8“变”3的节能魔术——太钢携手西门子的一次时间观和方法论之旅

文_西门子（中国）有限公司

问：8怎么“变”成3？答：竖着砍掉一半。这是脑筋急转弯的谜底，却不是太钢的答案，因为铁胆雄心的太钢人显然要在节能数字之变上制造一个更大的魔术。经过太钢和西门子的通力合作，变频器化身“魔术师”，成功将烧结风机中单个电机的耗电量从每小时8000千瓦时“变”为3000千瓦时。

面积超过600平方米的太钢4号烧结机，使用了两套西门子罗宾康高压变频器与高压电机。在这座大型不锈钢企业里，时间观被诠释为：节能、生产都是一种与时间的赛跑。时间与能效可以“魔术”置换的感受尤为强烈。一台大变频每小时节电5000千瓦时，两台大变频一天可节电24万千瓦时。按自供电价0.4元/千瓦时计算，一年节约电费3000余万元，18个月就收回了设备成本，节能率达40%，使得设备投资转化为一次成功的战略性技术创新。[1]

不锈钢巨子搭档节能伙伴

从神一到神十，从一角硬币到火箭卫星，从百姓餐桌到三峡大坝，都有太钢不锈钢产品身影，太钢不锈钢以其绝对优势占领了国内市场近半壁江山。

作为不锈钢熔炼的初始流程，烧结工序是关键所在，烧结面积越大，产量就越高，对风机的要求也越高，因此能耗巨大。采用哪种变频驱动方案是一个重大的方向性选择。根据3号450平方米烧结机的实际工况，太钢计划在600平方米的4号烧结风机中采用两台大变频来控制高压电机的转速。

拟上马的4号烧结机规模当属世界之最，采用变频驱动风机能够大幅节能，且是大势所趋，但如此大规模的应用并无先例，技术难度大，投资回报率未知，不可贸然行事。

自从有了设计中国最大规模变频调速风机的想法，太钢炼铁厂电气部赵宏部长就时刻留意各种知识和信息。一天，在与国外专家交流中，他获知风机的性能曲线可以利用主气流的温度、压力以及流量来测算后，如获至宝。“那正是太钢需要的能使风机控制更加精确的曲线。”他立刻组织团队开始技术研究。

太钢四号烧结风机系统外景

经过夜以继日的研究，2008年赵部长团队提交了可行性报告，决定采用变频调速技术。这个方案前期投资大，但着眼长远，两年之内就可以收回全部投资，2009年4月太钢正式开启了变频节能之路。

同时收获的还有可靠的节能伙伴。烧结车间尝新采用当今最先进的变频节能技术过程中，西门子专家团队的作用不可或缺。由于国内没有可参考项目，整体技术方案必须依靠双方通力配合，共同摸索。回忆当时情景，赵部长坦言：“在最终核算的几天里，晚上一直睡不着，这可是关系超过5000万元的投资，一旦误差过大将无法交待！”

管理三步走，节能一大步

西门子的能源管理方法论基于三个步骤：识别、评估和实现。时间观主要解决能效“怎么算”的问题，而方法论主要解决节能“怎么做”的问题。有了方法论的依托，太钢与西门子在节能合作上阔步向前。

太钢4号烧结机采用的10760千瓦西门子高压电机

15000千伏安西门子罗宾康变频器机柜

采用变频调速之前太钢曾经使用风门挡板调节风量

第一步，充分识别和挖掘太钢隐藏的节能潜力。

能量流怎么识别？首先给所有的设备能耗照张“X光片”，每一设备能耗大小、每种能耗是否有用，都能看个一清二楚。只有掌握了较长时间段内电能、水能、热能的消耗数据，才能进一步改造优化。

西门子专家团队以未使用变频调速的3号烧结机为样本，记录车间和系统中的能耗。经过分析，烧结主抽风机的电耗一般占整个生产线的50%，而风量控制准确程度直接决定成品的质量和产量。

第二步，评估车间和系统在整个生命周期内的成本，计算具体应用的节能潜力和可行措施的成本效益。

确定了最大的能耗设备——烧结主抽风机之后，“评估”阶段着手计算具体节能潜力，考量潜在措施的经济性，这是决策前的关键一步，就像全科医生拿着X光片和化验报告进行病理分析，给出诊断结果的过程。

风机转动越快，能耗随之成倍增长；若转速下降，能耗也会翻倍减少。经过反复论证，在同样产品、产量的条件下，变频调速等于时刻都在节能，即使在满负荷生产的情况下，保守估算节能率也达35%以上。[2]

第三步，采取针对性措施，将节能潜力变为现实，大约2/3的工业能源由驱动系统消耗，而将整个驱动系统能耗降低40%～50%是具有操作性的。

凭借医生的诊断报告对症下药，病痛才能一扫而光。在考察了多种方案后，太钢最终选用两台西门子罗宾康高压大功率变频器，输出电压为10千伏。变频器采用水冷工艺，其内部采用去离子水循环冷却，外部采用工业冷却水二次冷却，与空冷型变频器相比，不需要额外的冷却设备，且噪音低，受周围环境的影响小，变频室整洁、干净。此外，变频器还具备“飞车启动”功能，缩短了风机每次起、停近50分钟的等待时间，大大节省了能耗和时间成本。

将能效与时效划上等号

风机在变频工况下顺利启动的那一刻，看到现场有功功率仅为3000千瓦，远低于不使用变频器的8000千瓦，赵部长团队悬着的心才真正踏实。数据验证前期测算非常准确，在变频工况下工作，电机启动电流小、转速低、振动小，风量调节平稳，附加经济效益不可限量。

程海峰是太钢炼铁厂电气作业区的点检员，也是4号烧结机唯一的巡检工程师，近4年中每天早9点准时到4烧变频室巡视检查有无异常。平常电气室内无人值守，只有另一名同事在中控室监控。

变频室比想象得更为安静和清爽。程海峰的喜悦溢于言表：“使用水冷大变频，噪音小，没有风冷的粉尘污染。同事们工作环境也有所改善，不用像3号烧结机那样频繁操作风门挡板。90%的现场数据在中控室就可直观显示，工作量有所减轻。”

“水冷变频作为大型烧结风机的系统驱动首次应用于大型钢铁厂，吸引了多家企业前来取经。看到我们的有功功率和变频器水冷温度，同行都非常赞叹。”赵部长指着变频室的人机界面说，“能效与时效本质相同，只是很少有人意识到而已。”4号烧结机的节能故事只是能源管理的一个缩影。

能源对于重型工业来说是巨大的费用因素。德国联邦统计局2008年的数据显示，能耗在德国各行业整个生命周期的成本中占据很高比例，如铝业的能耗占57%，水泥占47%，钢铁占36%，制浆造纸占29%，基础化工占27%。对于电气传动系统，能耗至少占80%。

在太钢构建资源节约型企业过程中，通过使用西门子变频驱动解决方案、全集成自动化、奥钢联先进的钢铁工艺等，保障产量年年增长而耗能逐年递减。太钢总经理高祥明先生谈到：“与2005年相比，2011年太钢吨钢综合能耗下降22.9%；吨钢新水消耗下降91%；二次能源年回收占总能耗的45%以上，达到行业领先水平。”

这就是太钢与西门子共同制造的奇幻魔术。数字的背后，真实可感的是能耗的减少和环境的改善。现在的太钢厂区，金属质感厂房间点缀着绿树碧草，成为一座名副其实的现代化花园式工厂。

西门子正在努力帮助千百个像太钢这样的企业实践绿色工业。西门子（中国）有限公司执行副总裁、西门子东北亚区工业业务领域总裁吴和乐博士说：“除了需要在设备层面有节能的风范，比如高效电机、变频器等，要把眼光放远，跨越产品设计、生产规划、生产工程、生产实施以及服务的整个生命周期实现节能。”西门子的节能产品与解决方案、能源管理咨询、节能改造服务、合同能源管理以及融资租赁服务，将工业企业的节能梦想变为现实。

由8“变”3，是一个开端，也是一个宣言。太钢与西门子将携手合作，继续施展将能效数字由腐朽变神奇的魔术！

现代化花园式工厂——太钢