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論壓縮空氣可持續發展的道路

  一、壓縮空氣可持續發展嗎?

  【壓縮機網】評價任何事物可持續發展的3個條件:

  1.能夠被使用而不會被完全用完或者毀壞;

  2.涉及不完全耗盡或破壞自然資源的方法;

  3.能夠持續或者延續很長時間。

  首先,地球上的空氣不像天然氣那樣會越用越少,而是取之不盡,用之不竭的。 其次,壓縮空氣作為能源動力,具有綠色環保,對地球環境不會造成污染。再者,壓縮空氣是第三能源,需要消耗第一或第二能源而產生,人類對清潔使用第一或第二能源有很多辦法,如利用太陽能、風能、氫能等等,所以不必擔心壓縮空氣的動力源可否能延續。

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  在工業中,壓縮空氣通常與電力、天然氣和水被稱為四大公用資源。

  壓縮空氣具有許多節能和環境效益,是其它三項不可替代的。壓縮空氣作為一種重要的動力源,與其它能源相比,具有下列明顯的特點:

  ●清晰透明,輸送方便,沒有特殊的有害性能;

  ●沒有起火危險;

  ●不怕超負荷,能在許多不利環境下工作;

  ●空氣在地面上到處都有,取之不盡。

  由此,壓縮空氣已成了為各種應用和過程提供動力的首選能源。

  如今的企業發現,壓縮空氣是創新解決方案和應用的真正來源,壓縮空氣的能量被用于成千上萬的領域,對全球工業的生產力提升至關重要。

  壓縮空氣應用如此廣泛,以至于人類活動的吃、穿、住、行都離不開它,不管過去、現在還是將來,壓縮空氣系統設備行業是一個對所有國家的經濟都有很大貢獻的重要行業。壓縮空氣的誕生、發展就是為工業制造過程提供源源不斷的動力,其發展如圖1。

  作為工業用途,壓縮空氣目前還沒有替代它的其它方式,但是產生壓縮空氣需要消耗其它能源,其中電力是最主要的方式。

  目前我國的電力結構里,火電的占比仍然高達70%。雖然近10年以來,我國大力發展可再生能源,水電、風電、光伏等發電的占比有所提高,但是火力發電仍是我國電力的主要來源,煤炭是火電的主要原料,而在火力發電中接近90%使用煤炭(如圖2)。

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  國家要實現雙碳目標,需要從兩方面入手;

  一方面需調整產業結構和技術改進,從節能入手,降低產業高能耗占比,減少能源強度;另一方面,需優化能源結構,增大非化石能源比例(清潔能源)。

  在工業領域,壓縮空氣是三次能源,以電產氣為主,在發達國家或地區,其耗電量占工業用電量8~13%。

  2021年度全國工業用電量5.5億億千瓦時。壓縮空氣用電量按10%計算為5509億千瓦時,相當于5.5個三峽水電站一年的發電量。

  因此,壓縮空氣應主動順應雙碳發展,在壓縮空氣的制造、輸送和應用中,新能源利用、節能與減排,為實現碳達峰、碳中和目標尋求可持續發展之路(如圖3)。

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  壓縮空氣擁抱低碳的方式:

  ●減少一次能源的碳排放:

  一次能源有很多種,比如原煤、原油、油頁巖、天然氣,不可再生且環境污染問題嚴重?,F在移動式壓縮機已經開始使用電池作為動力源。電動式壓縮機通過節能減排減少一次能源的碳排放。

  ●提高二次能源的清潔

  如電能,而煤、天然氣等發電產生的電能并不“清潔”,而水力、風力、潮汐、地熱、核能、氫能源發電產生的電能屬于清潔能源。因此提倡利用清潔的電力能源。

  ●加大儲能和資源再利用

  削峰填谷(Peak cut)是當今電力能源最大的應用方向,蓄水、儲氣、電化儲電、蒸氣發電等等。

  未來新能源產業主要包括四大板塊:新能源車、光伏和風電、儲能產業以及電力設備使用清潔能源和更少的能源及儲能是壓縮空氣的可持續發展道路。

  二、“壓縮空氣可持續發展”對企業發展有什么好處?

  從使用的角度來看,壓縮氣體可以分為:

  1.動力服務應用:動力服務包括那些使用空氣或其它氣體產生運動或施加力,或兩者兼有的應用。例如線性制動器、氣動工具、夾緊裝置、氣動升降機和氣動輸送機等。

  2.過程服務應用:過程服務被定義為空氣或其它氣體進入過程本身的任何應用。例如燃燒、液化和將氣體混合物分離成組分、油的氫化、制冷、支持生物過程的通風以及食物脫水等。

  3.控制服務應用:控制應用是指空氣或其它氣體觸發、啟動、停止、調節或以其它方式控制機器或過程的應用??刂茟贸霈F在整個電力和過程使用中。一些穩定流程工廠實際上是完全自動化的。

  通過以上用途介紹,不管是用戶還是行業參與者,許多人認為壓縮空氣可持續發展實踐活動會限制企業短期績效,如增加設備制造或采購成本,改變現有的生產工藝,被迫學習新的知識等等。

  采用壓縮空氣可持續發展理念就是不斷追求品質和節能。在壓縮空氣使用領域,最貴的是品質氣體,它是高科技產業不斷向前的動力。最浪費是能源消耗,也是大多數企業生存發展的瓶頸。

  企業可以通過投資提高壓縮空氣品質及系統效率,規劃好減排策略,提升市場競爭力,大大提高企業的經營效率,從而可以減少運營資金預算。

  那么,2022年11月制造業PMI指數再下探,壓縮空氣系統設備行業可持續發展的春天又在哪里?

  據國家統計局2022年11月30日發布的數據顯示,11月份,制造業采購經理指數(PMI)為48.0%,比上月下降1.2個百分點,低于臨界點,制造業生產經營景氣水平較上月有所下降。(如圖4)

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  不同規模企業PMI均有回落,大、中、小型企業PMI分別為49.1%、48.1%和45.6%,比上月下降1.0、0.8和2.6個百分點,均低于臨界點。(如圖5)

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  調查結果顯示,大、中、小型企業反映資金緊張和市場需求不足的占比均有所上升,其中小型企業的占比分別為46.0%和58.8%,比上月上升0.8和1.9個百分點,小型企業生產經營壓力更大。

  那么,2022年11月PMI指數給我們帶來了哪些信息?

  制造業供需繼續走弱:

  2022年11月國內疫情形勢更為嚴峻,制造業生產、需求兩端均受到明顯影響。不過,部分必需品行業仍保持較高景氣水平。分企業規模來看,各類型企業景氣程度均明顯回落,尤其是小型企業制造業PMI降至2022年4月水平。(如圖6)

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  農副食品加工、食品及酒飲料精制茶、醫藥、電氣機械器材等行業PMI和生產經營活動預期指數繼續位于景氣區間,市場需求保持增長,企業對行業發展較為樂觀。

  新出口訂單回落,外需下行壓力加重:

  2022年11月表征外需的制造業PMI新出口訂單指數降至半年來最低值,結合外貿相關的高頻指標來看,出口表現或依然偏弱。

  PPI同比將進一步走低:

  制造業出廠價格指數PPI在-1.6%左右,預示壓縮空氣系統設備產品價格還要下探。(如圖7)

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  制造業企業市場預期大幅轉弱:

  2022年11月制造業PMI生產經營活動預期指數環比下降3.7個百分點至48.9%,為本年度2月以來首次跌至榮枯線以下,市場信心明顯轉弱。(如圖8)

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  從行業看,紡織、化學原料及化學制品、黑色金屬冶煉及壓延加工、金屬制品等行業生產經營活動預期指數均低于43.0%,企業信心不足的情況更為明顯。

  11月份,制造業PMI降至48.0%,連續兩個月低于臨界點,制造業下行壓力有所加大。壓縮空氣系統設備行業迎來了冬天,如果再不改變,只能被北風刮走。(見圖9)

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  采用可持續發展理念就是不斷減少浪費:

  在用戶端,壓縮空氣生產、輸送和應用領域,最大的成本就是浪費。(如圖10)

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  在壓縮空氣系統設備供應商來看,精益生產就是治理生產成本浪費的靈丹妙藥。不管外面有多冷,精益生產就是行業的溫室大棚,有了大棚,天天都是春天。

  另外,就是擁抱產業升級,提升產品品質,從而遠離市場經濟的海嘯。站在行業和市場食物鏈頂端,站得更高,行得更遠。(如圖11)

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  三、壓縮空氣系統如何影響碳排放?

  能源消耗是大氣碳排放的主要來源,壓縮空氣系統在其整個生命周期中都會消耗能源。

  ●能源用于制造壓縮空氣系統設備,因此采用工業4.0生產壓縮空氣系統設備的趨勢越來越明顯;

  ●能源用于壓縮空氣的生產、使用和處置。因而,任何使得壓縮空氣系統優化與節能的措施都會受到關注和實施。

  ●壓縮空氣系統設備在生命周期內會逐步增加消耗能量,如何防范和減少生命周期內的能源消耗,是每個壓縮空氣參與者在LCC(生命周期成本)都應該專業評估的。(如圖12)

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  因此,盡量降低壓縮空氣系統能耗,就能減少碳排放。通常在壓縮空氣的設計、生產、使用、維護等方面根據市場和客戶的要求,可以有以下幾種可行方案:

  ●通過改造或購買方式,把高耗能壓縮空氣系統設備換成低能耗的;

  ●將空壓機排空的熱量回收,減少其它用途耗熱,如熱能回收,壓縮熱再生吸干機;

  ●由節能服務公司設計和投資建設空壓站,雙方按合同約定比例分享節能效益;

  ●能源公司將生產出來的壓縮空氣以一定價格銷售給業主方,銷售給業主方的氣體價格低于業主方自主運行的價格;

  ●壓縮空氣系統供應商按客戶用氣要求,提供最佳綜合輸功效率空壓站的解決方案。(如圖13)

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  四、壓縮空氣對碳排放有多大影響?

  當老板們討論制造業及制造業企業通常需要每月消耗水、電和天然氣的成本時,第四大用途的“壓縮空氣”會立即浮現在腦海中,但是會忽略壓縮空氣的使用成本及碳排放量。

  據美國能源部估計壓縮機消耗大約8%的美國電力,這導致大約2.14億噸的碳排放。此外,美國能源部估計,可能有多達一半的壓縮空氣被浪費,即使是適度的努力也可以輕松提高效率20%,減少碳排放相當于減少900萬輛汽車上路。

  當你仔細檢查國內大部分工廠的壓縮空氣系統時,可能會發現一些甚至更多可以降低企業能耗和碳排放的機會。如果從碳排放指標來考慮,則可以顯著節約能源、降低運營成本,并通過減少碳足跡來把對環境的影響降至最低。

  在壓縮空氣使用周期中,重視和專業的維保工作可以節省維護費用,并確??諝馇鍧?,讓您高枕無憂。

  據澳洲能源部統計,空壓機在使用十年后,其效率大約會衰減15~20%左右,也就是說,即使是新出廠的空壓機,由于生產質量,系統配置,實際工況,運營維護等方面的原因,在相同工作量,每年都會有1~2%能耗的增加,也就是增加了碳排放量。

  根據GB/T 2589-2020《綜合能耗計算通則》6計算范圍:

  6.1綜合能耗計算范圍包括實際消耗的一次能源和二次能源等各種能源,含用作原料的能源。(如圖14)

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  反之,如果能夠把高能耗的壓縮空氣系統設備替換或改造成低能耗的設備,就可以降低碳排放量,達到減排的目的。

  按照前面估算2021年壓縮空氣耗能5509億千瓦時,如果能通過節能改造方式每節能10%,就可以節約677萬噸標準煤,減少碳排放量1687萬噸二氧化碳。

  6.2耗能工質消耗的能源應納入綜合能耗計算。耗能工質主要包括新水、軟化水、壓縮空氣、氧氣和氮氣等。(如圖15)

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  假如某用戶全年總計使用壓縮空氣1億 m3(208m3/min),由于管路老化泄露率10%。如果通過管路改造,杜絕泄露,那么每年可以節約40萬噸標準煤,減少碳排放量99.7萬噸二氧化碳。

  五、大部分壓縮空氣減排潛力集中在大型工廠嗎?

  盡管大型工廠在制造壓縮空氣時通常會消耗更多的能源,但它們的浪費總量并不比小型工廠多。當你考慮到小型工廠的數量遠遠超過大型工廠時,且小型工廠高耗能數量遠遠大于大型企業。很明顯,可持續發展的努力將惠及各行各業。

  據筆者了解,以愛景科技、北京豐電為行業踐行者的壓縮空氣節能企業主要是主攻大型企業節能減排。愛景科技2022年完成10000m3/min售氣任務,可以年節省約110000噸標準煤,減少二氧化碳排放約250000噸。

  氣老板通過全國加盟商的方式,建立起一套以中小型企業為主的壓縮空氣節能模式,大大降低了壓縮空氣節能門檻,大范圍地為國內企業節能減排提供解決方案。

  在全球低碳轉型的大潮下,能源、電力、材料、建筑以及生產制造、交通運輸等多領域將出現一系列創新成果,催生新產業、新業態、新產品、新服務。

  “雙碳”航道上千帆競發、百舸爭流,壓縮氣體在新能源利用、節能與減排領域大有可為。

  六、壓縮空氣品質與節能的鴻溝在哪里?

  在壓縮空氣系統行業有句俗話:越高品質壓縮空氣越貴(賺錢),越節能壓縮空氣越有市場(省錢)。(如圖16)

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  鴻溝1:壓縮空氣系統設備之間的鴻溝。壓縮空氣系統牽涉了多種設備,之前,做空壓機設備的供應商只懂空壓機,做凈化設備的供應商只了解凈化設備,做管路的供應商只知道管路,各自只能給自己的設備打保票,出了問題都是推給其它設備。今后來說,市場要求壓縮空氣追求品質和節能是整個系統共同完成,只有懂整個壓縮空氣系統設備知識的供應商才能平衡和合理配置壓縮空氣系統。

  鴻溝2:壓縮空氣系統設備制造商的承諾與現實存在差距。無論是空壓機虛標氣量、能耗指標,還是凈化設備虛標處理量、精度、功率、耗氣量或者是夸大節能效果,都會讓壓縮空氣品質與節能大打折扣。

  鴻溝3:物聯技術與壓縮空氣系統設備匹配度。往往壓縮空氣系統設備有100%功能和要求,物聯技術只能實現60%,用戶端只用了50%。比如壓縮空氣系統設備生命周期中的監測與預警,就是物聯技術開發者無法完全領會到壓縮空氣設備的研發人員的設計思路和要求。比如,螺桿空壓機主機故障預警;冷干機故障預警;吸干機脫附效果預警等等。通俗一點,物聯技術人員和壓縮空氣設備研發人員對設備理解的程度是不一樣。如果在壓縮空氣系統物聯技術開發階段有資深壓縮空氣設備研發人員參與會做得更好。(如圖17)

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  鴻溝4:國內大部分空壓系統設備制造商還處于工業1.0和2.0,對于全球的制造業進入工業4.0存在很大的鴻溝。國內大部分壓縮空氣系統設備制造商在設計理論,制造工藝和質量管理方面沒有太多的沉淀,專業人才缺口太大,比如研發理論和計算,樣機的測試技術及規范、精益生產管理與應用、ERP系統基礎BOM的建立、PLM系統管理流程等等,一時無法彌補。這就需要我們向歐美領先企業學習,更快地縮小差距,實現真正意義上的彎道超車。(如圖18)

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來源:本站原創

標簽: 可持續發展道路  

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