能源需求控制和响应的EMS系统

随着经济形势的严峻和竞争压力的持续上升，食品加工和其他制造业削减开支势在必行。然而，许多人低估或忽视了节省开支的一个关键来源:电费。

您可能明智地观看需求表或将沉重的负载转移到非高峰时段，但这些不是您唯一的选择。通过先进的能源管理技术，您可以自动化制冷压缩机，泵等设备的能量，使您的设施以最佳效率运行，您支付最低的价格，您可以参与为未使用的千瓦支付给您的激励计划。

即使是能源最密集的工厂也可以在不影响生产或质量的情况下削减能源成本。关键是充分利用先进的能源管理系统所能实现的减负荷策略:需求控制、需求响应、动态定价优化和能源效率。

能源成本降低策略

需求控制:需求控制(DC)是一种策略，通过管理能源需求的高峰和低谷，使食品加工商和其他制造商能够更有效地利用能源。先进的能源管理系统(EMS)可以让您安全地做到这一点，通过一系列选定的压缩机和其他负载，战略性地指导需求降低，实现理想的kW降低，同时保持生产率。系统可能采取的行动包括:

• 例如，减慢或循环风扇和鼓风机(或提高制冷区域的温度设置值)，以减少来自排气风扇、制冷压缩机和冷凝器的千瓦负荷。
• 稍微改变吸入压力，以减少制冷压缩机电机的负荷
• 减少氮气系统压缩机电机
• 减少废水处理负荷，减少鼓风机、搅拌器和泵的消耗
• 关闭电池充电器
• 延迟真空管或磨床的启动

节省可能很重要：峰值时间能源使用可以占工业用户电费的40％;避免这些尖峰可以将整体账单减少到15％。

Spara Ems的面板视图在四星级果子的主要电气控制室。

本面板或通过具有适当权限的任何网络连接的计算机提供完整设施监控和控制。

食品加工者经常想知道如何在不损失生产能力的情况下做到这一点。答案是，先进的EMS可以在整个设施中快速、精确地调整负荷(而不仅仅是在制冷设备上)，这样你就可以在最大程度上节约成本，同时减少中断。一个先进的系统可以按组或其他因素对负载进行顺序排序，它还可以同步减载，以实现节约和生产率目标。这种水平的控制和精度是大多数设施无法实现的手动或不同的自动化系统。

例如，在加利福尼亚州奥克斯纳德的Mission Produce, Powerit的Spara系统可以快速跟踪动态运行条件并调整电力负荷，有时只需几分钟。该系统通过变频驱动器(vfd)、两个位置的五个制冷压缩机和电池充电器控制蒸发器和冷凝器风扇。自该系统实施以来，该公司已将高峰负荷的能源使用量和每月的能源账单降低了约三分之一。该公司在系统中制定了保护生产的规则——EMS从不采取超过规定水平的减产行动。

需求响应:这是通过全国公用事业和电力系统运营商实施的需求减少策略。需求响应（DR）计划让您通过根据需求缩减电力来赚钱。例如，在一个异常炎热的夏季日，实用程序可能会通知需求的响应参与者，它需要将其用在其参与合同中指定的金额缩减。

Spara视图中的需求响应配置屏幕。

Sparaview连接到聚合器的Auto DR服务器和SCE的需求响应自动化服务器。四星级的Spara EMS实施配置为在DR事件前自动预先冷却葡萄储藏室，并且SPARA具有在活动期间保护产品的过程知识。

有两种类型的DR程序：在待机/可靠性计划中，当网格受到压力时，您将提交特定的负载缩减。这些不常见的事件通常持续两到四个小时。每兆瓦的价格通常为30,000至60,000美元。在储备/市场的计划中，您同意根据设定的价格削减使用。事件比备用/可靠性事件更频繁，通常持续一小时或更短时间。价格通常约为40,000美元。

自动需求响应(Auto-DR)程序往往是最赚钱的程序。然而，先进的技术对于参与至关重要:新的和即将到来的项目需要用户和供应商系统之间的自动通信，以及更快、更重要的响应。在这些程序中，一个企业的系统和公用事业或电网运营商的系统使用OpenADR(自动需求响应)标准相互“交谈”。智能DRAS(需求响应自动化服务器)客户端提供动态连接。例如，使用Powerit的Spara EMS，供应商的系统将需求响应事件通知用户的系统，Spara根据为该设施设置的能源使用规则采取行动。用户还可以设置多个电价水平，以便使用预定义的操作进行响应。

然而，即使有了非自动化的DR程序，许多食品加工者发现，如果没有先进的EMS，参与是不可能的。Mission Produce尝试了这一方法，但发现手动关闭系统组件耗时太长，而且工作人员缺乏对整个系统进行微调的能力。现在，它可以通过南加州爱迪生公司的项目获得奖金。

动态定价优化:许多公用事业公司采用动态定价策略，如实时定价(RTP)，这涉及基于电力市场价格、天气事件或其他条件的费率变化。这些变化可以在任何地方发生，从几分钟到24小时的通知，在最坏的情况下，电力成本在RTP高峰期间跃升到正常速率的100多倍。高级EMS允许您通过将消费转移到较低费率时段或在昂贵的超级高峰时段减少消费，自动响应正在进行的价格波动。

能源效率：能源效率——不仅使用更少的能源，而且在成本最低的时候使用能源——通常是实施需求控制、需求响应和动态定价方案的副产品。这些举措通常揭示了消除浪费和优化使用的最佳实践机会。

措施可能包括：

• 浮动头压力控制，利用风扇电机的变速控制，通过将操作匹配为特定的冷却工艺和环境湿灯泡温度，最大限度地减少制冷压缩机和冷凝器系统电机负载
• 自动分级和排序的空压机组合，使在使用中的压缩机在额外的容量开始之前完全负载
• 精确和动态调整空气处理风扇速度和气流与实时温度要求
• 匹配蒸发器除霜周期的实际需要，而不是在低效的基于日程的常规操作

生产处理器削减能源成本使用DR，其他能源管理策略

只有一小部分食品加工企业利用了这些主要的储蓄机会，但少数确实展示了潜力。例如，加州德拉诺的四星水果公司(Four Star Fruit of Delano)使用Powerit Solutions的Spara EMS来实施需求控制、自动dr和能效措施，这些措施每年为公司节省了16%的电费。

四星在一年中的三个关键月使用了大量的电力，而且它的业务正在增长。在其能源管理系统实施之前的36个月里，业务以两位数增长，而其电力消耗翻了一番。鉴于预计未来几年电价将上涨，该公司希望更好地控制其能源使用，并提高其“绿色”资质。

四星级等设施为DR和DC策略提供了良好的潜力：该设施可以预测DR事件的预期，或使用温度缓冲区来乘坐DC事件的速度。在这种情况下：

• 预处理室和长期储藏室的组合提供了可以互相平衡的负载。
• 预冷房间可以整天装入生产，然后在晚上预处理。
• 长期储藏室可以飞行，预先冷却它们，以便在发生前冷时，它们的制冷可以断电。

设施类型（预使用长期存储）使公司成为自动博士计划的良好候选者。四星级的EMS与其实用程序（南加州爱迪生）和需求响应聚合器（Enernoc）一起运营的需求响应自动化服务器（DRAS）集成。该公司参加了上赛季的博士事件，实现了靠近其测试演示减少700kW的负荷减少。

预冷器控制

这是Spara EMS自动化需求控制和需求响应的15个房间之一。Spara EMS旨在平衡DR和EE与设施的运营需求。Spara系统集成了大量的工业流程和负荷，包括食品加工设施，将能源密集型企业接入智能电网。

系统评估：一个关键第一步

那么，您如何确定您的设备能否实现这些类型的节省呢?对生产系统的全面评估是关键的第一步。以下是我公司进行评估时的流程:

确定储蓄机会。我们通过分析电费账单和历史kW区间数据，评估参与需求响应或其他激励计划的机会来实现这一目标。

创建一个设施的数据图片。我们收集有关设施的主要过程、最大电力负荷和设施总体情况的详细数据。

执行站点审计。审计覆盖整个工厂和所有的过程，从原材料的接收到最终产品的运输。由于最大的电力负荷能提供最好的自动化投资回报率，因此对这些负荷进行了详细的分析。我们查看当前的标准操作过程、典型运行时间、使用时间和负载，并评估这些方面的低效。

节约可以来自多个计划。一般来说，如果一个负载有一个进程缓冲区(负载的输出存储到最大点，然后关闭负载，直到达到最小点)，那么就存在节省成本的机会。例如，当能源成本高时，负载可以关闭或减缓。通过研究整个过程，并在批量或连续过程中识别这些缓冲，我们通常会发现通过需求控制、需求响应、能源效率或三者都能降低能源成本的机会。

完成评估。根据数据收集和现场审计的结果，订正了最初的节省估计数，以纠正任何错误的假设，并反映实际的节省潜力。

工作中的高级能量管理:一个真实世界的例子

这里有一个典型的需求控制操作的例子，该操作在食品加工设施中使用Powerit的Spara EMS控制能源需求:

1. EMS的实时算法预测，该设施目前的能源使用量将超过设定值x kW。该设施需要减少负载。
2. 系统确定此时哪些制冷压缩机可以减少。这些负荷可用于削减。
3. EMS根据系统中设置的首选顺序进行削减操作。“A”和“B”的优先级分别为“1”和“2”。压缩机A有x kW的安全可用减少，所以系统相应的电源。然后将压缩机B的功率降低x kW，以获得所需的剩余减排量。
4. 每个压缩机在降低功率的情况下只能在不中断操作的情况下运行一定时间，而且时间已经在系统中设定。EMS监控减少的时间，并查看压缩机A是否达到了那个时间点。它释放压缩机A，进一步减少压缩机B，以获得所需的剩余减少量。注意:作为约束的时间是一个简单的规则示例，可以集成到系统的决策过程中。规则也可以是相当复杂和基于逻辑的(如果泵的转速是X，罐的液位是Y，那么搅拌器的转速可以缩减到Z)或由计划或生产因素触发。
5. 现在你达到了你的目标。所有负载都根据设施设置的程序释放。

这里发生了什么?设施的运行被中断了，但并没有中断。这些变化被预先定义为可接受的以节能为代价的电力减少。

食品加工商可以显着降低以前无法控制的能源成本。通过能够积极地管理垄断控制的资源，继续持续上涨，您不仅可以降低成本，而且还可以获得竞争优势。

为什么先进的自动化是必要的?如何评估它 对大多数公司来说，手动操作复杂的流程来实现节能是很难的，甚至是不可能的。它还可能引入人为错误，并可能危及生产。使用手工方法可以摆脱的负载的范围和类型是有限的，这使得参与DR计划或响应动态定价是不可能的或无利可图的。一个先进的EMS对于充分利用减载策略是至关重要的。 最佳能源管理系统的主要特点是： 能够在您设置的参数内直接控制负载，因此不需要人工干预。 与现有系统的无缝集成以及扩展其功能的能力。 连接许多负载的能力，以便最大限度地利用潜在的节省。 访问实时数据，以便分析和预测事件。 为您的操作定制的规则驱动的、流程保护的例程，可以管理各种各样的工业流程、限制和阈值。 无线输入/输出，无需运行昂贵的管道(通常是一个破坏性和耗时的过程)，并提供访问难以到达的地方，确保可以控制最大数量的设备负载。 除了技术本身，寻找一个供应商，可以帮助确定和评估公用事业项目，回扣，和激励。供应商还应该在您的行业中有专门知识，以便他们熟悉典型的流程和设备，并可以分享基于过去项目的最佳实践。

在预算紧张的情况下进行投资

在高级EMS的投资更加可管理，许多设施运营商期望。根据您所在地区和您的实施中可用的奖励，可以从立即到18个月的任何地方实现ROI。

许多公用事业公司提供激励计划，涵盖旨在减少能源消耗或管理高峰需求的系统的部分甚至全部成本。这些激励措施涵盖了从基本能源效率到自动参与需求响应计划的各种应用设备和技术。

如果不提供激励计划，租赁，租赁自己和租赁通常是彻底购买的有吸引力的替代品。这些融资期权增加了购买力并降低了前期投资，即使新技术没有预算，也可以立即采取行动降低能源成本。根据具体情况，企业可能能够通过奖金和加速折旧或投资税收抵免来实现税收利益，甚至可以实现立即的积极现金流量。

关于作者

Bob Zak是西雅图国际清洁技术公司Powerit Solutions North America的总经理兼总裁，该公司的Spara能源管理系统使能源密集型企业能够充分利用智能电网。Zak是与劳伦斯伯克利国家实验室合作推进自动容灾和其他智能电网计划的控制专家组成员。在OpenADR开发的早期，Powerit与实验室密切合作，将新标准投入商业和工业现场的实际使用。