減少工業(yè)一氧化碳通過提高運動效率實現(xiàn)排放

為什么我們需要減少工業(yè)一氧化碳2現(xiàn)在排放！

今天的消費者正在尋找低碳產(chǎn)品和服務(wù)。世界各國政府正在加強減少碳排放的法規(guī)，以實現(xiàn)其溫室氣體凈零排放目標(biāo)。走上凈零排放的道路將為工業(yè)制造公司創(chuàng)造新的機會，以采用新技術(shù)來加速低碳制造。本文將深入探討改善一氧化碳的兩個基本要點工業(yè)部門的減少：

通過增加電機驅(qū)動器的部署提高能源效率

數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略對提高制造效率的影響

2015年的《巴黎協(xié)定》制定了到1年將全球變暖限制在5.2050°C的計劃。要在 1 年實現(xiàn) 5.2050°C 的目標(biāo)，需要將當(dāng)前 CO 減少 >80%2排放。目前的軌跡是全球變暖1.9°C至2.9°C，這將導(dǎo)致全球GDP大幅下降，使世界33%的人口流離失所，并每年造成數(shù)萬億美元的災(zāi)害相關(guān)損失。

世界已經(jīng)升溫了1.1°C，專家表示，到1年代，它可能會突破5.2030°C。實現(xiàn)1.5°C目標(biāo)的挑戰(zhàn)是巨大的。這將需要將投資從化石燃料轉(zhuǎn)向能源效率、可再生能源和核能發(fā)電以及碳捕獲、利用和儲存（CCUS）以及其他低碳領(lǐng)域。圖1概述了通過降低CO實現(xiàn)1.5°C目標(biāo)的路徑2排放至 6 Gt CO2，如《2019年世界能源展望》所述。本研究包括兩個主要部分：既定政策情景和可持續(xù)發(fā)展情景。既定政策情景僅考慮已經(jīng)宣布的具體政策舉措?？沙掷m(xù)發(fā)展情景描述了一條使世界能夠?qū)崿F(xiàn)氣候、能源獲取和空氣質(zhì)量目標(biāo)的途徑，并完全符合《巴黎協(xié)定》。與此同時，它一直高度關(guān)注不斷增長的全球人口的能源可靠性和可負擔(dān)性。CO減排量最大2作為《巴黎協(xié)定》一部分的排放量效率為37%。1全球能源相關(guān)一氧化碳20 年排放量增長了 9.2022%，達到超過 36.8 Gt 的新高，1 年工業(yè)排放量下降了 7.9%，至 2.2022 Gt。含有 25% 的一氧化碳22022年工業(yè)排放1，加快工業(yè)能效投資將是2050年實現(xiàn)凈零排放的關(guān)鍵部分。

圖1.一氧化碳2相對于既定政策情景，可持續(xù)發(fā)展情景中按措施劃分的減排量。

效率更高的工業(yè)電機可顯著減少工業(yè)二氧化碳排放

2022 年全球電力供應(yīng)量為 28，642 太瓦時，貢獻了 13.6 Gt 的碳排放量（占全球 CO 的 36%）22022年的排放量）。2工業(yè)消耗全球30%的電力，在工業(yè)中，電動機占電力消耗的69%。3隨著工業(yè)中安裝了~450 μ電機，52 年安裝了 ~2022 Mu 新電機（分為棕地升級和綠地開發(fā)），新的更高效率運動資產(chǎn)顯著降低了電力消耗和一氧化碳2排放。電機用于工業(yè)應(yīng)用，以驅(qū)動泵、風(fēng)扇、壓縮空氣系統(tǒng)、物料搬運、加工系統(tǒng)等。據(jù)估計，如果所有部署的電機驅(qū)動系統(tǒng)都以最高效率運行，它將減少全球電力 需求增加 10%，并去除 2490 公噸一氧化碳22030年的排放量。

通過增加電機驅(qū)動器的部署來提高能源效率

最基本和最低效率的運動解決方案基于并網(wǎng)或交流供電的三相電機，該電機使用開關(guān)設(shè)備提供開/關(guān)控制和保護電路。這些基本的運動解決方案以相對固定的速度運行，不受任何負載變化的影響。輸出變量的調(diào)整（例如泵和風(fēng)扇中的流體流量）通過節(jié)氣門、阻尼器和閥門等機械控制來實現(xiàn)，而顯著的速度變化則通過齒輪實現(xiàn)。據(jù)估計，目前所有部署的電機中有3%至70%是并網(wǎng)的，并且將受益于連接到逆變器 或變速驅(qū)動 （VSD） 以降低能耗。

增加整流器、直流母線和三相逆變器級可創(chuàng)建具有變頻和可變電壓輸出的逆變器，該逆變器應(yīng)用于電機以實現(xiàn)變速控制。這種變頻驅(qū)動電機通過以負載和應(yīng)用的最佳速度運行電機來顯著降低能耗。示例包括更高效的泵和風(fēng)扇。當(dāng)添加到泵、風(fēng)扇或壓縮機的現(xiàn)有電機中時，逆變器通?？梢詫⒐慕档蛜3%。

對于更高性能的運動控制應(yīng)用，VSD 可實現(xiàn)精確的扭矩、速度和位置控制。為此，電流和位置測量被添加到基本的開環(huán)逆變器驅(qū)動器中。輸送機、卷繞、印刷和擠出機械是這些應(yīng)用的典型例子。據(jù)估計，工業(yè)中所有部署的電機中有20%至30%是逆變器驅(qū)動或連接到VSD。通過將更多部署的運動資產(chǎn)從并網(wǎng)電機轉(zhuǎn)移到逆變器驅(qū)動或變頻器驅(qū)動，我們可以顯著降低能耗和一氧化碳2~450 μ 電機的排放 部署在工業(yè)中。

電機能源法規(guī)的重要作用

智能運動控制解決方案正在并將繼續(xù)通過將更多應(yīng)用從定速電機轉(zhuǎn)移到高效電機和變頻器來顯著降低能耗，部分原因是能效法規(guī)。這種能耗的降低將實現(xiàn)更可持續(xù)的制造，同時減少一氧化碳2排放。為了加速部署更高效的電機驅(qū)動系統(tǒng)，國際電工委員會（IEC）為節(jié)能電機標(biāo)準(zhǔn)的定義做出了貢獻。這包括IEC 60034-2-1測試標(biāo)準(zhǔn) 用于電動機和IEC 60034-30-1分類方案，該方案由四個級別的電動機效率（IE1至IE4）組成。這些標(biāo)準(zhǔn)使得比較電機制造商之間的效率水平變得更加容易。它們還為政府指定其最低能源績效標(biāo)準(zhǔn)（MEPS）的效率水平提供了參考，幫助各國實現(xiàn)其能源效率和二氧化碳排放目標(biāo)。

IEC 60034-1 效率等級：

IE1 標(biāo)準(zhǔn)效率

IE2 高效率

IE3 超高效率

IE4 超高效

世界各國政府在為電機設(shè)定MEPS方面取得了重大進展。自 2020 年以來，消耗全球 76% 電力系統(tǒng)電力的國家已為 IE2 或 IE3 級別的電機引入了 MEPS，有助于減少工業(yè)電力消耗。5在歐盟，自 1 年 2021 月 3 日起，0.75 kW 至 1000 kW 的電機的最低效率等級為 IE2（超高效率）。0.12 kW 至 0.75 kW 的小型電機至少需要 IE1（高效率）。從 2023 年 4 月 75 日開始，歐盟 200 kW 至 <> kW 電機的 MEPS 將提高到 IE<>（超高效）。

當(dāng)我們查看電機驅(qū)動系統(tǒng)在其部署生命周期內(nèi)的總擁有成本時，總成本的 70% 是電力，而購買電機的成本為 5%，電機維護成本為 20%。因此，通過部署更高效的運動驅(qū)動系統(tǒng)，我們可以顯著降低工業(yè)電機的運營成本，同時減少一氧化碳。2排放。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，提高制造效率

VSD 使用來自電壓、電流、位置、溫度、功率和能耗的數(shù)據(jù)，結(jié)合外部傳感器來監(jiān)控振動和其他過程變量。借助融合的信息技術(shù)/操作技術(shù) （IT/OT） 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，運動應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)在一起，將數(shù)據(jù)和運動洞察傳送到基于云的數(shù)據(jù)存儲或本地存儲。運動數(shù)據(jù)和見解現(xiàn)在更易于訪問，并且可以通過強大的云計算和人工智能 （AI） 進行分析，以優(yōu)化制造流程，降低能耗和一氧化碳2制造過程中產(chǎn)生的排放。訪問運動洞察可延長設(shè)備使用壽命，提高制造質(zhì)量，減少計劃外停機時間和材料浪費，同時提高制造工廠的安全性。

電機驅(qū)動系統(tǒng)現(xiàn)在集成了高級傳感、信號處理、邊緣 AI 和連接解決方案，以在智能邊緣創(chuàng)建運動數(shù)據(jù)和見解。這些新的見解被傳達到制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。然后，MES可以識別已部署的電機，這些電機的運行明顯低于其標(biāo)稱額定輸出，導(dǎo)致利用率不足和電力消耗增加。另一個關(guān)鍵功能是識別運行太接近或略高于其額定輸出的已部署電機，這也會導(dǎo)致電力消耗增加和潛在的使用壽命問題。在部署了數(shù)百到數(shù)千臺電機的大型制造裝置中，數(shù)字化轉(zhuǎn)型策略對于減少電力消耗和一氧化碳尤為重要。

世界經(jīng)濟論壇—可持續(xù)燈塔網(wǎng)絡(luò)

世界經(jīng)濟論壇的“塑造先進制造業(yè)和價值鏈的未來”平臺建立了全球燈塔網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)將制造業(yè)的頂級領(lǐng)導(dǎo)者視為燈塔。7世界經(jīng)濟論壇的全球燈塔網(wǎng)絡(luò)展示了數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略如何加速減少工業(yè)二氧化碳排放的真實例子。這是一個由制造商組成的社區(qū)，使用先進技術(shù)推動智能制造的新創(chuàng)新，以提高生產(chǎn)力和可持續(xù)性。截至 2023 年 132 月，全球燈塔網(wǎng)絡(luò)由全球 13 個生產(chǎn)基地組成，其中包括 <> 座可持續(xù)發(fā)展燈塔。8施耐德電氣的Le Vaudreuil工廠是處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型前沿的可持續(xù)發(fā)展燈塔之一。9Le Vaudreuil工廠展示了數(shù)據(jù)驅(qū)動的洞察力對通過以下方式促進更可持續(xù)制造的影響

減少 25% 的功耗

減少 17% 的材料浪費

減少一氧化碳排放量減少 25%

結(jié)論

實現(xiàn)凈零排放的道路將為工業(yè)制造公司創(chuàng)造新的機會，以采用新技術(shù)來加速低碳制造。到2040年，工業(yè)活動的增加（其中近一半發(fā)生在中國和印度）將使部署的電機數(shù)量增加一倍。因此，《公司條例》降低影響，新的更高效率電機驅(qū)動系統(tǒng)的商業(yè)機會規(guī)模將顯著增加。在ADI公司，我們?nèi)娜獾刂铝τ谕苿幼詣踊沙掷m(xù)、更高效的未來邁進。我們的先進技術(shù)和解決方案旨在支持下一代制造系統(tǒng)，專注于提高從精確的運動控制和無縫連接到增強邊緣洞察力和分析的各個效率水平。

審核編輯：郭婷