能源變成過(guò)程變量

　　降負荷能力
　　在某些地區，電力行業(yè)可能碰到這樣的情形：客戶(hù)被要求削減電量供應，這是因為出現了某些異常的高需求或是因為發(fā)電能力已經(jīng)達到極限。降負荷的要求可能來(lái)自于某一個(gè)通知或是計劃好的停電，也可能是由 于系統故障而導致了數分鐘的停電。而響應這些要求的公司會(huì )得到電力行業(yè)某種形式的補償，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(chǎng)遇到的一個(gè)問(wèn)題，即使是大型制造廠(chǎng)也是根據需求反饋的”，Square-D PowerLogic division的全國市場(chǎng)拓展部經(jīng)理Philip Barton表示。“電廠(chǎng)與它們的大客戶(hù)簽訂了讓電合同，這使得那些大企業(yè)意識到需要采取措施降低自己的電力消耗。電廠(chǎng)要求客戶(hù)降低負載一般出于價(jià)格控制和穩定問(wèn)題。價(jià)格控制指批量電能的價(jià)格上漲，電廠(chǎng)會(huì )提前一天通知。而穩定問(wèn)題一般由于電廠(chǎng)的發(fā)電機出了問(wèn)題，這種情況就很難事先通知。”
　　很明顯許多生產(chǎn)過(guò)程不能依靠簡(jiǎn)短的通知而將工廠(chǎng)的車(chē)間停車(chē)，但是如果電力的消耗被很好的監控和管理，或許可以選擇關(guān)閉某個(gè)分車(chē)間。大型生產(chǎn)工廠(chǎng)擁有內部發(fā)電能力，在環(huán)境需要時(shí)可以轉換輸電線(xiàn)路。
　　有時(shí)工廠(chǎng)甚至主動(dòng)要求讓出自己的電力負荷，“許多大工廠(chǎng)都是批量用電的，而電價(jià)總是在浮動(dòng)的”，Shaikh說(shuō)道。“一位客戶(hù)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(chǎng)的一部分需要停車(chē)維護，通過(guò)能源管理系統他們知道節省了4×107瓦的電能，或許他們可以通過(guò)其他線(xiàn)路將這些電能送回發(fā)電站。打電話(huà)告訴發(fā)電站：‘未來(lái)16個(gè)小時(shí)我們將會(huì )節省下40MW的電能，要是電站能將這部分電能賣(mài)給其他的客戶(hù)，我們工廠(chǎng)也會(huì )因此受益。’
　　對于這種能力的需要對處于不同地點(diǎn)、不同季節的工廠(chǎng)是不一樣的，所以不能因此提供一個(gè)統一的鑒定標準。

　　制定基準實(shí)施優(yōu)化
　　得到關(guān)于能源消耗的詳細信息就為研究過(guò)程性能，如基準、最優(yōu)化或探索其的改進(jìn)方法提供了重要信息。如果沒(méi)有足夠數據的支持，就只能得出毫無(wú)意義的結果。
　　“1992年綜合能源政策法案（Epact）——為了提高能源使用效率并通過(guò)提供能源折扣和投資來(lái)激勵企業(yè)的法案，希望可以通過(guò)減少每臺設備電氣損耗的方式來(lái)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(shuō)道，“當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，通過(guò)實(shí)時(shí)監控可以提前發(fā)現哪些環(huán)節導致了能源的浪費。將它們在用于觀(guān)測的點(diǎn)上展開(kāi)進(jìn)行研究并不困難，不但可以分析整個(gè)過(guò)程的能量消耗，還可以分析大型儀器的幾個(gè)部分。這些數據用來(lái)與每項操作或儀器進(jìn)行匹配，它們對于電能消耗的預測和優(yōu)化非常有價(jià)值。”
　　現在降低能源浪費使用的科學(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)濟實(shí)用？
　　
　　購買(mǎi)電機所占的成本只是整個(gè)電機在壽命期內所有成本的很小一部分。根據數據統計維護成本與購買(mǎi)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計算了以上的數值：“假設電機消耗的能量占用電量總數的2/3，那么在電機運轉的前30~60天電機運轉耗費的能量就相當于其購買(mǎi)成本了。于是將能源更好地利用起來(lái)就成了最重要的目標。ABB因此在這項領(lǐng)域投入巨資來(lái)保證他們在電氣方面的性能處于世界前列。”
　　雖然電機的購買(mǎi)成本在其總成本中的比例變大了，但是從長(cháng)遠來(lái)講整體的成本小了，達到了節省的目的。
　
　　更換負載不足的電機是否是最佳的處理辦法？　　

　　工程師在進(jìn)行設計的時(shí)候都希望為系統將來(lái)的升級留出余地，而不希望為留下瓶頸。這種思想融入了每一種設計之中，比如說(shuō)泵與風(fēng)機都被擴大化了。一項在四個(gè)工廠(chǎng)進(jìn)行的關(guān)于電機的研究表明，這些電機只是達到了額定負載的60%。
　　也即是說(shuō)，一臺25馬力電機的工作可由一臺20馬力的電機來(lái)完成，那么是否使用負載更相稱(chēng)的電機更合適呢？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。
　　傳統型和高效電機的效率在達到額定負載的75%時(shí)最高，其動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)在負載50%到滿(mǎn)載之間是齊平的，所以電機最有效負載區間是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)：
　　■ 電機的負載；
　　■ 負載時(shí)電機的運轉效率；
　　■ 滿(mǎn)載時(shí)的速率；
　　■ 更換后電機的滿(mǎn)載速率。
　　從這些數據中可以計算出裝置功率或電壓的實(shí)際對比，美國能源部“挑戰電機項目”給出了一個(gè)包含有必要計算方程的小軟件。
　
　　泵排量的調節：對比閥門(mén)與變速電機
　　
　　工廠(chǎng)中使用的電機驅動(dòng)裝置往往被擴大化了，這是非常普遍的，比如一個(gè)定速電機驅動(dòng)的泵或風(fēng)機提供的輸出往往超出了所需的水平，因此就要通過(guò)閥或阻尼器進(jìn)行削減。
 “這種問(wèn)題在業(yè)界很常見(jiàn)，并且還會(huì )持續下去”，ITT控股子公司PumpSmart的產(chǎn)品經(jīng)理 Dan Kernan說(shuō)道：“與節省能源比起來(lái)，確保足夠的壓力將所需的產(chǎn)品或工序運送到所需部門(mén)永遠是更重要的。如果你來(lái)進(jìn)行泵抽水系統的設計，其中你最不想做的是選擇一個(gè)很小的泵。因為用閥門(mén)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。當然在泵排水系統中還有很多因素影響了電機轉速，但在泵的整個(gè)生命周期中往往你會(huì )發(fā)現變速抽水應是最符合成本效益的解決方案。”
　　這種做法確實(shí)能節約能源，并根據應用的不同差別可達50-70％。當輸出閥或阻尼器被控速馬達取而代之，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(guò)程變量。
　　那么是否還有需要安裝定速電機地方？如果負載在絕大多數時(shí)間是一致的，而且電機性能與工作任務(wù)相稱(chēng)，那么就不需要電機有變速功能。但隨著(zhù)變速電機的單位成本逐漸下降，它們如今已不再是奢侈品。

　　能源創(chuàng )新部門(mén)

　　美國能源部有一系列部門(mén)專(zhuān)門(mén)幫助解決工業(yè)中能源應用的問(wèn)題，一個(gè)被稱(chēng)作“節約能源，行動(dòng)起來(lái)”的項目幫助公司分析并優(yōu)化各種方式能源的使用。這個(gè)項目主要是指明了工廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)設備能源管理節約能源和資金的方向，把注意力集中在能源密集型的計算、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。