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  • 建立一个更好、更高效的工厂

Engineers above turbine hall reviewing plans, industrial automation, machine control, sustainability reporting.

据美国能源部(DOE)介绍,此计划是由国家伙伴发起的倡议:在未来10年,将工业能源强度降低25%,同时达到降低碳排放量,提高美国竞争力的目的。 本倡议由美国能源部(DOE)能效与可再生能源局(EERE)下属的先进制造办公室(AMO)主导,旨在鼓励和表彰那些通过设立和实现宏伟能效目标而提高所有制造设施标准的美国公司。 其中一项可行的方法是采用变频器,通过优化和降低高达50%的能耗,对实现这一目标具有显著意义。

截至目前,已有123位合作伙伴加入了此计划,通过签订志愿书的方式表达了他们的节能承诺:在未来10年,将能源强度降低25%。 总体而言,这些公司表明:优良的能源管理实践对业务、经济与环境均大有裨益。

2005年颁布的《能源政策法案》对“能源强度”的定义为:在某个工业过程中,由每单位物理产出所消耗的一次能源。 这些物理产出单位(又称为“产量单位”)可以是某类产品的数量、质量、体积、尺寸、功能或经济价值。 为了实现将能源强度降低25%的承诺,各公司一致同意设立能源强度基准线,并在它们参与活动计划期间,追踪能源强度变化。 作为活动计划的合作者,它们还制定了一个年度的能源管理计划,作为实现能源降低目标的蓝图。

此外,合作伙伴必须指定一名企业能源经理,作为此项伙伴关系的联系人,负责向美国能源部(DOE)汇报年度能源强度、能源使用数据与成果。

作为承诺的支持条件,各合作伙伴可获得由美国能源部委派的技术支持经理(TAM)的帮助,由其组织和协调相关事宜。 TAM会帮助合作伙伴们建立和分析关键能源使用数据,制定基准线与计划的标准。 他们同样还负责验证最新的适用于工厂运营的高能效技术。

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此外,先进制造办公室(AMO)与其合作方还为各合作伙伴提供工厂布置方面的评估与培训课程。 包括如何确定与优化节能机会、高效执行与推广节能项目,以及将评估整合入能源管理策略的指南。 还会举办有关财务选择、先进技术、能源分析软件、能源管理等主题的研讨会。 本计划还为合作伙伴提供经验证的能源分析软件工具,与其它由美国能源部(DOE)、政府、各事业单位与其它合作组织机构提供的技术资源的使用权。

当参与公司签署承诺书,并向着能源强度目标迈进时,此计划将受到国家层面上的认可, 包括:美国能源部(DOE)签发的欢迎函、能源部网站上的专题文章,当年度改善率达到或超过2.5%时,DOE会签发一封祝贺函,当实现10年目标后,合作伙伴会收到DOE的表彰函与证书。

提升当前能效水平
承诺加入计划合作伙伴的公司,均用自己的切实行动来实现能源强度降低的目标。 比如:改善隔热措施、维修压缩空气系统的泄漏、安装运动传感器与节能照明设施,引进其它有效技术。 变频器作为授权技术之一,通过性能优化和降低高达50%的能耗,对实现这一目标具有显著意义。

变频器(VFD)可对由交流电机驱动的任何设备进行简单、高效的控制,包括:风扇、泵、压缩机、起重机等。节能效果与技术和以下事实息息相关:项目以空载或部分负载运行时,需要的能源较少。 通过改变流经电机的电流频率,变频器可以降低电机的转速,从而与负载精确匹配,达到成倍增加节能效果的目标。 压力控制同样有助于降低灌溉与配电系统的损耗,实现节约用水。 定制编程有助于工厂经理确定:哪些参数对于满足特定需求是必须的。

为了优化变频器的性能,工厂经理们可以充分利用生产商提供的试运行服务于维护计划。 专业的启动服务包括:变频器安装审核,确保合适的制冷间隙与连接完整性。 然后对变频器进行编程,以满足具体的应用,便于相关组织机构实现变频技术的所有优势。 同时,还提供面向客户的培训服务,帮助工厂员工熟悉变频器编程与运行。

丹佛斯(Danfoss)变频器帮助豪瑞(Holcim)(美国)大幅削减Ste. Genevieve工厂的电费,在不到2年的时间内便收回了安装成本。 图片来源: 丹佛斯(Danfoss)

预防性维护确保设备在使用期内能够高效、安全运行,实现节能、改善功能,避免由停机和设备故障带来的巨额损失。 可以根据实际应用需求的变化,定期修改变频器的参数。 维修专业人士提供变频器服务,让组织机构的技术人员专注于其它核心商业运营活动。

除了安装变频器外,电机升级亦能帮助工厂实现降低能源强度的目标。

例如:集成式电机与变速箱,将高效的永磁体三相同步电机与经过优化的锥形齿轮减速器结合使用。 变频器有助于优化工厂效率和提高能效。 总体而言,配备有Danfoss VLT OneGear Drive的系统可获得高达89%的能效水平,与传统系统相比,节能高达25%。

高度集成的电机与变速箱用于传输系统、机械设备之中。 尽管变频器是为食品与饮料行业了专门设计的,但在所有传输驱动应用中均有显著的优势。

与传统系统相比,集成式系统能涵盖多种应用。并且体积只有一个驱动器大小,变型种类也比较少,可以减低库存备件的数量。 统一的外形尺寸简化了工程,根据应用的不同,工厂经理可以在两种型号中选择:一个用于干、湿生产区域,另外一个用于湿的区域,可提供很高清洁度的无菌清洁生产区域。

豪瑞(Holcim)(美国)Ste. Genevieve 工厂使用专为风机设计的Danfoss VLT自动变频器处理工业应用,在不到2年的时间内就收回了变频器的安装成本,降低电费开支。

通过安装变频器,工厂经理可延长设备的服务市场。 部分负载工作状态下,在两次更换润滑油(食品级机油)期间,变频器可运行35000小时。 这意味着服务周期更长、维护成本与投入精力更少、运营成本更低。

总之,变频器、高频电机升级与其它高效率技术有助于工厂成功降低能耗与运营成本。 而且,通过参与更好的建筑、更好的工厂计划(Better Buildings, Better Plants Program),各工厂有助于改变未来的工业前景——激发工作创新,促进经济繁荣,为可持续发展的环境做贡献。

变频器为2个公司降低能耗
与安装变频器相关的实际节能案例包括2个不同公司:一个是位于美国密苏里州Bloomsdale附近的Ste.Genevieve水泥生产商。 另一个是位于加拿大安大略省Woodstock附近的Gunn's Hill奶酪工厂。

Ste.Genevieve工厂作为北美最大的水泥生产厂,由豪瑞(Holcim)公司运营,主要提供水泥和相关矿物材料混合而成的混凝土。 它每年生产超过400万公吨的水泥,每天生产12,000公吨的熟料。 熟料是生产水泥过程中使用的关键矿物混合物。

Ste. Genevieve工厂将多个风机串联起来,其功率可达350马力, 由此在冷却炉中形成适当的气流,将该处的熟料温度从最高1450℃降低至100℃,初始安装时,电机使用直接启动器。启动时,阻尼器将全部电压加载于电机的端子上,容易导致很高的浪涌电流。 此外,在全年的绝大多数时间内,运行时阻尼器的开度都要小于100%

为了提高整体效率,公司安装了变频器,专为工业应用中的风机马达而设计。 变频器可大幅降低工厂的电费账单,2年内节省的费用就可以抵消该工程所需要的费用,同时由于在启动时降低了浪涌电流,这也降低了由于浪涌电流所需缴纳的惩罚性电费。 此外,由于超级节能,该项目上马的第二年,公司获得了美国环保署颁发的“能源之星”的称号。

Gunn's Hill Artisan奶酪厂因盛产手工制造,富有瑞士风味的柔软、半硬与硬质奶酪而闻名,奶酪厂在三个区域(流体泵、空调系统与冷却压缩机)安装了变频器,以此改善能源效率与控制。 三个变频器驱动卸载泵将牛奶从卡车上卸载,输送至原料罐,最终送至原料桶等待清洗,虽然转速不同,但不会造成电机的损坏。

为了改善效率与控制,Gunn’s Hill Artisan奶酪厂在三个区域(流体泵、空调系统与冷却压缩机)安装了15个变频器,包括:Danfoss VLT 微型变频器。 图片来源: 丹佛斯(Danfoss)

其中,一个变频器用于驱动反向增压空气处理器,为整个工厂提供100%的新鲜空气。 空气处理器同时也需要提供补偿空气,将工厂内的空气维持在所需的正压上。 还有一个变频器应用在NEMA12等级的密封装置中,用以调节室外冷却器的压缩机,降低成本,并提供较高的适用性。

- atrick Appleby是负责Danfoss VLT变频器在北美地区工业、食品与饮料行业的销售副总裁。 Patrick在电机与变频器领域拥有25年的从业经验,拥有多个岗位的任职经历,如:内部销售、应用工程、产品专家、区域销售管理、电子营销、传统营销、销售领导等。 编辑:Mark T. Hoske,CFE媒体内容经理,负责控制工程设备工程领域

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