全面实现节能增效--高效利用能源是实现可持续发展的基础

作者:Achim Zerbst,Uwe Kul 文章来源:Wago公司 发布时间:2013-03-15

德国联邦政府逐步停止使用核能的决定只有在当前能源需求明显降低的情况下才能实现。位于明登市的Wago公司,近几年来已经把高效的利用能源、降低二氧化碳排放和节约原材料资源等列入企业的工作日程,在环保方面起到了先锋模范的作用。

德国的能源政策正在发生变化。另外,石油价格不断波动和上涨增加了工业化国家的成本压力;京都协议也对工业化国家二氧化碳的排放做出了有约束力的规定。这些都要求企业能够有更高的能源利用效率,更加经济地进行产品生产。同时,我们还必须考虑后代对能源的需求,因此,节约现有的能源成为大家共同关注的问题。

家族企业Wago公司承诺,在新产品研发时尽可能减少原材料的使用,例如减少铜和塑料的使用,从而减少石油的需求。同时,公司也采取循环改进的措施来减少能源需求。“为了下一代,我们必须保护好我们赖以生存的环境。”这是Wago公司的一个指导原则。早在上世纪70年代中期,Wago公司就采用了封闭式的冷却循环系统,在其注塑生产车间里采用了热能回收再利用系统,把回收的热能用于室内采暖。另外,所有的通风换气设备都带有热交换器,对进入室内的新鲜空气进行预热。长期以来,Wago公司利用雨水冲洗厕所,通过把雨水汇集到水池中,在使用前进行净化处理,从而实现雨水的利用。尽管雨水冲洗系统的投资回收期很长(一般为20~50年),但Wago公司2007年在明登市新建注塑车间时仍然决定利用雨水冲洗厕所。而且早在上世纪90年代Wago公司就考虑了在新建厂房的屋顶安装光伏太阳能发电设备。


图1 A与现场总线有关的Wago-I/O系统对各个办公楼、生产车间进行分散式的控制(图示为与以太网监控器连接的Wago-I/O装置)

4年前,巴登-符腾堡能源股份公司(EnBW)建立自己的门户网站,为不同领域企业提供节能经验交流平台,Wago公司毫不犹豫立即成为这一网站的会员。通过采取合理的措施,工业企业可以把能源消耗降低20%,同时也减少二氧化碳的排放。“我们把保护环境视为自己的责任,同时也视为一个商机。”Wago公司的负责人Sven Hohorst先生说道。

厂房建筑的节能潜力

企业的生产基地,Wago公司在明登市的总部,也因历史悠久而逐步的扩大起来了。自1951年公司成立以来企业的员工人数逐年上升,目前总部员工达到1700余人;全球各地共计4800名员工。另外,企业的办公楼和生产车间也不断增多了。“保护环境、充分利用资源”是Wago公司的既定方针。在这一方针的指导下,2001年建成的研发中心和它毗邻的办公大楼在空调采暖方面都达到了最低的能源消耗。他们利用设置的地热井实现了节能,在夏季把多余的热能存储到地热井中,到冬季利用热泵把地热井中的热能提取上来,用于室内采暖。Wago公司还把余热回收技术用到了屋顶上,实现了屋顶的绿化。这一措施美化了房屋建筑,夏季隔热,冬季保温。另外,屋顶绿化也为小动物和鸟类提供了生存的空间(例如蛎鹬)。逐步的扩建对企业设施管理提出了很高的要求,所有设施的供应和使用方案必须相互匹配。所有建筑费用在整个使用寿命周期内只有30%分摊到开办费用中,有70%要分摊到企业生产成本中,从而可以清楚地知道提供能源利用率所能节约的费用非常可观。


图2 B为了保证电气安装的灵活性,Wago公司在电气安装中采用了Winsta插接连接系统

热能回收利用和环境保护

不管在什么地方,只要有大量热能向外扩散,Wago公司都能够有办法把这些热能回收起来,并输送到本地区的采暖网络中。例如把空压机站废气中的热能以及注塑机、温度控制仪器冷却设备中冷却水的热能回收起来加以利用。随着Wago公司位于明登市注塑车间的建成,在明登市也出现了集中供电和供暖的机构以及带有2个二级暖气站的地区性供暖网络。在Wago公司扩建期间,公司的设备管理部门把暖气网络的温度降低到了最低水平。这实现了跨建筑物的热能回收综合利用的可能性。现在,集中供暖的采暖中心能够为绝大多数建筑供暖。应用这种采暖方式,Wago公司可以节约400kW左右的热功率。同时,压缩空气站的余热还可以用来发电。除了热能回收利用、扩大地热利用和绿色屋顶之外,Wago公司还加强了活性炭过滤器的使用,例如将活性炭应用在锡焊车间的通风换气系统中。另外,他们也采取了一些噪声控制措施,例如相邻建筑物之间设置隔音墙,生产车间里设置隔音室以及粒料输送管道加隔音层等。Wago公司承诺的环境保护在2004年时通过了DIN EN 14001:2004标准的检查认证。


图3 C在部分生产车间和地区可以利用Wago公司研发生产的集成式To-Pass远程无线通信系统发送报警信息和状况信息

全球化的节能

作为一家国际化企业,Wago公司在德国(明登市和Sondershausen市)、瑞士、法国、波兰、中国、日本、印度以及美国都建立了生产基地。Wago公司的长远目标是“建成跨所有生产基地建筑物的能源利用数据汇总系统”。这一系统是按照DIN EN 16001标准进行能源管理的基础。这要求企业的设备管理部门拿出一套跨国的能源管理计划方案,在各个国家生产基地之间按照国际认可的节约热能、提高能源利用率的标准交流节能经验、环保经验和节能技术。

目前正在明登市建造的办公楼所采取的隔热措施也完全满足了最新ENEV标准的要求。由于Wago公司在厂房建筑中采用了要求更高的企业标准,因此在中国建造的厂房、建筑获得了节能建筑和建筑技术“外援”的美誉。

从2007年开始,系统的能源消耗汇总系统在公司总部明登市逐步建成。根据中期统计数据分析来看,尽管销售收入创纪录、有了新的产品系列,同时新增了许多工作岗位,但是电力的总消耗量几乎没有增加。这都归功于企业在生产技术、建筑技术以及老设备、老建筑物定期卫生清洁等方面采取了许多节能优化措施。企业的设备管理部门还在不断地对所采取的措施、解决方案进行改进提高。

考虑到老式锯齿型厂房利用屋顶的天窗和开口进行通风换气建筑成本太高。最新的技术对比表明,利用空调设备调整室内空气比增加通风换气设备更加经济。空调设备的采购成本较低,工作时又相当节能,因为需要调节的空气量不是太多。


图4 Auswahl 选自5号注塑机Wago公司利用自己开发的机床设备数据采集系统(MDE)可以及时发现机床、设备的停机,迅速采取有效措施恢复生产。图示的在线可视化界面除了提供了标准特性数据(例如质量等级)以外也提供了各个机床设备与生产过程有关的特性数据

更高效节能的建筑技术

由于整个使用寿命周期内分摊到生产成本中的费用是开办费的4倍,因此Wago公司在车间、厂房的建造中都采用了现代化的技术。建筑技术的现代化主要是利用企业自己生产的电气产品和自动化技术产品来实现的。在所有办公楼和生产车间里,自动化控制系统对采光、照明、采暖和通风换气设备进行集中控制。在办公楼和生产车间的自动化控制中,他们选择了Wago-I/O系统作为可编程控制系统。积木式的传感器、执行器自动化控制元器件品种多达400余种。例如监控器利用符合Dali灯光控制协议的Master端子对生产车间内的光线进行灵活的定位控制。在新的注塑生产车间里,采用多级照明系统。这一系统的基础是面朝南的玻璃幕墙,玻璃幕墙的遮荫装置可以自动调整,它能够根据室内的光线自动调节以及调整向北的锯齿型屋顶的进光窗。这也就保证了有更多的自然光进入室内。车间内的基本照明系统根据日光照射情况自动的调节基本照明。另外,还根据生产过程优化的要求在各个生产岗位都设置了照明设施。

在那些对可见度有特殊要求的生产工作岗位上还分散式配置了检验用照明设施。这些照明设施的照明可以在可视化的计算机系统中直接控制和调整,例如直接由值班长调节控制。计算机能够最佳的反应实际照明状况,能够简单开启或者关闭照明灯,方便了明暗需求的调整。

每一座新的厂房,其自动化控制程度都有了进一步的提高,例如,除了对自然光和可调灯光进行控制之外,建筑物内还增加了一些新的自动化功能。例如,新建筑中的传感器能够准确判断室内人员的位置,以便更加准确地调节灯光;能够对窗户的情况进行监控,在窗户敞开时自动关闭室内空调。

另外,在自动化系统出现故障后会自动发出报警提示,通过SMS或者电子邮件把故障信息发送给维修人员;管理者可以在任何地方通过网络了解建筑物和设备的当前详细情况等。

历史故障数据是故障分析和优化的基础。报警和整体信息由建筑物的中央控制系统在部分区域中由Wago公司研发的远程无线特性系统To-Pass生成并发送出去。近几年来,各个机床设备单独的冷却系统,例如冷却水系统被集中控制的冷却系统所代替。集中冷却系统的效率更高,节约了空调的能源消耗,也创造了更好的工作环境。


图5 采用了分散式控制高效冷却系统的电火花加工机床。机床后方的是进水管和回水管(红色和蓝色)

生产过程中的耗能大户

大约6年前,Wago公司就用电力设备取代了液压注塑机,因为电力驱动、控制的注塑机能够比液压驱动的注塑机节约50%左右的能源。这一切首先要归功于效率很高的伺服驱动。2009年在明登市新建成的注塑车间利用这样的伺服驱动机构生产MCS系列的电气产品,Wago-I/O系统元器件和Picomax系列产品。

在生产2273系列接线盒新产品的老注塑车间里使用了两种类型的注塑机。这两种类型的注塑机都配备了可编程序控制的Wago-I/O以太网监控器。监控器中可以保存控制调节程序,经I/O总线端子对多个温度控制调节回路进行控制。利用这种方式进行温度控制和调节能够比传统的室温调控节约50%的电力能源。

在塑料色母粒干燥过程中,Wago公司同样也研发了新的节能技术。这一节能技术降低了企业在明登市的耗电量,节约幅度高达50%。随着这一节能新技术的成功应用,位于明登市的Wago公司其他生产领域也相继采用了这一节能技术。

压缩空气是迄今为止价格最昂贵的能源形式。在过去的5年里,Wago公司对压缩空气设备进行了一系列的优化改进,采取了多种不同的节能措施,例如降低压力,构建环形压缩空气供应系统,更换节能型压缩机等,从而把压缩空气生产过程中的能源消耗降低了80%。

机床和设备的停机不仅影响了生产,而且也增大了完全无用的能源消耗。为了掌握机床设备的停机情况,采取有效的解决措施,Wago公司开发了机床设备数据采集系统(MDE系统);引进了与生产过程吻合的特性数据管理系统。

MDE系统除了提供机床、设备的标准特性数据(例如质量)信息之外也提供与生产过程有关的数据。在MDE系统的帮助下,可以查清楚机床设备停机的原因并尽快的排除。由于这一机床设备数据采集系统也安装在公司其他地方的生产基地中,因此能够同时对公司世界各地的生产情况进行监控。采用这一系统之后,故障都被及时发现和排除,这不仅缩短了机床设备的停机时间,而且也提高了产品的质量。同时,这也带来了原材料的节约。

能源管理展望

对能源消耗数据进行采集并在此基础上采取合适的节能措施,Wago公司下一个中期目标是按照EN 16001标准建立一套能源管理体系。迄今为止,Wago公司在设备管理和生产过程中所采取的节能措施使明登市新建高度现代化注塑车间节能70%,这些节能措施都属于能源管理体系的范畴。

Wago公司打算把在能源管理系统建立过程中摸索和积累起来的经验逐步运用到其他生产基地中。在贯彻落实节能体系的过程中,他们在其他国家和地区的工厂都要求达到德国的标准,其中包括在欧洲以外国家和地区的生产基地。Wago公司认为,节能不仅是欧洲的事情,而且是一个全球性的大事。

Wago公司利用自己的技术节约能源

在注塑机中利用伺服驱动取代液压驱动实现节能50%;

注塑车间采用了可编程序控制的温度调节实现节能50%;

明登市和Sondershausen市两地新建的色母粒干燥设备采用了新的节能技术,节约电能约50%;

空压机站的技术改造把生产压缩空气的能源消耗减少了80%;

在装配车间中利用伺服驱动技术取代传统的气动驱动系统。这一举措即降低了维修费用,也缩短了机床设备调试时间。

0
-1
收藏