許鵬程，董鵬舉

(貝克歐凈化科技南通有限公司，江蘇 南通 226010)

1 國家電網的峰谷平供電特征

1.1 國家電網的電價特征

國家電網工業(yè)用電大都采用峰谷平不同電價供電，其主要原因是國家電網日間用電需求高，電力供應不足，夜間用電需求低，電力供應過剩。峰谷平電價可以促使人們合理調節(jié)用電負荷，平衡電力供需，促進節(jié)能減排，保障電網安全穩(wěn)定運行。

峰谷平電價是指在不同時間段內采用不同的電價，即在用電峰期電價較高，谷期電價較低，平期電價適中。這樣，能夠引導用戶在峰期減少用電，同時鼓勵在谷期增加用電。這種差異化的電價政策可以促進用戶采取合理用電方式，平衡用電負荷，實現節(jié)能減排。

此外，采用峰谷平電價政策還可以調節(jié)能源消費結構。由于峰期電價高，谷期電價低，這樣就刺激了清潔能源的發(fā)展，如水能，風能和太陽能等，更加經濟和環(huán)保，降低了總體碳排量。

1.2 國家電網的峰谷平電價與碳中和的關系

峰谷平電價與碳中和有密切的關系。碳中和是指機構或個人通過采取減排和匯存來抵消自身碳排放的過程。在能源消費中，采用清潔能源和節(jié)能減排可以減少碳排放，是實現碳中和的關鍵。

采用峰谷平電價政策可以促進用戶在谷期使用電網的過剩能源，從而實現碳中和。由于谷期電價相對較低，使用過剩能源供電成本也較低，從而鼓勵用戶更多使用過剩能源。峰期電網電力需求大大高于谷期，電價較高，減少峰期電能消耗就降低了碳排放總量。

綜上所述，采用峰谷平電價政策有助于促進使用過剩能源和節(jié)能減排，從而實現碳中和。

2 普通零氣耗鼓風熱壓縮空氣干燥器的運行特征

2.1 不規(guī)律周期性耗電

鼓風熱干燥器的工作原理簡單來說就是采用雙吸附塔設計，一塔的吸附劑在吸附壓縮空氣中的水分同時，另一個吸附塔對已經吸附飽和的干燥劑進行再生。當吸附塔出口的壓力露點升高到設定值時，雙塔功能切換。由于再生過程不使用干燥的成品氣，所以是一種節(jié)能型的零氣耗壓縮空氣干燥器。

在加熱再生階段，干燥器使用鼓風機將環(huán)境空氣通過加熱器加熱到接近170～200 ℃后，送入濕的吸附塔對吸附劑進行再生，再生完成后，通過閉環(huán)循環(huán)，輔以冷卻器降溫，把吸附劑冷卻到接近環(huán)境溫度。

干燥器的整個工作過程根據壓縮空氣含水量的不同，呈不規(guī)律的周期性變化，如圖1所示。橙色溫度曲線處于高位時代表干燥器主要耗電設備加熱器在工作，圖中2次加熱再生時間都落在了日間進行，這不但要付出用電高峰時的高價電費，增加了生產成本，而且也增加了國家電網的碳排放量。

圖1 鼓風熱干燥器不規(guī)律周期耗電圖

2.2 裝機功率大，節(jié)約潛力大

鼓風熱干燥器一般用于大流量的壓縮空氣處理，以干燥150 m3/min壓縮空氣干燥器為例，裝機容量大約在130 kW，年平均功率約為80 kW，年運行時間一般為8000 h，僅一臺干燥器一年的耗電量就約為640000 kW·h。

3 智能調峰e型壓縮空氣干燥器的設計原理

3.1 智慧運行

智能調峰e型干燥器利用現代智能科技對傳統(tǒng)的通用機械設備進行精準的運行控制，使干燥器在日間電力波峰和平峰期，僅對壓縮空氣進行吸附工作，把耗電的再生階段自動推遲或提前到電力波谷時期，使得整體設備在保持連續(xù)工作的前提下，智慧運行在電力過剩的夜間，最大可能的幫助電網減少日間碳排放，僅用夜間過剩的電力就可以實現全負荷的高效運轉，為企業(yè)大幅度的降低了生產用電成本。

3.2 技術實現

3.2.1 網絡爬蟲技術

爬蟲(spider)是一種在互聯(lián)網上自動獲取信息的程序，通過對國家電網每月電價信息的實時跟蹤和解析，能自動獲取全國所有省份峰谷平以及尖峰的準確分時規(guī)則及對應電價，形成e型干燥器的云上參考數據庫，并隨時對該數據庫進行自動更新。

3.2.2 工業(yè)物聯(lián)網技術IIoT 與云計算技術

利用工業(yè)物聯(lián)網(Industrial Internet of Things)技術將云端專用服務器與本地運行的e型干燥器結合起來，將干燥器所有的本地設備參數及運行參數上傳到云端服務器，云端服務器通過強大的云計算功能，對比爬蟲先前所獲取的全國電力規(guī)則和分時電價數據庫，對實時采集到的干燥器大數據進行趨勢分析，通過IIoT向干燥器下達工作指令，對每個工作流程進行優(yōu)化，系統(tǒng)可以同時精準控制萬余臺干燥器的工作流程，結合人工智能進行智能化決策，保證干燥器在供電波谷開始時啟動設備耗電流程，例如加熱再生流程，在供電波峰到達之前，結束一切耗電流程，使干燥器進入靜默待機狀態(tài)。這就進一步提高了生產效率的同時也降低了生產成本。

3.2.3 智聯(lián)云管家

保證云端服務器與本地運行的干燥器通訊順暢是干燥器可靠運行的關鍵，貝克歐科技與上海交通大學共同研制的智聯(lián)云管家為上述設備云地之間數據互傳提供了可靠的保障。智聯(lián)云管家采用OTA技術，底層固件與上層運行軟件均可以通過移動網絡的4G或5G技術進行在線更新，還可以對干燥器執(zhí)行大腦中心PLC進行在線程序更新。在客戶的設備日常使用中，設備的系統(tǒng)也在客戶的不知不覺中不斷的完善和進化。

3.3 吸附冗余量設計

一般情況下，國家電網供電低谷時段每日不超過三分之一的時間，也就是每天不超過8個小時，這樣，為保證極致的干燥器節(jié)能效果，干燥器本身在任何條件下，都要保證吸附流程連續(xù)24小時工作，這可以根據壓縮空氣的含水量以及設備配置，利用熱平衡計算出吸附劑的需求量，為了保證濕壓縮空氣的空塔流速以及和吸附劑的接觸時間，適應負載波動，這就需要對干燥器進行冗余量設計。經過多次實驗，我們最后確定干燥器采用三塔設計方案。由三塔輪值吸附工作，保證在最惡劣的條件下，也能保證用戶的壓縮空氣品質。另外兩塔在供電低谷時段完成再生流程，進入到靜默待機狀態(tài)。

3.4 全自動智能運行

綜上所述，完整的e型干燥器系統(tǒng)由用戶本地運行的干燥器、干燥器內置的智聯(lián)云管家以及云端強大的服務器和云數據庫共同構成。當設備安裝就位后，智聯(lián)云管家根據所接入的移動網絡判斷出自己的地理位置并將此信息發(fā)送到云端服務器。云端服務器中，一直后臺運行的爬蟲已經建立并實時更新了基礎信息數據庫，數據庫包括供電尖峰、峰、平、谷在每個省的時段劃分規(guī)則和對應的電價。云端服務器中運行的干燥器智能管家根據收到的干燥器的地理位置，自動匹配對應的數據庫數據，并建立運行模型。隨著干燥器運行數據源源不斷上傳到云服務器，干燥器的運行趨勢分析也越來越精準。運行模型經過短期的自學習和數據積累，干燥器就精準的避開尖峰、高峰和平峰供電時段，自動控制耗電流程運行在供電波谷時段，從而實現節(jié)能減排和節(jié)約生產成本的目的。同時，云端服務器會自動同步信息到移動客戶端的APP界面，使干燥器操作者能達到“手機在手，掌控所有”的先進設備管理水平。干燥器手機管理界面如圖2所示。

圖2 干燥器移動客戶端界面

4 智能調峰e型壓縮空氣干燥器對碳中和的貢獻

根據智能調峰e型干燥器的設計原理，我們可以看出，該型干燥器耗電流程只運行在國家電網供電低谷時段，而電網低谷時段電能多為過剩能源和清潔能源。干燥器系統(tǒng)通過智慧型運行模式，把本來在日間的用電時段智能的調節(jié)到了夜間低谷時段用電，降低了日間國家電網的碳排放量，使用了夜間電網的過剩電能并減少了電網的無功損耗，從而對碳中和做出了貢獻。

5 智能調峰e型壓縮空氣干燥器對運行成本的節(jié)約計算

5.1 江蘇省峰谷平時段與電價

根據《江蘇省發(fā)展改革委轉發(fā)<國家發(fā)展改革委關于第三監(jiān)管周期省級電網輸配電價及有關事項的通知>的通知》(蘇發(fā)改價格發(fā)[2023]552號)文件要求，繼續(xù)對100 kV安及以上的工業(yè)用戶執(zhí)行峰谷分時電價。

時段劃分：

高峰時段8：00～11：00、17：00～22：00

平時段11：00～17：00、22：00～24：00

低谷時段0：00～8：00

執(zhí)行單一電價高峰段電價上浮67.19%，低谷電價下浮54.82%。

根據國家電網發(fā)布的《國網江蘇省電力有限公司關于2023年6月代理購電工商業(yè)用戶電價的公告》內容獲悉，江蘇省工商業(yè)用戶電價表如下表所示，框中標出的是適用于大多數工業(yè)企業(yè)的用電單價。

5.2 普通干燥器與e型干燥器運行電費對比

干燥器運行年耗電費用(元)=年耗電量(kW·h)×電價(元/kW·h)

普通干燥器呈不規(guī)律周期性再生流程耗電，雖然每個周期具有隨機性，從一整年的時間跨度來看，再生流程耗電周期落在供電峰谷平時段的概率是均等的。因此，可根據峰谷平各時段的時長占比和對應電價，計算得到當地的加權平均電價，作為普通干燥器的電費計算用電價。

以江蘇省公布的電價表為例，高峰時段電價1.2115元/kW·h，歷時8 h；平時段電價0.7246元/kW·h，歷時8 h；低谷時段電價0.3274元/kW·h，歷時8 h。計算得到加權平均電價為0.7545元/kW·h。

而智能調峰e型干燥器的再生流程耗電階段發(fā)生在供電低谷時段，如圖3所示。故取低谷電價作為其電費計算用電價。查電價表得出，江蘇省低谷時段電價為0.3274元/kW·h。

圖3 智能調峰e型鼓風熱干燥器工作時序圖

在設備耗電量一樣的情況下，峰谷平時段的電價差即決定了運行費用差。仍以江蘇省為例：

每千瓦時節(jié)約電費=加權平均電價0.7545元/kW·h-低谷時段電價0.3274元/kW·h=0.4271元/kW·h

智能調峰e型干燥器節(jié)約電費比率=每千瓦時節(jié)約電費0.4271元/kW·h÷加權平均電價0.7545元/kW·h=56.6%

同樣以干燥流量為150m3/min的壓縮空氣，年耗電量約為640，000 kW·h的干燥器為例，如選用一臺普通干燥器，計算得出年電費成本約在48.288萬元；如采用智能調峰e型干燥器，計算可得年電費成本約在20.9536萬元，可節(jié)約運行電費支出27.3344萬元，其節(jié)約運行成本比率高達56.6%。兩種干燥器全年按月份列出的實際運行費用對比圖見圖4所示。

圖4 智能調峰e型鼓風熱干燥器節(jié)約效果

6 結語

結合強大的云計算功能，輔以IIoT工業(yè)物聯(lián)網工控技術，結合國家對電網的現行政策，智能調峰e型零氣耗干燥器為傳統(tǒng)的通用機械行業(yè)帶來了巨大的節(jié)能潛力，通過錯峰填谷，實現了節(jié)能減排的目標，為實現碳中和做出了貢獻。同時為企業(yè)用戶帶來約60%的電費節(jié)約收益。