工廠系統(tǒng)節(jié)能措施研究

馬 婕

（中國石油 玉門油田煉油化工總廠，甘肅 玉門 735200）

0 引言

盡管如此，能源效率措施的實(shí)施仍未達(dá)到預(yù)期。實(shí)現(xiàn)能源效率卻出現(xiàn)赤字的原因主要包括：缺少足夠的時(shí)間，能源損耗缺乏透明度，缺乏投資資本以及公司內(nèi)部責(zé)任劃分[3,4]。近年來，雖然已經(jīng)開發(fā)了不同的工具和方法，對(duì)工業(yè)企業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行分析和優(yōu)化以降低能源消耗。然而，現(xiàn)有的方法主要側(cè)重于制造過程和系統(tǒng)[5]。盡管這些都是工廠節(jié)能需要的重要方面，但要考慮到工廠系統(tǒng)中產(chǎn)品、制造過程和資源之間的相互關(guān)系，對(duì)于工業(yè)企業(yè)能源效率整體是至關(guān)重要的[6]。

表1 節(jié)能方法概述Table 1 Overview of energy saving methods

實(shí)施方法的另一個(gè)障礙是數(shù)據(jù)采集工作量非常大。因此，本文提出了一種減少工廠系統(tǒng)內(nèi)能源損耗的方法，該方法基于定性數(shù)據(jù)為工廠規(guī)劃參與者提供了能源效率措施。

1 工廠節(jié)能方法

通?？紤]制造系統(tǒng)能源效率的現(xiàn)有工具，一組可分為評(píng)估、監(jiān)測(cè)和庫存工具，另一組可分為工程、設(shè)計(jì)和改進(jìn)工具[7]。以下討論主要是針對(duì)于第二組工具，因?yàn)槠淠康氖菧p少工廠系統(tǒng)中的能源損耗?，F(xiàn)有的支持以能源效率為導(dǎo)向的工廠計(jì)劃和管理的工具可以分為能源效率指南、原則和方法。表1概述了這些方法，下面將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明。

能源效率指南中的特定工業(yè)部門或特定應(yīng)用領(lǐng)域（例如照明）中的節(jié)能措施，主要由獨(dú)立機(jī)構(gòu)或政府組織發(fā)布，提供應(yīng)用程序的信息，包括企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的示例。該方法適用于從業(yè)人員，但是查找與特定案例相關(guān)的信息需要大量的精力和時(shí)間。

能源效率原則包含一部分提高能源效率的一般方法。它們是通過推廣節(jié)能措施來確定的，并且主要由研究機(jī)構(gòu)或咨詢機(jī)構(gòu)發(fā)布。例如如何區(qū)分能源的替代，能源需求的減少，設(shè)備效率的提高，過程損耗的減少，能量回收和直接利用加熱的損耗。

能源效率方法描述了識(shí)別和實(shí)現(xiàn)能源效率改善機(jī)會(huì)的系統(tǒng)方法。大多數(shù)能源效益方法著重于制造過程，并基于對(duì)基礎(chǔ)過程的詳細(xì)定量分析來確定措施，其中主要考慮了制造過程。另外，還有在其他目標(biāo)（例如資源、廢物）和更廣泛的系統(tǒng)定義方面擴(kuò)展了方法。也有一些方法不需要定量分析，但缺乏為推理出適當(dāng)?shù)哪茉葱蚀胧┨峁┫到y(tǒng)支持的方法。

通常，可以通過通用方案描述現(xiàn)有的能源效率方法以定義系統(tǒng)，通過能源測(cè)量分析系統(tǒng)內(nèi)的過程，確定子系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)并推導(dǎo)能源效率措施。通過使用測(cè)量結(jié)果，可以量化評(píng)估節(jié)能措施的預(yù)期節(jié)省。

圖1 節(jié)能措施的總體概念Fig.1 Overall concept of energy saving measures

但是，此方法需要在分析階段付出巨大的代價(jià)才能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。另一個(gè)障礙在于對(duì)能源效率措施進(jìn)行演繹和描述的專業(yè)知識(shí)的必要性，因?yàn)楝F(xiàn)有方法沒有足夠詳細(xì)地描述此步驟，以使從業(yè)人員可以自行將其轉(zhuǎn)移到另一個(gè)應(yīng)用程序。

初中學(xué)生心臟的容積雖有增大，但血液循環(huán)的路線隨著人體的成長(zhǎng)延長(zhǎng)了，因而使心臟的負(fù)擔(dān)加重。運(yùn)動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)量過大，都會(huì)引起頭暈、乏力等現(xiàn)象。因此，在體育教學(xué)中，教師要注意節(jié)制學(xué)生的運(yùn)動(dòng)量，以免過于疲勞。為了保持學(xué)生心臟健康，對(duì)于部分較胖的學(xué)生來說，不一定要跑步鍛煉，尤其是劇烈的長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)距離步行（快走）也能夠使他們結(jié)實(shí)、健康。

因此，需要進(jìn)行研究以開發(fā)一種方法來系統(tǒng)地確定已定義項(xiàng)目任務(wù)的合適的能源效率措施，而無需花費(fèi)大量精力來獲取能耗數(shù)據(jù)。方法的推導(dǎo)過程應(yīng)該透明，以使方法易于理解和管理。

2 提高能效的方法

提高能源效率的兩個(gè)最重要的要求是系統(tǒng)程序和減少系統(tǒng)分析的工作量。系統(tǒng)程序需要確保以結(jié)構(gòu)化的方式向工廠計(jì)劃參與者提供信息，減少系統(tǒng)分析的工作量提高了方法的適用性，因?yàn)樵跓o法預(yù)測(cè)節(jié)能結(jié)果的情況下，數(shù)據(jù)采集的大量工作是工業(yè)應(yīng)用的一大障礙。

基于這些要求，本文提出了一個(gè)總體概念，可以系統(tǒng)地指導(dǎo)工廠計(jì)劃參與者從其項(xiàng)目任務(wù)中采取適當(dāng)?shù)墓?jié)能措施。目標(biāo)是提供合適的能源效率方法，以提高信息收集的效率。該方法包括4個(gè)主要步驟，下面將對(duì)此進(jìn)行說明，如圖1所示。

該方法的起點(diǎn)是工廠計(jì)劃參與者（用戶輸入）對(duì)項(xiàng)目任務(wù)或計(jì)劃情況的定義。描述任務(wù)的最重要參數(shù)是對(duì)象級(jí)別、系統(tǒng)過程、能源鏈的一部分、能源形式、計(jì)劃案例和用戶角色。根據(jù)其背景，前4個(gè)參數(shù)定義為技術(shù)參數(shù)，后兩個(gè)參數(shù)定義為組織參數(shù)。

對(duì)象級(jí)別描述了所考慮系統(tǒng)的抽象級(jí)別（例如工廠、建筑物、工廠區(qū)域、單臺(tái)機(jī)器）；系統(tǒng)過程定義了所考慮的系統(tǒng)所屬的企業(yè)的過程（例如，組裝、物流）；能源鏈的一部分描述了系統(tǒng)是執(zhí)行能源的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)化，分配，存儲(chǔ)還是使用，因?yàn)楣S越來越多地整合其中的一些功能；能源形式定義了所考慮系統(tǒng)內(nèi)使用的資源類型（例如電、水）；規(guī)劃案例包括系統(tǒng)中可能進(jìn)行更改的程度，計(jì)劃新系統(tǒng)的自由度最高，而操作現(xiàn)有系統(tǒng)的自由度最低。最后，用戶角色定義了用戶的觀點(diǎn)（例如，工廠計(jì)劃員、工人）。

應(yīng)用該方法時(shí)，不需要指定所有這些參數(shù)，用戶可以選擇指定哪些參數(shù)。但是，如果指定參數(shù)的數(shù)量太少，則用戶可能會(huì)收到不太明確的結(jié)果，并且需要通過更改輸入來重復(fù)執(zhí)行該方法。

第一步，創(chuàng)建所考慮系統(tǒng)的模型以識(shí)別改進(jìn)機(jī)會(huì)（狀態(tài)分析）。所需的能量形式將目標(biāo)定義為分析的起點(diǎn)，所考慮系統(tǒng)的模型由兩部分組成：通用模型是根據(jù)參數(shù)對(duì)象級(jí)別開發(fā)的，而從屬系統(tǒng)特定的模型是指參數(shù)系統(tǒng)的過程。通用模型包含可以在對(duì)象級(jí)別上影響的指標(biāo)，影響這些指標(biāo)的詳細(xì)物理參數(shù)在特定于系統(tǒng)的模型中指定。

然后，分析用戶輸入的組織參數(shù)，以識(shí)別特定項(xiàng)目任務(wù)的改進(jìn)機(jī)會(huì)（影響機(jī)會(huì)的識(shí)別）。即技術(shù)改進(jìn)機(jī)會(huì)，限于給定組織限制內(nèi)的機(jī)會(huì)。這意味著將更詳細(xì)地檢查情況分析期間，在通用模型和特定于系統(tǒng)的模型中確定的參數(shù)。對(duì)于每個(gè)參數(shù)，都需要檢查在這種情況下參數(shù)是否可以受到影響（控制因素、噪聲因素），在此步驟中確定的控制因素也稱為影響機(jī)會(huì)。

使用有影響機(jī)會(huì)的信息以便在數(shù)據(jù)庫中搜索合適的節(jié)能措施（措施的推導(dǎo)）。對(duì)于此步驟，需要根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)造能源效率措施，以支持有影響機(jī)會(huì)與能源效率措施之間的匹配?，F(xiàn)有的能源效率指南和能源效率原則需要整合到能源效率措施的集合中。

在下一步中，確定有關(guān)實(shí)現(xiàn)節(jié)能措施的有用信息（實(shí)現(xiàn)信息的標(biāo)識(shí)）。 開發(fā)了一組類別來構(gòu)造此信息：

◇ 基本信息：需要了解哪些基本知識(shí)。

◇ 相關(guān)性：為什么能源效率在這一領(lǐng)域很重要。

◇ 外部需求和信息：存在哪些需求。

◇ 原則：該措施如何發(fā)揮作用。

◇ 收益：實(shí)現(xiàn)此措施的收益是什么。

◇ 行業(yè)示例：誰成功實(shí)施了此措施。

通過使用所有輸入?yún)?shù)，可以根據(jù)用戶的情況量身定制這些類別中提供的內(nèi)容。例如，工廠工程師會(huì)收到有關(guān)措施功能的更多信息，而經(jīng)理會(huì)收到有關(guān)經(jīng)濟(jì)效率的更多信息。此時(shí)，如果結(jié)果仍不令人滿意，則用戶可以更改輸入。否則，用戶將獲得適當(dāng)?shù)哪茉葱蚀胧┖陀嘘P(guān)實(shí)現(xiàn)的信息。

3 結(jié)論

本文已經(jīng)表明有必要研究一種無需花費(fèi)大量精力來獲取能源損耗數(shù)據(jù)，即可系統(tǒng)地進(jìn)行節(jié)能措施的方法。所提出的通用方法基于定性輸入信息，使用戶能夠確定適合其計(jì)劃情況的能源效率措施。通過使用所有輸入?yún)?shù)，可以根據(jù)用戶的情況量身定制這些類別中提供的內(nèi)容。同時(shí)，進(jìn)一步研究將考慮系統(tǒng)的更高抽象水平（例如工廠建筑物）和在考慮的目標(biāo)（例如溫室氣體排放）方面擴(kuò)展現(xiàn)有方法。此外，需要將附加信息集成到實(shí)現(xiàn)信息中。