al" sty 胡錦濤總書記在黨的十七大報(bào)告的第五部份，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的第(四)點(diǎn)中，強(qiáng)調(diào)指出：“加強(qiáng)能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力。堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，關(guān)系人民群眾切身利益和中華民族生存發(fā)展。必須把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，落實(shí)到每個(gè)單位、每個(gè)家庭。加強(qiáng)應(yīng)對(duì)氣候變化能力建設(shè)，為保護(hù)全球氣候作出新貢獻(xiàn)?！?/font>
長期以來，中國政府高度重視資源環(huán)境問題，堅(jiān)持實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，把節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境作為基本國策，努力建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。中國政府提出堅(jiān)持以人為本，把發(fā)展切實(shí)轉(zhuǎn)入全面協(xié)調(diào)可持續(xù)的軌道；加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式；把資源節(jié)約作為基本國策，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)；顯著提高資源利用效率，到2010年使單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2005年降低20%左右。為了落實(shí)到人，政府更進(jìn)一步把“節(jié)能降耗指標(biāo)”數(shù)量化！
毫無疑問，構(gòu)建“節(jié)約型社會(huì)”，是中央高層提出的最為引人注目、影響最為深遠(yuǎn)的一個(gè)重大決策?！肮?jié)約”、“和諧”、“創(chuàng)新”，無疑是中國2005年以來，媒體使用頻率最高、影響最為廣泛的三個(gè)關(guān)鍵詞。人們認(rèn)為：當(dāng)前國家高層領(lǐng)導(dǎo)強(qiáng)調(diào)構(gòu)建“節(jié)約型社會(huì)”、“和諧社會(huì)”、呼吁“自主創(chuàng)新”，具有針對(duì)現(xiàn)實(shí)、撥正發(fā)展航向的意味。能源資源問題是關(guān)系我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局的一個(gè)重大戰(zhàn)略問題；要從推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展和人民生活水平不斷提高的全局出發(fā)，全面分析能源資源形勢，深入研究能源資源問題，全面做好能源資源工作，促進(jìn)形成可持續(xù)的生產(chǎn)方式和消費(fèi)模式，建立資源節(jié)約型國民經(jīng)濟(jì)體系和資源節(jié)約型社會(huì)，為實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo)和我國的長遠(yuǎn)發(fā)展提供可靠的能源資源保證。
許多分析人士認(rèn)為，這一重大決策并非空穴來風(fēng)或領(lǐng)導(dǎo)人的心血來潮，而是基于中國國情對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線的一個(gè)主動(dòng)戰(zhàn)略調(diào)整。面對(duì)著國家戰(zhàn)略的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，全國各行各業(yè)無不在認(rèn)真思考自身的定位與建設(shè)，我們中國自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)界亦不例外，許多專家學(xué)者都在探索與思考。
本文就《“節(jié)能降耗”與自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)系》這一重要命題展開論述，希望通過本文起到“拋磚引玉”的作用，引起廣大讀者朋友的共鳴。
一，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨著“節(jié)能降耗”的重要?dú)v史階段
中國是一個(gè)人口眾多，資源相對(duì)不足，生態(tài)先天脆弱的發(fā)展中大國，隨著經(jīng)濟(jì)快速增長和人口的不斷增加，努力緩解資源不足的矛盾，不斷改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為中國十分緊迫的任務(wù)。但是，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的粗放型增長方式并沒有從根本上轉(zhuǎn)變，一方面經(jīng)濟(jì)增長在相當(dāng)程度上仍然是主要依賴資源的高投入來實(shí)現(xiàn)的，能源、淡水、土地、礦產(chǎn)等資源不足的矛盾越來越突出。資源產(chǎn)出效率較低，節(jié)約潛力很大。鋼鐵、有色、電力、化工等8個(gè)高耗能行業(yè)單位產(chǎn)品能耗比世界先進(jìn)水平的平均高40%以上，單位建筑面積暖能耗相當(dāng)于氣候條件的相近發(fā)達(dá)國家的2-3倍，工業(yè)用水重復(fù)利用率比國外先進(jìn)水平低15-25個(gè)百分點(diǎn)，礦產(chǎn)資源總回收率比國外先進(jìn)水平低20個(gè)百分點(diǎn)。近年來，能源資源問題已經(jīng)成為中國近一步發(fā)展的瓶頸，中國資源消耗式發(fā)展模式必須得到改變，這已經(jīng)成為全社會(huì)共識(shí)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國已經(jīng)成為世界第二大能源消費(fèi)國，能源消費(fèi)量約占世界的11%。石油對(duì)外依存度已經(jīng)超過40%，中國經(jīng)濟(jì)增長在相當(dāng)程度上仍然主要依賴資源的高投入來實(shí)現(xiàn)，資源產(chǎn)出效率較低。目前，鋼鐵、有色、電力、化工等8個(gè)高耗能行業(yè)單位產(chǎn)品能耗比世界先進(jìn)水平平均高40%以上。能源是人民生活水平提高的必要保證。如果我國走傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展道路，在能源消耗方面高投入、高消費(fèi)、高排放，作為人口大國，如果讓13億中國人都過上有車、有房、生活電氣化的小康生活，那么即使2個(gè)地球也養(yǎng)活不了中國。
我國工業(yè)生產(chǎn)普遍存在的“三高”（高能耗、高消耗、高污染）現(xiàn)象仍然十分嚴(yán)重。我國1億美元GDP消耗能源約12萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約為日本的倍，德國的倍，美國的倍。我國單位GDP的鋼鐵、木材、水泥的消耗強(qiáng)度分別為發(fā)達(dá)國家的5～8倍、4～10倍、10～13倍。我國年排放二氧化硫近2000萬噸，酸雨面積已占國土面積的30%，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)城市僅占1/3，流經(jīng)城市的河段70%受到不同程度污染。
因此，完全可以斷定：我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入“節(jié)能降耗”的重要?dú)v史階段。建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是我國各部門各行業(yè)的工作重點(diǎn)，國家加強(qiáng)能源領(lǐng)域的統(tǒng)一規(guī)劃迫在眉睫。觀察人士認(rèn)為，中央力倡建設(shè)節(jié)約型社會(huì)意味著中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)入實(shí)施階段。節(jié)能是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。為推動(dòng)全社會(huì)開展節(jié)能降耗，緩解能源瓶頸制約，建設(shè)節(jié)能型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo)，國家發(fā)改委特別制定了《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》規(guī)劃；國務(wù)院也于近期專門下發(fā)通知，要求在生產(chǎn)、建設(shè)、流通、消費(fèi)各領(lǐng)域節(jié)約資源，提高資源利用效率，減少損失浪費(fèi)。力圖推進(jìn)“節(jié)能降耗”工作。
二，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)“節(jié)能降耗”的一些成功案例
在我國，已經(jīng)有一些著名的工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)通過他們的出色工作來努力實(shí)現(xiàn)“節(jié)能降耗”的目標(biāo)。在這里，作者選擇了我國部份民企案例來加以介紹：
案例一：北京和利時(shí)公司的MACS系統(tǒng)在杭州綠能環(huán)保發(fā)電廠中的應(yīng)用
杭州綠能環(huán)保垃圾焚燒發(fā)電廠由杭州綠能環(huán)保發(fā)電有限公司負(fù)責(zé)籌建，一期工程已于2004 年10 月全部投運(yùn)，共配置了3 臺(tái)150t/d 垃圾焚燒爐、3 臺(tái)15t/h 余熱鍋爐及3 套尾氣處理系統(tǒng)。并配置了1 套杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。垃圾焚燒爐采用了杭州鍋爐廠引進(jìn)的日本三菱重工技術(shù)制造的馬丁式垃圾焚燒爐。
以往的垃圾焚燒發(fā)電廠，通常都采用各家的PLC 來分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的控制要求的。而許多PLC是隨各個(gè)主設(shè)備廠配套而來的。因此，配套而來的各家PLC 之間，由于型號(hào)和品種的各不相同，往往是難以實(shí)現(xiàn)相互之間的通信和信息交換的；從而導(dǎo)致在整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的控制系統(tǒng)中，出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)由各家不同的PLC 組成的“自動(dòng)化孤島”。與此同時(shí)，許多廠家的PLC 往往難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模擬量控制，例如串級(jí)控制和前饋控制；特別是難以實(shí)現(xiàn)垃圾低熱值時(shí)的滑參數(shù)運(yùn)行方式下的各種控制要求。因此，杭州綠能環(huán)保發(fā)電有限公司從一開始就果斷地決定，選擇用DCS 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”的控制功能。整個(gè)杭州綠能環(huán)保發(fā)電廠“全廠一體化”控制的基本思想是：
由先進(jìn)的、全面開放的DCS 系統(tǒng)作為全廠總的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠機(jī)、爐、電和現(xiàn)場各輔機(jī)系統(tǒng)的一體化控制。采用全能值班員制度。
經(jīng)過反復(fù)的分析比較和嚴(yán)格的考察，杭州綠能環(huán)保發(fā)電有限公司最終選擇了北京和利時(shí)公司提供的符合國際最新發(fā)展潮流的第四代DCS—MACS 系統(tǒng)。MACS 系統(tǒng)可以方便地采用以太網(wǎng)、Profibus-DP 現(xiàn)場總線或RS 485通訊接口和全廠的各個(gè)控制子系統(tǒng)（各種PLC 和505 調(diào)速器）連接和通訊。MACS 系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了“全廠一體化”。
目前，杭州綠能環(huán)保垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行狀況良好，垃圾焚燒量超過了設(shè)計(jì)要求的450t/d，可以達(dá)到600t/d；發(fā)電量可以達(dá)到6.9—；“全廠一體化”的控制功能通過和利時(shí)公司全面開放的MACS 系統(tǒng)已經(jīng)順利實(shí)現(xiàn)，各個(gè)控制子系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，操作靈活方便。
這個(gè)項(xiàng)目既處理了垃圾，又轉(zhuǎn)化成了電能，很好地實(shí)現(xiàn)了“節(jié)能降耗”的目標(biāo)。
案例二：北京三博中自科技有限公司在節(jié)能降耗、資源優(yōu)化方面的工作
中科院自動(dòng)化所北京三博中自科技有限公司自從成立以來，逐步確立了以節(jié)能降耗、資源優(yōu)化為公司的發(fā)展戰(zhàn)略方向，為企業(yè)提供節(jié)能降耗控制、整體資源優(yōu)化、系統(tǒng)集成解決方案。為用戶提供具有國際水平的科技產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。
目前，三博公司已成功開發(fā)出10多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高技術(shù)含量的煉焦自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)品，如：焦?fàn)t紅外測溫儀及測溫管理系統(tǒng)、焦?fàn)t加煤自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)、焦?fàn)t四車聯(lián)鎖監(jiān)控管理系統(tǒng)、焦?fàn)t自動(dòng)配煤控制系統(tǒng)、焦?fàn)t自動(dòng)加熱優(yōu)化控制系統(tǒng)、焦?fàn)t集氣管壓力智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，等等。以上產(chǎn)品已開始獲得廣泛推廣應(yīng)用，目前已有60多家焦化企業(yè)采用一項(xiàng)或多項(xiàng)以上煉焦自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)品。其中，焦?fàn)t紅外測溫儀及測溫管理系統(tǒng)開發(fā)成功后，迅速進(jìn)行市場推廣應(yīng)用，目前已銷售近500套，市場占有率從0%提升到90%以上，基本取代了一直處在該行業(yè)壟斷地位的國外知名品牌愛康特紅外測溫儀，使焦化行業(yè)的企業(yè)大大降低了成本。由三博公司開發(fā)的焦?fàn)t自動(dòng)加熱優(yōu)化控制系統(tǒng)為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，如在江西某焦化廠實(shí)施了該系統(tǒng)，為該企業(yè)每年節(jié)省能源費(fèi)用300多萬元，而該系統(tǒng)投入成本才30多萬元，目前正在焦化行業(yè)大力推廣應(yīng)用該系統(tǒng),目前已多家焦化企業(yè)推廣應(yīng)用了10多套該系統(tǒng)。這幾年來，三博公司在焦化行業(yè)也深受其益，針對(duì)焦化行業(yè)的直接銷售收入已達(dá)4000萬元以上，在焦化行業(yè)的工程業(yè)績已達(dá)100多個(gè)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在國家倡導(dǎo)的采用信息化自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，節(jié)能降耗、資源優(yōu)化領(lǐng)域，三博公司做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
案例三：北京華邦天控科技公司北京科強(qiáng)公司在碳素焙燒控制技術(shù)上的工作
在鋁用碳素生產(chǎn)過程中，焙燒工序是對(duì)能耗，環(huán)保，成品品質(zhì)及壽命影響最大的，由于工藝過程復(fù)雜，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，在1998年之前，該工藝過程幾乎沒有自動(dòng)控制，能耗高，污染大，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定。引進(jìn)國外控制系統(tǒng)后，狀況明顯改善，但成本巨大，難以推廣。
北京華邦天控科技發(fā)展有限公司與北京科強(qiáng)公司背靠航天科技的雄厚基礎(chǔ)。近年來在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用先進(jìn)控制理論，于2000年成功推出國產(chǎn)化碳素焙燒控制系統(tǒng)，短短幾年中得到廣泛應(yīng)用，完全替代了國外引進(jìn)產(chǎn)品，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)，環(huán)保及社會(huì)效益。使用后相對(duì)過去手動(dòng)控制，產(chǎn)品能耗降低50％，產(chǎn)品合格率從90％以下提高到98％以上。進(jìn)入凈化系統(tǒng)之前，尾氣焦油含量降低40％以上，產(chǎn)品理化指標(biāo)明顯提高，從而使電解鋁的電流效率和電解鋁槽壽命都得到了提高。以一個(gè)年產(chǎn)6萬噸碳素的標(biāo)準(zhǔn)爐型為例，每年節(jié)省燃料（100#重油）3000多噸，由此節(jié)約成本近千萬元，按全國產(chǎn)量計(jì)算，全年即可節(jié)省燃料成本7億多元，同時(shí)環(huán)保指標(biāo)大大提高，產(chǎn)能及品質(zhì)大幅提升。
目前該產(chǎn)品在穩(wěn)固國內(nèi)市場的同時(shí)（約占60%），正在成功地邁向國際市場，實(shí)現(xiàn)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的輸出。
案例四：浙大中自公司的“煤化工過程優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗”
浙大中自公司依托浙江大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化國家工程研究中心、浙江大學(xué)工業(yè)控制技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、“控制理論與控制工程”和“檢測儀表及裝置”兩個(gè)國家重點(diǎn)學(xué)科、浙江大學(xué)現(xiàn)代控制工程研究所，秉承浙江大學(xué)求是創(chuàng)新的科研作風(fēng)和廣博豐厚的技術(shù)源泉，在董事長孫優(yōu)賢院士的率領(lǐng)下，努力開拓“節(jié)約型”工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)。他們開展的“煤化工過程優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗”工程，已經(jīng)取得了較好的成效。
煤炭能源消耗占中國能源消耗總量的70%，涉及化工、冶金、電力等諸多行業(yè)，以煤為能源的企業(yè)面臨著越來越大的壓力。如何利用好煤炭資源成為有關(guān)專家和工程技術(shù)人員多年研究的課題。對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)工程人員來講，將先進(jìn)控制與過程優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于煤化工生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，是當(dāng)前最緊迫的任務(wù)。煤化工生產(chǎn)過程優(yōu)化控制技術(shù)可以大大提高煤的利用率，既節(jié)約了大量資源，也降低了生產(chǎn)成本，因而在煤化工生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣闊的市場前景。
煤炭的應(yīng)用大致分為燃燒和氣化兩種形式，燃燒一般有工業(yè)鍋爐來實(shí)現(xiàn)，氣化又分為間歇式固定床煤氣化、連續(xù)式固定床煤氣化、粉煤氣化、水煤漿氣化、富氧氣化等，由于后三種氣化方式投資大技術(shù)還不成熟原因而很少采用，所以目前國內(nèi)大多采用前兩種氣化方式。實(shí)踐證明，固定床間隙氣化工藝影響因素多，滯后時(shí)間長，在爐況穩(wěn)定時(shí)期，由于操作條件發(fā)生變化后，造成爐子蓄熱狀況變差，其潛熱損失的增加往往是潛熱損失從量變到質(zhì)變的結(jié)果。當(dāng)造氣爐蓄熱過量時(shí)，上、下行溫度升高，溫度速率增大，通過顯熱增加仍不能達(dá)到熱平衡時(shí)，氣化層將出現(xiàn)局部過熱結(jié)疤，如仍未及時(shí)調(diào)整工藝及操作，爐面將出現(xiàn)局部發(fā)紅、吹翻，帶出物增加。當(dāng)加大排渣量后，即使大疤消除，但灰渣返炭增加，吹風(fēng)效率降低，這樣潛熱損失必定增加?；谏鲜銮闆r，間歇式固定床煤氣化過程優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用浙大中自公司的SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)，把造氣爐當(dāng)成一個(gè)蓄熱的容器，不再簡單的依賴氣化層的檢測狀況和信息，而是利用造氣爐的上、下行溫度這兩個(gè)最能反映造氣爐宏觀運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)，運(yùn)用模糊控制和優(yōu)化控制技術(shù)，分析上、下行溫度的動(dòng)態(tài)變化過程所反映的造氣爐蓄熱狀況的變化，再運(yùn)用工藝控制上的一些規(guī)律加以優(yōu)化控制參數(shù)，使氣化層逐步優(yōu)化，在條件優(yōu)化中，逐步使造氣爐達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)蓄熱能力最大，同時(shí)熱損失最小，且穩(wěn)定性最高的生產(chǎn)狀況，只要達(dá)到這個(gè)狀況，從能量守恒角度而言，則單爐產(chǎn)氣量最高、能源利用率最高，平均單爐發(fā)氣量提高10%以上，煤耗下降5-10%。控制調(diào)節(jié)包括：吹風(fēng)時(shí)間的調(diào)節(jié)；上、下吹比例時(shí)間的調(diào)節(jié)；爐條機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
由此可見，打破局部參數(shù)孤立控制操作的老習(xí)慣，建立起全裝置多參數(shù)綜合操作的概念，向著操作的精確性、安全性、穩(wěn)定性、預(yù)見性等方面發(fā)展。采用先進(jìn)控制與過程優(yōu)化技術(shù)，進(jìn)行煤化工生產(chǎn)過程優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，是今后煤化工生產(chǎn)過程控制發(fā)展的方向。
