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，能源效率措施的實施仍未達到預期。實現(xiàn)能源效率卻出現(xiàn)赤字的原因主要包括：缺少足夠的時間，能源損耗缺乏透明度，缺乏投資資本以及公司內(nèi)部責任劃分[3,4]。近年來，雖然已經(jīng)開發(fā)了不同的工具和方法，對工業(yè)企業(yè)系統(tǒng)進行分析和優(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系，對于工業(yè)企業(yè)能源效率整體是至關重要的[6]。

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

實施方法的另一個障礙是數(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

通常考慮制造系統(tǒng)能源效率的現(xiàn)有工具，一組可分為評估、監(jiān)測和庫存工具，另一組可分為工程、設計和改進工具[7]。以下討論主要是針對于第二組工具，因為其目的是減少工廠系統(tǒng)中的能源損耗。現(xiàn)有的支持以能源效率為導向的工廠計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，下面將對其進行詳細說明。

能源效率指南中的特定工業(yè)部門或特定應用領域（例如照明）中的節(jié)能措施，主要由獨立機構或政府組織發(fā)布，提供應用程序的信息，包括企業(yè)內(nèi)部實現(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的信息需要大量的精力和時間。

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，并且主要由研究機構或咨詢機構發(fā)布。例如如何區(qū)分能源的替代，能源需求的減少，設備效率的提高，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別和實現(xiàn)能源效率改善機會的系統(tǒng)方法。大多數(shù)能源效益方法著重于制造過程，并基于對基礎過程的詳細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（例如資源、廢物）和更廣泛的系統(tǒng)定義方面擴展了方法。也有一些方法不需要定量分析，但缺乏為推理出適當?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)，通過能源測量分析系統(tǒng)內(nèi)的過程，確定子系統(tǒng)的優(yōu)先級并推導能源效率措施。通過使用測量結果，可以量化評估節(jié)能措施的預期節(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才能獲取相關數(shù)據(jù)。另一個障礙在于對能源效率措施進行演繹和描述的專業(yè)知識的必要性，因為現(xiàn)有方法沒有足夠詳細地描述此步驟，以使從業(yè)人員可以自行將其轉移到另一個應用程序。

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因此，需要進行研究以開發(fā)一種方法來系統(tǒng)地確定已定義項目任務的合適的能源效率措施，而無需花費大量精力來獲取能耗數(shù)據(jù)。方法的推導過程應該透明，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)程序需要確保以結構化的方式向工廠計劃參與者提供信息，減少系統(tǒng)分析的工作量提高了方法的適用性，因為在無法預測節(jié)能結果的情況下，數(shù)據(jù)采集的大量工作是工業(yè)應用的一大障礙。

基于這些要求，本文提出了一個總體概念，可以系統(tǒng)地指導工廠計劃參與者從其項目任務中采取適當?shù)墓?jié)能措施。目標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個主要步驟，下面將對此進行說明，如圖1所示。

該方法的起點是工廠計劃參與者（用戶輸入）對項目任務或計劃情況的定義。描述任務的最重要參數(shù)是對象級別、系統(tǒng)過程、能源鏈的一部分、能源形式、計劃案例和用戶角色。根據(jù)其背景，前4個參數(shù)定義為技術參數(shù)，后兩個參數(shù)定義為組織參數(shù)。

對象級別描述了所考慮系統(tǒng)的抽象級別（例如工廠、建筑物、工廠區(qū)域、單臺機器）；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，轉化，分配，存儲還是使用，因為工廠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)中可能進行更改的程度，計劃新系統(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（例如，工廠計劃員、工人）。

應用該方法時，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，則用戶可能會收到不太明確的結果，并且需要通過更改輸入來重復執(zhí)行該方法。

第一步，創(chuàng)建所考慮系統(tǒng)的模型以識別改進機會（狀態(tài)分析）。所需的能量形式將目標定義為分析的起點，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)對象級別開發(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象級別上影響的指標，影響這些指標的詳細物理參數(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)，以識別特定項目任務的改進機會（影響機會的識別）。即技術改進機會，限于給定組織限制內(nèi)的機會。這意味著將更詳細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)。對于每個參數(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會。

使用有影響機會的信息以便在數(shù)據(jù)庫中搜索合適的節(jié)能措施（措施的推導）。對于此步驟，需要根據(jù)不同的標準來構造能源效率措施，以支持有影響機會與能源效率措施之間的匹配。現(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，確定有關實現(xiàn)節(jié)能措施的有用信息（實現(xiàn)信息的標識）。 開發(fā)了一組類別來構造此信息：

◇ 基本信息：需要了解哪些基本知識。

◇ 相關性：為什么能源效率在這一領域很重要。

◇ 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：實現(xiàn)此措施的收益是什么。

◇ 行業(yè)示例：誰成功實施了此措施。

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，工廠工程師會收到有關措施功能的更多信息，而經(jīng)理會收到有關經(jīng)濟效率的更多信息。此時，如果結果仍不令人滿意，則用戶可以更改輸入。否則，用戶將獲得適當?shù)哪茉葱蚀胧┖陀嘘P實現(xiàn)的信息。

3 結論

本文已經(jīng)表明有必要研究一種無需花費大量精力來獲取能源損耗數(shù)據(jù)，即可系統(tǒng)地進行節(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，進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（例如溫室氣體排放）方面擴展現(xiàn)有方法。此外，需要將附加信息集成到實現(xiàn)信息中。