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案例详细
标题一项划算的投资--增效节能的变频器
技术领域
行业
简介
内容     变频器 (VSDs) 调控电机、泵、搅拌 机、风机和压缩机的速度，使其与 流程需要相匹配。在许多应用场 合，变频器节能效益非常好，仅需 要几个月就能收回投资。对环境影 响评估的新方法表明，变频器环境 投资回报时间更短， 在许多情况 下，只需一两天时间。

    交流变频器把来自电网的固定电压和频率按照电力控制信号转换成可变的电压和频率。频率的变化使配备传动的电机速度 (和扭矩) 产生相应变化。这意味着，电机的速度，以及电机所驱动的设备速度，均可根据流速或温度等外部参数进行调整。

    速度调控可大幅提高整个电机驱动 系统的效率。在常规的泵和风机系统中，电机全速驱动泵或风机，然后再采用阀门、节气阀或类似的“节 流”装置，对输出进行限制，从而 实现所需的液体或气体的流速。系统全速运转，然后限制其输出，
显然这样的效率非常低。实践证明，适当降低电机转速可相应降低 能耗。根据泵和风机性能的相似定 律，相比于全速运转，以 80 % 速度 运转的泵，只需使用 64 % 的能源和 50 % 多的电力。

变频器是控制电机速度的最有效方法

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    利用变频器调控速度实现节能减排，其应用范围极其广泛。泵、风 机、压缩机、挤压机及其它电机 驱动应用领域的电力消耗占整个工业的三分之二，占世界用电总量的40 %。但目前配备变频器的电机不到 10 %，其中，2.2 kW 以下的电机驱动应用中，多达 97 % 的电 机根本没有使用任何形式的速度控 制。据估计，如果整个欧洲大陆的 电机驱动都使用变频器，每年总计 可节省 5,000 万 MWh 的电力。这相 当于减少 2,500 万吨二氧化碳1) 排放，或芬兰全年四分之一的排放。
        
    回报期

    由于投资成本、能耗减少以及电力 成本可以获得，所以变频器的经济 效益比较容易计算，投资回收期因此也容易计算。但要对变频器的环 境影响进行量化，则比较复杂。 研究产品制造、使用和处置的环境影响， 一般使用生命周期评估法 (LCA)。ABB 根据 ISO 14000 环境管 理标准的要求，开展产品生命周期评估工作。生命周期评估涵盖产品生命周期的所有阶段：从原材料和 零部件的生产到产品的最终处置。首先收集所有相关的输入和产出数据，然后将这些数据与全球变暖 和臭氧损耗等环境影响类别进行比较。影响类别的选择取决于生命周 期评估的目的，变频器最常用的评 估类别详见图 1 。为了降低环境的不良影响，需要找出影响最大的区域，然后加以解决。这样，生命周 期评估研究，就可列举出环境设计 及环保化设计和产品开发实践的重 要性。

生命周期评估

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     注重环境影响

     环境产品声明 (EPDs) 以生命周期评 估的信息 (或结果) 为基础。环境产品声明描述了产品在制造、使用和废弃处置阶段对环境所造成的最重要 影响。这些数据经独立第三方机构 认证，具有可信度。ABB 出具所有 核心产品的环境产品声明，包括变 频器，以及由环境产品声明提供的 与 ABB 的 250 kW ACS800 工业传 动相关的资源利用、能源消费和损 失以及排放等方面的信息，详见图 2 至图 4 。

有关 ABB 的 ACS800

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    由于数据以转换单位形式表示 (图 2 至图 4 所示数据为1kW 额定输出 功率)，因此环境产品声明可以让用 户直接比较不同产品的环境性能。环境产品声明也促使制造商努力提 高产品的性能，以便确立环境性能 基准。

有关 ABB 的 ACS800

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    尽管环境产品声明关注对环境的影响，却忽略了改用效率较高产品(如传动) 对环境带来的好处。例如，根据图2至图 4 所示的环境产品声 明，ABB 工业传动在使用过程中产生的环境效益最大。实际上，与电机全速运转，然后限制输出的方式 相比，变频器在许多应用中很容易 将能耗降低一半。不幸的是，环境产品声明根本没有考虑传动所带来 的节能减排效果。据估计，仅仅 2008 年全世界安装的ABB传动就获得了 巨大收益，节省约170TWh电力或减少 1.42 亿吨二氧化碳排放2)， 这是环境产品声明的一个重大缺陷。解决这一问题的方法之一就是 测定产品的生态回报。

    据估计，如果在欧洲的电机驱动系统中安装变频器，每年可节省 5,000 万 MWh 电力。

三种 ABB 传动对不同环境影响类别的生态回报期

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    生态回报

    对于产品生命周期环境影响评估而 言，确定生态回报提供了一种新思 路，这种方法考虑了产品对环境的 积极和消极影响。不仅在产品制造 阶段，还是在产品废弃处置阶段， 都会消耗自然资源。使用像传动一 类的环保产品和工艺取代低效的 旧方法，
可以大大降低环境总体负 荷。生态回报值是指，为补偿产品 制造和处置中的一次性环境负担， 产品所使用的时间长度。这基本上 可认为是产品环境回报。

    图 5 所示为三种 ABB 传动生态回报的天数。图表显示，回报时间短，且随着额定功率的增加而减少。例如，250kW 传动 (ACS 8 0 0 ) 的回报期仅为一天。

三种 ABB 传动对不同环境影响类别的生态回报期


    对于产品生命周期环境 影响评估而言，确定生态回报提供了一种新思路，这种方法考虑了产 品对环境的积极和消极 影响。

    减少碳排放

     ACS800 250 kW 传动的环境产品声 明显示，该产品制造阶段碳排放量 为每千瓦 3.65 公斤 CO 或总共 912.5 公斤 CO2 (见图 4 )。该产品在图 5 显 示的信息表明，按照全球变暖潜能 (GWP) 计算，生态回收期为半天。 换句话说，传动运转半天减少的排 放，足以完全补偿产品制造中产生 的碳排放所造成的影响。在传动的 生命周期内，不断减少排放造福环 境，其碳的排放将“变成负数”。实 际上，ACS800 工业传动在整个生命 周期内，一般可节电约 7,500 MWh， 或减少3,800 吨二氧化碳排放。 当今世界， 交流感应电机无疑还 是“工业发展的动力”，变频器在节 能减排方面起着非常重要的作用。

    抽水蓄能电站

    德国斯图加特的一家电力公司使用 ABB 的工业传动控制水泵，这些水 泵也可以用作水轮机生产电力。水 源抽取自德国南部的康斯坦茨湖， 经过处理之后，通过近 120 公里的 管道输送到位于斯图加特郊区 Rohr 的一个蓄水池。再由 Rohr 通过管道 将水送到加愣柯林格 (Gallenklinge)泵站，然后通过泵或水轮机，将水 存储到蓄水池，最后送往斯图加特 管网。Rohr 与加愣柯林格之间的高 度差 (水头差) 为 120 米。

    作为最近升级改造的一部分，泵站 安装了三套 ABB 工业传动 (ACS800, 400 kW)，这些传动具有再生能力， 它所采用的主动整流单元能够在电 动和发电两种模式下实现全功率运 行。同时，这些传动还配备了适用 于第一环境的 EMC 滤波器，所产生 电能可以直接馈入常规电网。 ACS800 250 kW 的环境产品 声明显示，按照全球变暖潜 能 (GWP) 计算，生态回收期 仅为半天。

     通过传动驱动 315 kW，400 V 的电 机，考虑到设备冗余，水泵布置成 并联方式。传动中的 ABB 智能水泵 控制软件 (IPC)，提供一些附加功 能，包括能源优化、主控改变、PID 控制和水泵优先级控制。水泵一般 按水轮机模式使用，泵模式只在紧 急情况下使用。输出功率一般为 200 kW。泵站先前使用叶片间距可 调的水轮机，但变频器提供的解决 方案不仅更具经济效益，同时具有更 大的灵活性。
        
   水泥厂降低能耗和维护费用

    城堡水泥公司 (Castle Cement) 位于英国北威尔士 的帕德伍德水泥厂 (Padeswood Works) 是欧洲最现 代的水泥窑所在地，该厂 使用 ABB 的工业传动驱动 风机。风机包括 2 MW 引 风机、750 MW 的排风机以 及 560 MW的冷却风机。

    控制风机运转使其满足由于大气和 工艺条件变化而造成的不同流量， 以及通风变化的需要。另外还有 四台额定功率分别为 110、160、 200 及 250 kW 的风机向格栅式冷却 器吹风，将高温熟料的温度降低到 设定点。
   
     风机以前通过滑环和直
流电机进行控制， 需要定期进行维护。采用 ABB 的工业传动，同时使用不需 维护的交流电机替代滑环和直流电机，水泥厂节省了 30 % 的风机能耗费用，同时还节省了老式电机的维护费用。