Otto Urbanek

1 引言

塑料行業(yè)中那些能源密集型生產(chǎn)存在著巨大的節(jié)能潛力，對于無法充分利用這種潛力的公司而言將是一種損失，不僅是因?yàn)檫@事關(guān)遵守法律法規(guī)的問題，而且還因?yàn)樗麄兛梢詮倪@些巨大的競爭優(yōu)勢中受益。提高能源效率的第一步是分析在何時、何地實(shí)際消耗了多少能源量。然而，并非所有分析工具都能夠達(dá)到相同水平。

由于資源有限，因此效率就成為了一個重要的議題。隨著世界各國政府紛紛設(shè)立能源目標(biāo)，制造商和加工企業(yè)不斷面臨著新的指示、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。然而，效率不僅僅是必要之物，它還蘊(yùn)藏著巨大的競爭力。

那些以最快速度做出響應(yīng)的公司收獲最大，他們新獲取的Know-how將有助于提高公司的整體表現(xiàn)。作為能源密集型生產(chǎn)的塑料加工技術(shù)站在了優(yōu)化能耗的最前線。

2 如何去做才能更有效率

我們對于提高效率的要求提出了相關(guān)問題：“我們現(xiàn)在在哪里，衡量我們效率的基礎(chǔ)將是什么？”多年來，單位能耗（SEC）已經(jīng)確立了衡量能效的標(biāo)準(zhǔn)。該比值告訴我們單位產(chǎn)量或單位產(chǎn)值所消耗的某種能源量。在單位能耗被計算出來之前，首先需要明確定義消耗和產(chǎn)出的計算范圍是什么。

讓我們來看一下每年處理40噸材料，使用100MWh能源量的企業(yè)是如何做的。這兩個數(shù)值的比率被稱為S-SEC，或者叫現(xiàn)場單位能耗，是專門針對車間的能耗計算，單位是kWh/kg。例如在這里，該值就是100,000kWh/40.000kg，即2.5kWh/kg。

3 比較機(jī)器效率

我們用類似的方式也可以計算機(jī)器單位能耗（M-SEC），從而確定某一加工機(jī)械的消耗。該值告訴我們機(jī)器能夠如何有效地生產(chǎn)既定產(chǎn)品。

當(dāng)一臺機(jī)器需要被更換的時候，比較典型產(chǎn)品的M-SEC值可以幫助公司做出明智的決定。一些機(jī)器制造商的控制器中擁有能源分析工具，可以提供與整體能耗和各個加工階段消耗有關(guān)的數(shù)據(jù)。

4 提產(chǎn)增效

雖然能源效率并非是開發(fā)過程中的重中之重，但是機(jī)器多年來正在不斷地變得更加高效。提高產(chǎn)出的要求推動了新的機(jī)器設(shè)計和新的技術(shù)開發(fā)，其本質(zhì)是使機(jī)器更加節(jié)能。尤其是在運(yùn)動控制領(lǐng)域內(nèi)，當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)確定會在之后數(shù)年中持續(xù)提升效率。對于像注塑和吹塑成型這樣的循環(huán)工藝流程而言，這種積極的開發(fā)尤為突出。

循環(huán)工藝流程是臭名昭著的能源消耗大戶，因此通過使用伺服驅(qū)動技術(shù)擁有相當(dāng)大的節(jié)能潛力。隨著越來越多的機(jī)器改用這種技術(shù)，利潤也將滾滾而來。

描繪一個車間多年來整體效率的變遷圖景對于一家公司而言相對簡單。公司通過采集多年來的總能耗數(shù)據(jù)，并設(shè)定它與產(chǎn)出量之間的關(guān)系，就能跟蹤S-SEC值的變化。然而，各個機(jī)器和不同加工技術(shù)所消耗的能源量就千差萬別了。

5 清晰的產(chǎn)品單位能耗

能耗與所使用的技術(shù)類型無關(guān)，它一般可以通過9:3:1的比例進(jìn)行估算。

如圖1所示，注塑機(jī)機(jī)器單位能耗（M-SEC）隨時間變化曲線圖，當(dāng)前的發(fā)展趨勢將是在未來數(shù)年中提高歐洲機(jī)器能效。

圖2 各種加工工藝在機(jī)器能耗和車間能耗之間的比較

圖2中，各種加工工藝在機(jī)器能耗和車間能耗之間的比較可以立刻反映出主流塑料加工技術(shù)的M-SEC和S-SEC值之間的差異，并根據(jù)2008年以來的歐洲塑料消耗量計算出所得的加權(quán)平均值：

? 數(shù)值1表示必須施加于材料上以便執(zhí)行成型過程的熱能；

? 整臺機(jī)器所需包括熱能在內(nèi)的能源量約為該數(shù)值的3倍；

? 整個車間所需要的能源量約為熱能輸入的9倍。

圖3 機(jī)器單位能耗與現(xiàn)場單位能耗之間的差距

單位能耗（SEC）的明確定義已被確立，它是衡量能耗的可靠基礎(chǔ)；

S-SEC：現(xiàn)場單位能耗：任何與生產(chǎn)現(xiàn)場活動有關(guān)的能源量；

P-SEC：產(chǎn)品單位能耗（所有產(chǎn)品）：生產(chǎn)一個特定制品所需要的總能源量；

M-SEC：機(jī)器單位能耗（塑料機(jī)械）：在材料、機(jī)械運(yùn)動（螺釘、夾子、頂桿等）方面的熱輸入；

Enthalpy，焓：包括成型過程中的熔化熱（通常不受影響）。

如圖3所示，機(jī)器單位能耗與現(xiàn)場單位能耗之間的巨大差距是分析產(chǎn)品/過程單位能耗的基礎(chǔ)。車間總能耗是成型過程所需熱能的許多倍。

例如，如果理論上注塑或吹塑一個塑料件需耗能1kWh，那么公司實(shí)際上希望使用并支付共9kWh（2011年的歐洲平均水平，根據(jù)不同加工技術(shù)進(jìn)行加權(quán)處理）。由于總能耗無法一一列舉，因此今天的公司沒有辦法確切地知道與任意特定產(chǎn)品相關(guān)的成本。

為了填補(bǔ)車間能耗與機(jī)器能耗之間的巨大差距，必須針對特定產(chǎn)品和過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析（產(chǎn)品/過程單位能耗，或稱P-SEC）。P-SEC提供了與產(chǎn)品單位能耗相關(guān)的極其有價值的信息，這是優(yōu)化成本所必需的。這使得分析能夠集中在與過程相關(guān)的能耗上，排除了廠房設(shè)施如照明、通風(fēng)和空調(diào)的耗能。

6 知道錢是怎么花的

在分析中的第一步是，確定資源是如何被使用的，以及錢花在了哪里。在這里的目標(biāo)是，了解它們之間的相互關(guān)系，并確定浪費(fèi)源自哪里。只有這樣，才能采取有效的措施，使流程變得更加高效而經(jīng)濟(jì)。主要有兩種方法：

6.1 方案1：選擇性的方法

進(jìn)行一次性分析以獲取當(dāng)前情況的簡單印象。首先通過顯示的能量流確定改善能效的機(jī)會，然后根據(jù)該分析制定措施表，最后在采取了這些措施之后對結(jié)果進(jìn)行評估。這種方法是提高效率很好的第一步，而且它還引申出了與提高節(jié)能意識相關(guān)的議題。然而，它卻并不涉及任何發(fā)起并維持持續(xù)改進(jìn)的工具。

6.2 方案2：連續(xù)性的方法

從生產(chǎn)設(shè)備開始對整個生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行評估，包括生產(chǎn)系統(tǒng)訪問過的主要功能。為了使能量流變得更透明，會安裝傳感器以便測量溫度、壓力和流量，并記錄開關(guān)時間。詳細(xì)了解各成本及它們之間的相互關(guān)系可以助力過程的不斷優(yōu)化和改善。

7 成功的監(jiān)控解決方案

成功的監(jiān)控解決方案必須包括：

? 包含籌備規(guī)劃在內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境專業(yè)結(jié)構(gòu)分析；

? 易于安裝和使用的可擴(kuò)展系統(tǒng)方案；

? 適用于定制化數(shù)據(jù)評估的可配置軟件工具。

8 通過能源管理成功提高效率

塑料行業(yè)中的節(jié)能潛力相當(dāng)高。凡是能夠成功利用這種潛力的公司，都能獲得一個持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。要做到這一點(diǎn)的關(guān)鍵是將生產(chǎn)系統(tǒng)作為一個整體加以分析。對能量流以及其它資源的持續(xù)監(jiān)控為實(shí)現(xiàn)更有效的管理提供了所需要的透明度。

ISO 50001標(biāo)準(zhǔn)的推出有可能迫使一些公司最終面臨能源管理問題。然而，由于這涉及到巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，因此公司必定會采取更積極主動的措施，以領(lǐng)導(dǎo)者的姿態(tài)去享受這些競爭優(yōu)勢。