雙碳背景下，空壓站如何更節能？

一、引言

我國2020年已經向世界鄭重宣布，中國將力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和。這是中國基于推動構建人類命運共同體的責任擔當和實現可持續發展的內在要求作出的重大戰略決策。雙碳政策已經由上而下的在全國推動，工業企業作為我國碳排放主體，實行節能是勢在必行。

壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，80%以上的工業企業都建有空壓站，空壓機生產的壓縮氣體為工業生產提供了不可缺少的空氣動力，廣泛應用于醫藥、食品、機械、電子、塑膠、紡織、發電、建材等行業?？諌簷C目前已經成為重要的工業設備。

空壓機作為制造業的重點工業設備和重大耗能設備，我們需要思考在能耗雙控的政策下，空壓站該如何更節能？

二、空壓機能耗

根據相關報告估算，我國空壓機的耗電量約占全國工業耗電量的9%~15%，在大多數生產型企業中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的15%～45%。

空壓機的全生命周期成本費用中最大的一塊是電能的消耗，它占到總成本的77%，其次是維護費用，占到總成本的18%，而設備投資只占到總成本的5%。

從上面兩組數據，可見空壓機的電耗是十分驚人的?？諌赫竟澞苁枪I節能中十分重要的點。

三、打造高效空壓站的方法

標準文件《CGMA033001-2018壓縮空氣站能效分級指南》里面規定了工業壓縮空氣站設備和系統要求、運行要求、能效分級、監測方法及綜合評價。高效空壓機房強調的是整個空壓機系統的運行能效，而不只是空壓機單臺設備的能效，包括了供氣側、輸送管路系統和用氣側組成的系統。

筆者總結空壓站節能可以分以下幾個方面：

1、節能空壓機。一級能效空壓機比二級和三級的同類產品分別節能15%和30%左右。因此在條件允許的情況下應該優先考慮選用能效高的空壓機，并淘汰能效低的空壓機。

2、空壓站設計。根據企業用氣實際需求進行合理的空壓站設計，包括空壓機的配置與選型、后處理設備選擇、管道設計、用氣側的高低壓需求匹配等。整個站房合理的設計能夠帶來很大的節能效果。筆者從業過程中，看到了需要設計不合理的空壓站，比如高低壓管路混用、空壓站全配置變頻空壓機、甚至有些站房連氣罐都沒有使用等等。

3、空壓站管理?？諌赫镜墓芾砣藛T需要根據車間用氣規律，與用氣側達成高效的配合方式，合理的管理空壓站，科學維修保養，定期監測是否漏氣；用氣側合理利用壓縮氣體，假如末端有氣槍時，不用時及時關閉氣槍，不亂用氣。

4、變頻改造。工頻改變頻是電機的一個常規節能方式，空壓機變頻改造需求在五年前比較多，隨著現在空壓機技術的提升，永磁變頻空壓機已經是新購空壓機的首選。

5、空壓機智控節能系統。通過自動化數字化技術，將空壓站內設備和儀表進行集中控制管理，實現自動化運行，無人值守，窄帶恒壓控制空壓站供氣側，實現節能效益。

6、空壓機余熱回收節能系統。余熱回收系統是一種高效廢熱利用、零成本運行的節能系統。用定制的換熱設備代替空壓機原有的冷卻系統，將高溫的空壓機油熱能置換成熱水用于生產或生活熱水，不僅低碳、環保，同時降低工廠的能耗。

以上六個方面涵蓋了建立高效空壓站的大部分內容，筆者這兩年配合了很多新站房做集控系統和余熱系統，在規劃初期就把節能的多方面措施同時實施，一起驗收交付。這也說明了現在新建設規劃的空壓站設計越來越科學，越來越節能。

對于大部分工業企業，空壓站已經建設好了，空壓站里面的空壓機、干燥機、管道等設施不好改動，空壓站精益管理是持續進行的，那么智能控制系統和余熱回收系統就是大部分空壓站節能改造的首選。

四、空壓機智控節能系統

我國大部分工業企業的空壓機系統智能化程度總體比較低，缺少對空壓機智能化控制及節能方式進行深入研究；空壓機的頻繁加卸載，傳統的控制系統無法實現設備節能及安全的最大化，更沒有精細化的安全節能管理系統，無法做到設備健康狀況實時顯示和評估；空壓機系統存在的泄漏、運行不當、比功率升高等問題無法及時發現，易造成設備損壞及長期高能耗運行，運行費用及維護費用比較高。

空壓機智控節能系統是利用先進的物聯網技術和大數據分析技術對工業企業空壓機站房進行智能化集中聯控的一套軟硬件集成系統，幫助工業企業建立一套具有實時監控、自動運行、精細管理、能效分析、節能降本、故障趨勢、實時報警、健康評估、智能分析、模擬畫面、手機查看、大屏展示等功能的空壓站智能系統。

空壓機智控節能系統通過現場智控柜有線連接空壓站房的空壓機、干燥機、各種儀器儀表等，對需要監控的數據全部進行實時采集，一目了然的呈現整個空壓站的運行狀態。 

在某汽車企業空壓站現場的智控柜

采用節能優化模型、多參數多約束條件控制算法技術、窄帶恒壓技術深度融合，系統根據實時用氣量，自動匹配對應滿足供氣要求的設備運行，實現次序控制、均衡使用、安全穩定、無人值守全自動化管理。

智控系統的系統功能

基于人工智能及大數據技術，為空壓站系統提供完全自主化的智能決策支持，幫助管理人員更方便的管理空壓站，更節能的滿足車間用氣需求，更科學的進行設備管理維護。

通過物聯的技術，將空壓站的數據通過手機（移動端）、電腦（Web端）、大屏（智慧展示端）呈現出來，實現空壓站的完全智能化遠程監管。

動力設備智控控制系統拓撲圖

空壓站監控管理界面圖

在某國企監控室的空壓機遠程管理系統

單純依靠人的管理已難以實現合理操作和及時管控，同時也很難全方位的能耗監控和設備運行監控?？諌簷C智能聯控系統能夠幫助管理人員實時的監控整個空壓站的運行狀態，通過智能空壓站AI運行模型、多參數多約束條件控制算法技術、窄帶恒壓技術讓空壓站整站以最佳的運行狀態為車間生產提供動力，讓管理者更方便的管理空壓站，更節能的滿足車間用氣需求，更科學的進行設備管理維護。

還可根據不同的企業需求，可以增加智能電表、流量計、電機振動傳感器等儀器儀表，讓系統的數據更全面，管理更先進。

空壓機智控系統能夠提高能源利用效率、有效促進和保障能效管理水平的提升，并在系統節能方面發揮重要作用。

智控系統的節能率根據每個空壓站的使用情況不同，節能率有些差異，一般而言可以達到5~35%。

五、空壓機余熱回收節能系統

空壓機余熱回收是非常高效的一種節能方式，整個系統的能耗只有循環水泵的能耗，其余基本是0能耗，真正做到低碳環保節能效果，相當于系統一次性投入，持續收益。與其他能源相比，可持續為企業節省較大的能耗，為社會環保事業貢獻極大。

空壓機運動時電能轉換為壓縮勢能，物體在壓縮時，由于分子的擠壓，會產生熱量。其電機所消耗的電能70-90%轉換為熱量。我們用定制的換熱設備代替空壓機原有的冷卻系統，將高溫的空壓機油熱能置換成熱水用于生產或生活熱水。

空壓機余熱回收原理圖

通常1臺200KW空壓機滿載運行，1小時排放熱量17萬Kcal，24小時排放熱量408萬Kcal，可以加熱60℃熱水（溫升50℃）58噸，可供1450人洗澡（40升/人）。這個是噴油螺桿機的回收原理和節能效率，無油螺桿機和離心機的余熱回收需求也是日益增加，它們的改造與噴油螺桿機不同，下次再做介紹。

余熱回收系統的價值

在空壓機智控節能系統中，同樣使用自動化技術和數字化技術，讓全系統能夠自動運行，并遠程移動端監控。自動控制功能有：進油壓力監看、出油壓力監看；進油溫度探測、出油溫度探測、出油溫度恒油溫控制；供水水泵控制運行；調節閥自動控制；手動啟動停止功能，隨空壓機啟動停止功能；使用-備用互為切換功能。

為某制造企業改造余熱回收的現場圖片

手機移動端實時監控畫面

智慧大屏實時監控畫面

余熱回收產生的熱水，可以用于企業員工洗浴、供暖、工業用水、鍋爐補水等，為企業產生的經濟價值巨大，投資回本期在一年左右，對應減少的碳排放量效益可觀。

余熱回收系統運行成本優勢

六、結語

空壓站是工業企業的用電大戶，是名副其實的“電老虎”，在面對日益嚴峻的用能限制時，在企業實行碳中和路線時，實施智能制造時，空壓站可以列為重點對象，不僅在空壓站設計建造時要注意空壓站能效等級，而且在日常管理中多嘗試新的節能技術去輔助管理和達到更高效的節能效果。