西門子（中國）有限公司

西門子首開節(jié)能效益分享商業(yè)模式

西門子（中國）有限公司

1 應(yīng)用背景介紹

當(dāng)下，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)交匯成高耗能產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的合力。龍鋼，西北三大鋼鐵集團(tuán)之一，盡管據(jù)有“三秦鋼魂”的歷史與榮耀，卻也不可避免地要應(yīng)對(duì)市場(chǎng)和環(huán)境的瓶頸之困。作為唯一一家堅(jiān)守在黃土地上的國有鋼廠，龍鋼收獲的是贊譽(yù)與毀譽(yù)并重的雙面評(píng)價(jià)：他們一方面給陜西省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、西部的開發(fā)建設(shè)提供了大量的鋼鐵建材；另一方面，也確實(shí)遭遇了尖銳的環(huán)境污染和治理改造的問責(zé)。

隨著環(huán)保問題的日益突出，政府對(duì)環(huán)保治理要求的不斷提高，再不變革就可能成為大浪中沉寂的沙子。新時(shí)代的巨大挑戰(zhàn)，鞭策著龍鋼不斷超越自我，開展大規(guī)模的節(jié)能改造項(xiàng)目。

2 應(yīng)用目標(biāo)

歷經(jīng)20余年的長期合作，龍鋼決定以時(shí)間作價(jià)，與西門子相約6年為期，共享燒結(jié)風(fēng)機(jī)變頻改造的節(jié)能收益。項(xiàng)目實(shí)施后，根據(jù)實(shí)際測(cè)定的節(jié)能指標(biāo)，西門子可每年幫助龍鋼節(jié)省近6000噸標(biāo)準(zhǔn)煤，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。而整個(gè)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵，是一場(chǎng)只有52小時(shí)的攻堅(jiān)戰(zhàn)。

采用變頻器之前，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)，一旦啟動(dòng)就全速運(yùn)轉(zhuǎn)，只能依靠擋板阻擋多余的風(fēng)量，就像一條河道，水量太大的時(shí)候會(huì)泛濫，只好不斷修筑和加固堤岸來防洪。有了變頻器之后，送風(fēng)量就可以按需調(diào)節(jié)了，擋板自動(dòng)“下課”，就像河道上游建設(shè)了水庫和大壩，水量可調(diào)可控，用多少給多少，最大限度地提升了資源利用率。

3 實(shí)施情況

龍鋼的燒結(jié)面積超過400m2，面積越大，風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造的技術(shù)難度越大。對(duì)龍鋼來說，這種“大工程”不同其它節(jié)能改造的“小手術(shù)”，燒結(jié)風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定、可靠運(yùn)行直接影響到整個(gè)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

西門子與龍鋼雖然已經(jīng)是老搭檔，但此次節(jié)能改造卻是雙方迄今最大的合作項(xiàng)目。龍鋼兩臺(tái)燒結(jié)風(fēng)機(jī)的功率都達(dá)到8000kW，如何滿足如此大功率的控制需求，是首先要解決的難題。

經(jīng)過西門子的技術(shù)專家和工程師的技術(shù)探討，一個(gè)大膽的想法誕生了，采取羅賓康變頻器的雙冗余方案，以兩臺(tái)4200 kW的變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)，這樣一來，在大幅提高節(jié)能效果的同時(shí)，還能大幅節(jié)約節(jié)能成本。

這是一次重大的技術(shù)創(chuàng)新，羅賓康變頻器冗余堪稱尖端應(yīng)用。一般情況下，一臺(tái)電機(jī)只搭載一個(gè)變頻器；而冗余變頻器，意味著讓兩臺(tái)變頻器協(xié)調(diào)做一件事。這不僅在國內(nèi)同行業(yè)沒有先例可循，而且，龍鋼的燒結(jié)風(fēng)機(jī)改造又是一次投產(chǎn)，沒有試驗(yàn)時(shí)間，是絕不能有差池的項(xiàng)目。為了確保冗余變頻器的安全可靠，工程技術(shù)人員在西門子（上海）電氣傳動(dòng)設(shè)備有限公司進(jìn)行了長達(dá)3個(gè)月的變頻器空載模擬實(shí)驗(yàn)，最后集結(jié)成厚厚的可行性分析報(bào)告，力保萬無一失。

龍鋼燒結(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造監(jiān)控系統(tǒng)圖

4 應(yīng)用難點(diǎn)

2013年4月，西門子與陜西龍鋼項(xiàng)目的最終合同簽訂，至9月底，所有的準(zhǔn)備工作都已就緒，項(xiàng)目進(jìn)入最后的攻堅(jiān)。由于是節(jié)能改造項(xiàng)目，系統(tǒng)的帶電調(diào)試和系統(tǒng)切換工作只能在龍鋼可能的設(shè)備檢修期進(jìn)行，成為難題。

按照計(jì)劃，龍鋼公布的生產(chǎn)檢修時(shí)間為72小時(shí)，可到了停電檢修的前一天，情況再生變數(shù)，由于龍鋼檢修時(shí)間變更，留給西門子工程師們的系統(tǒng)切換時(shí)間縮短為60個(gè)小時(shí)。這一通知不僅打亂了西門子工程項(xiàng)目組預(yù)定的工作安排，而且，從時(shí)間長度來說，也明顯低于常規(guī)的系統(tǒng)切換時(shí)間。

2013年10月9日早上8點(diǎn)，龍鋼燒結(jié)風(fēng)機(jī)正式停機(jī)，早已等待在燒結(jié)操作車間的西門子工程師們，迅速投入工作。轉(zhuǎn)眼白晝變成深夜。在高壓室完成穿線接線的同時(shí)，控制室也完成了新舊系統(tǒng)控制部分切換邏輯調(diào)試。其他，如冷卻水源的接入、連軸器斷開、變壓器上電沖擊、變頻器升壓也相繼到位。至此，變頻器調(diào)試前的準(zhǔn)備全部完成。

在整個(gè)系統(tǒng)切換工程中，變頻器的調(diào)試是核心工作。龍鋼的兩臺(tái)燒結(jié)風(fēng)機(jī)由兩臺(tái)同型號(hào)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但1、2號(hào)電機(jī)的勵(lì)磁特性卻存在很大差別，西門子既定的方案兩臺(tái)變頻器冗余空載調(diào)試在2號(hào)機(jī)很快完成，然而1號(hào)電機(jī)的冗余空載起動(dòng)卻一直不穩(wěn)定。突發(fā)性的難題讓原本緊張而順利的系統(tǒng)切換過程疑云陡增，在嘗試其他方案無果的情況下，西門子的工程師們當(dāng)機(jī)立斷，決定不再進(jìn)行空載調(diào)試，直接帶載風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

52小時(shí)，風(fēng)機(jī)順利上電啟動(dòng)，燒結(jié)正式投料點(diǎn)火運(yùn)行。西門子在給定的系統(tǒng)切換時(shí)間的基礎(chǔ)上再縮短了8小時(shí)。

5 創(chuàng)新與優(yōu)勢(shì)

經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重壓力重壓之下的龍鋼，對(duì)于節(jié)能改造的投入慎之又慎。又是一次跳出盒子的思考之后，西門子給出新的提議——果斷拉入“第三方”參與商業(yè)合作。這個(gè)“第三方”不是其他廠商，正是時(shí)間。通過時(shí)間作價(jià)，把項(xiàng)目實(shí)際投產(chǎn)后實(shí)實(shí)在在的節(jié)能收益提前變現(xiàn)，西門子與龍鋼共享節(jié)能收益。

這就是西門子“節(jié)能效益分享”的商業(yè)模式。其創(chuàng)新之處在于，燒結(jié)風(fēng)機(jī)的變頻器設(shè)備由西門子先行提供，龍鋼不需要花一分錢。西門子與龍鋼以六年為期，每年從燒結(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)省的電費(fèi)當(dāng)中，按比例進(jìn)行節(jié)能收益分成，償還西門子的設(shè)備成本。六年期滿，不僅設(shè)備歸龍鋼所有，西門子也將退出分成，所有從風(fēng)機(jī)節(jié)能中產(chǎn)生的后續(xù)收益全部歸龍鋼所有。

對(duì)于西門子，這都是一次嶄新的嘗試。利用合同能源管理（EMC）變生出的“節(jié)能效益分享”商業(yè)模式，是西門子在工業(yè)上的首次運(yùn)用，也是國內(nèi)企業(yè)節(jié)能改造案例中一聲驚天的春雷。達(dá)成這份能效契約，實(shí)則把節(jié)能的壓力從龍鋼轉(zhuǎn)向了西門子。西門子必須達(dá)到相當(dāng)高的節(jié)能率才能確保六年收回設(shè)備成本，才能踐行商業(yè)合同的承諾。

6 效果分析

從2013年4月到10月，短短6個(gè)月的時(shí)間，西門子完成了普通工期一年的項(xiàng)目。而根據(jù)測(cè)定的節(jié)能指標(biāo)來看，每個(gè)月穩(wěn)定在16.1%左右的節(jié)能率均超過了合同預(yù)期。以此計(jì)算，西門子將每年幫助龍鋼節(jié)省15,800噸標(biāo)準(zhǔn)煤，兌換為710千瓦時(shí)，即一天3萬，一年900萬，六年5000萬以上的節(jié)能收益。龍鋼，在節(jié)能的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益上，找到了最佳的平衡點(diǎn)。

表3 牽引變頻器參數(shù)

表4 收線變頻器參數(shù)

3.3 控制系統(tǒng)

主捻和牽引對(duì)速度穩(wěn)定性要求高，因此需要做閉環(huán)速度矢量控制（FOCPG）；過捻在整個(gè)過程為恒速運(yùn)行，對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高，所以使用VF控制；收線由于收卷的卷徑變化，為了實(shí)現(xiàn)其與牽引的線速度同步，使用閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制（TQCPG）；另外為了牽引與主捻較高的速度同步，牽引的頻率給定方式為脈沖給定。

3.4 調(diào)試要點(diǎn)

關(guān)閉過電壓失速防止功能（06-01=0）。由于主捻、牽引和收線都配有剎車電阻，為保證其更快的減速而不觸發(fā)過電壓失速防止功能，因此建議關(guān)閉此項(xiàng)功能。

4 效果分析

臺(tái)達(dá)C2000和CH2000功能強(qiáng)大，調(diào)試簡單，能滿足雙捻機(jī)較高的控制要求，有較高的行業(yè)競爭優(yōu)勢(shì)。另外，C2000和CH2000一脈相承，除過載能力不同外，其參數(shù)設(shè)定、擴(kuò)展卡選型等都有一致性，給使用者帶來方便。