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创新的能源管理策略帮助造纸厂保持竞争力

作者:Hudson Gilmer2014.02.19阅读 3016

        和美国缅因州的其它地方一样,Rumford以优美的自然环境闻名于世。但是Rumford作为美国东北地区最大的造纸厂所在地已经超过一个世纪了,它每年生产将近550,000 吨的纸和125,000吨的纸浆。
        做为一家国内领先的印刷用纸和特殊用纸的生产商,Rumford 工厂的所有者Newpage公司,正在从事着一项竞争激烈、高耗能的行业。通过创新的能源管理策略和合理有效的使用预报数据,Newpage已经将Rumford造纸厂的能源成本从负担转变为竞争优势的来源。
        改进的需求
        造纸和生产纸浆是一项高能耗的生产运营,Rumford造纸厂有三个锅炉和一个发电机,用于提供造纸厂所需的热能和电力。发电机输出功率为100MW,大概可为10万个家庭提供电力。
        大约在过去十年间,由于Rumford造纸厂主要使用煤炭来发电,而煤炭的价格却一直在稳步的增长,因此它正面临着危机。根据美国能源信息情报署的统计,从2000年到2010年,煤炭的市场价格增长很大,在缅因州,运输成本进一步将推高了该价格。
        “问题是从西弗吉尼亚州将煤运输到缅因州西部,要依赖汽车、火车、轮船、卡车或者是任何其它的运输方式。”Rumford能源管理经理Rick Abradi解释说。由于面临着煤炭价格的持续增长,对造纸厂的竞争力造成了威胁,Newpage任命Abradi负责开发制定一项新的策略,将总能源成本置于控制之下。
        分解问题
        Abradi从需求、采购和转化三个方面着手他的能源管理策略。需求涵盖人们所能确定的绝大多数与能源效率相关的一些方法,比如增加绝缘,更换房间内的灯泡等。在工业领域www.cechina.cn,一般来讲,则意味着寻求一种方法使用更少的蒸汽和电力,生产更多的纸和纸浆。
        但是,对能源成本影响更大则是采购——寻求多样化的采购渠道,从昂贵的煤炭转向更便宜的其它来源。尽管可以使用其自身的废弃产品作为燃料来源,但是Rumford造纸厂发电机组锅炉燃料的最大来源仍然是煤炭。
        随着价格的增加,多样化成为确保成本控制方法的关键。造纸厂有两台循环流化床锅炉,该锅炉可以将燃料悬浮在空气喷射器中。 Rumford造纸厂可以使用现存的、从木屑中得到的生物能以及一种所谓的TDF燃料——从轮胎中获得的燃料。增加替代能源的使用量,Abradi能够降低煤炭在总的燃料消耗中所占的份额。
        此外,Newpage还可根据市场价格和供应情况,灵活的调整燃料的来源,降低对任何单一供应商或者燃料类型的依赖。
        使用预测
        随着燃料来源问题的解决,下一个挑战就是优化能源的转换。这其中很大一部分就是决定发电机在何时、在何种水平上运行。尽管Rumford造纸厂发电机组的发电能力远远超过自身的电力需求,但是由于它坐落于缅因州中心电厂电力供应设施覆盖的区域,也可以很容易的从电网获得电力。当本地的电力价格回落到低于Newpage的发电成本时,造纸厂就应降低自己的发电,取而代之以从电网购电。
        具有这么大的剩余发电能力,造纸厂也可以将电卖给电网。当电网需求量大,价格远远高于成本时,Newpage可以利用这个成本差。试图利用电力价格涨、落的最大困难是,很难对变化作出迅速的反应。
        除了对问题进行分解控制工程网版权所有,操作员也可以很好的预测造纸厂需要多少电能,但是这仍然需要大概15到20分钟的时间改变来发电机输出,所以任何判断失误或者延迟都意味着机会的丧失。对那些仅能降低产能的公司来讲,这可能是更大的一个难题。
        电力分析的奥秘
        从2000年初开始,Newpage公司已经每天向能源信息公司Genscape,购买当地电力价格和区域电力需求的相关信息。Genscape的分析专家和气象专家团队,利用神经网络模型、具有专利的监视数据和一些基本模型的组合,提供高精度的预测报告。
        当Genscape早晨预报,当天随后会出现实时电价走高时,主控室的操作员就会提前得到通知,增加发电机的输出,将多余的电力卖给电网以获得相当的收益。
        “有时候,当电力价格突然升高的时候,我们没有意识到。由于设备自身的特性,我们无法做到立即响应”,Abradi说CONTROL ENGINEERING China版权所有,“所以,有了预告,操作员就可以提前做准备”
        降低需量电费
        这种类型的电力预测,还有一个用途,就是对整个能源成本的影响,也就是说,降低需量电费。每个公用设备设施都会有一个使用费,该费用涵盖从维护、扩展再到升级的一切费用。一般来讲,公用设施收取固定的使用费,根据用户的使用量在某个月的需求高峰时所占的比例进行分摊。
        通过月度预测来确定哪些天可能是使用高峰,就利用发电机发电来降低从电网购买的电的数量或者是根本就不从电网上买电,NewPage已经成功地实现大幅度降低需量电费。“(在使用这些报告之前)是我,还有我在信封背面做出的迷人的数据表格,盯着国家气象服务的天气预报,”Abradi回忆道,“在此之前,我们对此没有太多担心,因为成本惩罚相对较小,但是在该区域,这些传输费用真的开始在增长”。
        通过猜测什么时候出现新的峰值,真实价格是多少CONTROL ENGINEERING China版权所有,使用现场的发电机发电来避免需求收费,这看起来比较简单。如果“报警错误”,那么此时发电机组运行的每一个小时都是昂贵的燃料在燃烧的一个小时。经常猜错,这些成本就会升高。对于降低生产量也是一样的。
        对其他人的启示
        绝大多数的工厂,都没有100MW的发电机组,也就没有能力将多余的电量卖给电网,但是这并不意味着他们不能从Newpage所使用的那种能源管理策略中获益。
        对任何一种工业设施而言,需量电费都是一个不幸现实,在预测的峰值需求期间降低负载,对于降低总的能源成本大有可为。类似的,经济需求响应程序可以为工业设施提供一种灵活性,来转换或者降低他们的能源负载,在预测的高电价期间将电力卖到电网上去,而并不需要现场的发电机。
        系统运行人员如果可以提供一种在经济上有益的需求响应程序,可以减少商业客户在高电价时段的用电量从而为其获得收益。参与者不仅避免了在高电价时段购买电力,实际上他们使用的每度电都是以批发价购买的,都低于他们的基线水平。
        通过预报服务,准确预测每天、甚至每个小时的最高实时电价,参与者可从这些程序中将财务收益最大化www.cechina.cn,同时对电网也有好处。
        New Page的 Rumford 造纸厂 勾勒出通过综合能源管理和精确的预报数据可以获得的各种收益。在诸如造纸等竞争激烈的行业,在能源消耗方面哪怕是微小的降低,都会带来巨大的利润。
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