節(jié)能降耗技改項(xiàng)目的常用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是投資回收期，即實(shí)施項(xiàng)目的投入資金除以預(yù)期節(jié)能的年化收益。通過六西格瑪對冷水機(jī)組運(yùn)用VSD變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法已十分成熟，并獲得較廣泛的推廣應(yīng)用。
一、變頻簡介
變頻與定頻相比，變頻控制節(jié)能的空間主要取決于機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行的分布及其運(yùn)行時間的長短，準(zhǔn)確獲取機(jī)組運(yùn)行負(fù)載率數(shù)據(jù)是測算變頻節(jié)能技改項(xiàng)目節(jié)電量及投資回收期的關(guān)鍵。全面收集運(yùn)行負(fù)載率的年化生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，借助運(yùn)算工具對冷量負(fù)荷進(jìn)行日化精確統(tǒng)計(jì)，將電耗測評分月進(jìn)行，納入枯水期、豐水期電價差異因素，準(zhǔn)確測算電耗、電費(fèi)，可大大提高投資回收期測算的準(zhǔn)確性，為節(jié)能改造項(xiàng)目的優(yōu)選與實(shí)施排序提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。
二、冷水機(jī)組并網(wǎng)改造后續(xù)改進(jìn)需求與優(yōu)化方案選擇
1、并網(wǎng)改造后續(xù)改進(jìn)需求
成功實(shí)施并網(wǎng)改造后，冷凍水系統(tǒng)如圖1所示。運(yùn)行狀態(tài)為：熱季(6月～9月)3#／4#機(jī)組并行，冷季(11月～次年4月)3#或4#機(jī)組單機(jī)運(yùn)行；過渡季(5月～10月)，視天氣條件，3#／4#機(jī)并行或單行，1#／2#機(jī)組冷季停用，熱季備用。
圖1 冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行流程圖
在獲得顯著節(jié)電成效的同時，系統(tǒng)還存在以下改進(jìn)需求:
①熱季雙機(jī)并行期間，3#,4#機(jī)組任一發(fā)生故障，需重返改造前Ⅰ、Ⅱ期并行方式，才能滿足供冷需求，電耗將重返高位。
②1#、2#機(jī)組已連續(xù)運(yùn)行了15a，進(jìn)入故障高發(fā)期，維護(hù)費(fèi)用高，所用冷媒R22將于2015年全面禁用，機(jī)組的更新?lián)Q代已進(jìn)如議事日程。
③冷水機(jī)組尚未應(yīng)用VSD變頻控制節(jié)能技術(shù)。為此，按預(yù)防性控制管理要求，該公司成立了冷水機(jī)組節(jié)能優(yōu)化論證項(xiàng)目組，應(yīng)用精益六西格瑪方法，在固化并網(wǎng)節(jié)電改造項(xiàng)目成果的同時，進(jìn)一步識別論證優(yōu)化方案，繼續(xù)挖掘節(jié)電空間。
2、優(yōu)化改進(jìn)方案選擇
對離心式冷水機(jī)組實(shí)施VSD變頻技術(shù)改造可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，但針對昆明特殊的氣候條件和企業(yè)特定的運(yùn)行模式(如冷水機(jī)的冷卻水與生產(chǎn)主工藝?yán)鋮s水共用等)，尤其是實(shí)施了并網(wǎng)改造，運(yùn)行設(shè)備減半后，“節(jié)能空間”成為項(xiàng)目組優(yōu)化方案論證的核心。
對現(xiàn)有二期的1臺機(jī)組實(shí)施VSD改造是已經(jīng)獲批的2011年度技改項(xiàng)目，但還不能解決啟用備用模式的電耗損失問題，也不能解決R22禁用問題。如果調(diào)整為新增1臺帶VSD控制機(jī)組，可報(bào)廢一期設(shè)備，停用R22冷媒，還可進(jìn)一步節(jié)電。項(xiàng)目組經(jīng)過分析，得到如下結(jié)論:
①新增1臺帶VSD機(jī)組，是長久穩(wěn)固可靠的節(jié)能優(yōu)化方案。
②摸清并網(wǎng)后機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)載率水平，是評價應(yīng)用VSD變頻控制技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵。
③落實(shí)系統(tǒng)冷量負(fù)荷需求的均值水平與最大值，是確定新增機(jī)組容量選型的關(guān)鍵。
④對投資回收期進(jìn)行測算，是對多種備選方案進(jìn)行優(yōu)選的關(guān)鍵。
三、數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)計(jì)算
1、機(jī)組運(yùn)行負(fù)載率統(tǒng)計(jì)、計(jì)算
受工作量和計(jì)算手段的限制，通常的計(jì)算都是抽取一定量的代表性數(shù)據(jù)，運(yùn)用常規(guī)測算方法，進(jìn)行較粗略的估算，達(dá)不到所需的經(jīng)濟(jì)測算精度，尤其昆明的氣候四季不分明，早晚溫差大，空調(diào)運(yùn)行工況特殊，與國家(公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)工況差距較大。項(xiàng)目組從生產(chǎn)管控系統(tǒng)中收集了2010年5月并網(wǎng)改造后連續(xù)8個月，245d,每天24組，共計(jì)5880組運(yùn)行負(fù)載率數(shù)據(jù)，應(yīng)用Minitab“基本統(tǒng)計(jì)量”中的“存儲描述性統(tǒng)計(jì)”功能，計(jì)算獲得單日運(yùn)行負(fù)載率均值。運(yùn)用“控制圖”中的“單值I-MR圖”功能，分別繪制3#、4#‘機(jī)組運(yùn)行負(fù)載率分季節(jié)(過渡季、熱季、冷季)的I-MR控制圖，獲取負(fù)載率均值與極值的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得到如下結(jié)論:
①3#機(jī)熱季平均負(fù)載率53%；冷季平均負(fù)載率48%。
②4#機(jī)熱季平均負(fù)載率62%；冷季平均負(fù)載率11%(2010年冷季主要運(yùn)行3#機(jī)，4#機(jī)只運(yùn)行了9d)。
③單機(jī)運(yùn)行的最大負(fù)載率均出現(xiàn)在過渡季單機(jī)運(yùn)行時。3#機(jī)最大運(yùn)行負(fù)載率90%(2010/10/23),4#機(jī)最大運(yùn)行負(fù)載率88%(2010/10/11)。
2、系統(tǒng)供冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算
系統(tǒng)供冷負(fù)荷量是計(jì)算系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行電耗的依據(jù)。項(xiàng)目組經(jīng)過討論，選擇了通過日均負(fù)載率計(jì)算獲得日均供冷負(fù)荷冷噸量TR的公式，即:系統(tǒng)供冷負(fù)荷=3#機(jī)負(fù)載率×機(jī)組額定冷噸+4#機(jī)負(fù)載率×機(jī)組額定冷噸。
應(yīng)用Minttab的“計(jì)算器”功能，計(jì)算獲得每天的冷量負(fù)荷需求，運(yùn)用“控制圖”中的“單值I-MR圖”功能，獲得系統(tǒng)分季節(jié)的供冷量負(fù)荷平均水平與最大值。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論:
①冷季平均負(fù)荷量298冷噸；熱季平均負(fù)荷量577冷噸；過渡季平均負(fù)荷量417冷噸；單日最高負(fù)荷量649冷噸(2010/7/22)。
②1臺700冷噸機(jī)組單機(jī)運(yùn)行可滿足熱季最大供冷量需求。
3、投資回收期計(jì)算
新增1臺700冷噸帶VSD機(jī)組，全年單機(jī)運(yùn)行方案；與新增1臺500冷噸帶VSD機(jī)組，熱季雙機(jī)運(yùn)行，過渡季和冷季優(yōu)先運(yùn)行VSD機(jī)組方案，2個方案的篩選可通過投資回收期的計(jì)算進(jìn)行對比論證。投資回收期的計(jì)算公式，即:投資回收期(年)=項(xiàng)目投入費(fèi)用/年節(jié)約電費(fèi)金額。年節(jié)約電費(fèi)的計(jì)算方案如下:
①應(yīng)用年化同比方案進(jìn)行計(jì)算。
②按月收集2010年5月-2011年4月的實(shí)際電耗、電價和電費(fèi)作為基線。
③假定用戶端的供冷負(fù)荷不變，用本文3.2計(jì)算方法獲取全年365d的日均冷量負(fù)荷，作為測算機(jī)組電耗的供冷負(fù)荷依據(jù)。
④用月均供冷量除以新增機(jī)組的額定冷噸，獲得新增機(jī)組運(yùn)行模式的月均負(fù)載率(其中，新增1臺500冷噸方案在熱季雙機(jī)并行時，假定供冷負(fù)荷為均分方式)。
⑤查閱供貨商產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊提供的能效比參數(shù)表，獲得特定負(fù)載率水平對應(yīng)的能效比。
⑥冷水機(jī)月均功耗=機(jī)組額定冷噸×月均負(fù)載率所對應(yīng)的能效比×修正系數(shù)。
⑦冷水機(jī)月度電耗=月均功耗×運(yùn)行天數(shù)×24小時×當(dāng)月電價。
⑧月節(jié)約電費(fèi)=當(dāng)月運(yùn)行電費(fèi)基線-新增設(shè)備運(yùn)行方式的計(jì)算電耗×當(dāng)月對應(yīng)電價。
修正系數(shù)用于修正實(shí)際運(yùn)行工況與標(biāo)準(zhǔn)工況的能效差異。假設(shè)冷卻水溫每降1℃和冷凍水溫每升1℃，節(jié)能率均為3%，則修正系數(shù)=0.97,冷凍水實(shí)際運(yùn)行溫度與標(biāo)準(zhǔn)工況的差值之和。
以該企業(yè)在用的約克機(jī)為例，能效比是在標(biāo)準(zhǔn)工況下確定的，即冷卻水進(jìn)水溫度32℃，回水37℃；冷凍水出水溫度7℃，回水溫度12℃。企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為冷卻水進(jìn)水溫度27℃，回水32℃；冷凍水出水溫度9℃，回水溫度14℃。與標(biāo)準(zhǔn)工況相比，冷卻水有5℃溫差，冷凍水有2℃溫差，共進(jìn)行7℃的實(shí)際工況能效修正，修正系數(shù)=0.977=0.81。
計(jì)算結(jié)果得知，新增1臺500冷噸變頻機(jī)組可節(jié)約電費(fèi)24.6萬元/a，新增1臺700冷噸機(jī)組可節(jié)約電費(fèi)33.3萬元/a。用供貨商提供的技改報(bào)價進(jìn)行計(jì)算，500冷噸的投資回收期4.1a,700冷噸的投資回收期為3.3a。
四、方案選擇
1、備選方案綜合評價
由生產(chǎn)人員和設(shè)備維護(hù)人員組成的評價小組，共同對備選方案的重要評價參數(shù)進(jìn)行評分，如表2所示。綜合評分顯示，700TR機(jī)組得分最高，最具優(yōu)勢。
2、方案利弊比較
方案比較分析如表3所示，得到如下結(jié)論:新增1臺700TR帶VSD機(jī)組雖然一次性投入資金量最大，但投資回收期短，綜合效益好。
表2 方案比較分析
3、新增1臺700TR帶VSD冷凍機(jī)組的未來運(yùn)行
報(bào)廢1#、2#機(jī)組，日常只運(yùn)行700TR機(jī)組，需要維修時，運(yùn)行并網(wǎng)節(jié)電改造后雙機(jī)并行模式。
五、論證結(jié)果
1、政府節(jié)能減排的號召，同時面對原材料、人工不斷漲價的經(jīng)營壓力，通過內(nèi)部挖潛改造，節(jié)能降耗，是企業(yè)增強(qiáng)競爭力的不二選擇。在投入資金實(shí)施節(jié)能優(yōu)化項(xiàng)目前，應(yīng)用精益六西格瑪方法，對方案進(jìn)行系統(tǒng)論證，對工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，對投資回收期進(jìn)行精確的測算，是對節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)先實(shí)施排序和保障項(xiàng)目成效的有效手段。
2、該企業(yè)借鑒和發(fā)展了來自美國合資方的適用于連續(xù)化流程的精益六西格瑪方法，對節(jié)能降耗資本金項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)化的前期論證，極大地提高了，資本金投入成效。截至2011年，與2007年相比，企業(yè)的噸標(biāo)煤綜合能耗累計(jì)遞減37．6％，節(jié)能降耗優(yōu)化機(jī)會的挖掘論證與實(shí)施還在深入進(jìn)行中。
