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白皮书 | 生产中的智能能源管理:如何提高竞争力和改善持续性(上)

来源: 博世中国 发布时间:2021-06-18 1075
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电力消耗不再被视为一个随生产量刚性增长的成本因素,而是一个可以用方法论和智能工业4.0解决方案灵活控制和影响的变量。

生产的数字化程度越高,工艺和成本优化的潜力就越大。与此同时,有关气候友好和可持续生产的需求不断增多。能源转型和更大波动幅度的能源价格态势,促使生产企业更加注重能源管理,在某些情况下,各企业甚至需要从根本上对能源管理进行重新思考。电力消耗不再被视为一个随生产量刚性增长的成本因素,而是一个可以用方法论和智能工业4.0解决方案灵活控制和影响的变量。

在经济和环境方面,博世为自己设定了生产效率方面的远大目标。事实上,整个公司包括其在全球的400多个分支机构在2020年已实现了碳中和。能源管理是实现气候中和生产的一个决定性工具。到2030年,博世计划继续提高全球各分支机构的能源效率,以节省1.7太瓦时(TWh)的能源。而实现这一目标,仅凭有选择性地采取措施是不够的。

因此,博世开发了能源效率工具箱(Energy Efficiency Toolbox),作为其可持续发展战略的一部分。该工具箱将揭示所有影响生产的潜在领域,可谓是能源管理的百宝箱。

但是,从哪里开始?以及最重要的,如何开始智能能源管理?本白皮书描述了在持续进行的生产中的完整实施过程:从奠定有效的决策基础到确定用例,再到项目的成功启动。

只要遵循三个最重要的原则

确保透明度
系统化地推进
持续改善

就有可能在没有投入巨额资金的情况下,可持续地调整生产结构和优化资源使用。比如,可以通过调整工作流程、优化参数和快速、低成本地部署智能自动化。

公司的可持续发展战略至关重要:它是每项措施的起搏器和指南针,所有这些措施会形成一个效率网络,利用协同作用来发掘更大潜力。而公司的长期目标是将具体生产的能源管理与其他创新措施联系起来,甚至跨越工厂和公司的界限。


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图1:博世的可持续发展战略包括可持续发展的六个维度,每个维度都包含了两个关键方面和明确目标。


 博世可持续发展战略
博世坚信,只有在社会和生态平衡的世界中才能取得长期的经济成功。因此,我们必须在生产层面上确保经济成功和为今世后代保护自然基础。

目标愿景“新维度——可持续发展2025”(New Dimensions – Sustainability 2025)在以过往成功为基础的同时,放眼未来社会挑战,确立了清晰的可持续发展目标。此愿景的重点是可持续发展的六个维度,每个维度包含两个基本方面和明确的中期目标,并通过这些内容对每个维度进行具体说明和持续改进。

可持续发展的气候和能源维度
气候和能源及其各自的目标是密不可分的。
博世是第一家在2020年实现气候保护宏伟目标的全球工业企业:在直接和间接排放均通过能源采购实现碳中和。这意味着,博世的400多个分支机构不会再留下碳足迹。


为实现这一目标,博世采取了各种措施。重点在于对各工厂的能源效率进行投资。要实现到2030年节约1.7太瓦时(TWh)能源的目标,需对创新措施进行高额投资。而其中许多措施与生产有关。博世也在增加其能源供应中可再生能源的比重。这种“新清洁能源”(New Clean Power)方式包括从新工厂购买绿色电力的长期供应合同。同时,公司还将继续在其分支机构推广自身的可再生能源发电。短期内,博世还从现有的发电厂购买带有来源认证的绿色电力,并完全补偿不可避免的二氧化碳排放。在未来几年里,博世打算进一步提高这些措施的落实质量。

在能源价格变动方面领先一步

除了气候保护之外,工艺的成本效益在生产中发挥着决定性的作用。
从能源管理的短期来看
采取节能措施可以降低成本,进而提高竞争力。
从能源管理的长期来看
较低的能源需求也降低了未来能源价格变动导致的的风险。

根据对主要能源载体(天然气和电力)价格变动的预测,价格呈上升趋势,且波动更大。优化能耗可以提高公司对这些影响的适应力。

数字化在此发挥了重要作用。虽然每个新硬件和软件最初都会消耗能源,但最为重要的是它们为提高效率的措施奠定了必要基础。有投入才能有回报,对“能量流”来说也是如此。如要有效了解当前能耗和可能的优化潜力,需要确保所有工艺的数字透明度。随着优化取得进展,透明度得到进一步扩大,优化潜力也会得到进一步发掘。

推迟这些措施的实施会带来负面后果,因为据当前预测,天然气价格会大幅上涨;更不用说缺少认证导致的二氧化碳排放附加税的额外负担。电力方面的情况并没有太大区别。电力分配和电力网络成本持续上升,且相关附加成本的比重也在增加。

可再生能源的扩张需要进一步扩展网络,进而占用网络成本。而这反过来会导致附加成本在未来几年进一步上升。由于附加成本是根据能耗峰值来收取的,因此,恰恰与普遍观念相反,这些附加成本必定会受到使用智能能源管理的行业的影响。


价格单位:欧分/千瓦时

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图2:1998年至2021年德国工业企业年度能源价格(包含电力消费税)变动情况(单位:欧分/千瓦时)。

如果公司想要在生产上保持长期竞争力,就需要从根本上改变思路。虽然各公司通常已在新工艺中考虑了能源因素,但是旧机器和既定的工艺链仍缺乏效率。如果缺乏必要的工艺透明度,企业往往很难识别和消除“能耗大户”。此外,智能能源管理的工具通常也少有人知。虽然诸如预测性维护或质量管理等工艺优化相关的概念都是当今最前沿的,但这些概念并没有考虑到能源消耗相关的工艺优化。为此,博世利用其能源效率工具箱绘制了一张潜在措施的清晰地图。

能源效率工具箱
能源效率工具箱汇集了诊断方法、提炼出的优化潜力和生产企业有效提高能源效率的有利措施。
它包含了博世各工厂1200个项目的经验,这些经验如今可用于进一步优化博世和客户各分支机构的能源效率。
能源效率工具箱的重点在于提高生产中实际能源使用的效率,即注重实际的实用主题,如生产工艺、随之而来的生产因素以及设备和机器的升级。该工具箱使得直接在最底层的制造工艺中节约能源成为可能。这些措施非常多样化,例如降低工艺温度或优化诸如照明、通风或热回收等基础设施。

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图3:能源效率工具箱汇集了诊断方法、抽象的优化潜力和提高生产中能源效率的有利措施。



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