郭 濤

(天津一汽豐田汽車有限公司 天津300457)

0 引 言

黨中央、國務(wù)院高度重視電力需求側(cè)管理工作，把電力需求側(cè)管理作為深入推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、生態(tài)文明建設(shè)，促進(jìn)電力經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展的重要舉措。推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理，有助于優(yōu)化工業(yè)用電結(jié)構(gòu)，調(diào)整用電方式，提高工業(yè)電能利用效率和效益，促進(jìn)工業(yè)、電力和環(huán)境的平衡協(xié)調(diào)發(fā)展。通過建立健全工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理工作規(guī)范，指導(dǎo)用能單位開展電力需求側(cè)管理工作，加強(qiáng)電能管理，調(diào)整用能結(jié)構(gòu)，提高終端用電效率，優(yōu)化資源配置，持續(xù)提高單位工業(yè)增加值能效，實(shí)現(xiàn)節(jié)約、環(huán)保、綠色、智能、有序用電。

壓縮空氣具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為工業(yè)領(lǐng)域中特別是汽車企業(yè)應(yīng)用最廣泛的動力源之一。在一汽豐田泰達(dá)工廠，壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備消耗的電能占工廠全部電能消耗的 15%左右，全年耗電量接近30000MWh，電費(fèi)約2800萬元，已成為工廠耗電量最多的設(shè)備之一。隨著國家不斷倡導(dǎo)電力需求側(cè)管理，設(shè)備課作為能源的供給及管理部門，響應(yīng)國家政策要求，大力投入到壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的節(jié)電管理工作中。

本文介紹了一汽豐田泰達(dá)工廠為了進(jìn)一步降低企業(yè)用能成本，通過電力需求側(cè)管理工作方法，組織專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)從管理、工藝、設(shè)備 3個(gè)維度實(shí)施全方位的能效提升措施及有效管理，打造設(shè)備在全生命周期費(fèi)用的最低化。

1 工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理工作內(nèi)容介紹

1.1 電力需求側(cè)管理

指加強(qiáng)全社會用電管理，綜合采取合理、可行的技術(shù)和管理措施，優(yōu)化配置電力資源，在用電環(huán)節(jié)制止浪費(fèi)、降低電耗、移峰填谷，促進(jìn)可再生能源電力消費(fèi)，減少污染物和溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電、環(huán)保用電、綠色用電、智能用電、有序用電，進(jìn)一步優(yōu)化電力資源配置，提升工業(yè)能源消費(fèi)效率。

1.2 電力需求側(cè)管理工作開展模式

基于策劃—實(shí)施—檢查—改進(jìn)的(PDCA)持續(xù)改進(jìn)模式，使電力需求側(cè)管理工作融入工業(yè)領(lǐng)域用能單位和電能服務(wù)機(jī)構(gòu)的日?；顒印?/p>

策劃：實(shí)施全面診斷，明確信息化和制度化要求，制定電能管理目標(biāo)、指標(biāo)和實(shí)施方案，確保相關(guān)工作有序開展并達(dá)到相應(yīng)績效。

實(shí)施：執(zhí)行工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)實(shí)施方案，開展全面治理，保障用電可靠性，實(shí)施節(jié)約用電、需求響應(yīng)、綠色用電、環(huán)保用電、智能用電等措施。

檢查：采用自評價(jià)、第三方評價(jià)等方式，評價(jià)工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理工作開展情況，對配用電系統(tǒng)的關(guān)鍵特性和過程進(jìn)行監(jiān)測，對照目標(biāo)指標(biāo)評價(jià)確定實(shí)施績效，并報(bào)告結(jié)果。

改進(jìn)：采取措施持續(xù)改進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理體系。

1.3 工作流程

用能單位開展工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理工作流程主要包括全面診斷、綜合治理和效果評估3個(gè)階段。

1.3.1 全面診斷

用能單位自主或委托電能服務(wù)機(jī)構(gòu)開展用電情況全面診斷，依據(jù)電力需求側(cè)管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求形成診斷報(bào)告。

1.3.2 綜合治理

用能單位組織完善信息化和制度化等工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理基礎(chǔ)工作，根據(jù)實(shí)際需求確定工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理綜合方案并有效實(shí)施，對配用電系統(tǒng)、設(shè)備設(shè)施、采集和計(jì)量器具及相關(guān)制度進(jìn)行綜合改進(jìn)和優(yōu)化治理。

1.3.3 效果評估

用能單位可采用自評價(jià)和/或第三方評價(jià)等方式，綜合評價(jià)電力需求側(cè)管理開展情況，核算階段性實(shí)施效果，明確待改善建議項(xiàng)和持續(xù)改進(jìn)目標(biāo)，評估報(bào)告等評價(jià)結(jié)果可作為項(xiàng)目階段性成效證明。

1.4 節(jié)約用電

1.4.1 節(jié)電途徑

用能單位宜遵循“先管理、優(yōu)工藝、再改造”的順序開展節(jié)約用電。首先強(qiáng)化配用電制度與現(xiàn)場管理，減少浪費(fèi)損失、控制波動與不穩(wěn)定，再尋求工藝優(yōu)化、消除工序或系統(tǒng)間不協(xié)同等影響因素，在系統(tǒng)診斷的基礎(chǔ)上，采取技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)可行的路線，實(shí)施技術(shù)改造。

1.4.2 管理節(jié)電

用能單位宜建立制度措施對配用電設(shè)備和相關(guān)人員進(jìn)行科學(xué)管理，以實(shí)現(xiàn)電力、電量及成本節(jié)約。用能單位宜設(shè)置能源管理崗位，聘任專業(yè)電能管理人員，建立完善電力需求側(cè)管理體系，并與相關(guān)管理系統(tǒng)(ERP/MES/APS/SCM 等)有機(jī)融合，從能源管理轉(zhuǎn)向能源價(jià)值管理，實(shí)現(xiàn)能源流—業(yè)務(wù)流—價(jià)值流的高效轉(zhuǎn)化。以系統(tǒng)化管理思維，樹立從單點(diǎn)轉(zhuǎn)向全面、從部門轉(zhuǎn)向全員的全面節(jié)能意識，持續(xù)改進(jìn)電能績效。

管理節(jié)電措施可包括落實(shí)責(zé)任制度、建立電能標(biāo)準(zhǔn)體系，開展電能數(shù)據(jù)庫建設(shè)、強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析、實(shí)施電耗目標(biāo)管理，優(yōu)化電力計(jì)費(fèi)繳費(fèi)方式、采用移峰填谷、容量改需量、電平衡測試、能源審計(jì)、參與電力直接交易等。

管理節(jié)電措施宜與技術(shù)節(jié)電相配合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化改善并鞏固所取得成果。節(jié)能措施實(shí)施后宜由具有相應(yīng)資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)評估效果，出具評估報(bào)告。

1.4.3 技術(shù)節(jié)電

用能單位宜根據(jù)自身特點(diǎn)、配用電設(shè)備容量和工藝運(yùn)行要求等，采取技術(shù)措施、通過技術(shù)進(jìn)步來實(shí)現(xiàn)電能節(jié)約。

技術(shù)節(jié)電措施主要指通過提高電能利用效率節(jié)約用電量和電力負(fù)荷的產(chǎn)品(技術(shù))，包括無功補(bǔ)償、諧波治理、高效裝置、能效管理、余熱余壓利用、可再生能源分布式發(fā)電、熱泵空調(diào)等。

2 壓縮空氣系統(tǒng)電力需求側(cè)管理措施及節(jié)能效果分析

2.1 管理面

2.1.1 建立健全工廠用氣管理體制機(jī)制

管理體制明確，從產(chǎn)氣、輸氣、用氣3個(gè)階段，明確職責(zé)分工及管理體制。產(chǎn)氣端，設(shè)備課負(fù)責(zé)；輸氣端，設(shè)備課負(fù)責(zé)；用氣端，使用部署負(fù)責(zé)(設(shè)備課技術(shù)支持)。

獎懲機(jī)制明確，結(jié)合能源責(zé)任制考核制度，對各部署負(fù)責(zé)人實(shí)施壓縮空氣用能指標(biāo)考核管理。

2.1.2 明確供給基準(zhǔn)

定期召開各部門能源擔(dān)當(dāng)聯(lián)絡(luò)會，實(shí)施對使用設(shè)備的壓力變化排查，了解使用端壓力的變化，從而及時(shí)調(diào)整產(chǎn)氣端的供氣壓力，修訂原動力供氣壓力基準(zhǔn)。

實(shí)施生產(chǎn)日及休日壓力區(qū)別化，休日降壓運(yùn)行(保障沖壓車間生產(chǎn)補(bǔ)給件用氣，未來有導(dǎo)入休日專用空壓機(jī)的計(jì)劃)，從而降低空壓機(jī)能耗(表1)。

表1 休日壓縮空氣壓力設(shè)定變更表Tab.1 Table for changing compressed air pressure on holidays

2.1.3 規(guī)范用氣時(shí)間

制定休日壓縮空氣申請制度，執(zhí)行電子申報(bào)流程審批用氣，減少不必要的用氣使用時(shí)間(圖1)。

圖1 休日各車間壓縮空氣使用需求申請電子表Fig.1 Application form for compressed air use demand in various workshops on holidays

2.1.4 規(guī)范用氣使用

避免非正規(guī)用氣，如禁止使用壓縮空氣進(jìn)行降溫；避免漏氣浪費(fèi)，及時(shí)對使用端進(jìn)行漏氣點(diǎn)排查、修復(fù)；定期開展漏氣點(diǎn)大排查，對各課漏氣情況進(jìn)行監(jiān)管；對 24h特殊用氣點(diǎn)，就地設(shè)置專用小型空壓機(jī)，從而減少大型空壓機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。

2.2 工藝面

通過優(yōu)化空壓站布局，緩解輸氣端壓降過大問題。泰達(dá)工廠2條生產(chǎn)線有2個(gè)不同地點(diǎn)的空壓站，導(dǎo)致系統(tǒng)整體性布局不佳，加之空壓機(jī)形式單一，系統(tǒng)壓降過大且負(fù)荷調(diào)整能力弱，用氣量波動大時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致能耗偏高；另外，隨著工廠車型更新、產(chǎn)能提升，末端用氣量與最初空壓機(jī)的設(shè)計(jì)量已不匹配，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)被動增加，但負(fù)荷率偏低，能耗偏高。

針對這一問題，技術(shù)人員對工廠用氣現(xiàn)狀進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在學(xué)習(xí)行業(yè)論文及空壓機(jī)專業(yè)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，周密論證方案，實(shí)施以下對策：改變固有的工廠空壓站配置模式，在整個(gè)系統(tǒng)的壓力薄弱區(qū)域?qū)胴?fù)荷調(diào)整能力更優(yōu)的變頻螺桿空壓機(jī)，將全工廠空壓機(jī)組合模式變更為離心+變頻螺桿形式。同時(shí)在充分調(diào)研基礎(chǔ)上，導(dǎo)入最適合于工廠現(xiàn)狀的節(jié)能產(chǎn)品，即永磁電機(jī)變頻螺桿空壓機(jī)+壓縮熱再生吸干機(jī)的組合。改善后空壓機(jī)總運(yùn)行臺數(shù)減少 1臺，總能耗降低705kWh，各空壓機(jī)負(fù)荷率提高到90%以上。

改善前：泰達(dá)工廠2個(gè)空壓站合計(jì)要運(yùn)行6臺空壓機(jī)，總計(jì)運(yùn)行功率達(dá)到5060kW，且2個(gè)空壓站里都有1臺空壓機(jī)負(fù)荷率偏低，不足50%(圖2)。

改善后：泰達(dá)工廠變?yōu)?3個(gè)空壓站，合計(jì)運(yùn)行空壓機(jī)減為5臺，總計(jì)運(yùn)行功率降為4355kW，每臺機(jī)組的負(fù)荷率均在85%以上(圖3)。

通過近2個(gè)月的運(yùn)行測試，空壓機(jī)能耗費(fèi)用每個(gè)月遞減 18.25萬元，全年可為工場減少電費(fèi)成本219萬元(圖 4)。

圖2 泰達(dá)工場壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)布局圖(改善前)Fig.2 Compressed air pipe network layout in TEDA factory(before improvement)

圖3 泰達(dá)工場壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)布局圖(改善后)Fig.3 Compressed air pipe network layout in TEDA factory(after improvement)

圖4 泰達(dá)工場空壓機(jī)使用情況對比圖Fig.4 Comparison of use of air compressors in TEDA factory

對各用氣車間壓縮空氣控制壓力方式實(shí)施優(yōu)化，由入口壓力控制改善為末端壓力控制，從而使供氣壓力更接近用氣壓力，降低了空壓機(jī)吐氣壓力的設(shè)定(圖 5)。

圖5 壓縮空氣減壓閥末端壓力控制示意圖Fig.5 Schematic diagram of pressure control at end of compressed air pressure reducing valve

2.3 設(shè)備面

以空壓站整體為考慮單元，通過各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)舉措對空壓機(jī)、干燥機(jī)、冷卻水泵、冷卻塔實(shí)施全方位能效管理。

通過降低吸氣溫度、穩(wěn)定吸氣壓力、維持穩(wěn)定冷卻器效率、保持空壓機(jī)機(jī)械性能、降低吐氣等多項(xiàng)措施，確?？諌簷C(jī)本體的比動力接近設(shè)計(jì)值。通過能源管理系統(tǒng)，對每臺空壓機(jī)的比動力進(jìn)行自動監(jiān)管，設(shè)置上下限報(bào)警，及時(shí)提醒運(yùn)行人員空壓機(jī)運(yùn)行效率的變化情況。設(shè)備管理人員根據(jù)每臺空壓機(jī)的效率數(shù)據(jù)，作為機(jī)組維護(hù)、大修、改造計(jì)劃的制定依據(jù)。

離心式空壓機(jī)的電耗 W(kWh/h)與排氣量、環(huán)境溫度、壓力比及效率等因素有關(guān)，計(jì)算公式：

式中：ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度，ρ＝1.293kg/m3；VK為空壓機(jī)的排氣量，m3/h；R'為氣體常數(shù)，R'＝0.278kJ/(kg·K)；T為環(huán)境溫度，K；P2為排氣壓力，MPa；P1為進(jìn)氣壓力，MPa；ηT為空壓機(jī)的等溫效率；ηM為空壓機(jī)的機(jī)械效率。

3 結(jié) 語

本次對壓縮空氣系統(tǒng)電力需求側(cè)管理進(jìn)行節(jié)能分析和應(yīng)用，從管理、工藝、設(shè)備 3個(gè)層面對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況綜合考慮，制定了較有針對性的對策，對策實(shí)施后改善效果相當(dāng)明顯，達(dá)到了預(yù)期的目的和效果。