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优质自动化技术在“节能降耗”领域里建功立业

——孙柏林谈“节能降耗”与自动化技术

http://www.gkong.com 2009-02-18 12:29 来源:中国自动化学会专家咨询工作委员会

  胡锦涛总书记在党的十七大报告的第五部份,促进国民经济又好又快发展的第(四)点中,强调指出:“加强能源资源节约和生态环境保护,增强可持续发展能力。坚持节约资源和保护环境的基本国策,关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。必须把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置,落实到每个单位、每个家庭。加强应对气候变化能力建设,为保护全球气候作出新贡献。”

  长期以来,中国政府高度重视资源环境问题,坚持实施可持续发展战略,把节约资源、保护环境作为基本国策,努力建设资源节约型、环境友好型社会。中国政府提出坚持以人为本,把发展切实转入全面协调可持续的轨道;加快转变经济增长方式;把资源节约作为基本国策,发展循环经济,保护生态环境,加快建设资源节约型、环境友好型社会;显著提高资源利用效率,到2010年使单位国内生产总值能源消耗比2005年降低20%左右。为了落实到人,政府更进一步把“节能降耗指标”数量化!

  毫无疑问,构建“节约型社会”,是中央高层提出的最为引人注目、影响最为深远的一个重大决策。“节约”、“和谐”、“创新”,无疑是中国2005年以来,媒体使用频率最高、影响最为广泛的三个关键词。人们认为:当前国家高层领导强调构建“节约型社会”、“和谐社会”、呼吁“自主创新”,具有针对现实、拨正发展航向的意味。能源资源问题是关系我国经济社会发展全局的一个重大战略问题;要从推动我国经济社会持续发展和人民生活水平不断提高的全局出发,全面分析能源资源形势,深入研究能源资源问题,全面做好能源资源工作,促进形成可持续的生产方式和消费模式,建立资源节约型国民经济体系和资源节约型社会,为实现全面建设小康社会的宏伟目标和我国的长远发展提供可靠的能源资源保证。

  许多分析人士认为,这一重大决策并非空穴来风或领导人的心血来潮,而是基于中国国情对经济发展路线的一个主动战略调整。面对着国家战略的结构性调整,全国各行各业无不在认真思考自身的定位与建设,我们中国自动化科学技术界亦不例外,许多专家学者都在探索与思考。

   本文就《“节能降耗”与自动化技术的关系》这一重要命题展开论述,希望通过本文起到“抛砖引玉”的作用,引起广大读者朋友的共鸣。

  一,我国经济发展面临着“节能降耗”的重要历史阶段

  中国是一个人口众多,资源相对不足,生态先天脆弱的发展中大国,随着经济快速增长和人口的不断增加,努力缓解资源不足的矛盾,不断改善生态环境,实现可持续发展成为中国十分紧迫的任务。但是,我国经济发展的粗放型增长方式并没有从根本上转变,一方面经济增长在相当程度上仍然是主要依赖资源的高投入来实现的,能源、淡水、土地、矿产等资源不足的矛盾越来越突出。资源产出效率较低,节约潜力很大。钢铁、有色、电力、化工等8个高耗能行业单位产品能耗比世界先进水平的平均高40%以上,单位建筑面积暖能耗相当于气候条件的相近发达国家的2-3倍,工业用水重复利用率比国外先进水平低15-25个百分点,矿产资源总回收率比国外先进水平低20个百分点。近年来,能源资源问题已经成为中国近一步发展的瓶颈,中国资源消耗式发展模式必须得到改变,这已经成为全社会共识。随着经济的快速发展,中国已经成为世界第二大能源消费国,能源消费量约占世界的11%。石油对外依存度已经超过40%,中国经济增长在相当程度上仍然主要依赖资源的高投入来实现,资源产出效率较低。目前,钢铁、有色、电力、化工等8个高耗能行业单位产品能耗比世界先进水平平均高40%以上。能源是人民生活水平提高的必要保证。如果我国走传统工业发展道路,在能源消耗方面高投入、高消费、高排放,作为人口大国,如果让13亿中国人都过上有车、有房、生活电气化的小康生活,那么即使2个地球也养活不了中国。

  我国工业生产普遍存在的“三高”(高能耗、高消耗、高污染)现象仍然十分严重。我国1亿美元GDP消耗能源约12万吨标准煤,约为日本的6.58倍,德国的4.49倍,美国的3.65倍。我国单位GDP的钢铁、木材、水泥的消耗强度分别为发达国家的5~8倍、4~10倍、10~13倍。我国年排放二氧化硫近2000万吨,酸雨面积已占国土面积的30%,空气质量达标城市仅占1/3,流经城市的河段70%受到不同程度污染。

  因此,完全可以断定:我国经济发展已经进入“节能降耗”的重要历史阶段。建设节约型社会是我国各部门各行业的工作重点,国家加强能源领域的统一规划迫在眉睫。观察人士认为,中央力倡建设节约型社会意味着中国可持续发展战略进入实施阶段。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是当前一项极为紧迫的任务。为推动全社会开展节能降耗,缓解能源瓶颈制约,建设节能型社会,促进经济社会可持续发展,实现全面建设小康社会的宏伟目标,国家发改委特别制定了《节能中长期专项规划》规划;国务院也于近期专门下发通知,要求在生产、建设、流通、消费各领域节约资源,提高资源利用效率,减少损失浪费。力图推进“节能降耗”工作。

  二,应用自动化技术实现“节能降耗”的一些成功案例

  在我国,已经有一些著名的工业自动化企业通过他们的出色工作来努力实现“节能降耗”的目标。在这里,作者选择了我国部份民企案例来加以介绍:

  案例一:北京和利时公司的MACS系统在杭州绿能环保发电厂中的应用

   杭州绿能环保垃圾焚烧发电厂由杭州绿能环保发电有限公司负责筹建,一期工程已于2004 年10 月全部投运,共配置了3 台150t/d 垃圾焚烧炉、3 台15t/h 余热锅炉及3 套尾气处理系统。并配置了1 套杭州汽轮机厂生产的7.5MW 凝汽式汽轮发电机组。垃圾焚烧炉采用了杭州锅炉厂引进的日本三菱重工技术制造的马丁式垃圾焚烧炉。

   以往的垃圾焚烧发电厂,通常都采用各家的PLC 来分别实现各个设备的控制要求的。而许多PLC是随各个主设备厂配套而来的。因此,配套而来的各家PLC 之间,由于型号和品种的各不相同,往往是难以实现相互之间的通信和信息交换的;从而导致在整个垃圾焚烧发电厂的控制系统中,出现了一个个由各家不同的PLC 组成的“自动化孤岛”。与此同时,许多厂家的PLC 往往难以实现复杂的模拟量控制,例如串级控制和前馈控制;特别是难以实现垃圾低热值时的滑参数运行方式下的各种控制要求。因此,杭州绿能环保发电有限公司从一开始就果断地决定,选择用DCS 系统来实现“全厂一体化”的控制功能。整个杭州绿能环保发电厂“全厂一体化”控制的基本思想是:

  由先进的、全面开放的DCS 系统作为全厂总的控制系统,实现全厂机、炉、电和现场各辅机系统的一体化控制。采用全能值班员制度。

   经过反复的分析比较和严格的考察,杭州绿能环保发电有限公司最终选择了北京和利时公司提供的符合国际最新发展潮流的第四代DCS—MACS 系统。MACS 系统可以方便地采用以太网、Profibus-DP 现场总线或RS 485通讯接口和全厂的各个控制子系统(各种PLC 和505 调速器)连接和通讯。MACS 系统成功地实现了“全厂一体化”。

  目前,杭州绿能环保垃圾焚烧发电厂运行状况良好,垃圾焚烧量超过了设计要求的450t/d,可以达到600t/d;发电量可以达到6.9—7.5MW;“全厂一体化”的控制功能通过和利时公司全面开放的MACS 系统已经顺利实现,各个控制子系统性能稳定可靠,操作灵活方便。

   这个项目既处理了垃圾,又转化成了电能,很好地实现了“节能降耗”的目标。

  案例二:北京三博中自科技有限公司在节能降耗、资源优化方面的工作

  中科院自动化所北京三博中自科技有限公司自从成立以来,逐步确立了以节能降耗、资源优化为公司的发展战略方向,为企业提供节能降耗控制、整体资源优化、系统集成解决方案。为用户提供具有国际水平的科技产品和技术服务。

  目前,三博公司已成功开发出10多项具有自主知识产权的高技术含量的炼焦自动化技术产品,如:焦炉红外测温仪及测温管理系统、焦炉加煤自动计量系统、焦炉四车联锁监控管理系统、焦炉自动配煤控制系统、焦炉自动加热优化控制系统、焦炉集气管压力智能调节系统,等等。以上产品已开始获得广泛推广应用,目前已有60多家焦化企业采用一项或多项以上炼焦自动化技术产品。其中,焦炉红外测温仪及测温管理系统开发成功后,迅速进行市场推广应用,目前已销售近500套,市场占有率从0%提升到90%以上,基本取代了一直处在该行业垄断地位的国外知名品牌爱康特红外测温仪,使焦化行业的企业大大降低了成本。由三博公司开发的焦炉自动加热优化控制系统为企业创造了良好的经济效益,如在江西某焦化厂实施了该系统,为该企业每年节省能源费用300多万元,而该系统投入成本才30多万元,目前正在焦化行业大力推广应用该系统,目前已多家焦化企业推广应用了10多套该系统。这几年来,三博公司在焦化行业也深受其益,针对焦化行业的直接销售收入已达4000万元以上,在焦化行业的工程业绩已达100多个,取得了良好的经济效益和社会效益。在国家倡导的采用信息化自动化技术改造传统产业,节能降耗、资源优化领域,三博公司做出了应有的贡献。

  案例三:北京华邦天控科技公司北京科强公司在碳素焙烧控制技术上的工作

   在铝用碳素生产过程中,焙烧工序是对能耗,环保,成品品质及寿命影响最大的,由于工艺过程复杂,现场环境恶劣,在1998年之前,该工艺过程几乎没有自动控制,能耗高,污染大,产品品质不稳定。引进国外控制系统后,状况明显改善,但成本巨大,难以推广。

   北京华邦天控科技发展有限公司与北京科强公司背靠航天科技的雄厚基础。近年来在消化吸收国外先进技术基础上,应用先进控制理论,于2000年成功推出国产化碳素焙烧控制系统,短短几年中得到广泛应用,完全替代了国外引进产品,创造了巨大的经济,环保及社会效益。使用后相对过去手动控制,产品能耗降低50%,产品合格率从90%以下提高到98%以上。进入净化系统之前,尾气焦油含量降低40%以上,产品理化指标明显提高,从而使电解铝的电流效率和电解铝槽寿命都得到了提高。以一个年产6万吨碳素的标准炉型为例,每年节省燃料(100#重油)3000多吨,由此节约成本近千万元,按全国产量计算,全年即可节省燃料成本7亿多元,同时环保指标大大提高,产能及品质大幅提升。

   目前该产品在稳固国内市场的同时(约占60%),正在成功地迈向国际市场,实现拥有自主知识产权先进技术产品的输出。

  案例四:浙大中自公司的“煤化工过程优化控制技术实现节能降耗”

  浙大中自公司依托浙江大学工业自动化国家工程研究中心、浙江大学工业控制技术国家重点实验室、“控制理论与控制工程”和“检测仪表及装置”两个国家重点学科、浙江大学现代控制工程研究所,秉承浙江大学求是创新的科研作风和广博丰厚的技术源泉,在董事长孙优贤院士的率领下,努力开拓“节约型”工业自动化技术。他们开展的“煤化工过程优化控制技术实现节能降耗”工程,已经取得了较好的成效。

  煤炭能源消耗占中国能源消耗总量的70%,涉及化工、冶金、电力等诸多行业,以煤为能源的企业面临着越来越大的压力。如何利用好煤炭资源成为有关专家和工程技术人员多年研究的课题。对自动化系统工程人员来讲,将先进控制与过程优化技术应用于煤化工生产过程,实现节能降耗,是当前最紧迫的任务。煤化工生产过程优化控制技术可以大大提高煤的利用率,既节约了大量资源,也降低了生产成本,因而在煤化工生产领域有着广阔的市场前景。

  煤炭的应用大致分为燃烧和气化两种形式,燃烧一般有工业锅炉来实现,气化又分为间歇式固定床煤气化、连续式固定床煤气化、粉煤气化、水煤浆气化、富氧气化等,由于后三种气化方式投资大技术还不成熟原因而很少采用,所以目前国内大多采用前两种气化方式。实践证明,固定床间隙气化工艺影响因素多,滞后时间长,在炉况稳定时期,由于操作条件发生变化后,造成炉子蓄热状况变差,其潜热损失的增加往往是潜热损失从量变到质变的结果。当造气炉蓄热过量时,上、下行温度升高,温度速率增大,通过显热增加仍不能达到热平衡时,气化层将出现局部过热结疤,如仍未及时调整工艺及操作,炉面将出现局部发红、吹翻,带出物增加。当加大排渣量后,即使大疤消除,但灰渣返炭增加,吹风效率降低,这样潜热损失必定增加。基于上述情况,间歇式固定床煤气化过程优化控制系统,采用浙大中自公司的SunyTDCS9200集散控制系统,把造气炉当成一个蓄热的容器,不再简单的依赖气化层的检测状况和信息,而是利用造气炉的上、下行温度这两个最能反映造气炉宏观运行状态的参数,运用模糊控制和优化控制技术,分析上、下行温度的动态变化过程所反映的造气炉蓄热状况的变化,再运用工艺控制上的一些规律加以优化控制参数,使气化层逐步优化,在条件优化中,逐步使造气炉达到单位时间内蓄热能力最大,同时热损失最小,且稳定性最高的生产状况,只要达到这个状况,从能量守恒角度而言,则单炉产气量最高、能源利用率最高,平均单炉发气量提高10%以上,煤耗下降5-10%。控制调节包括:吹风时间的调节;上、下吹比例时间的调节;炉条机转速的调节。

   由此可见,打破局部参数孤立控制操作的老习惯,建立起全装置多参数综合操作的概念,向着操作的精确性、安全性、稳定性、预见性等方面发展。采用先进控制与过程优化技术,进行煤化工生产过程优化控制,实现节能降耗,是今后煤化工生产过程控制发展的方向。

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  案例五:国内成都森兰公司等变频器技术的应用

   变频器在节能、改善人类生活环境、降低生产成本、提高产品质量以及提高工业自动化程度等方面都做出了很大的贡献。例如:工业锅炉根据采用的燃料不同,通常分为燃煤、燃油和燃气三种。这三种锅炉的燃烧过程控制系统基本相同,只是燃料量的调节手段有所区别.在各种民用、工业锅炉热工自动控制过程中,锅炉燃烧过程的自动控制是一项重要的控制内容。传统的控制方式中,鼓、引风机的风量一般采用风门挡板控制,炉排电机及给粉机采用滑差调速,其弊端是调节不及时,操作复杂,不能确保锅炉的最佳运行状态,浪费能源。对工业锅炉燃烧过程实现变频调速主要是通过变频器调节送风机的送风量、引风机的引风量和燃料进给。

  风机负载多是根据满负荷工作需用量来选型,实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态,由于交流电机调速很困难。常用挡风板、风门或开/停机时间来调节风量或流量,大量的电能都消耗在挡风板上。同时大电机在工频状态下电气控制采用直接或Y-△起动,电力冲击较大,势必造成电能损耗和开/停机时的电流冲击。并且机械冲击大,传动系统寿命短,震动及噪音较大,需要的电源容量大,功率因数较低等。

  采用变频节电器直接控制风机类负载是一种最科学的控制方法,当电机在额定转速的80%运行时,理论上其消耗的功率为额定功率的(80%)3,即51.2%,去除机械损耗电机铜、铁损等影响。节能效率也接近40%,也就是当风门开度为80%理论上可以节约一半的电能。变频节电器是微电脑控制的很容易和上位机或者传感器组成PID闭环的控制系统,节能效率将进一步提高,更容易实现工业自动化控制。

  再如:森兰变频器在水泥制品行业中的应用,水泥制管机负载机械特性为大惯性负载,起动前模腔内需加足一根水泥管桩定量的混凝土,启动后低速运行,显然是重载起动。电磁调速器低速运行时机械特性软,低速转矩较差,要保证生产的正常进行,电动机的容量选得较大,这又使耗能进一步增加。近年来在水泥制管设备中,电磁调速用得较多。但电磁调速效率低,最高转速时效率为85%,速度越低效率也越低。水泥管离心成形工艺低速的时间占50%左右,电磁调速速度低速时耗能相当大。

   变频器用森兰SB40S75KW 2台,BT40S55KW 2台。变频器设置为外控端子操作,电位器调节变频器的频率。加速和减速时间设定比较长,均为120s,降速到变频器的输出频率5Hz时,启用直流制动,操作十分方便。使用了变频器后,转速稳定性好,管桩的成型的质量有了较大的提高。水泥制管机是采用55kW或75kW的电磁调速电机,转速通常控制在300-1200r/min,这是根据离心制管工艺情况,对电机速度进行控制。实践证明,采用变频调速的方法取代电磁调速平均节能量50%左右。

   由于变频节电器可实现大的电动机的软停、软起,避免了启动时的电压冲击,减少电动机故障率,延长使用寿命,同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。为达到节能目的推广使用变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。

   有市场研究显示,目前国内带变动负载,具有节能潜力的电机在中国至少有1.8亿千瓦。由此可见,能源紧张所提出的节能、降耗需求,为变频器的应用提供了更广阔的空间,也给变频器企业带来更多发展契机。

  案例六:清华同方的“节能环保建筑主导新潮流”

  据统计,中国的建筑能耗约占全国总用能量的1/4,居全国各类能耗之首,并呈现继续上升之势。这种局面使能耗问题已经成为制约我国经济发展的“软肋”。在全球能源供应趋紧的形势下,节能已成为建筑业必须面对的另一个重要课题。

   目前建筑业的节能主要体现在窗户设计和照明节电上。如何采用先进技术(如:自动控制技术等)来提高能源利用率、减少能源消费,加强能源管理等等,使传统楼房向建设智能化楼房迈进。

  据国内智能建筑系统的优秀集成商清华同方公司负责人介绍,整座大楼的中央空调约占能耗总量的50%以上,随着建筑物的规模的扩大,标准的提高,大厦机电设备的数量也在急剧地增加,如果说是采用现代计算机技术和网络系统,对现有机电设备实现集中管理和自动监测,就能确保所有机电设备的安全运行,还能够节约能耗25%,节省人力约50%,并能提高楼内人员的舒适感和工作效率。

   其实,节约能源只是降低能耗的手段之一,能源供给大于消费的建筑才是今后的主要发展方向。据介绍,欧洲目前正在掀起一场"建筑革命",人们期待新一代的房屋不仅能确保能源自给自足,还能将剩余的能源输入电网。据报导,2008北京奥运会的“鸟巢”工程将采用“太阳能”系统,正在向此目标迈进。

  其实,还可以举出许多我国的民营企业的其他案例来加以说明。由此看来,“节能降耗”已成为中国工业自动化领域里的企业发展的目标之一了。可以断言:“节能技术全面升级,节能行业迎来了第二春”

  三, “节能降耗”需要从自动化等高新技术中寻求出路

  要建立资源节约型国民经济体系和资源节约型社会,实现全面建设小康社会的宏伟目标,就必须充分利用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业,要在贯彻落实党中央、国务院确定的“信息化带动工业化、工业化促进信息化”的发展战略过程中,增强我国传统产业创新能力和国际竞争力,促进我国社会生产力跨越式发展。缺电是一种严重的公共危机,已经影响到我国的国际形象”。当前的节能已不是简单意义的节约和少用能源,而是要靠使用先进科学技术,来提高能源的利用效率。在当今世界性市场经济的激烈竞争中,工业企业必须应用自动化技术科学来保证产品的质量、成本和数量的优势。特别是在用高新技术改造传统产业方面,自动化科学在工业企业的运行与发展中起到非常重要的作用。

  下面,我们从控制和优化的角度来看“节能降耗”如何从自动化等高新技术中寻求出路?

  (一)企业“节能降耗”面向“一体化综合过程自动化系统”

  在工业生产过程中实现节能降耗、资源优化,除了采用先进的工艺和设备之外,必须采用先进的过程自动化系统。当今的过程自动化系统已发展为由过程控制层(PCS)、制造执行层(MES)和经营规划层(BPS)三层结构组成的综合过程自动化系统。企业要达到总体的节能降耗和资源优化,获得最大的经济效益,提高竞争力,除了在各层次上采用先进技术和优化技术外,还必须在系统集成方面采用优化操作、优化调度以及优化企业资源规划和经营管理的一体化综合过程自动化系统。

  中国自动化学会的孙优贤院士更进一步提出:面向“三高”治理的成套专用控制装置和专用优化系统。冶金、有色、电力、化工、建材、造纸是我国工业生产六大高能耗行业,也是对环境污染最为严重的六大行业。在六大行业的大型工矿企业中,选择重点能耗设备和重点污染源,分别实施以节能、降耗、治污为目标的成套专用控制装置和专用优化系统,是高端工业自动化的产业化内容。包括:节能、降耗、治污的自动化设计技术,特种执行器和特种检测技术,除尘、脱硫优化控制技术,固体废物焚烧的最优控制技术,废液的检测、分离和控制技术,节能、降耗的最优化技术,节能、降耗的卡边控制技术,最优燃烧控制技术,最优调速控制技术,热能转换和传递优化技术。

  (二)企业“节能降耗”要自动化与信息化相结合

   国务院2005年12月2日公布的《促进产业结构调整暂行规定》提出,要重点推进钢铁、有色、电力、石化、建筑、煤炭、建材、造纸等行业节能降耗技术改造。因此,我们应当将精力集中到这些行业中来。

  工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术,主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一,主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益,但它对企业生产过程有明显的提升作用。在企业“节能降耗”的过程中也不例外。

  而信息化对企业的贡献则主要体现在,一方面提高了企业设计与生产经营水平、带动企业管理内涵的进步、节约能源消耗、减少生产过程污染排放、促进资源的循环利用;另一方面,还可以提高企业管理水平、提高产品质量、劳动生产率和资源利用率。

   信息化能够沟通全部工业自动化生产过程,特别是在网络系统异常发达的今天,在工业自动化领域中,有成千上万的感应器,检测器,计算机,PLC,读卡器等设备,需要互相连接形成一个控制网络,而工业控制网络将正在向有线和无线相结合的方向发展。如果说自动化系统是企业主体骨干,那么信息化则是企业神经系统。因此,企业“节能降耗”必须要自动化与信息化相结合,互相渗透才能够取得更好的效果。

  以电力行业为例,在电力行业中,生产自动化与管理信息化是均衡推进的。长期以来电力企业对生产过程控制的信息技术应用一向比较重视,而对业务及管理的信息化重视却相对不足。我国电厂、电力调度的自动化水平达到国际先进水平。生产自动化与管理信息化的发展处于不平衡状态。一方面,管理信息化滞后于生产自动化,另一方面生产自动化系统与管理信息系统处于相互分离状态,彼此不能有效互通,不能实现管控一体化,数据信息不能集成共享,不利于实现企业的综合管理。这种孤立分散的状况不能发挥整体效益。电力行业新的运营环境要求电力信息化既要提高生产效率,又要提高企业效益。效益导向促使电力信息化由“重建设”向“重管理”转变。这为电力企业信息化建设带来了新的要求:不但要支持电力生产,还要支持企业经营、管理,提高管理水平与企业效益,增强市场竞争力。从而要求电力企业的IT系统能够支持综合性应用、网络化管理、智能化决策等。

  石化和钢铁行业是一个国家的能源和原材料工业,它制造的就是能源和原材料,在这样一个大的领域中原材料消耗大、污染大,且又涉及到相应的安全问题,而为了节能、降耗,提升企业的竞争力,就必须要采取自动化技术。对于流程工业来讲,以信息化带动工业化,本质上就是自动化带动工业化,提升企业的竞争力,只有通过这样的手段,才能使企业的产量有所增长,原材料的产量上去了,那么整个生产也就更加安全可靠了,同样排污也减少了,企业的效率也就真正提高了。

  (三)大力开发“节能自动化”产品和技术

  大力开发“节能自动化”产品和技术不但为企业“节能降耗”寻求新技术与产品,而且也为自动化技术与产品寻求新的出路。例如:

  产品之一:上海潘登新电源公司开发的GGDZ智能照明节电柜,其设计独特先进,将各种节电技术结合在一起,节电效果显著,功能齐全,是一种高效安全的照明节电产品,节电率可达20%~55%以上。GGDZ照明节电柜采用美国领先的节电核心技术,以单片机控制技术和在广大用户中享有盛誉的本公司专利产品--潘登系列无触点免维护电力稳压器为基础,是微电脑技术、电力电子技术与变压器技术的完美结合。实现了无极调压稳压、无触点调压稳压,动态性能极好,输出波形无畸变;同时效率极高,长期免维护。GGDZ全系列产品已获国家电光源检测中心等的权威认证。

  产品之二:“潜力”牌系列智能电机节电器是一种以微电脑控制为基础,采用先进的电子跟踪检测技术、移相控制技术、软启动技术、电子安全保护技术等多种高科技控制手段,结合电机实际运行参数,在不改变电机转速的情况下适时调整电机输出功率,使之与负载功率需求精确匹配,提高电机运行效率,降低电耗节约能源。

  产品之三:ABB的节能技术,比如变频器可以控制马达的速度,就象汽车的变速箱。无论你是钢铁冶金行业,还是造纸,制浆,或是化工行业,变频器都能在生产过程中控制电机转速。在无需全速运转电机时,变频器可调节其速度,已达到节电功效。在过去的10年中,ABB变频器已经为中国客户节约了100亿千瓦时的电能,约相当于一个核电厂两年的发电量。

  产品之四:天津罗升企业有限公司的气动系统节能设计及应用。气压传动和控制是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一。采用气—电或气—液复合传动控制系统,实现节能 由于微电子技术的飞速发展,计算机的应用也进入了气动控制技术的领域。

  产品之五:北京博控自动化技术公司和西安安德科技公司等单位的热网自动控制与监测系统:他们为黑龙江省哈尔滨市、大庆市、鸡西市与虎林市等中小城市安装了“城市集中供热网的自动检测与自动控制系统”。随着城市集中供热规模的增大和管理效率的提升,对热网加装自动控制系统,提高系统的能源利用水平已经势在必行。本系统可实现换热站温度、压力和流量有效控制,满足热用户对室温恒定、舒适的要求。-随着城市集中供热规模的增大和管理效率的提升,对热网加装自动控制系统,提高系统的能源利用水平已经势在必行。

  产品之六:浙大中控JX300X DCS,浙大中控JX300X系统在污水处理过程中的应用。特别是为溶氧控制寻求到合适的控制算法以及将恒频风机更换为可以变频的不仅仅能够更好的完成污水处理的任务,更能够降低能源消耗,缩短处理周期,实现优化控制。

  产品之七:日本神王电气公司在世界第三代节电器的基础上,开发了带有自适应控制的全自动电力节电装置,将自动控制、数字技术、通信技术一体化、使过去的节电技术又推进了一个新的阶梯。Sun Sv神王节电装置被中国节能协会列为推荐产品。

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  产品之八:北京国智恒电力管理科技公司的“电能量及防窃电管理系统”。“电能量及防窃电管理系统”是针对于线损管理的电能量管理系统。本系统不仅能对各电量及其它参数实时采集和传输,而且还提供了丰富的控制和管理功能,如用电情况实时分析、无功投切、负荷调配、缺相保护、异常报警等,对于有条件的用户还可以实现备用变自动投切功能。

   通过先进技术与现场经验的结合为用户赢得良好的经济效益与社会效益,本系统将帮助用电部门获得大量的运行数据,为运行管理提供决策依据;可以帮助用电部门发现负荷中心和负载不平衡情况,相应对电源电和运行方式进行调整,降低技术损耗;通过监测设备的运行情况为设备改造和系统扩容提供参考依据;及时发现无功越限,可以进行分时段无功投切,提高投切效率;及时发现用电异常情况,发出报警,达到阻止偷窃电和抓获偷窃电的目的,减少偷窃电事件的发生。

  产品之九:节能环保AFE技术助力西门子攫取市场先机

  “节能环保AFE技术助力西门子攫取市场先机”这一标题出现在西门子公司的网页上。  “全集成自动化测试台系统,是西门子工厂自动化工程有限公司(简称“SFAE”)基于领先的TIA驱动与自动控制系统和AFE技术,为航空、船舶、汽车、机械制造等多个行业提供的产品,其在节能、环保方面的卓越表现为客户创造了不菲的价值”。 SFAE提供的是采用了拥有专利技术的交流驱动Master Drive主动前端(Active Front End ,简称“AFE”)变频器的交流电测功测试台。其卓越的节能环保功能在能源资源紧张的今天,无疑已经在市场上抢得了先机。

  产品之十:关于“可再生能源”的自动化技术与产品

  我国的能源资源,尤其是优质化石燃料(油、气等)并不富裕,另外环保方面也有不少问题;而从长远来看,可再生能源必然会重占重要的一席之地(用了重占二字,是因为几百年前,可再生能源本来就是人类的主要能源)。目前,可再生能源或多或少的都有供应不稳定的问题。如风能受气候的影响,太阳能受日夜、季节与气候的影响,都是很不稳定的,更无法控制;尤其气候变化,目前还难以长期预测。生物质能情况稍微好一点,但也不如各种化石能源那样稳定可靠,至少也更受季节、气候的影响。其他的如潮汐能、波浪能等等都有类似问题,是多种可再生能源的天生重大弱点之一。如何解决,目前最普遍研发与使用且有一定成绩的办法是储能。也可以说,储能是大多数可再生能源研发中最普遍的课题,值得特别加以重视。而关于如何提高可再生能源的生产效率、如何提高可再生能源的储能效率、以及如何提高可再生能源的管理效能等诸多问题,都与控制技术、系统工程等等有关。2007年11月14日,位于美国华盛顿市的世界观察研究所向媒体发布了最新的研究报告《为中国的发展提供动力:可再生能源的功能》。该报告指出,到2020年,中国的能源可能有15%来自可再生能源,甚至超过这一目标。如果中国继续致力于能源供应多样化,到2050年,可再生能源将可能提供中国30%以上的能源需求。该报告由世界观察研究所驻北京研究员马天瑞和中国可再生能源学会副理事长李俊峰合作撰写的。“政府在政策制定上的远见配合企业界的智慧,正促进可再生能源大力发展。”马天瑞还认为,“中国正日益成为可再生能源制造业的世界领袖。”

   因此,研究与开发“可再生能源”的自动化技术与产品也是工业自动化企业需要考虑到的十分重要的方向。

   类似产品还可以举出许多。可以说,未来产品的底牌:高性能与低能耗将是其主流!

  (四)工业自动化企业应当重视“节能服务市场”

   “节能降耗”需要从自动化等高新技术中寻求出路,应当从两个方面去理解,一是从技术领域,二是从服务领域。节能服务就是自动化技术发挥作用的另一个重要的方面。

  目前,跨国企业争相来华的勃勃兴致让人不得不感叹,在我们身边,不是缺少赚钱的机会,而是缺少发现机会的眼睛。节能服务市场正是这样的美妙机会。据权威人士介绍,我国每年的节能潜力可达到2.5亿吨标准煤。按每吨400元计算,节能的市场潜力就可以达到人民币1000亿。

  节能服务在专业领域一般称作“合同能源管理”,于上世纪70年代在欧美开始兴起,如今已经比较成熟,但在中国还处于初级阶段。

  “高峰缺电,不可能靠多发电来解决,因为高峰期往往比较短暂,有时候可能只是一年中的几天,如果为这个高峰值而建造更多的电厂,是对资源的极大浪费。专家说,通过市场化的方式将高峰值降下来,才是资源节约之举,故此“合同能源管理”大有可为。作为国内节能服务先行者的上海市,已经拿出实际行动。上海市安排了3年1000万元的补贴来支持“合同能源管理”项目。专家认为,这些资金可以起到“四两拨千斤”的作用。

  又如:Rockwell Automation亚太区总裁夏明伟先生介绍的“电力和能源管理体系”(PEMS):PEMS是一个由工程系统、硬件、软件、通讯网络以及专门的服务等组成的全面方案,可满足各种电力和能源管理包括节能的要求。“PEMS的节能作用是通过在公司范围内对能源消耗进行优化控制和管理实现的。例如,一般高峰时间的用电费率远远高于平时的费率,PEMS通过在不同的时间调整负载,可以达到节能的目的,从而降低电费。”

  结束语:

  2007年11月19日,国务院总理在新加坡国立大学发表演讲后回答提问时说,中国单位GDP能耗减低、污染物总量排放减低的情况后说,“今年1至9月,中国单位GDP能耗减少了1.8%,污染物排放量减少了0.28%。这是中国发展中的一个‘拐点’。过去这些数字都是上升的”。

  在回答有关中国经济快速发展和环境污染的提问时,温家宝说,污染问题确实存在,而且“在中国发展很快的阶段应当引起我们高度重视”。他还说,中国政府在制定“十一五规划”时,确定的目标是在未来5年使单位GDP能耗每年减少4%,5年减少20%。污染物排放,包括二氧化硫、化学需氧量总量5年内要减少10%。“这是中国人在发展阶段给自己加大的压力。作为总理,我深感实现这个目标,困难非常大。他说,中国为治理环境下了很大决心。”温家宝强调说,中国坚持这样做下去,中国能够发展起来,也能够把污染降下来,“中国一定会是蓝天白云的中国”。

  虽然,近年来中国每万元GDP所消耗的能源已在下降,与国外先进水平的差距正在逐步缩小。但是,中国经济增长在相当程度上仍然主要依赖资源的高投入来实现,资源产出效率较低。目前,钢铁、有色、电力、化工等8个高耗能行业单位产品能耗比世界先进水平平均高40%以上。因此,国家仍然高度重视“节能降耗”工作。

  2005年8月30日,国务院办公厅专门发出《国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知》说:“资源供给不足已经成为经济社会发展和实现全面建设小康社会目标的重要制约因素。同时,由于我国许多行业和地区资源利用效率低、浪费大、污染重,目前我国单位国内生产总值能源、原材料和水资源消耗大大高于世界平均水平。靠大量消耗资源支撑经济增长,不仅使资源约束矛盾更加突出,环境压力加大,也制约了经济增长质量和效益的进一步提高。 ……”组织开展资源节约活动,推进资源节约工作,加快建设资源节约型社会,是缓解资源瓶颈制约,实现国民经济持续快速协调健康发展的有效途径;是转变经济增长方式,走新型工业化道路,实现全面建设小康社会目标的重要措施;是落实全面协调可持续的科学发展观、促进人与自然和谐发展的必然要求。各地区、各部门特别是各级领导干部,要从战略和全局的高度,充分认识开展资源节约活动的重要意义,牢固树立和落实科学的发展观和正确的政绩观,采取有效措施,扎扎实实地推进资源节约工作。2007年,中国国务院成立了以温家宝总理为组长的国家应对气候变化和节能减排工作领导小组,发布了《节能减排综合性工作方案》和《中国应对气候变化国家方案》,对节能减排和应对气候变化工作进行全面部署。长期以来,中国政府高度重视资源环境问题,坚持实施可持续发展战略,把节约资源、保护环境作为基本国策,努力建设资源节约型、环境友好型社会。为了加快推进节能减排工作,从中央到地方,推动力度进一步加大,各项政策措施正在逐步发挥作用。上半年,全国单位GDP能耗同比下降2.78%,巩固了去年全年单位GDP能耗下降的良好势头;全国二氧化硫排放量同比下降0.88%,扭转了全国二氧化硫排放总量多年连续上升的势头;COD排放量同比增长0.24%,增幅比去年同期回落3.46个百分点。

  就在十七大之后不久,胡锦涛主席到内蒙古考察工作,开发能源、节约能源是胡锦涛这次考察的一个重点。处于世界领先水平的神华集团有限责任公司煤直接液化项目一期工程即将建成,建设者们正在紧张安装和调试。胡锦涛走进厂区,详细了解项目建设进度、工艺流程、生产成本等情况。他对企业干部职工说,建设煤直接液化项目是一个重要战略举措,要高质量、高水平地把这个项目建设好,为保障国家能源安全作出贡献。在亿利能源化工循环经济产业基地,胡锦涛高度评价企业采用的一体化循环产业链的做法,他强调,一定要按照党的十七大提出的建设生态文明的要求,大力发展循环经济,牢固树立能源资源基地也要厉行节约的意识,加大节能减排力度,切实把资源利用率提上去,把能耗排放量降下来,努力实现经济社会可持续发展。

  这充分表明,国家领导人是非常重视“节能降耗”工作的。同时,政府各部门也都在相应地采取措施。例如:2007年8月26日,国家发展和改革委员会主任马凯在向全国人大常委会报告国务院节约能源保护环境工作情况时承诺,2007下半年我国将从十个方面强化措施,确保节能减排目标落实到位。又如:国家标准化管理委员会副主任孙晓康2007年9月18日说,根据钢铁、有色、建材等主要耗能行业的节能工作需要,我国正在制订22项高耗能产品能耗限额标准,这些标准年内就能发布实施。 再如:马凯还透露,在下半年开始的省级领导班子换届考察中,将把节能减排工作作为综合考核评价的重要内容,切实加强对地方政府领导班子和领导干部节能减排工作的考核。制定发布《节能目标责任评价考核实施方案》、《主要污染物排放总量考核办法》,将考核结果作为对地方各级政府领导干部政绩考核的重要依据。由此可以看出,国家领导人是非常重视“节能降耗”工作的。

  在历史上,我们中国自动化领域的专家、学者与广大工程技术人员都曾经为国家的现代化建设贡献过自己的力量和才智。今后,则应当力求在今后工作中,努力将自己的聪明才智在“节能降耗”领域中建功立业,并做出更大的贡献。不辜负新时代对于我们的殷切期望!(中国自动化学会  孙柏林)(作者鸣谢:感谢文章中的案例提供者—黄琦奇、林红权、李枫、王文海、陈斌)

(文章为2008年《自动化与信息工程》杂志投稿,已刊登)

  

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