能源變成過程變量

　　降負荷能力
　　在某些地區(qū)，電力行業(yè)可能碰到這樣的情形：客戶被要求削減電量供應，這是因為出現(xiàn)了某些異常的高需求或是因為發(fā)電能力已經(jīng)達到極限。降負荷的要求可能來自于某一個通知或是計劃好的停電，也可能是由 于系統(tǒng)故障而導致了數(shù)分鐘的停電。而響應這些要求的公司會得到電力行業(yè)某種形式的補償，如價格優(yōu)惠或是在斷電期間將電輸送回發(fā)電站。
　　“工廠遇到的一個問題，即使是大型制造廠也是根據(jù)需求反饋的”，Square-D PowerLogic division的全國市場拓展部經(jīng)理Philip Barton表示。“電廠與它們的大客戶簽訂了讓電合同，這使得那些大企業(yè)意識到需要采取措施降低自己的電力消耗。電廠要求客戶降低負載一般出于價格控制和穩(wěn)定問題。價格控制指批量電能的價格上漲，電廠會提前一天通知。而穩(wěn)定問題一般由于電廠的發(fā)電機出了問題，這種情況就很難事先通知。”
　　很明顯許多生產過程不能依靠簡短的通知而將工廠的車間停車，但是如果電力的消耗被很好的監(jiān)控和管理，或許可以選擇關閉某個分車間。大型生產工廠擁有內部發(fā)電能力，在環(huán)境需要時可以轉換輸電線路。
　　有時工廠甚至主動要求讓出自己的電力負荷，“許多大工廠都是批量用電的，而電價總是在浮動的”，Shaikh說道。“一位客戶甚至告訴我他們的電價每五分鐘就浮動一次。如果工廠的一部分需要停車維護，通過能源管理系統(tǒng)他們知道節(jié)省了4×107瓦的電能，或許他們可以通過其他線路將這些電能送回發(fā)電站。打電話告訴發(fā)電站：‘未來16個小時我們將會節(jié)省下40MW的電能，要是電站能將這部分電能賣給其他的客戶，我們工廠也會因此受益。’
　　對于這種能力的需要對處于不同地點、不同季節(jié)的工廠是不一樣的，所以不能因此提供一個統(tǒng)一的鑒定標準。

　　制定基準實施優(yōu)化
　　得到關于能源消耗的詳細信息就為研究過程性能，如基準、最優(yōu)化或探索其的改進方法提供了重要信息。如果沒有足夠數(shù)據(jù)的支持，就只能得出毫無意義的結果。
　　“1992年綜合能源政策法案（Epact）——為了提高能源使用效率并通過提供能源折扣和投資來激勵企業(yè)的法案，希望可以通過減少每臺設備電氣損耗的方式來降低整體的成本。”傳感器家族成員Eaton’s CurrentWatch公司的產品經(jīng)理Jeff Otterstein說道，“當今普遍使用的傳感器可以幫助我們確定能源消耗在了哪些環(huán)節(jié)，通過實時監(jiān)控可以提前發(fā)現(xiàn)哪些環(huán)節(jié)導致了能源的浪費。將它們在用于觀測的點上展開進行研究并不困難，不但可以分析整個過程的能量消耗，還可以分析大型儀器的幾個部分。這些數(shù)據(jù)用來與每項操作或儀器進行匹配，它們對于電能消耗的預測和優(yōu)化非常有價值。”
　　現(xiàn)在降低能源浪費使用的科學技術已經(jīng)擺在我們的眼前，我們要做的就是將其付諸實施。

　　是否經(jīng)濟實用？
　　
　　購買電機所占的成本只是整個電機在壽命期內所有成本的很小一部分。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計維護成本與購買價格大致相等，能耗成本占了總成本的最大部分——通常為90%。
　　ABB美國低壓電氣經(jīng)理Jim Clark計算了以上的數(shù)值：“假設電機消耗的能量占用電量總數(shù)的2/3，那么在電機運轉的前30~60天電機運轉耗費的能量就相當于其購買成本了。于是將能源更好地利用起來就成了最重要的目標。ABB因此在這項領域投入巨資來保證他們在電氣方面的性能處于世界前列。”
　　雖然電機的購買成本在其總成本中的比例變大了，但是從長遠來講整體的成本小了，達到了節(jié)省的目的。
　
　　更換負載不足的電機是否是最佳的處理辦法？　　

　　工程師在進行設計的時候都希望為系統(tǒng)將來的升級留出余地，而不希望為留下瓶頸。這種思想融入了每一種設計之中，比如說泵與風機都被擴大化了。一項在四個工廠進行的關于電機的研究表明，這些電機只是達到了額定負載的60%。
　　也即是說，一臺25馬力電機的工作可由一臺20馬力的電機來完成，那么是否使用負載更相稱的電機更合適呢？答案往往是這樣的，但并不總是，但它們之間的差距不足以衡量工作。
　　傳統(tǒng)型和高效電機的效率在達到額定負載的75%時最高，其動態(tài)曲線在負載50%到滿載之間是齊平的，所以電機最有效負載區(qū)間是50%以上的一段。
　　美國能源部建議大家做決定之前，需要了解以下幾點：
　　■ 電機的負載；
　　■ 負載時電機的運轉效率；
　　■ 滿載時的速率；
　　■ 更換后電機的滿載速率。
　　從這些數(shù)據(jù)中可以計算出裝置功率或電壓的實際對比，美國能源部“挑戰(zhàn)電機項目”給出了一個包含有必要計算方程的小軟件。
　
　　泵排量的調節(jié)：對比閥門與變速電機
　　
　　工廠中使用的電機驅動裝置往往被擴大化了，這是非常普遍的，比如一個定速電機驅動的泵或風機提供的輸出往往超出了所需的水平，因此就要通過閥或阻尼器進行削減。
 “這種問題在業(yè)界很常見，并且還會持續(xù)下去”，ITT控股子公司PumpSmart的產品經(jīng)理 Dan Kernan說道：“與節(jié)省能源比起來，確保足夠的壓力將所需的產品或工序運送到所需部門永遠是更重要的。如果你來進行泵抽水系統(tǒng)的設計，其中你最不想做的是選擇一個很小的泵。因為用閥門降壓容易，而再更換

泵卻很難。”
 “一個簡單靈活的解決辦法就是變速抽水，考慮到泵最大可能使用到的情況，正常工作時將壓力調低。這提供了一個更加高效使用能源的辦法，并且控制的范圍更廣。當然在泵排水系統(tǒng)中還有很多因素影響了電機轉速，但在泵的整個生命周期中往往你會發(fā)現(xiàn)變速抽水應是最符合成本效益的解決方案。”
　　這種做法確實能節(jié)約能源，并根據(jù)應用的不同差別可達50-70％。當輸出閥或阻尼器被控速馬達取而代之，控制泵的速度就變成一件簡單的事。如果泵處于一個PID控制回路中，電源是一個過程變量。
　　那么是否還有需要安裝定速電機地方？如果負載在絕大多數(shù)時間是一致的，而且電機性能與工作任務相稱，那么就不需要電機有變速功能。但隨著變速電機的單位成本逐漸下降，它們如今已不再是奢侈品。

　　能源創(chuàng)新部門

　　美國能源部有一系列部門專門幫助解決工業(yè)中能源應用的問題，一個被稱作“節(jié)約能源，行動起來”的項目幫助公司分析并優(yōu)化各種方式能源的使用。這個項目主要是指明了工廠進行生產設備能源管理節(jié)約能源和資金的方向，把注意力集中在能源密集型的計算、設備的選型和有可能增加容量等。
　　公司考慮加入這方面的能力時可能會發(fā)現(xiàn)，在他們現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡設施中，在數(shù)量巨大的伺服電機間增加通信是不能完成的任務的。而在現(xiàn)有裝置中加裝智能馬達控制系統(tǒng)則沒有太大困難，數(shù)據(jù)通過數(shù)字通信（如Modbus或Profibus）傳至DCS。這種方法可以減少系統(tǒng)中電機數(shù)量或布線，無線也可同樣選擇。