能源变成过程变量

　降负荷能力
　　在某些地区，电力行业可能碰到这样的情形：客户被要求削减电量供应，这是因为出现了某些异常的高需求或是因为发电能力已经达到极限。降负荷的要求可能来自于某一个通知或是计划好的停电，也可能是由 于系统故障而导致了数分钟的停电。而响应这些要求的公司会得到电力行业某种形式的补偿，如价格优惠或是在断电期间将电输送回发电站。
　　“工厂遇到的一个问题，即使是大型制造厂也是根据需求反馈的”，Square-D PowerLogic division的全国市场拓展部经理Philip Barton表示。“电厂与它们的大客户签订了让电合同，这使得那些大企业意识到需要采取措施降低自己的电力消耗。电厂要求客户降低负载一般出于价格控制和稳定问题。价格控制指批量电能的价格上涨，电厂会提前一天通知。而稳定问题一般由于电厂的发电机出了问题，这种情况就很难事先通知。”
　　很明显许多生产过程不能依靠简短的通知而将工厂的车间停车，但是如果电力的消耗被很好的监控和管理，或许可以选择关闭某个分车间。大型生产工厂拥有内部发电能力，在环境需要时可以转换输电线路。
　　有时工厂甚至主动要求让出自己的电力负荷，“许多大工厂都是批量用电的，而电价总是在浮动的”，Shaikh说道。“一位客户甚至告诉我他们的电价每五分钟就浮动一次。如果工厂的一部分需要停车维护，通过能源管理系统他们知道节省了4×107瓦的电能，或许他们可以通过其他线路将这些电能送回发电站。打电话告诉发电站：‘未来16个小时我们将会节省下40MW的电能，要是电站能将这部分电能卖给其他的客户，我们工厂也会因此受益。’
　　对于这种能力的需要对处于不同地点、不同季节的工厂是不一样的，所以不能因此提供一个统一的鉴定标准。

　制定基准实施优化
　　得到关于能源消耗的详细信息就为研究过程性能，如基准、最优化或探索其的改进方法提供了重要信息。如果没有足够数据的支持，就只能得出毫无意义的结果。
　　“1992年综合能源政策法案（Epact）——为了提高能源使用效率并通过提供能源折扣和投资来激励企业的法案，希望可以通过减少每台设备电气损耗的方式来降低整体的成本。”传感器家族成员Eaton’s CurrentWatch公司的产品经理Jeff Otterstein说道，“当今普遍使用的传感器可以帮助我们确定能源消耗在了哪些环节，通过实时监控可以提前发现哪些环节导致了能源的浪费。将它们在用于观测的点上展开进行研究并不困难，不但可以分析整个过程的能量消耗，还可以分析大型仪器的几个部分。这些数据用来与每项操作或仪器进行匹配，它们对于电能消耗的预测和优化非常有价值。”
　　现在降低能源浪费使用的科学技术已经摆在我们的眼前，我们要做的就是将其付诸实施。

　　是否经济实用？

　　购买电机所占的成本只是整个电机在寿命期内所有成本的很小一部分。根据数据统计维护成本与购买价格大致相等，能耗成本占了总成本的最大部分——通常为90%。
　　ABB美国低压电气经理Jim Clark计算了以上的数值：“假设电机消耗的能量占用电量总数的2/3，那么在电机运转的前30~60天电机运转耗费的能量就相当于其购买成本了。于是将能源更好地利用起来就成了最重要的目标。ABB因此在这项领域投入巨资来保证他们在电气方面的性能处于世界前列。”
　　虽然电机的购买成本在其总成本中的比例变大了，但是从长远来讲整体的成本小了，达到了节省的目的。

　　更换负载不足的电机是否是最佳的处理办法？

　　工程师在进行设计的时候都希望为系统将来的升级留出余地，而不希望为留下瓶颈。这种思想融入了每一种设计之中，比如说泵与风机都被扩大化了。一项在四个工厂进行的关于电机的研究表明，这些电机只是达到了额定负载的60%。
　　也即是说，一台25马力电机的工作可由一台20马力的电机来完成，那么是否使用负载更相称的电机更合适呢？答案往往是这样的，但并不总是，但它们之间的差距不足以衡量工作。
　　传统型和高效电机的效率在达到额定负载的75%时最高，其动态曲线在负载50%到满载之间是齐平的，所以电机最有效负载区间是50%以上的一段。
　　美国能源部建议大家做决定之前，需要了解以下几点：
　　■ 电机的负载；
　　■ 负载时电机的运转效率；
　　■ 满载时的速率；
　　■ 更换后电机的满载速率。
　　从这些数据中可以计算出装置功率或电压的实际对比，美国能源部“挑战电机项目”给出了一个包含有必要计算方程的小软件。

　　泵排量的调节：对比阀门与变速电机

　　工厂中使用的电机驱动装置往往被扩大化了，这是非常普遍的，比如一个定速电机驱动的泵或风机提供的输出往往超出了所需的水平，因此就要通过阀或阻尼器进行削减。
“这种问题在业界很常见，并且还会持续下去”，ITT控股子公司PumpSmart的产品经理 Dan Kernan说道：“与节省能源比起来，确保足够的压力将所需的产品或工序运送到所需部门永远是更重要的。如果你来进行泵抽水系统的设计，其中你最不想做的是选择一个很小的泵。因为用阀门降压容易，而再更换

泵却很难。”
“一个简单灵活的解决办法就是变速抽水，考虑到泵最大可能使用到的情况，正常工作时将压力调低。这提供了一个更加高效使用能源的办法，并且控制的范围更广。当然在泵排水系统中还有很多因素影响了电机转速，但在泵的整个生命周期中往往你会发现变速抽水应是最符合成本效益的解决方案。”
　　这种做法确实能节约能源，并根据应用的不同差别可达50-70％。当输出阀或阻尼器被控速马达取而代之，控制泵的速度就变成一件简单的事。如果泵处于一个PID控制回路中，电源是一个过程变量。
　　那么是否还有需要安装定速电机地方？如果负载在绝大多数时间是一致的，而且电机性能与工作任务相称，那么就不需要电机有变速功能。但随着变速电机的单位成本逐渐下降，它们如今已不再是奢侈品。

　　能源创新部门

　　美国能源部有一系列部门专门帮助解决工业中能源应用的问题，一个被称作“节约能源，行动起来”的项目帮助公司分析并优化各种方式能源的使用。这个项目主要是指明了工厂进行生产设备能源管理节约能源和资金的方向，把注意力集中在能源密集型的计算、设备的选型和有可能增加容量等。
　　公司考虑加入这方面的能力时可能会发现，在他们现有的控制网络设施中，在数量巨大的伺服电机间增加通信是不能完成的任务的。而在现有装置中加装智能马达控制系统则没有太大困难，数据通过数字通信（如Modbus或Profibus）传至DCS。这种方法可以减少系统中电机数量或布线，无线也可同样选择。