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空压机系统节能形势与收益

  一、国家政策/双碳目标

  1.世界层面

  随着世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭,对能源供应商、工业企业及消费者都提出了新的挑战,尽可能以高效和可持续的方式使用能源已成为当务之急。

  2.国家层面

  国家发展改革委印发《污染治理和节能减碳中央预算内投资专项管理办法》的通知(发改环资规〔2021〕655号),指出安排标准节能减碳项目按不超过项目总投资的 15%控制。中央和国家机关有关项目原则上全额补助。

  发展改革委 环境保护部 能源局印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》(发改能源〔2014〕2093号)通知;为落实《中华人民共和国节约能源法》和《工业节能管理办法》,持续推进工业绿色高质量发展,助力碳达峰碳中和目标的实现,工信部下达2021年国家工业专项节能监察任务的通知 (工信部节函〔2021〕80号);国家发展改革委《关于“十四五”时期深化价格机制改革行动方案》(发改价格〔2021〕689号)的通知;国家发展改革委办公厅《关于进一步加强节能监察工作》(发改办环资〔2021〕422号)的通知。

  近期,各地 “十四五”规划和二〇三五年远景目标建议或者征求意见稿相继公布,多地明确表示要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定2030年前碳排放达峰行动方案,优化产业结构和能源结构,推动煤炭清洁高效利用,大力发展新能源。

  3.地方层面

  河南省:《关于实施重点用能单位节能降碳改造三年行动计划的通知》(豫发改环资〔2021〕696号),制发日期:2021年8月26;其他省份陆续跟进……

  二、双碳目标(3060)

  目前,全球已有多个国家和地区提出了碳中和(碳净零排放)目标。其中,欧盟27国、英国、加拿大、智利、南非、新西兰以及日本、韩国等,提出要在2050年实现碳中和。在七十五届联合国大会上,习总书记提出:力争碳排放2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。如上图:

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  发改委发出最强音

  节能是实现碳达峰碳中和目标的关键支撑;节能是推动产业结构调整优化的重要举措;节能是缓解能源供需矛盾的必然选择;节能是培育高质量发展新动能的重要源泉。

  扎实推动“十四五”节能降碳重点工作:将节能贯穿于经济社会发展的各方面和全过程,大力推动结构节能、技术节能、管理节能,加快生产生活方式绿色低碳转型,助力碳达峰、碳中和目标如期实现。统筹做好“十四五”节能降碳总体设计。大力推动重点领域节能降碳。工业领域,深入推进煤电、钢铁、有色、建材、石化、化工等行业节能降碳工艺革新,全面建设绿色制造体系。加快先进节能技术和产品设备研发推广。加强节能降碳科技攻关和示范应用,布局一批节能降碳前沿技术研究。加快推广先进高效节能产品设备,淘汰落后低效设备。严格节能目标责任,健全节能法规标准,完善节能经济政策。

  市场潜在机遇

  工信部节函〔2021〕80号《通知》要求对照2020年重点工业行业综合督查检查中发现的问题和整改要求,进一步强化主体责任,完善工业节能监察体系,严格节能监察执法。按照专项监察工作手册,认真组织开展现场监察。

  专项监察活动彰显了国家对提升工业能效和绿色发展水平的决心。空压机作为制造业的通用设备,在企业整体用电中,占据非常大的能源费用占比。在节能督察中,依据相关国家强制性能效标准,对变压器、电机、风机、空压机、泵等重点用能产品设备用户企业实施能效提升专项监察,核查设备台账,会同有关部门依法督促企业淘汰达不到强制性能效标准限定值的低效产品。

  2016年以来,全国近2万人的节能监察队伍全面动员,累计监察高耗能企业已超过2万家,完成19个行业节能监察全覆盖,包括冶金行业中的钢铁、铁合金,有色金属行业中的铜、铝、铅、锌、镁、多晶硅等,建材行业中的水泥、平板玻璃、陶瓷,石化化工行业中的乙烯、合成氨、尿素、电石、焦化、烧碱、磷化工,以及造纸行业等。

  三、空压机节能现状

  1.空压机节能潜力

  空压机俗称电老虎,是每个企业耗电最大的设备之一,节能潜力巨大,经济效益可观。对空压机进行节能改造具有非常的意义,对企业而言,可降低巨大的运营成本,提高生产效率;对社会而言,可节约大量的煤炭资源,减少碳排量,保护生态环境,为节能减排做贡献。

  在我国,空压机每年用电量约占社会总发电量的10.2%,以2020年发电量计算:74170×10.2%=7565亿千瓦时(度)。

  近两年全国发电量前后数据对比:

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  如通过采用一级能效等级空压机、压缩空气系统节能审计与改造、余热余压利用、合同能源管理等方式,将空压机的能源利用效率提升15%-25%,那么每年将节省1135亿-1890亿度电。

  2.螺杆压缩机历史回顾

  螺杆压缩机自引入国内,经历了市场引入期→市场培育期→市场成长期→市场成熟期,在整个过程中行业的发展经历是:外资品牌的天下→一些先知先觉的中国企业开始进口机头自己组装→国内整机企业快速增长期→一些企业开始转向主机的研制→压缩机行业已经进入到价格竞争白热化的阶段。

  1998年左右,国外螺杆机品牌在产品市场引入和培育阶段率先进入市场,以其较高的品牌认知度、受众度、美誉度和较大的企业规模整体领先国内企业,实现了从整机到主机整体的垄断,国内螺杆压缩机市场占有率主要集中在阿特拉斯·科普柯、英格索兰、寿力、台湾复盛少数公司手中。主要取决于这些公司的技术先导性,此时国内企业的螺杆压缩机企业处于起步和摸索阶段,对国外企业形成不了任何威胁。

  2002年左右,随着一些先知先觉的中国企业开始进口机头自己组装。早期进入螺杆机市场的中国企业由于螺杆机处于市场成长期,这些企业在竞争不激烈的市场中获得了充分成长的空间。这些企业一时间在国内实现了资本的原始积累和企业规模的快速扩张,实现了压缩机行业的第一轮“淘金”期。

  2008年左右,一些有先见的企业抓住主机国产化进程的脚步,迅速切入、找准方向实现了企业的快速发展,实现了压缩机行业的第二轮“淘金”期。螺杆压缩机发展现状随着行业进入者的增多,竞争加剧、利润下降,一些企业产品链不断扩展,寻求新的利润增长点。在中国螺杆机的发展中我们会发现这样一个现象:代理做大了,自己建厂做自己的品牌;整机做大了,自己生产主机。

  发展到现在,大部分的市场份额掌握在外资和国内一线品牌手中,技术、规模、市场占有率绝对领先。现阶段压缩机行业主要特点体现如下:

  (1)品牌度不集中;

  (2)同质化严重;

  (3)产品成本控制差异较大;

  (4)智能化程度低;

  (5)稳定性、可靠性较差;

  (6)能耗水平普遍在3级能效;

  四、益鑫数智节能

  益鑫能源初创于2014年,隶属鑫磊压缩机股份有限公司(1996),是以空气压缩系统、整体节能改造、能源投资、机械设备成套等业务为主导,集投资、工程、服务、制造、贸易为一体的集团化企业。总部位于上海,并在湖北、包头、苏州、重庆、广西、山西等地设有服务中心,汇集了业内100多位优秀人才。

  益鑫始终秉承“节能增效、创新共赢”的理念,坚持把“低碳、节能、科技、人文”的新技术、新产品带给客户,“我投资、你节能、共受益”助力企业提高能源利用效率,降低营运成本。公司的战略定位是成为客户的能效专家、能源管家及绿色能源的合作伙伴。

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  获得的主要荣誉包括:

  ·全系列压缩机产品获得国家1级能效认证;

  ·产品入选《国家重点节能低碳技术推广目录》;

  ·中石化感谢信;

  ·连续获得多家央企持续合作;

  ·产品投放市场无故障运行>40000/h。

  ·服务知名客户群体众多:

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  1.压缩机技术优势

  永磁变频双级压缩一体式螺杆空压机是一种高度集成、高效节能的螺杆空压机。其主要结构是双级压缩主机的每一级主机都设计了阳螺杆伸出轴,永磁同步变频电机直接安装于阳螺杆伸出轴上,电机无轴承,不需要增速箱及联轴器,由电机直接驱动,实现功率传递零损耗。该类空压机采用一体化设计,其双级压缩主机、双永磁同步电机、双变频器、控制器等均采用一体设计和集成。其节能原因包含以下六个方面:

  A.双级压缩各级压比低、内泄漏小、提高了容积效率;

  B.巧妙的级间冷却设计使第二级压缩过程接近等温压缩,提高了能效;

  C.传动方式变成了一体式,不需要中间过渡,实现零损耗;

  D.集成了高效永磁同步电机提高了能源利用效率;

  E.自由调整一级和二级的转速比,实现节能压比最佳调节,提高能效;

  F.双变频智能精准控制。

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  具体价值体现:

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  最大亮点是自动适应不同客户使用工况,达到自动调整排气量,降低能耗,达到静态+动态=可持续节能。

  2.智能优势

  (1)智能化设计。目前生产车间存在的问题和痛点是:a.人工巡检、调机效率低;b.设备故障找不到原因,维修耗时久,成本高;c.保养不及时,影响设备使用寿命;d.产线用气需求变化,供需不匹配,设备频繁加载卸载,浪费能源;e.后处理设备缺乏管理,导致空气质量不稳定;所以系统中智能化设计非常重要。

  智能化设计的网络架构包括:a.应用层,电脑终端和手机终端的显示;b.平台层,包括云基础设施、数据通讯、数据统计、数据储存、边缘计算;c.边缘层,包括了LoRa基站、4G/5G路由器、HMI等组成的边缘服务器;d.设备采集层,各个设备的LoRa节点,包括空压机、干燥机、余热回收设备、仪器仪表等。

  (2)智能化控制:a.全类型设备监控,空压机、后处理、附属设备、仪器仪表、阀门等;b.保压控制,保证末端用气及控制频次的基础上实现最大化节能;c.智控计划,云端远程智控边缘服务器、按日期设定启停、按时间区间设定启停;d.云+边混合控制。

  (3)整体化节能设计:a.大数据可视化技术。一站式监测空压机、干燥机、水泵、风机、余热回收机等,以可视化的方式呈现在移动应用端、PC端,并可进行参数设置、远程启停等控制;b.窄带恒压技术。变层叠式压力带为单压力带,以母管压力、流量作调控依据,充分利用设备效能,调整运行设备数量,将设备的加载率提高至90%以上;c.多约束、多参数控制算法采用多参数协同调节的算法模型,多点捕捉工况变化,快速反应,准确执行,结合工况及能耗情况,参数自主调优,持续优化能效;d.边缘计算技术。基于设备及传感器数据,在MGEE引擎(Mogulinker Edge Engine) 的支持下,应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,集中智能控制设备运行。

  3.经济效益和社会效益

  据谢克昌院士介绍,我国单位GDP能耗是世界平均水平的1.4-1.5倍。“若能达到世界平均,每年可少用13亿吨标准煤、减排34亿吨二氧化碳,约占2020年碳排放总量的1/3。因此,相比拓展二氧化碳资源化利用途径,节能提效才是实现碳达峰、碳中和的第一优选 。”

  按照2020年全国发电量约7.42万亿千瓦时,空压机系统节能改造空间25%,全国空压机每年节能量1891亿千瓦时计算,相当于两个三峡电站总量。工业的度电成本按照0.65元计算,每年节约的电费将高达1230亿元。

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  空压机节能改造项目顺利实施推广,不仅能产生巨大的社会效益,同时也可为企业和客户带来非常丰厚的经济效益。

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