能源變成過(guò)程變量

         在未來(lái)，四個(gè)重要的參數中會(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重的問(wèn)題，其形勢十分嚴峻。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·卡特總統把美國的能源自給比作一場(chǎng)“道德上的戰爭”?，F在雖然這句話(huà)在其政治上的用意和動(dòng)機已經(jīng)改變了，但是對于節約能源的重要性來(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)道德上的戰爭。而對于其他方面，節約能源的努力可以緩解持續攀升的油價(jià)，并且還有很多減少工廠(chǎng)控制系統能源消耗的額外需求。

　　宏觀(guān)層面：碳的排放
　　雖然很難預測其政治前景，但能源節約與碳的減排很有可能因為以下兩個(gè)因素而開(kāi)展起來(lái)：削減成本以提升利潤以及政府的管控。當前美國一年的碳排放量為72億噸，數據顯示到了2030年這一數值會(huì )達到97億噸。對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(cháng)速度都有。比較中庸的看法是將排量限制到當前排量略低的水平上 ，這意味著(zhù)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。
　　將排量穩定到當前水平或者比其略低，會(huì )增加額外的支出，但是長(cháng)期看來(lái)還可以通過(guò)其他的方法達到降低成本的目的。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(xiāo)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，而且節省了成本。燃料的節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，并且計算出僅其自給經(jīng)費的項目在碳減排上的貢獻就可達到17億噸，折算成現值可以節省幾乎一半。不幸的是資產(chǎn)比較更傾向于凈產(chǎn)值，但當兩個(gè)拿來(lái)一起衡量的時(shí)候，最終結果還是更接近經(jīng)濟實(shí)用的一方。對于單獨的工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)最終的選擇要視具體情況而定。

　　微觀(guān)層面：工廠(chǎng)
　　那么在對宏觀(guān)目標有了清晰認識的同時(shí)，我們又如何在工廠(chǎng)這樣的層次上更好的應用它呢？
　　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(chǎng)等，而在本文中，我們要使用輔助電機而造成的電能消耗。輔助電機似乎聽(tīng)上去并不是能源消耗的大戶(hù)，而據美國能源部估計，由電動(dòng)機驅動(dòng)設備在工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)電力消耗所占的比例為64%。
　　研究表明在美國能源投入最大的工業(yè)企業(yè)，電機系統每年消耗了近似為2900億千瓦時(shí)的電量。如果將這個(gè)數換算成每秒的消耗量，用來(lái)轉動(dòng)工業(yè)電動(dòng)機的能量可以達到3.3×1010瓦（相當于50-60座燃煤發(fā)電廠(chǎng)所輸出的全部電量）。

　　測量并控制
　　解決電能的消耗是工廠(chǎng)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、壓縮機和送風(fēng)機時(shí)耗散的能量，一般是認為屬于額定消耗。比如一臺泵額定為20馬力，不管其是否運轉，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——使用一臺效率更高的電機，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)維護或對更大的電力部分的監控得到的，但是從來(lái)沒(méi)有被引入到一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中去系統的考慮，更不用談其細節了。西門(mén)子能源與自動(dòng)化集團的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(xiāo)，但是并不知道如何精確到每項操作上所消耗的份額是多少。假設你有一個(gè)過(guò)程控制系統和一個(gè)能源管理系統，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。”
　　大多數人一開(kāi)始就將著(zhù)眼點(diǎn)放在整個(gè)設施上，而不是細心挖掘每個(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)程中使用的驅動(dòng)電機上，同樣如處理過(guò)程中用到的能源管理系統，仔細分析過(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，監控調節單獨電機和驅動(dòng)系統層次的電力消耗的問(wèn)題已經(jīng)可以得到完善的解決。電機控制裝置可以集成智能功能同時(shí)將工廠(chǎng)狀態(tài)報告給操作員和維護部門(mén)。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；
　　■ 電機運轉狀態(tài)和趨勢——傳感器可以監控指示繞組溫度、電能消耗、電機啟動(dòng)等；
　　■ 負載及功率狀態(tài)——設備電機的負載數據可以為探視過(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(xiàn)等；
　　■ 運行效率——從節省成本上來(lái)講最終的信息就是效率，支持運營(yíng)成本的計算、設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，在他們現有的控制網(wǎng)絡(luò )設施中，在數量巨大的伺服電機間增加通信是不能完成的任務(wù)的。而在現有裝置中加裝智能馬達控制系統則沒(méi)有太大困難，數據通過(guò)數字通信（如Modbus或Profibus）傳至DCS。這種方法可以減少系統中電機數量或布線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)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“因為工廠(chǎng)中的操作員數量少，他們往往需要負責很多過(guò)程控制中的事務(wù)，你不能再扔給他們更多的任務(wù)了。電氣性能參數有可能來(lái)自同一個(gè)控制系統，但是卻要在不同的人工界面顯示。”
　　那些操作員可以根據電能消耗來(lái)設置采樣參數點(diǎn)的可控過(guò)程很少，不可否認這種過(guò)程是存在的并且早處在控制之中。但對于多數的裝置來(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？