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应用案例 | 利用电能测量和监测发掘新的节能潜力

德国倍福自动化有限公司
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  着眼当下,节约能源的重要性不言自明,它不仅有利于保护我们的环境,而且还有助于抵消一次能源价格大幅上涨的影响,包括每一千瓦时未消耗的能量,每一公斤未释放的二氧化碳。鉴于此,倍福已着手在其生产过程以及现有建筑中采取节能降耗的措施,坚定不移地朝着碳中和目标努力前进。

  基于 PC 的控制技术助力实现可持续增长

  倍福已经采取了很多绿色低碳行动,包括于 2016 年成功实施了能源管理系统,并在同年通过了 TÜV Süd 的 ISO 50001 标准认证。能源管理系统可以持续记录所有相关能源消耗情况,稳步降低公司的运营成本和能耗。通过分析这些信息,可以发现更多节能降耗的措施和潜力。这也很好地说明,倍福不仅自觉遵守相关法律法规,还积极履行气候和生态环境保护责任。毕竟,降低能耗能够直接减少大量碳排放,而这也是未来所有公司在着力打造气候中和经济的过程中遇到的主要挑战。倍福已做好准备迎接挑战,并为自己制定了宏伟的目标:

  • 每年提高 0.5% 的能源绩效
  • 通过减少碳排放和践行碳抵消行动打造倍福的气候中和生产基地

  

  “我们一直致力于提高公司的能源利用效率。”Johannes Beckhoff 说道。他除了担任 XPlanar 产品经理之外,还是倍福能源团队负责人。具体而言,这一承诺意味着倍福会不断优化能源效率(能耗:千瓦时/1000 欧元),并着眼长远,提升可再生能源的利用比例。2018 年倍福德国总部的这一比例为 14.32 千瓦时/1000 欧元,到 2021 年,这一关键数字降至了 13.35 千瓦时/1000 欧元。

  同时,倍福集团(德国境内的倍福德国总部、Smyczek、Fertig Motors)内部“灰色能源”在总能源消耗中所占比例不到 1% (截至 2021年)。而在消耗的 1100 万千瓦时的绿色电力中,倍福通过自己的光伏系统自行发出的电量约占 10%,目前的峰值输出为 1081 kWp,并且倍福还将进一步推广光伏发电的应用。在今年的汉诺威工业博览会上,Hans Beckhoff 宣布了倍福即将开展的最新项目,即在威尔生产基地安装更多的太阳能电池板,目标是在 170 个太阳能发电车棚上安装总输出功率为 509 kWp 的组件。另一个在生产大楼屋顶安装 650 kWp 光伏电站的项目也在有序进行中。一旦项目完成,倍福、Smyczek 和 Fertig Motors 的光伏装机总容量将达到 2240 kWp。此外,倍福还通过加装供暖板、散热板和热泵等方式对现有建筑的供暖系统进行部分改造和扩展,甚至完全换成使用区域供暖。尽可能地将所有灯具换成 LED 灯,并更多地采用基于户外光源和用户需求的照明控制。

  截止到目前,倍福采取的节能降耗措施已颇见成效:根据国际公认的“温室气体核算体系企业核算和报告标准”进行的评估,在 2019 年至 2020 年期间,倍福的二氧化碳排放量有明显下降,从每百万欧元销售额的 23.7 吨二氧化碳(二氧化碳当量)下降至 14.9 吨,相当于降低了 37%,共计仅排放了 13763 吨二氧化碳,倍福积极参与 myclimate 基金会组织的碳补偿计划抵消了这些无法避免的排放,并拿到了碳中和证书。“当然,重点首先是要避免碳排放,然后再寻找能够持续减少碳排放的方法。”倍福能源管理团队负责人 Anne Schaper 强调说道。

  透明电能数据开辟优化潜力

  电能监测在减少碳排放方面起着非常重要的作用。毕竟,了解现状是实现任何目标的基础。因此,倍福多年来一直采用总部位于斯图加特的 Optenda 公司提供的软件。“第一步是了解能耗情况并依此有针对性地降低能耗,当然,我们需要在尽可能多的负载上进行能耗测量,然后集中合并测量数据。”Johannes Beckhoff 解释道。自 2019 年起,倍福与 Smyczek 就一直使用 Optenda 电能监测软件确保所有流程都符合 DIN ISO 50001 标准。该工具通过基于 PC 的控制系统和丰富的测量端子模块以及电流传感器记录公司所有建筑内的各种能耗(电、热、压缩空气和氮气消耗),实现数据透明化管理。系统集成的通用型电能测量技术为保持显示主要生产数据以及直接在控制系统内比较系统和建筑的目标与实际状态奠定了基础。通过这种方式,可以早期发现可能出现的设施损坏或不当使用,也更容易发掘过程优化潜力。

  在公司内部推行各种节能降耗措施,如控制照明时间和房间空调的运行时间,通过数据监测量化节省的电量。例如,倍福在其生产大楼内采取的优化措施已经明显地节省了 210 MWh/a。

  持续的生产能耗监测能够早期发现和纠正不符合项,例如压缩空气管网泄漏。记录生产过程中的能耗数据能够量化和监测每个产品的能耗。

  完整测量链支持数据透明化管理

 

  SCT 系列钳形电流互感器可以方便地改造并将现有的设备和建筑集成到一个全面的能源 管理系统中

  持续的数据监测耗费的成本往往会相当高,因为通常需要在后期花费很高的成本集成更多的传感器,有时还需要借助特殊组件;但使用倍福的电力测量端子模块、电流互感器、过电流保护端子模块和电源模块,可以通过标准组件以较低的成本实现,甚至适用于翻新改造。

  作为自动化专家,倍福能够将相关的电源组件组合起来,形成一个透明、完整的系统。只有这样的整合实施,才能总览能源供应情况:从单台设备到生产车间及办公大楼。

  倍福通过 SCT 系列电流互感器完善了从测量物理值到将采集的数据传输到云端的电能测量链。用电流互感器产品系列涵盖了电流范围从 1 A 到 5000 A 的所有应用。用户可以从两种设备类型中进行选择,每种类型都有不同的设计和性能等级,并具有高度可扩展性,因此适用于各种应用。SCT 产品系列包括针对楼宇技术的低成本三相电流互感器和针对机器设备的标准工业用互感器,以及具有极高精度要求的试验台解决方案。

  分布式电力测量解决方案能够特别高效、经济地从高度复杂的系统中采集到准确的电力测量数据:其核心元件是用于测量高达 1 A 的交流/直流电流的 6 通道 EL3446 电流输入端子模块。用户可以使用它来测定精确的电力值,即使是物理上分离的电压和电流测量。EL3446 是一个纯电流测量端子模块,它能够测定供电网络的所有相关电气数据,包括所有电力测量值。计算电力数据所需的电压值由 EL3443 三相电力测量端子模块(每个网络只能安装一次)通过 EtherCAT 传输,并通过 EtherCAT 分布式时钟功能进行同步。分布式电力测量方案减少了硬件以及安装费用。

  通过 OPC UA 和基于 PC 的控制技术提升透明度

  

  嵌入式控制器能够通过 OPC UA 灵活实现通信,是采集能耗数据并制订有效对策的核心组件

  TwinCAT 3 Building Automation 是一个功能全面的楼宇自动化软件包。若要将控制系统集成到管理平台和策略层,可以将通过 BACnet 和 OPC UA 进行的通信直接集成到模板中。基于 PC 的控制技术具有良好的开放性,因而 Optenda 能够通过 OPC UA 快速连接他们的 Energy Monitor 软件与现有的倍福测量基础组件。“我们在实施项目的过程中,很快就注意到,200 多个相关的数据点是多么大的优势。”Optenda 公司销售及业务拓展部经理 Dennis Ulke 强调说道。

  基于 PC 的控制技术将照明、遮阳、窗户控制、供暖、通风及空调等功能整合在同一个中央平台上,智能控制所有系统。这样能够减少物理数据点的数量,从而降低出错风险。此外,仅使用一个系统获取所有数据是成功实现能耗监测的前提。自动化遮阳功能和通过日光进行照明控制的解决方案的节能降耗效果显著。此外,TwinCAT 软件包中还有很多 HVAC 功能模块,如夏季夜间制冷、夏季补偿、备份操作和日程安排。暖通空调软件模块可以根据入住情况进行控制,从而进一步挖掘系统的节能潜力。

  CX9020、CX5100 或 CX7000 系列嵌入式控制器构成了电能监测的控制中心。CX9020 嵌入式控制器搭载无风扇型 ARM CortexTM-A8 处理器(1 GHz 时钟频率),因此非常适合用于实现楼宇自动化领域中的中小型项目。CX9020 可与 TwinCAT 3 Lighting Solution 照明解决方案配套使用,实现控制整个大厅的照明控制任务,并与 TwinCAT 3 Building Automation 一起实现房间遮阳、照明和空调控制器等应用。功能更强大的 CX5100 嵌入式控制器构成具有多个数据点的理想楼宇自动化控制平台。例如,通过该系列嵌入式控制器可以轻松控制和管理 2000 多个 BACnet 对象。CX70xx 系列嵌入式控制器是在楼宇中实施小型独立解决方案的理想选择,如小型通风系统或房间自动化系统,它集成 8 个多功能输入和 4 个多功能输出,是一款价格非常经济的紧凑型控制器。

  仅三个月即发现巨大的节能潜力

  倍福在装备完这些组件并开始进行能耗监测后,不久就在自己的大楼和设施的通风和空调系统中发现了可减少 63 吨碳排放的巨大节能潜力。Energy Monitor 的人性化界面可以清楚地显示数据分析结果和最初的优化潜力,同时也可确保日后对结果进行相应的控制。“投入使用三个月后,可以确定的是,每年可以节省约 20,000 欧元,而且是可持续地节省,因为节能降耗是一项长期工作。另一方面,如果不采取任何措施,节省的这 20,000 欧元会是一个经常性成本。随着能源价格的上涨,这个成本将会越来越高,因此需要找出能源利用效率低的原因并快速消除。我们很高兴我们的软件能满足倍福的需求。”Dennis Ulke 说道。

  Energy Monitor 软件不仅能够采集用电数据,而且还可记录其它形式的能源(如热能和压缩空气)消耗相关数据。它同样可以用于快速减少各种能源的碳排放量。这样可以更快速、更轻松地实现碳中和所需的整个平衡过程,因为高效能源管理就意味着高效的碳排放管理。

  关于德国倍福

  倍福(Beckhoff)是一家专注于自动化新技术的德资企业,创立于 1980 年,总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者,倍福定义了自动化领域的许多标准,是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统,可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力,倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构,加上全球的合作伙伴,业务遍及 70 多个国家和地区。

  倍福于 1997 年进入中国市场,中国区总部落户于上海市北高新产业园区,现有员工 300 人,办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。

  公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准,并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司,倍福一直注重在技术上寻求突破创新,在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性,它支持所有主流的工业通信协议,将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起,为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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公司简介
产品目录

公司名称: 德国倍福自动化有限公司
联 系 人: 销售部
电  话: 021-66312666
传  真: 021-66315696
地  址: 中国上海市静安区汶水路 299弄 9-10号(市北智汇园4号楼)
邮  编: 200072
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