数字式节能控制系统 DJKⅢ-1-3 JN-93 2
   JN-37 1 备控一台
   JN-30 1 备控一台
在节能改造之后，两套中央空调系统均达到了很明显的节能效果，其中工艺用的中央空调系统节能率达到15%～22%，年节约电量约155万千瓦时，环境用的中央空调系统节能率高达22%～26%，年节约电量约85万千瓦时。
3、电力系统综合节能改造措施
在进行电力系统节能改造工作时，安装了3台综合节电装置，实现供电系统整体节电运行。综合节电装置分别安装放置于低压配电室，与输出母排或低压进线柜进行母排或电缆联结。具体配置如下：
变压器名称 节电装置容量（KVA） 型  号 节电率（%） 安装数量（台）
一配 1# 1250 EZS-1250-380 12%  1
一配 2# 1600 EZS-1600-380 8%  1
一配 3# 1600 EZS-1600-380 10%  1
二配 1# 2000 EZS-2000-380 9%  1
二配 2# 2000 EZS-2000-380 9%  1
安装节能装置后，有效的降低了由于输电线路负载不平衡、设备频繁启停、供电电压过高而造成的电力输送过程中的能耗，达到了年整体节电率9%～10%的节能效果，年节约电量约为380万千瓦时。在实现整体节电运行的同时，该系统还提高了供电网络品质，优化设备运行环境，延长了生产设备、办公设备、照明器具等用电设备的使用寿命。
4、其他措施
建立完善的能源管理制度。再好的节能措施也必须要人来维持，工厂本身也要制定用电用水管理规章制度，建立节能奖励制度和浪费能源处罚制度，如照明系统的能源节约，应该做到人走灯灭，随手关灯。 另外，制定标准只是手段，最终的目的是要通过加强监管，严格实施节能标准，使标准中规定得到落实。
综合节能节能效益分析
泰信三环为本案例的企业在中央空调系统、水泵风机电机系统、电力系统等环节上分别进行了节能改造，不仅为该企业带来可观的经济效益，而且为社会带来良好的环境效益。
项目名称 经济效益 环境效益
某企业 节电
（万度） 节约开支（万元） 节煤（吨） 减少二氧化碳排放（吨） 减少二氧化硫排放（吨） 减少粉尘排放（吨）
一年 1,220 793.00 4,880 12,200 366 3,318
五年 6,100 3,965.00 24,400 61,000 1,830 16,592
十年 12,200 7,930.00 48,800 122,000 3,660 33,184
结束语
由于资源、环境、劳动力价格较低，我国扮演了“世界工厂”的角色，生产型企业成为社会的耗能大户。单位产值能耗一度居高不下，成为这类企业普遍存在的问题。近年来突飞猛进的节能技术的为生产企业发掘了较大的节能空间。通过对主要耗能设备如中央空调、电机的节能改造以及对整个电网的优化，可以覆盖70%的节能空间。采取恰当的节能措施，不仅可以降低产品成本、提高企业竞争力，还可以帮助企业履行节能环保的社会责任，提升企业品牌形象，能获得更为广阔的发展空间。