工业能效通过数字化转型走向成熟

工业能效通过数字化转型走向成熟

虽然消费者在新冠肺炎疫情期间减少能源使用的新闻屡见报端,但在各行各业,我们每天都能发现更多的节能潜力:电力、交通、工业、商业和住宅市场产生了近 63% 的能源损失。

当公司评估实现净零目标的路线图时,这种能源损失是容易实现的目标,可以激发动力并立即采取措施实现重要的可持续发展目标。

燃气或煤炭等燃料来源产生的部分能量通常会以废热的形式被丢弃或浪费,从而造成损失,如燃煤电厂、汽车发动机或白炽灯泡产生的热量。研究表明,在任何工业工厂中,有近三分之二(约 67.5%)的输入能量在达到预期目的之前就已折损,其原因在于热交换器结垢、燃烧控制不佳、压缩空气系统泄漏或疏水阀故障。我们的制造设施、汽车和灯泡的能效决定了产生多少废热,以及有多少燃料和电力可以用于生产。

路透社工业能效
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聆听艾默生首席可持续发展官 Mike Train 介绍美国能源桑基图。


鉴于工业部门占总能耗的 23%,并且一般工厂会将 30% 到 50% 的运营预算用于能源,因此关注工业能效对于尽量减少能源损失意义重大。艾默生数据显示,工业企业通过使用能源管理技术和软件,获得更好的能源测量、监测、定位和报告,可以将站点能源使用量减少 5% 到 15%。这些节约最终累积起来十分惊人:一家炼油厂客户仅在一年内就节省了超过 2000 万美元的能源。

强效的排放管理会产生连锁反应,总体而言,标杆企业消耗的能源比排名后四分之一的公司少 20%,其能源强度不到后者的一半。

能源管理和排放
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公司可以实施一些关键策略来实现标杆企业能源管理。

先进的数字技术提供能源绩效的实时可见性,这有助于操作员采取纠正措施。智能传感器,尤其是无线装置,多年来已经为设备提供了更好的监测,可以及早检测到可能影响性能并导致更多能源使用量的潜在故障。数字双胞胎技术有助于优化设施的设计与运营,采用新协议以节约能源,同时不会影响工厂性能。新 LED 照明都能为大型工业工厂节省数千美元的能源成本。

近年来的显著进步可能是我们所说的“工业能源健康追踪器”,这是一个能源管理信息系统 (EMIS)。从历史上看,工业工厂会随着时间推移审查每月的能耗数据,以监测能源损失。EMIS 能提供能源绩效的最新且有意义的信息,以便识别低效率和违规行为,为决策提供实时数据和分析信息,每年可节省数百万美元。

以 Saudi Aramco 的 Abqaiq 工厂为例,该工厂提供全球 15% 的石油产量。Saudi Aramco 实施了艾默生的 EMIS,以优化其运营,加强管理能耗。该系统提高了运营绩效的可见性,显著缩短了解决问题的时间,并确定了最佳值和设定点,从而每年节约 2200 万美元的能源。

虽然可通过 EMIS 全面了解能源管理,而其他一些非常具体的应用印证的一句名言:你如果无法度量它,就无法管理它。当与分析工具等软件结合使用时,测量可为更好的决策提供数据,从而提高能效、安全性和可靠性。以下是能源管理的五个关键测量优先事项。

  • 监测疏水阀。大多数工业工厂使用蒸汽热来提供能源,支持运营。一般工厂的能源账单可达到每年 2000 万至 3000 万美元。成千上万的疏水阀让冷凝水从这些工厂的蒸汽系统中排出,但这些疏水阀经常被忽视。根据美国能源部的数据,在三到五年没有维护的蒸汽系统中,有 15% 到 20% 的疏水阀发生故障。这些成本累积起来是个不小的数目:例如,一家发电厂发现,一个泄漏的疏水阀每天要耗费 2200 美元。疏水阀通常每年手动检查一次,现在可以通过智能设备进行声学监测,提醒操作人员设备出现故障。可通过监测疏水阀捕获这种能源损失。南非石化公司 Sasol Technology 仅在 20 个最关键的疏水阀上安装了声波变送器,每年即可节省 4.2 万美元的蒸汽成本和 1.5 万美元的维护成本。智能监测器不到三个月就收回了成本。
  • 测量水、空气、气体和蒸汽等公用事业流体。虽然工厂经营者知道自己每年购买多少天然气,但却未必知道每台工艺设备使用多少天然气。流量计有助于检测能源使用中的泄漏或异常变化,平衡流向使用点的能源,并优先考虑节能措施。新英格兰的一家纸浆和造纸厂采用了流量测量技术,现在几乎覆盖了该厂所有的能源使用。该项目不到八个月便收回了成本,第一年节省的能源成本就远远超过 100 万美元。
  • 测量压缩空气。压缩空气系统是主要的能源使用者,也可能是主要的泄漏源。面对不断增加的运营成本、增加产能的需求以及对压缩空气短缺的担忧,一家南美化工厂增加了流量测量技术,使压缩空气系统的整体效率提高了 10%,并且每年减少了 75 万美元的电力成本。
  • 精确控制蒸汽锅炉水位。目标是让锅炉稳定运行,避免昂贵的停机、吹扫和重启周期。由于锅炉跳闸,美国的一家造纸厂产量下降,公用事业成本增加,但在采用先进的测量技术后,该厂现在提高了效率,最大限度地减少了计划外停机,并提高了产量。
  • 提高热交换器的性能。工业设施可能有数百个热交换器,这些热交换器会随着时间的推移而结垢,导致生产能力降低,维护成本和能源使用量增加。雪佛龙与艾默生合作,为其一家炼油厂的热交换器实施了云监控解决方案。先进的测量技术为雪佛龙操作人员提供了传热、结垢和其他衰减数据,无需手动检查热交换器,即可保持热交换器以最佳性能运行。

工业设施拥有前所未有的软件、数据分析和先进测量技术,如今能够真正了解实时、动态的能源优化,从而有效帮助企业实现净零排放目标。如果行业集体采用这些技术,则会迅速产生广泛影响。

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