双碳背景下，空压站如何更节能？
一、引言
我国2020年已经向世界郑重宣布，中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。这是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求作出的重大战略决策。双碳政策已经由上而下的在全国推动，工业企业作为我国碳排放主体，实行节能是势在必行。
压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，80%以上的工业企业都建有空压站，空压机生产的压缩气体为工业生产提供了不可缺少的空气动力，广泛应用于医药、食品、机械、电子、塑胶、纺织、发电、建材等行业。空压机目前已经成为重要的工业设备。
空压机作为制造业的重点工业设备和重大耗能设备，我们需要思考在能耗双控的政策下，空压站该如何更节能？
二、空压机能耗
根据相关报告估算，我国空压机的耗电量约占全国工业耗电量的9%~15%，在大多数生产型企业中，压缩空气的能源消耗占全部电力消耗的15%～45%。
空压机的全生命周期成本费用中更大的一块是电能的消耗，它占到总成本的77%，其次是维护费用，占到总成本的18%，而设备投资只占到总成本的5%。
从上面两组数据，可见空压机的电耗是十分惊人的。空压站节能是工业节能中十分重要的点。
三、打造高效空压站的方法
标准文件《CGMA033001-2018压缩空气站能效分级指南》里面规定了工业压缩空气站设备和系统要求、运行要求、能效分级、监测方法及综合评价。高效空压机房强调的是整个空压机系统的运行能效，而不只是空压机单台设备的能效，包括了供气侧、输送管路系统和用气侧组成的系统。
笔者总结空压站节能可以分以下几个方面：
1、节能空压机。一级能效空压机比二级和三级的同类产品分别节能15%和30%左右。因此在条件允许的情况下应该优先考虑选用能效高的空压机，并淘汰能效低的空压机。
2、空压站设计。根据企业用气实际需求进行合理的空压站设计，包括空压机的配置与选型、后处理设备选择、管道设计、用气侧的高低压需求匹配等。整个站房合理的设计能够带来很大的节能效果。笔者从业过程中，看到了需要设计不合理的空压站，比如高低压管路混用、空压站全配置变频空压机、甚至有些站房连气罐都没有使用等等。
3、空压站管理。空压站的管理人员需要根据车间用气规律，与用气侧达成高效的配合方式，合理的管理空压站，科学维修保养，定期监测是否漏气；用气侧合理利用压缩气体，假如末端有气枪时，不用时及时关闭气枪，不乱用气。
4、变频改造。工频改变频是电机的一个常规节能方式，空压机变频改造需求在五年前比较多，随着现在空压机技术的提升，永磁变频空压机已经是新购空压机的优选。
5、空压机智控节能系统。通过自动化数字化技术，将空压站内设备和仪表进行集中控制管理，实现自动化运行，无人值守，窄带恒压控制空压站供气侧，实现节能效益。
6、空压机余热回收节能系统。余热回收系统是一种高效废热利用、零成本运行的节能系统。用定制的换热设备代替空压机原有的冷却系统，将高温的空压机油热能置换成热水用于生产或生活热水，不仅低碳、环保，同时降低工厂的能耗。
以上六个方面涵盖了建立高效空压站的大部分内容，笔者这两年配合了很多新站房做集控系统和余热系统，在规划初期就把节能的多方面措施同时实施，一起验收交付。这也说明了现在新建设规划的空压站设计越来越科学，越来越节能。
对于大部分工业企业，空压站已经建设好了，空压站里面的空压机、干燥机、管道等设施不好改动，空压站精益管理是持续进行的，那么智能控制系统和余热回收系统就是大部分空压站节能改造的优选。
四、空压机智控节能系统
我国大部分工业企业的空压机系统智能化程度总体比较低，缺少对空压机智能化控制及节能方式进行深入研究；空压机的频繁加卸载，传统的控制系统无法实现设备节能及安全的更大化，更没有精细化的安全节能管理系统，无法做到设备健康状况实时显示和评估；空压机系统存在的泄漏、运行不当、比功率升高等问题无法及时发现，易造成设备损坏及长期高能耗运行，运行费用及维护费用比较高。
空压机智控节能系统是利用先进的物联网技术和大数据分析技术对工业企业空压机站房进行智能化集中联控的一套软硬件集成系统，帮助工业企业建立一套具有实时监控、自动运行、精细管理、能效分析、节能降本、故障趋势、实时报警、健康评估、智能分析、模拟画面、手机查看、大屏展示等功能的空压站智能系统。
空压机智控节能系统通过现场智控柜有线连接空压站房的空压机、干燥机、各种仪器仪表等，对需要监控的数据全部进行实时采集，一目了然的呈现整个空压站的运行状态。
在某汽车企业空压站现场的智控柜
采用节能优化模型、多参数多约束条件控制算法技术、窄带恒压技术深度融合，系统根据实时用气量，自动匹配对应满足供气要求的设备运行，实现次序控制、均衡使用、安全稳定、无人值守全自动化管理。
智控系统的系统功能
基于人工智能及大数据技术，为空压站系统提供完全自主化的智能决策支持，帮助管理人员更方便的管理空压站，更节能的满足车间用气需求，更科学的进行设备管理维护。
通过物联的技术，将空压站的数据通过手机（移动端）、电脑（Web端）、大屏（智慧展示端）呈现出来，实现空压站的完全智能化远程监管。
动力设备智控控制系统拓扑图
空压站监控管理界面图
在某国企监控室的空压机远程管理系统
单纯依靠人的管理已难以实现合理操作和及时管控，同时也很难全方位的能耗监控和设备运行监控。空压机智能联控系统能够帮助管理人员实时的监控整个空压站的运行状态，通过智能空压站AI运行模型、多参数多约束条件控制算法技术、窄带恒压技术让空压站整站以更佳的运行状态为车间生产提供动力，让管理者更方便的管理空压站，更节能的满足车间用气需求，更科学的进行设备管理维护。
还可根据不同的企业需求，可以增加智能电表、流量计、电机振动传感器等仪器仪表，让系统的数据更全面，管理更先进。
空压机智控系统能够提高能源利用效率、有效促进和保障能效管理水平的提升，并在系统节能方面发挥重要作用。
智控系统的节能率根据每个空压站的使用情况不同，节能率有些差异，一般而言可以达到5~35%。
五、空压机余热回收节能系统
空压机余热回收是非常高效的一种节能方式，整个系统的能耗只有循环水泵的能耗，其余基本是0能耗，真正做到低碳环保节能效果，相当于系统一次性投入，持续收益。与其他能源相比，可持续为企业节省较大的能耗，为社会环保事业贡献极大。
空压机运动时电能转换为压缩势能，物体在压缩时，由于分子的挤压，会产生热量。其电机所消耗的电能70-90%转换为热量。我们用定制的换热设备代替空压机原有的冷却系统，将高温的空压机油热能置换成热水用于生产或生活热水。
空压机余热回收原理图
通常1台200KW空压机满载运行，1小时排放热量17万Kcal，24小时排放热量408万Kcal，可以加热60℃热水（温升50℃）58吨，可供1450人洗澡（40升/人）。这个是喷油螺杆机的回收原理和节能效率，无油螺杆机和离心机的余热回收需求也是日益增加，它们的改造与喷油螺杆机不同，下次再做介绍。
余热回收系统的价值
在空压机智控节能系统中，同样使用自动化技术和数字化技术，让全系统能够自动运行，并远程移动端监控。自动控制功能有：进油压力监看、出油压力监看；进油温度探测、出油温度探测、出油温度恒油温控制；供水水泵控制运行；调节阀自动控制；手动启动停止功能，随空压机启动停止功能；使用-备用互为切换功能。
为某制造企业改造余热回收的现场图片
手机移动端实时监控画面
智慧大屏实时监控画面
余热回收产生的热水，可以用于企业员工洗浴、供暖、工业用水、锅炉补水等，为企业产生的经济价值巨大，投资回本期在一年左右，对应减少的碳排放量效益可观。
余热回收系统运行成本优势
六、结语
空压站是工业企业的用电大户，是名副其实的“电老虎”，在面对日益严峻的用能限制时，在企业实行碳中和路线时，实施智能制造时，空压站可以列为重点对象，不仅在空压站设计建造时要注意空压站能效等级，而且在日常管理中多尝试新的节能技术去辅助管理和达到更高效的节能效果。
