1、前言
我国政府提出了坚持以人为本,把发展切实转入全面协调可持续的轨道上来;加快转变经济增长方式;把资源节约作为基本国策,发展循环经济,保护生态环境,加快建设资源节约型、环境友好型社会:显著提高资源利用效率,到2010年使单位国内生产总值能源消耗比2005年降低20%左右。
在2005年岁末召开的中央经济工作会议中,对我国2007年的经济工作进行了具体部署。2006年已经过去,在这一年里有许多事件值得人们铭记,而止在逐步进入的2007年里,人们则是有着更重大的事情值得期待与憧憬!
2007年经济工作的总体要求是:全面落实科学发展观,加快构建社会土义和谐社会,继续加强和改善宏观调控,着力调整经济结构和转变经济增长方式,着力加强资源节约和环境保护,着力推进改革开放和自主创新,着力促进社会发展和解决民生问题,推动经济社会发展切实转入科学发展的轨道,努力实现国民经济又好又快发展,为党的十七大召开创造良好环境。
2、我国节能工作已取得了良好的成绩
2007年4月13日,国家发改委主任、国家能源领导小组办公室主任马凯:在中宣部等六部委联合举办的形势报告会上的报告称:“我国能源工业的发展取得了举世瞩目的成就”。这突出表现在六个方面:
第一,能源供给能力逐步增强。
第二,能源消费结构有所优化。
第三,能源技术进步不断加快。
第四,节能环保取得进展。
第五,体制改革稳步推进。
第六,能源立法明显加强。
节能环保虽然取得进展,但是节能降耗的形势仍旧严峻
其中,第四,节能环保取得进展:
是指在党中央、国务院“能源开发与节约并举,把节约放在首位”方针的指导下,我国节能提效工作取得积极成效。单位GDP能耗总体下降,按不变价格计算,目前万元GDP能耗比1980年下降了64%。主要用能产品单位能耗逐步降低,能源领域污染治理得到加强。新建火电厂配套建设了脱硫装置,已有火电厂加大了脱硫改造力度,电厂水资源循环利用率逐步提高,东北等地采煤沉陷区治理工程加快建设等等。
2007年4月27日,温家宝总理在全国节能减排工作电视电话会议上的讲话中强调:必须清醒地看到,节能减排面临的形势仍然相当严峻。去年,全国没有实现年初确定的节能降耗和污染减排的目标,加大了今后节能减排工作的难度。
3、我国经济发展面临着“节能降耗”的重要历史阶段
近年来,我国GDP每年以10%的左右的速度发展,能源消耗急骤增加,环境、生态不断恶化。随着经济的快速发展,中国已经成为世界第二大能源消费国,能源消费量约占世界的11%。石油对外依存度已经超过40%,中国经济增长在相当程度上仍然主要依赖资源的高投入来实现,资源产出效率较低。目前,钢铁、有色、电力、化工等8个高耗能行业单位产品能耗比世界先进水平平均高40%以上。如果我国走传统工业发展道路,在能源消耗方面高投入、高消费、高排放,作为人口大国,如果让13亿中国人部过上有车、有房、生活电气化的小康生话,那么即使两个地球也养活不了中国。
因此,首先必须了解中国能源发展战略的构建依据什么?然后,根据中国能源发展战略的精神,来认识经济发展已面临着“节能降耗”的重要历史阶段和解决能源发展的问题。
4、中国能源发展战略的构建依据
根据“提高效率,保护环境,保障供给,持续发展”的中国能源发展战略的构建依据,从中国能源的供给和需求两个方面考虑,我们可以把未来15年中国能源发展战略的基本构想作这样一种表述:节能效率优先,环境发展协调,内外开发并举,以煤炭为主体、电力为中心,油气和新能源全而发展,以能源的可持续发展和有效利用支持经济社会的可持续发展。之所以提出这样一种中国能源发展战略,就是要表明,解决中国能源问题的能源发展战略必须坚持从中国国情出发,尊重自然规律和经济规律,借鉴国际经验,充分利用国际国内两种资源和两个市场,发挥科学技术在能源发展战略中的重要作用。走具有中国特色的能源发展之路。
我国工业生产普遍存在的“三高”(高能耗、高消耗、高污染)现象十分严重。我国l亿美GDP消耗能源约12万t标准煤,约为日本的6.58倍,德国的4.49倍,美国的3.65倍。我国单位GDP的钢铁、木材、水泥的消耗强度分别为发达国家的5~8倍、4~10倍、10~13倍。
到2020年,我国的GDP要比2000年翻两番,但绝不能靠能源也翻两番来支撑这个发展,况且中国的能源也翻不了两番,不论是自己生产还是进口,都不行,此外还有环境污染问题。
所以,必须降低能源消耗增长的速度。除了依靠我们公民的自觉节能行动之外,十分重要的举措之一就是采用先进的科学技术。
因此,完全可以断定:我国经济发展已经进入“节能降耗”的重要历史阶段。换句话说,节能迫在眉睫!建设节约型社会是我国各部门各行业的工作重点,国家加强能源领域的统一规划迫存眉睫。
观察人士认为,中央力倡建设节约型社会意味着中国可持续发展战略进入实施阶段。节能足我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是当前一项极为紧迫的任务。
为推动全社会开展节能降耗,缓解能源瓶颈制约,建设节能型社会,促进经济社会可持续发展,实现全面建设小康社会的宏伟目标,国家发改委特别制定了《节能中长期专项规划》规划:国务院也下近期专门下发通知,要求在生产、建设、流通、消费各领域节约资源,提高资源利用效率,减少损失浪费。力图推进“节能降耗”工作。
在我国,已经有一些著名的工业自动化企业通过他们的出色工作来努力实现“节能降耗”的目标。下面,我选择了部份民企的一些案例来介绍“节能降耗与自动化技术”的问题。
5、应用自动化技术实现“节能降耗”的一些成功案例
5.1 北京和利时公司的MACS系统在杭州绿能环保发电厂中的应用
杭州绿能环保垃城焚烧发电厂由杭州绿能环保发电有限公司负责筹建,一期工程已于2004年10月全部投运,共配置丁3台15t/d垃圾焚烧炉、3台15t/h余热锅炉及3套尾气处理系统。并配置了l套杭州汽轮机厂生产的7.5 MW凝汽式汽轮发电机组。垃圾焚烧炉采用了杭州锅炉厂引进的日本三菱重工技术制造的马丁式垃圾焚烧炉。以往的垃圾焚烧发电,通常都采用各家的PLC来分别实现备个设各的控制要求的。而许多PLC是随各个主设备厂配套而来的。因此,配套而来的各家PLC之间,由于型号和品种的各不相同,往往是难以实现相互之间的通信和信息交换的;从而导致在整个垃圾焚烧发电厂的控制系统中,出现了个个由各家不同的PLC组成的“自动化孤岛”。许多厂家的PLC往往难以实现复杂的模拟量控制。
因此,杭州绿能环保发电有限公司从一开始就明智地决定,选择用DCS系统来实现“全厂一体化”的控制功能。整个杭州绿能环保发电厂“全厂一体化”控制的基本思想是:由先进的、全面开放的DCS系统作为全厂总的控制系统,实现全厂机、炉、电和现场各辅机系统的体化控制。采用全能值班员制度。
经过反复的分析比较和严格的考察,杭州绿能环保发电有限公司最终选择了北京和利时公司提供的符合国际最新发展潮流的第四代DCS—MACS系统。MACS系统可以方便地采用以太网、PROFIBus—DP现场总线或RS485通信接口和全厂的各个控制子系统(各种PLC和505调速器)连接和通信。MACS系统成功地实现了“全厂一体化”。
目前,该厂运行状况良好,垃圾焚烧量超过了设计要求的450t/d,可以达到600t/d;发电量可以达到6.9~7.5 MW;“全厂一体化”的控制功能通过全面开放的MACS系统已经实现,该项目既处理了垃圾,又转化成了电能,很好地实现了“节能降耗”的目标。
5.2 北京三博中自科技有限公司在节能降耗、资源优化方面的工作
日前,三博公司己成功开发出10多项具有自主知识产权的高技术含量的炼焦自动化技术产品,如:焦炉红外测温仪及测温管理系统、焦炉加煤自动计量系统、焦炉四车联锁监控管理系统、焦炉自动配煤控制系统、焦炉自动加热优化控制系统、焦炉集气管压力智能调节系统,等等。已有60多家焦化企业采用一项或多项以上炼焦自动化技术产品。其中,焦炉红外测温仪及测温管理系统开发成功后,迅速进行市场推广应用,基本取代了一直处存该行业垄断地位的国外知名品牌爱康特红外测温仪,使焦化行业的企业大大降低了成本。由三博公司开发的焦炉自动加热优化控制系统为企业创造了良好的经济效益,如在江西某焦化厂实施了该系统,为该企业每年节省能源费用300多万元,而该系统投入成本才30多万元,在国家倡导的采用信息化与自动化技术改造传统产业,节能降耗、资源优化领域,三博公司做出了应有的贡献。
5.3 北京华邦夭控公司与北京科强公司在碳素焙烧控制技术上的节能工作
在铝用碳素牛产过程中,焙烧工序是对能耗,环保,成品品质及寿命影响最大的,由于工艺过程复杂,现场环境恶劣,在1998年之前,该工艺过程几乎没有自动控制,能耗高,污染大,产品品质不稳定。引进国外拧制系统后,状况明显改善,但成本巨大,难以推广。
北京华邦天控科技公司与北京科强公司背靠航天科技的雄厚基础。近年来在消化吸收国外先进技术基础上,应用先进控制理论,于2000年成功推出国产化碳素焙烧控制系统,短短几年中得到广泛应用,完全替代了国外引进产品,创造了巨大的经济,环保及社会效益。使用后相对过去手动控制,产品能耗降低50%,产品合格率从90%以下提高到98%以上。
5.4 浙大中自公司的“煤化工过程优化控制技术实现节能降耗”
煤炭能源消耗占中国能源消耗总量的70%,涉及化工、冶金、电力等诸多行业,以煤为能源的企业面临着越来越大的压力。如何利用好煤炭资源成为有关专家和工程技术人员多年研究的课题。对自动化系统工程人员来讲,将先进控制与过程优化技术应用于煤化工生产过程,实现节能降耗,是当前最紧迫的任务。煤化工生产过程优化拧制技术可以大大提高煤的利用率,既节约了大量资源,也降低了生产成本,因而在煤化工生产领域有着广阔的市场前景。
采用浙大中自公司的SunyTDCS9200集散控制系统,运用模糊控制和优化拧制技术,打破局部参数孤立控制操作的老习惯,建立起全装置多参数综合操作的概念,向着操作的精确性、安全性、稳定性、预见性等方面发展。采用先进控制与过程优化技术,进行煤化工生产过程优化控制,实现节能降耗,采用控制技术之后,平均单炉发气量提高10%以上,煤耗下降5~10%。
5.5 国内成都森兰公司等变频器技术的应用
变频器在节能、改善人类生活环境、降低生产成本、提高产品质量以及提高工业自动化程度等方面都做出了很大的贡献。四川省成都新希望集团的森兰变频器在国内许多行业中,获得了大量运用。经过中国自动化学会的专家评审,在2006年4月,由中国自动化学会主办的在南京的《中国自动化产业世纪行》括动中,获得民族品牌大奖。
由于变频节电器可实现大的电动机的软停、软起,避免了启动时的电压冲击,减少电动机故障率,延长使用寿命,同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。为达到节能目的推广使用变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。
有市场研究显示,目前国内带变动负载,具有节能潜力的电机在中国至少有l.8亿千瓦。由此可见,能源紧张所提出的节能、降耗需求,为变频器的应用提供了更广阔的空问,也给变频器企业带来更多发展契机。
5.6 清华同方的“节能环保建筑主导新潮流”据统计,中国的建筑能耗约占全国总用能量的114,居全国各类能耗之首,并呈现继续上升之势。这种局面使能耗问题已经成为制约我国经济发展的“软肋”。在全球能源供应趋紧的形势下,节能己成为建筑业必须面对的另一个重要课题。
目前建筑业的节能主要体现在窗户设计和照明节电上。如何采用先进技术(如自动控制技术等)来提高能源利用率、减少能源消费,加强能源管理等等,使传统楼房向建设智能化楼房迈进。
据清华同方公司的负责人介绍,整座大楼的中央空调约占能耗总量的50%以上,随着建筑物的规模的扩大,标准的提高,大厦机电设备的数量也在急剧地增加,他们公司采用现代计算机技术和网络系统,对现有机电设各实现集中管理和自动监测,就能确保所有机电设备的安全运行,还能够节约能耗25%,节省人力约50%,并能提高楼内人员的舒适感和工作效率。
其实,还可以举出许多我国的民营企业的其他案例来加以说明。2006年5月11~13日,由我们中国自动化学会在上海举办IAC2006—第十届国际工业自动化与控制技术展览会”里面,就有不少的厂商展出了他们的节能产品,如:上海鼎茂兴控制技术公司展出的注塑机,节能效果达到了60%,获得了良好的市场反响!在IAC2007第十届国际工业自动化与控制技术展览会”里面,同样也可以看到国内外许多厂商在这方面的努力成果!
由此看来,“节能降耗”已成为中国工业自动化领域里的企业今后发展的主要的趋势之一了。
6、“节能降耗”需要从自动化等高新技术中 寻求出路
当前的节能已不是简单意义的节约和少用能源,而是要依靠使用先进科学技术,来提高能源的利用效率,甚至于增加新的能源。在当今全球性市场经济的激烈竞争中,工业企业必须应用自动化技术科学来保证产品的质量、降低成本和保持数量的优势。特别是左用高新技术改造传统产业方面,自动化科学在工业企业的运行与发展中起会到非常重要的作用。
下面,我们从控制和优化的角度来看“节能降耗”如何从自动化等高新技术中寻求出路?
6.1 企业“节能降耗”面向“一体化综合过程自动化系统”
在工业生产过程中实现节能降耗、资源优化,除了采用先进的工艺和设备之外,必须采用先进的过程自动化系统。当今的过程自动化系统己发展为由过程控制层(PCS)、制造执行层(MES)和经营规划层(BPS)三层结构组成的综合过程自动化系统。企业要达到总体的节能降耗和资源优化,获得最大的经济效益,提高竞争力,除了在各层次上采用先进技术和优化技术外,还必须在系统集成方面采用优化操作、优化调度以及优化企业资源规划和经营管理的一体化综合过程自动化系统。
中国自动化学会的孙优贤院士更进一步提出:面向“三高”治理的成套专用控制装置和专用优化系统。冶金、有色、电力、化丁、建材、造纸是我国工业生产六大高能耗行业,也是对环境污染最为严重的六大行业。在六犬行业的大型上矿企业中,选择重点能耗设备和重点污染源,分别实施以节能、降耗、治污为目标的成套专用控制装置和专用优化系统,是高端工业自动化的产业化内容
6.2 企业“节能降耗”要自动化与信息化相结合
工业控制自动化技术是种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综台性技术,主要包括上业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一,主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益,但它对企业生产过程有明显的提升作用。
而信息化对企业的贡献则主要体现在,一方面提高了企业设计与生产经营水平、带动企业管理内涵的进步、节约能源消耗、减少生产过程污染排放、促进资源的循环利用;另一方面,还可以提高企业管理水平、提高产品质量、劳动生产率和资源利用率。如果说自动化系统是企业主体骨干,那么信息化则是企业神经系统。因此,企业“节能降耗”必须要自动化与信息化相结合,互相渗透才能够取得更好的效果。
6.3 大力开发“节能自动化”产品和技术
大力开发“节能自动化”产品和技术不但为企业“节能降耗”寻求新技术与产品,而且也为自动化技术与产品寻求新的出路。类似的节能降耗产品可以举出许多。未来产品的底牌是:高性能与低能耗将是其追逐的主流!
众所周知:在供水/消防/空压机/锅炉/中央空调等行业都需要大量的“节能自动化”的产品和技术。
案例一,变频技术的应用,风机和水泵是目前工业现场中应用较多的设备,而且电机功率较大。在我国,电能最大的用户是电机,约占总耗的50%。其中风机水泵耗电占全部电能的30%,传统的风机水泵的风量、水流量的调节是依靠风门、阀来调节,当风量、水量的需要增加时,风门、阀门开度增加。该种调节方式简单易行,但它是以增加管网授耗,耗费大量能源在风门、阀门上为代价的。造成能量的极大浪费。近年随着电力、电子技术的发展,变频技术越来越成熟,风机、泵类设备的变频改造已得到广大客户的认同。
案例二,液力行业:大力发展节能产品是趋势
液力偶合器是液力行业最主要的产品之一。主要分为限矩型液力偶合器、调速型液力偶合器和液力偶合器传动装置等,其主要功能之一就足具有显著的节能性。经偶合器调速运行后所节约的电能可达到其额定功率的20%~40%,节能效果是十分显著的。
案例三,供热节能自动化控制系统,随着城市集中供热规模的增大和管理效率的提升,对热网加装自动控制系统,提高系统的能源利用水平已经势在必行。为此,今后在数字园区,要大力加强建设高效益的能源集成和循环利用系统,实现能量集成。运用新技术、新工艺、新设备降低企业和园区能源消耗,提高能源利用率。实施园区集中供热,以热定电,热电联产、热电冷联产,实现园区能量的梯级利用。优先采用经济可行的清洁能源,优化园区能源结构。对于老旧城区的供热系统的节能改造,也应努力遵循这一思路进行。
由上可知,节能产业潜力巨大!
6.4 工业自动化企业应当重视“节能服务市场”“节能降耗”需要从自动化等高新技术中寻求出路,应当从两个方面去理解,一是从技术领域,二是从服务领域。节能服务就是自动化技术发挥作用的另个重要的方面。
据权威人士介绍,我国每年的节能潜力可达到2.5亿t标准煤。按每吨400元计算,节能的市场潜力就可以达到人民币1 000亿元。
节能服务在专业领域一般称作“合同能源管理”,于20世纪70年代在欧美开始兴起,如今已经比较成熟,但在中国还处于初级阶段。作为国内节能服务先行者的上海市,已经拿出实际行动。上海市安排了3年1 000万元的补贴来支持“合同能源管理”项目。专家认为,这些资金可以起到“四两拨千斤”的作用。
罗克韦尔自动化的夏明伟先生介绍的“电力和能源管理体系”(PEMS):PEMS是个由工程系统、硬件、软件、通讯网络以及专门的服务等组成的全面方案,PEMS的节能作州是通过在公司范围内对能源消耗进行优化控制和管理实现的。可以达到节能的目的,从而降低电费。”
7、国家高度重视“节能降耗”工作
多年以来的统计数字表明,我国单位GDP能源消耗量是美国的2.5倍,是欧盟的4.5倍,是日本的8倍,是世界平均水平的2.2倍,这不但反映出我国能源消费过程中存在的巨大浪费,也表明我国隐含着巨大的节能潜力。节能工作不但与我国国民经济发展有着密切关系,还与我们每人的切身利益息息相关。
与1990年相比,2004年中国每万元GDP所消耗的能源已下降约45%,等于节约了7亿t标准煤。与国外先进水平的差距正在逐步缩小。但足,中国经济增长存相当程度上仍然主要依赖资源的高投入来实现,资源产出效率较低。目前,钢铁、有色、电力、化工等8个高耗能行业单位产品能耗比世界先进水平平均高40%以上2006年我国经济增长速度为10.7%,其中,第二产业增长速度12.5%,而在第一产业中,重工业增长速度超过了15%。这种经济增长模式下,我国的GDP能耗自然很难降下来。因此,国家仍然商度重视“节能降耗”工作。
7.1 发现了大油田,仍然需要大力“节能降耗”!
中围石油天然气集团公司丁2007年5月3号宣布,在渤海湾滩海地区发现储量规模达10亿t的大油田——冀东南堡油田。这表明中国主要依靠自己解决石油供给的能源战略再次获得了强有力地支持!
正是从这个意义上说,成功勘探渤海湾大油田,对缓解中国面临的能源供给压力实在是“雪中送炭”。
不过在欣喜之余,我们仍需要冷静心态,正视中国能源、特别是石油供需的严峻现状。相对于中国目前每年每年约3亿t的原油消费量,渤海湾大油田10亿t的总储量并不算多。而在中国境内勘探新的油田还充满不确定性,因此指望一个南堡油田改写中国能源短缺格局,或者说希望不断扩大原油产量以解决中国石油供需紧张的突出矛盾,显然都足不现实的。
相关统计显示,目前中国境内已探明的石油储量约为60亿t,仅够开采20年左右。无论是单位国土面积的右油丰度值,还是石油可开采年数、人均储油量,中国都不能远远低于世界甲均水平,仍然是一个能源、特别是石油供给相对短缺的中国。
因此,在勘探发现渤海湾大油田的激情时刻,我们更需要继续清醒地认识到中国能源供应面临的现实挑战,认识到石油资源的有限性。唯有继续改善和加强宏观调控,引导产业升级和结构调整,坚持节能降耗,切实提高石油等短缺能源的使用效率,才能确保中国经济持续健康发展。
7.2 《国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知》
为此,2005年8月30日国务院办公厅专门发出《国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知》,要求:组织开展资源节约活动,推进资源节约工作,加快建设资源节约型社会,是缓解资源瓶颈制约,实现国民经济持续快速协调健康发展的有效途径;是转变经济增长方式,走新型工业化道路,实现全面建设小康社会目标的重要措施:是落实全而协调可持续的科学发展观、促进人与自然和谐发展的必然要求。各地区、各部门特别是各级领导干部,要从战略和全局的高度,充分认识开展资源节约活动的重要意义,牢固树立和落实科学的发展观和正确的政绩观,采取有效措施,扎扎实实地推进资源节约工作。
7.3 吴邦国在博鳘亚洲论坛发表主旨演讲
在刚刚召开的博鳌亚洲论坛上,吴邦国委员长在演讲中指出:“这次年会,以‘亚洲制胜全球经济——创新和可持续发展’为主题,不仅寓意深刻,而且反映了亚洲发展繁荣的内在需求……”
他说:“亚洲已成为全球经济最具活力和潜力的地区之,是世界经济发展的重要推动力量,存人类和平与发展的崇高事业中发挥者越来越重要的作用。我们对亚洲的未来允满信心。”……“亚洲各国各地区在促进和平发展的共同实践中逐步形成一些相同的理念,这是我们的宝贵财富,值得认真总结,并在今后的实践中丰富完善,发扬光大。”
这些相同的理念是:一是维护地区和平。和平是亚洲发展的基本前提。二是深化区域合作。合作是亚洲发展的重要途径。三是加快科技创新。创新是亚洲发展的不竭动力。四是保护资源环境。节约资源、保护环境是亚洲发展的应有之义。五是促进亚洲和谐。和谐是亚洲发展的本质要求。
吴邦国委员长特别指出:“亚洲从总体上讲正处在工业化、城镇化加快发展的进程中,解决资源环境与工业化的矛盾,是亚洲乃至国际社会面临的共同课题和挑战。在我们面前有三种选择:一是继续走大量消耗资源能源的传统工业化道路;二是以资源环境制约为由,抑制甚至迫使发展中国家放弃实现工业化和现代化;三是走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化道路。很显然,第一条路是走不通的,第二条路是不公正的,第三条才是我们应当选择的道路。值得赞赏的是,亚洲各国各地区在发展经济的过程中,更加注重节约资源能源和保护生态环境,努力寻求新型发展道路,积极加强资源能源、环境保护、气候变化等领域的国际和地区合作,为世界可持续发展作出了贡献。在此,我们也呼吁发达国家在技术转让、资金投入、人员培训等方面,向发展中国家提供更多的帮助,更加积极主动地承担促进全球可持续发展的责任。”
根据国家领导人的讲话和《国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知》精神,我们中国自动化领域的专家、学者与广大工程技术人员应当力求在“十一五”期间,将自己的聪明才智在“节能降耗”领域做出更大的贡献。不辜负新时代对于我们的殷切期望!
以上就是我对于《节能降耗与自动化技术》问题的一些初步理解。
(注:如果有人希望了解本人提到的《节能降耗与自动化技术》问题中的案例与产品的详细阐述,请看《电气时代》杂志2006年第5期)