中央空調(diào)應(yīng)用AI管理,破局工業(yè)高能耗之困
發(fā)表于: 來自:節(jié)能降碳研究院
近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源消耗總量也隨之提高,其中工業(yè)領(lǐng)域能源消耗占比較高。在“雙碳”目標(biāo)要求下,國家陸續(xù)出臺(tái)了一系列政策來加快推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域的綠色低碳轉(zhuǎn)型與能效提升:

2022年1月,國務(wù)院印發(fā)《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》,明確到2025年,全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降13.5%,能源消費(fèi)總量得到合理控制,并部署了十大重點(diǎn)工程,其中包括:推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施能效提升,加快綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè);引導(dǎo)工業(yè)企業(yè)向園區(qū)集聚,推動(dòng)工業(yè)園區(qū)能源系統(tǒng)整體優(yōu)化和污染綜合整治等。
2022年6月,工業(yè)和信息化部、國家發(fā)改委等六部門聯(lián)合發(fā)布《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)劃》,明確到2025年,重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)能效全面提升,數(shù)據(jù)中心等重點(diǎn)領(lǐng)域能效明顯提升,綠色低碳能源利用比例顯著提高,節(jié)能提效工藝技術(shù)裝備廣泛應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)和監(jiān)管體系逐步完善,鋼鐵、石化化工、有色金屬、建材等行業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品能效達(dá)到國際先進(jìn)水平。
2022年8月,工業(yè)和信息化部、國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》,明確到2025年,我國規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗較2020年下降13.5%;確保工業(yè)領(lǐng)域二氧化碳排放在2030年前達(dá)峰;提出六大重點(diǎn)任務(wù),包括深度調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、深入推進(jìn)節(jié)能降碳、積極推行綠色制造、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和加快工業(yè)綠色低碳技術(shù)變革等。至此,政策已從產(chǎn)業(yè)布局、技術(shù)變革、重要行業(yè)等維度為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰劃定“時(shí)間表”和“路線圖”。
工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰任重道遠(yuǎn)
工業(yè)作為我國經(jīng)濟(jì)增長的重要引擎,同時(shí)也是我國能源消耗和碳排放的主要領(lǐng)域。數(shù)據(jù)顯示,截至2021年年底,我國工業(yè)能耗總量以及碳排放總量在第二產(chǎn)業(yè)中占到三分之二,在我國能耗總量以及碳排放總量中亦占到三分之一,隨著國家“雙碳”政策驅(qū)動(dòng),工業(yè)企業(yè)的節(jié)能降碳成為了一道“必答題”。

工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)雙碳目標(biāo)并非易事,據(jù)資料顯示:工廠建筑平均能耗達(dá)到了130千瓦時(shí)/平方米,其中,空調(diào)、采暖及熱水系統(tǒng)占建筑運(yùn)行能耗的50%,高能耗企業(yè)大頭是制冷的消耗。
在工廠生產(chǎn)過程中,制冷站的耗電占工廠運(yùn)行總能耗的相當(dāng)大比例。高耗能企業(yè)能耗大:電子芯片工廠制冷站能耗約為工廠總能耗的18~25%;食品和飲料行業(yè)工廠制冷站能耗約為工廠總能耗的30~35%;汽車制造行業(yè)工廠制冷站能耗約為工廠總能耗的10~15%。由于缺乏節(jié)能投資資金和節(jié)能咨詢服務(wù),沉重的能耗費(fèi)用使企業(yè)的成本大大提高,并造成電力供應(yīng)緊張。
長期性、系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性是工業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的基本特征,并貫穿產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)全過程。從目前情況來看,節(jié)能降碳重點(diǎn)領(lǐng)域中的大能耗企業(yè)節(jié)能減排壓力最大、存在難點(diǎn)最多,主要表現(xiàn)在能源利用率、節(jié)能力、數(shù)字化能力、技術(shù)革新能力等方面仍然比較低,發(fā)展和轉(zhuǎn)型面臨著技術(shù)和資金瓶頸。
想要如期實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),工業(yè)領(lǐng)域的根本思路在于創(chuàng)新。“十四五”規(guī)劃提出,“以數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式變革”,鼓勵(lì)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)相融合,為工業(yè)領(lǐng)域低碳工藝革新提供新的實(shí)現(xiàn)路徑。
技術(shù)創(chuàng)新助力工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰
在此背景下,如何利用新技術(shù)將節(jié)能降碳與高質(zhì)量發(fā)展有機(jī)融合,成為工業(yè)領(lǐng)域的重要課題。在積極探索綠色低碳發(fā)展之路過程中,我國工業(yè)企業(yè)節(jié)能降碳廣泛存在靠人工、憑經(jīng)驗(yàn)、無數(shù)據(jù)可依等難點(diǎn),導(dǎo)致浪費(fèi)高、不節(jié)能、無智能等問題產(chǎn)生。
近年來,為推動(dòng)工業(yè)低碳化轉(zhuǎn)型升級(jí),我國已有不少企業(yè)積極布局,加快低碳、零碳、負(fù)碳等領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí),并為行業(yè)提供諸多有價(jià)值的參考成果。
中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施
目前中央空調(diào)節(jié)能主要包括以下措施:采用高效的設(shè)備,包括主機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等。優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)以減少系統(tǒng)阻力;降低風(fēng)水輸送能耗;定期維保、清洗除垢提高換熱部件換熱效率;熱泵技術(shù),利用自然能源;冰蓄冷、水蓄冷技術(shù),移峰填谷,錯(cuò)峰用電;控制管理節(jié)能,根據(jù)負(fù)荷按需供給,但是單獨(dú)采用以上這些節(jié)能措施所產(chǎn)生的效益微乎其微,想要如期實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),降低工業(yè)領(lǐng)域中央空調(diào)系統(tǒng)碳排放的根本思路還在于創(chuàng)新。智慧節(jié)能技術(shù),為工業(yè)領(lǐng)域低碳革新提供新的實(shí)現(xiàn)路徑。

智慧節(jié)能技術(shù)主要應(yīng)用在綜合管理節(jié)能領(lǐng)域,采用自學(xué)習(xí)、自進(jìn)化、自適應(yīng)技術(shù),確保中央空調(diào)機(jī)房設(shè)備安全、可靠、高效運(yùn)行。智慧節(jié)能技術(shù)是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量,正逐步運(yùn)用于各領(lǐng)域,并為各領(lǐng)域帶來革命性的變革。人工智能在中央空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用,正對(duì)中央空調(diào)管理節(jié)能效果帶來巨大的飛躍。據(jù)案例數(shù)據(jù)顯示,節(jié)能率達(dá)15~50%。在節(jié)能減排形勢日益嚴(yán)峻和行業(yè)競爭日益加劇的當(dāng)下,這些技術(shù)的應(yīng)用必然為政府事業(yè)或企業(yè)單位帶來巨大的示范效益和經(jīng)濟(jì)效益。
01、智慧節(jié)能技術(shù)控制對(duì)象
針對(duì)原有中央空調(diào)系統(tǒng),智慧節(jié)能技術(shù)需要增加AI智能,增加主機(jī)冷凍水出水回水溫度傳感器、冷凍水壓差流量傳感器、冷卻水出水回水傳感器等。如果冷凍泵、冷卻泵沒有變頻器,增加冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻器。原有中央空調(diào)系統(tǒng)不需要任何改動(dòng)。
02、中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能空間
中央空調(diào)設(shè)計(jì)按照全年最不利環(huán)境工況、最不利使用工況并留有一定余量進(jìn)行負(fù)荷設(shè)計(jì),而空調(diào)年平均使用負(fù)荷約占設(shè)計(jì)負(fù)荷的60%。制冷主機(jī)輸出制冷量會(huì)跟隨負(fù)荷變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,但輸配系統(tǒng)中的水泵并不會(huì)根據(jù)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整流量,造成了大流量小溫差的現(xiàn)象。如果全年全天滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),那么水泵的運(yùn)行能耗占系統(tǒng)的能耗的約20%,但在年均負(fù)荷60%的情況下,水泵能耗占總能耗可達(dá)50%(水機(jī)的能耗會(huì)自動(dòng)調(diào)整)。綜上可見,中央空調(diào)存在巨大的節(jié)能空間。
03、智慧節(jié)能技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能
智慧節(jié)能根據(jù)系統(tǒng)效益最優(yōu)原則進(jìn)行節(jié)能控制,降低冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的綜合能耗。根據(jù)建筑內(nèi)冷量的需求,及外部氣候的變化采用自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)優(yōu)化技術(shù),主動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍水出水溫度和流量,冷卻水溫度重設(shè)計(jì),降低兩器溫差,使冷機(jī)系統(tǒng)能效(EER)不斷進(jìn)化到最高能效段。負(fù)荷的變化自動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷主機(jī)加減機(jī)和調(diào)整冷凍水泵頻率,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。通過能效決策和系統(tǒng)優(yōu)化,ECR可實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能15%以上。

智慧節(jié)能技術(shù),理論上不但可以達(dá)到節(jié)能節(jié)電的效果,從長遠(yuǎn)看更有助于提高中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)營水平,減少維護(hù)管理人員和大量開支,規(guī)避過往暖通領(lǐng)域?qū)τ谥醒肟照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)維管理人員依賴度極高,而管理人員多為非暖通專業(yè)人員的痛點(diǎn)難題。

基于智慧運(yùn)維、AI調(diào)節(jié)、按需供應(yīng)核心技術(shù)研發(fā)的暖通智慧管控系統(tǒng)(數(shù)智化平臺(tái))正在解決這個(gè)問題,通過AI數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)+優(yōu)化控制算法,為提高工業(yè)領(lǐng)域中央空調(diào)能源利用率,減少浪費(fèi),空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率平均達(dá)到22%。譬如,在一個(gè)大型的新能源工廠中,系統(tǒng)一年就能為客戶節(jié)省2000多萬度電。
與合同能源管理模式相結(jié)合
“智慧節(jié)能系統(tǒng)”結(jié)合人工智能、5G、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,為中央空調(diào)運(yùn)營提供了一套綜合管理的服務(wù)模式,實(shí)現(xiàn)了中央空調(diào)全面智慧化、數(shù)字化與綜合化的管理。目前,“智慧節(jié)能系統(tǒng)”已實(shí)現(xiàn)大型工廠園區(qū)智慧化的運(yùn)維調(diào)控,幫助大能耗的電子、鋼材、化工、新能源、醫(yī)藥、汽車、酒店、大型辦公樓等中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智慧化的綜合管理與節(jié)能減排。“智慧節(jié)能系統(tǒng)”通過互聯(lián)網(wǎng)、人工智能的運(yùn)用,使運(yùn)行節(jié)能率達(dá)到15%~40%,極大地減輕了企業(yè)能耗,為企業(yè)節(jié)省了管理及人員成本,實(shí)實(shí)在在給企業(yè)帶來了效益,減輕了負(fù)擔(dān)。
在科技界與產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)合下,未來將有更多企業(yè)借助技術(shù)升級(jí)來提高工業(yè)能效,實(shí)現(xiàn)深度節(jié)能降碳。這不僅符合我國自身發(fā)展利益,也有助于與全球氣候治理形成良性互動(dòng),對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)并最終推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。