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孙柏林:先进控制自动化技术助推节能降耗

行业聚焦点中国仪表网2011年12月19日 11:49人气:3932

  导读:传统的自动化较少关注节能与环保问题,随着社会和经济的发展,绿色电厂、绿色楼宇以及绿色化工等与节能环保相关概念被提出,节能能源、减少原材料消耗以及绿色环保等新的约束对自动化技术提出了更高的要求。在现代企业中,先进控制与优化技术对于企业的节能减排、高效运行起着十分重要的作用,具有许多显著的优点。因此得到了广泛的推广和应用。“节能降耗”需要从自动化等高新技术中寻求出路。先进控制技术完全可以在“节能降耗”领域里建功立业!
    
  节能减排是“十二五”期间国民经济能够继续保持可持续发展的战略性问题之一,是当前对于各行各业都极其重要的任务。先进的科学技术正是“节能减排”的有力武器,这种技术在制造业中正是先进的工业自动化技术。如何加快装备制造业的发展和技术进步,增强工业控制系统的功能和效率,以及更好地应用先进的控制技术来帮助制造企业降低成本、提高效率、改善质量、实现低碳化与“节能减排”的目标,是当前工业自动化行业面临的十分紧迫的问题。
  
  目前,我国工业生产仍普遍存在“三高”(高能耗、高消耗、高污染)的问题。钢铁、有色、电力、化工等高耗能行业单位产品能耗比世界先进水平高40%以上。因而,我们应努力奋斗,尽早缩短这一差距,按照科学发展观和加快转变经济发展方式的要求,建立资源节约型、环境友好型社会。
  
  节能减排、建设“两型”社会是科学发展观的内在要求,当然也是应对气候变化的一个有效手段。
  
  “十二五”节能减排的主要目标与基本思路
  
  《“十二五”节能减排综合性工作方案》总体目标包括:到2015年,万元国内生产总值能耗下降到0.869t标准煤,比2010年的1.034t标准煤下降16%,总实现节约能源6.7亿t标准煤。2015年,全国化学需氧量和SO2排放总量分别控制在2347.6万t、2086.4万t,比2010年的2551.7万t、2267.8万t分别下降8%;全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万t、2046.2万t,比2010年的264.4万t、2273.6万t分别下降10%。
  
  “坚持节约优先、立足国内、多元发展、保护环境,加强国际互利合作,调整优化能源结构,构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系”是推动能源生产和利用方式变革的新思路。
  
  为此,专家学者提出:“节能改变世界智能创造未来”,“十二五”期间工业节能减排工作要以科技创新为支撑,大力推进工业节能降耗。围绕工业生产源头、过程和产品三个重点,组织实施余热余压回收利用工程、工业锅炉窑炉改造工程、内燃机系统节能工程、电机系统节能改造工程、热电联产工程、工业副产煤气回收利用工程、高效节能机电产品推广工程、企业能源管控中心建设工程、绿色通信推广工程、节能产业培育工程等十大重点节能工程,提升工业能源利用效率,促进行业节能技术产品装备、企业节能管理水平再上新台阶。
  
  充分认识“十二五”节能减排压力及难度将会更大
  
  随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级,我国能源需求呈刚性增长,受国内资源保障能力和环境容量制约以及全球性能源安全和应对气候变化影响,资源环境约束日趋强化,“十二五”时期节能减排形势仍然十分严峻,任务十分艰巨。16%这一目标和“十一五”期间“19.1%”的实际节能幅度相比虽然稍有下降,但仍是一块“难啃的硬骨头”。
  
  这是由于:一是节能减排的约束性指标增多了,“十二五”规划纲要草案除了继续要求化学需氧量排放量和SO2排放量分别下降8%,还新增要求氨氮和氮氧化物分别减排10%;二是“十二五”将大幅抑制能源消耗;三是行业节能减排的空间趋小、难度加大;四是我国石油和化学工业的重点耗能产品,能耗与国际先进水平的差距还很大;五是减排的这四项指标是约束性的,是一定要完成的,严峻的“节能”形势之外,“减排”重任的完成也不容乐观;六是部分高耗能产品生产增长较快,一些过去停工减产的又在恢复生产,产能大量释放,局部地区电力供需偏紧,节能减排任务非常严峻。专家学者形象地说:这次提出的目标是属于“踮起脚来才够得着”的目标。
  
  “十二五”节能减排要求工业发展低碳化
  
  “十二五”时期,我国科技发展仍处于可以大有作为的重要战略机遇期。世界科技保持快速发展态势,学科交叉和技术融合加快,创新要素和创新资源在全球范围内流动加速,科学技术正孕育着新的突破。网络和信息技术加速渗透和深度应用,将引发以智能、泛在、融合和普适为特征的新一轮信息产业变革。新型节能环保技术、新能源技术等加速突破,将推动世界进入绿色、清洁、低碳发展的新阶段。
  
  未来五年,我国经济将面临重大转变,能源消费增长也要有重大变化,“十二五”要继续制定积极的节能降耗定量目标,并试行能源消费总量控制目标,加强节能降耗考核,完善经济社会发展考核内容,以进一步统一认识,用节能降耗实践科学发展,推动科学发展;防止盲目扩大投资,避免单纯追求GDP增长速度;加快低碳技术开发和推广应用;组织开展节能减碳共性、关键和前沿技术攻关。
  
  先进控制技术在节能降耗中的促进作用
  
  “十二五”科技发展的总体目标是:自主创新能力大幅提升,科技竞争力和国际影响力显著增强,重点领域核心关键技术取得重大突破,为加快经济发展方式转变提供有力支撑;基本建成功能明确、结构合理、良性互动、运行高效的创新体系。
  
  传统的自动化较少关注节能与环保问题,随着社会和经济的发展,绿色电厂、绿色楼宇以及绿色化工等与节能环保相关概念被提出,节能能源、减少原材料消耗以及绿色环保等新的约束对自动化技术提出了更高的要求。
  
  当前的节能已不是简单意义的节约和少用能源,而是要靠使用先进科学技术,先进管理理念等来提高能源的利用效率。在当今世界性市场经济的激烈竞争中,工业企业必须应用自动化技术科学来保证产品的质量、成本和数量的优势。特别是在用高新技术改造传统产业方面,自动化科学在工业企业的运行与发展中起到非常重要的作用。在现代企业中,先进控制与优化技术对于企业的节能减排、高效运行起着十分重要的作用,具有许多显著的优点。因此得到了广泛的推广和应用。“节能降耗”需要从自动化等高新技术中寻求出路。先进控制技术完全可以在“节能降耗”领域里建功立业!
  
  先进控制技术在化工自动化的应用
  
  随着科学技术的飞速发展及其在工业生产中广泛和深入的应用,工业生产的发展体现着两个明显的特征,一是生产规模越来越大,二是生产技术水平越来越高。长期以来,我国化学工业技术水平较低、能耗很高。要改变这种局面,根本的出路就是走科技进步的道路,采用先进实用的技术改造传统产业。随着化学工业日益朝着集成化、大型化方向发展,系统的复杂性不断增加,表现为过程具有强耦合性、不确定性、非线性、信息不完全性和大纯滞后性等特征,并存在着苛刻的约束条件,控制目标多元化,变量数目增多且相关性增强。在这种情况下,传统的控制策略已不能完全满足要求,必须应用先进控制。近年来,先进控制在工业上的应用已经越来越多。从工业应用的角度看,先进控制应用成功与否的关键在于设计者对被控过程的准确把握与否,能否正确应用各种控制策略。
  
  就自动化水平而言,主要包含自动化系统及仪器仪表产品和控制技术两个方面。前者仅是实现自动化的基础条件。而后者决定目标控制的好坏。能耗的下降有两种方式:一种是把高耗能产业合理转移出去,提高产业结构;另一种是降低单位增加值能耗,提高能源使用效率。
  
  现代工业过程正向复杂化、高速化、大型化方向发展,节能、降耗、安全、环保是自动化的首要目标,而工业过程通常都有多种约束条件、多变量、强耦合、非线性、大时滞、不确定性、多控制目标等问题,给先进控制技术的实现带来很大困难,主要因为控制目标带有多种约束条件、多变量、强耦合、非线性、大时滞及不确定性;加之对象研究不够、控制方案不够合理等因素造成的。而这些回路恰恰是影响生产效率,降低能耗的关键点。如何实现降低单位增加值能耗,提高能源使用效率呢?本文主要想从市场需求、自动化领域实现节能降耗的基础条件、节能降耗与先进控制的关系、目前存在的问题和今后努力的方向等几个方面来讨论。
  
  近年来对复杂系统建模与控制、非线性控制系统理论、离散事件动态系统、混杂系统理论、大系统理论、随机系统滤波与控制、分布参数系统控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制、最优控制、系统辨识与建模等各种控制理论的研究较多。针对复杂工业过程所具有的多变量、强耦合、强非线性、不确定性、生产边界条件变化大等综合复杂性,将控制理论与方法和智能方法(模糊推理、神经网络、知识挖掘、专家系统等)相结合,开展了智能建模技术、软测量技术、智能控制技术、多变量智能解耦控制技术以及基于综合生产指标的优化控制技术的研究。自动控制是节能降耗的手段之一。对工厂而言,仅靠自动化技术是不能实现节能降耗的,只有当流程工业企业通过结合自动化技术才能达到高效节能的目的。在自动化系统及仪表使用正常的条件下,先进控制的应用使得节能降耗的效果可达5%~7%。即便生产工艺的改造、升级和创新,各种机械、电气等设备的效率提高的条件下,自控投运率太低,同样对节能降耗有影响。国内一些石化公司如茂名、扬子、济南等炼油厂已经应用了先进技术,并且带来了可观的经济效益。
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