效率關乎遠景

Otto Urbanek

1 引言

塑料行業中那些能源密集型生產存在著巨大的節能潛力，對于無法充分利用這種潛力的公司而言將是一種損失，不僅是因為這事關遵守法律法規的問題，而且還因為他們可以從這些巨大的競爭優勢中受益。提高能源效率的第一步是分析在何時、何地實際消耗了多少能源量。然而，并非所有分析工具都能夠達到相同水平。

由于資源有限，因此效率就成為了一個重要的議題。隨著世界各國政府紛紛設立能源目標，制造商和加工企業不斷面臨著新的指示、標準和法規。然而，效率不僅僅是必要之物，它還蘊藏著巨大的競爭力。

那些以最快速度做出響應的公司收獲最大，他們新獲取的Know-how將有助于提高公司的整體表現。作為能源密集型生產的塑料加工技術站在了優化能耗的最前線。

2 如何去做才能更有效率

我們對于提高效率的要求提出了相關問題：“我們現在在哪里，衡量我們效率的基礎將是什么？”多年來，單位能耗（SEC）已經確立了衡量能效的標準。該比值告訴我們單位產量或單位產值所消耗的某種能源量。在單位能耗被計算出來之前，首先需要明確定義消耗和產出的計算范圍是什么。

讓我們來看一下每年處理40噸材料，使用100MWh能源量的企業是如何做的。這兩個數值的比率被稱為S-SEC，或者叫現場單位能耗，是專門針對車間的能耗計算，單位是kWh/kg。例如在這里，該值就是100,000kWh/40.000kg，即2.5kWh/kg。

3 比較機器效率

我們用類似的方式也可以計算機器單位能耗（M-SEC），從而確定某一加工機械的消耗。該值告訴我們機器能夠如何有效地生產既定產品。

當一臺機器需要被更換的時候，比較典型產品的M-SEC值可以幫助公司做出明智的決定。一些機器制造商的控制器中擁有能源分析工具，可以提供與整體能耗和各個加工階段消耗有關的數據。

4 提產增效

雖然能源效率并非是開發過程中的重中之重，但是機器多年來正在不斷地變得更加高效。提高產出的要求推動了新的機器設計和新的技術開發，其本質是使機器更加節能。尤其是在運動控制領域內，當前最先進的技術確定會在之后數年中持續提升效率。對于像注塑和吹塑成型這樣的循環工藝流程而言，這種積極的開發尤為突出。

循環工藝流程是臭名昭著的能源消耗大戶，因此通過使用伺服驅動技術擁有相當大的節能潛力。隨著越來越多的機器改用這種技術，利潤也將滾滾而來。

描繪一個車間多年來整體效率的變遷圖景對于一家公司而言相對簡單。公司通過采集多年來的總能耗數據，并設定它與產出量之間的關系，就能跟蹤S-SEC值的變化。然而，各個機器和不同加工技術所消耗的能源量就千差萬別了。

5 清晰的產品單位能耗

能耗與所使用的技術類型無關，它一般可以通過9:3:1的比例進行估算。

如圖1所示，注塑機機器單位能耗（M-SEC）隨時間變化曲線圖，當前的發展趨勢將是在未來數年中提高歐洲機器能效。

圖2 各種加工工藝在機器能耗和車間能耗之間的比較

圖2中，各種加工工藝在機器能耗和車間能耗之間的比較可以立刻反映出主流塑料加工技術的M-SEC和S-SEC值之間的差異，并根據2008年以來的歐洲塑料消耗量計算出所得的加權平均值：

? 數值1表示必須施加于材料上以便執行成型過程的熱能；

? 整臺機器所需包括熱能在內的能源量約為該數值的3倍；

? 整個車間所需要的能源量約為熱能輸入的9倍。

圖3 機器單位能耗與現場單位能耗之間的差距

單位能耗（SEC）的明確定義已被確立，它是衡量能耗的可靠基礎；

S-SEC：現場單位能耗：任何與生產現場活動有關的能源量；

P-SEC：產品單位能耗（所有產品）：生產一個特定制品所需要的總能源量；

M-SEC：機器單位能耗（塑料機械）：在材料、機械運動（螺釘、夾子、頂桿等）方面的熱輸入；

Enthalpy，焓：包括成型過程中的熔化熱（通常不受影響）。

如圖3所示，機器單位能耗與現場單位能耗之間的巨大差距是分析產品/過程單位能耗的基礎。車間總能耗是成型過程所需熱能的許多倍。

例如，如果理論上注塑或吹塑一個塑料件需耗能1kWh，那么公司實際上希望使用并支付共9kWh（2011年的歐洲平均水平，根據不同加工技術進行加權處理）。由于總能耗無法一一列舉，因此今天的公司沒有辦法確切地知道與任意特定產品相關的成本。

為了填補車間能耗與機器能耗之間的巨大差距，必須針對特定產品和過程進行數據采集和分析（產品/過程單位能耗，或稱P-SEC）。P-SEC提供了與產品單位能耗相關的極其有價值的信息，這是優化成本所必需的。這使得分析能夠集中在與過程相關的能耗上，排除了廠房設施如照明、通風和空調的耗能。

6 知道錢是怎么花的

在分析中的第一步是，確定資源是如何被使用的，以及錢花在了哪里。在這里的目標是，了解它們之間的相互關系，并確定浪費源自哪里。只有這樣，才能采取有效的措施，使流程變得更加高效而經濟。主要有兩種方法：

6.1 方案1：選擇性的方法

進行一次性分析以獲取當前情況的簡單印象。首先通過顯示的能量流確定改善能效的機會，然后根據該分析制定措施表，最后在采取了這些措施之后對結果進行評估。這種方法是提高效率很好的第一步，而且它還引申出了與提高節能意識相關的議題。然而，它卻并不涉及任何發起并維持持續改進的工具。

6.2 方案2：連續性的方法

從生產設備開始對整個生產環境進行評估，包括生產系統訪問過的主要功能。為了使能量流變得更透明，會安裝傳感器以便測量溫度、壓力和流量，并記錄開關時間。詳細了解各成本及它們之間的相互關系可以助力過程的不斷優化和改善。

7 成功的監控解決方案

成功的監控解決方案必須包括：

? 包含籌備規劃在內的生產環境專業結構分析；

? 易于安裝和使用的可擴展系統方案；

? 適用于定制化數據評估的可配置軟件工具。

8 通過能源管理成功提高效率

塑料行業中的節能潛力相當高。凡是能夠成功利用這種潛力的公司，都能獲得一個持續發展的經濟優勢。要做到這一點的關鍵是將生產系統作為一個整體加以分析。對能量流以及其它資源的持續監控為實現更有效的管理提供了所需要的透明度。

ISO 50001標準的推出有可能迫使一些公司最終面臨能源管理問題。然而，由于這涉及到巨大的經濟潛力，因此公司必定會采取更積極主動的措施，以領導者的姿態去享受這些競爭優勢。