通过能源审计，降低用电成本
本文中，一名经验丰富的电能质量工程师向我们介绍了节约能源成本的秘诀。首先，让我们从能源审计入手。“节约使用能源再次受到了人们的关注，”Paul Twite 介绍说，他指的是目前高能耗导致的高成本。Twite 是一名电能质量工程师，二级认证热象技师，同时，他还是24-7电力服务公司的合伙所有人，该公司提供电气方面的咨询和工程技术服务，帮助企业寻找电耗过高的操作环节，并进行修复。Twite进行能源审计时用到的许多设备，由 24-7 电力服务公司担任其生产商的代理人。
Twite 帮助企业降低能耗的方法包括三个步骤。只要拥有合适的工具、具备相关知识，您的公司也可以自行实施。请参见以下内容：
第一步：能源会计学
该步骤包括三个部分：
1. 核对电费账单；
2. 使用热像仪检查电气系统、机械设备、生产流程和HVAC（供暖通风空调系统）的工作情况，不要遗漏大厦外层（也就是把大厦内部同外界环境隔开的部分）；
3. 对用电情况、电能质量、功率因数和其它与能耗相关的因素进行监控。
通过核对电费账单，您可以了解电厂对您的用电记录，同时，电费账单还记录工厂的用电需求费用和/或功率因数过低而缴纳的罚金。
以上记录需要进行后期跟踪，确认电厂的计量无误，同时，您需要确认没有多缴纳额外的冤枉费用。“使用时间一长，电厂的计量仪器常常会出现校量不准的情况或发生故障，因此，作为能源审计流程的一部分，最好还是重新核对一遍电厂开具的缴费单准确无误。”
使用热像仪对电气系统、机械设备、HVAC系统和大厦外层进行测试，就可以探测出电路过载或电压不平衡、连接松散、HVAC设备马达过热、疏水阀故障，以及其它种种表示存在能源浪费的迹象。
在 Twite 看来，能源审计中使用热像仪（红外相机），就好比是医生在您的健康年检中使用听诊器，“身体检查的第一步，医生使用的往往是听诊器。
虽然不可能凭借听诊器就诊断出对方身患重病，但是，医生可能作出以下结论：‘您的心脏有些杂音，最好再作进一步的检查。’我认为，热象技术就好比是使用听诊器。热象仪是非常有用的工具，但是，只有和其它工具结合使用，才能最大程度地发挥其优势。”
因此，Twite在进行有偿的电能审计时，往往会备齐各种诊断设备。“一般来说，我会随身带着一辆四轮载物车，上面装着各种测试工具和个人防护设备，”Twite解释说，“包括热像仪、三相电能记录仪、振动分析设备、超声波测向设备和能够自动切换量程的数字万用表。使用热像仪进行检查，一旦发现可能存在问题，我就用其它仪器作进一步的测试。”
如果使用热像仪发现可能存在问题或异常情况，只要再对工厂的用电情况、电能质量和功率因数进行监测，就能够一目了然。使用合适的仪表，还可以识别谐波和其它内因引起的电力中断，此类电力中断事件往往会对机器性能造成不良影响。此外，使用正确的工具，还可以测量高峰时段的用电需求和功率因数，这两点是下文探讨的重点。
电厂会设置收取需求电费。一般而言，此类费用在夏天较高，一天的不同时刻也有差异。电厂一般还会设定需求用电期间；比较常见的是15分钟为一个期间。
根据这些设定，电厂会按照每个用电期间内平均用电需求、对工厂的耗电量进行监控，监控频率为每小时几次。高峰需求是一个收费周期内所有期间用电需求的最高平均值。例如，工厂一般的用电需求为500 kW，但在七月某个工作日的下午四点，如果三台大型泵同时开动，用电需求飙升到600 kW，成本可就不菲了。假设工厂的用电需求收费为100美元，七月的峰值需求罚金就是（600 kW-500 kW） x $100 = $10,000（美元）。使用三相电能记录仪（如福禄克1735）、或三相电能质量分析仪（如福禄克435），可以测量一段时间以内的用电需求，精确测定同时运行的大型负载，并验证单个负载的读数数值。
某些电厂会对功率因数 （PF）过低的用户进行罚款，功率因数过低表示该名用户未能有效使用电厂提供的电能。Twite介绍说，如果馈线或者中性导体的温度高于周边温度，只要有一台热像仪，再结合使用其它电能分析仪器，就能够快速识别用电情况和用电效率低下的问题。
热力不平衡的问题，也可能是由于电路中谐波含量过高造成的，或者表示发动机电路中的转子条、绕组或轴承损坏。“要弄清配电系统的工作情况，必须把热象设备和电能分析仪器结合使用，”Twite表示。
Twite 是这样解释“功率因数”的：“假设您负责管理一个机器车间，车间里有很多弧焊设备和其它工具——铣刀、数控机床等——这些设备工作时不停地启动和关闭。如果一台高电流负载周期性地启动和关闭，就会导致严重的功率因数问题。供电量和实际用电量之间存在差异，这就是功率因数的由来，功率因数就是视在功率和外加功率之间的比值（Power/VA=PF）。”
纯阻抗线性负载的功率因数是1.00，如果工厂的功率因数低于一定数值，电厂会收取一定罚金。比如说，只要工厂的平均功率因数小于0.90，每低一个0.01数位，电厂就加收百分之一的需求电费。如果月均功率因数为0.88，需求电费为6,000美元，那么工厂每年因为功率因数过低而支付的罚金就高达5,400美元。只要拥有一台优质的电能质量仪，您就可以自行测量并验证一段时间内的平均功率因数。
Twite强调说，能源审计的第一步，他负责根据电费账单收集相关信息，并使用热像仪和其它仪表进行测量，然后结合所获数据，对工厂内的用电设备一一清查。他介绍说：“通过这个步骤，我们希望获得能源会计学方面的详细数据，真正了解工厂每个用电环节的实际耗电情况。”
电能质量工程师表示，只要具备一定的电气知识，再加上安全操作培训，工厂内部的工作人员也可以自行完成。当然，其中可能涉及电弧和高电势风险，必须时刻谨慎操作。“您不必具有专业认证或者大学文凭，也不一定要有专业电工知识。”Twite指出，“但是，如果打算自己动手，一定要征求工厂安全部门负责人的意见。”
第二步：分析并识别问题
能源审计的第二步，Twite对此前收集到的数据进行分析，并提出以下问题：电路存在过载现象吗？连接松散？相位不均衡？为什么会出现电路过载？发动机过热，是因为设备没有调整好，还是需要润滑或是轴承损坏？通常，审计人员应当具有综观全局的本领：电路向哪个工作流程供电？该流程的设备是否功率因数过低，或者高峰时段用电需求过大？
此外，审计人员还要检查工厂照明系统、HVAC系统、发动机、驱动设备以及其它设备和系统的使用年限，并检测其工作效率。“需要查看设备铭牌上的相关数据、测量点负载、或者用热像仪寻找异常的热斑，不过最好是三者结合进行——这样才能对设备的使用年限有一个准确的判断。要节省电费，有时最快的方法就是直接购买高效的新设备，更换掉那些老爷机器。”Twite补充说。
第三步：提出解决方案并确定优先程度
第三步其实不是真正的能源审计，而是对前两步中发现的问题提供工程解决方案。
“通过第三步，尽量寻找降低电费的各种方法，”Twite介绍说，“要做好这一步，您（或者您聘请的审计人员）必须拥有相关的工程背景，或者至少要在电力行业具有一定的工作经验，对用电成本的各个方面了如指掌。”通过第三步，审计人员将提出减少电费的方法，并确定实施的优先顺序。要实现这一目标，至少有三个改善途径：1）调整工作流程；2）维修发生故障的设备；3）更换用电效率低下的系统和设备。识别出改进对象之后，再通过传统的投资回报率计算帮助确定实施的优先顺序。其后还可以进行常规的投资回收期计算。这些方法都得益于Paul Twite多年来帮助不同企业减少电力成本的丰富经验。
一般来说，要减少高峰期的用电费用和由于功率因数过低产生的罚金，最为方便快捷的方法莫过于调整生产流程。比如，可采用流程控制，安排上文中的三台大型泵在不同时段运行。亦或，工厂的电热水器一般在用电高峰时段开动，但是，由于该厂的热水储备空间足够大，可以把加热水的工作推迟到晚上十点之后进行，此时的电价相对较低。根据电费账单进行计算，并使用电能质量分析仪确认其准确性，所获得的数据可以用来计算以上方法的投资回报率。
另外一种流程调整的方法是：在电气接口或点负载处安装功率因数电容器，可以立竿见影地提高功率因数。Twite打了一个比方：随着工厂设备不断地开动、关闭，电容器的工作原理就如同海绵吸水，只不过电容器“吸入”的是电。海绵受到挤压，水会流出来；同样，一旦电压开始下降，电容器就会“挤出”此前储存的电力，帮助在供电电压上保持均衡与稳定。
Twite介绍说，此前发生过不少情况，设备的功率因数特别低，安装电容器之后，三十到六十天内节省下来的电费就足以收回电容器的投资。“事实上，我们有些客户的设备功率因数过低，每个月光电费就要缴纳超过1,000 美元。对于此类客户，24-7 电力服务公司特别为其安装了校正型电容器组，结果表明，工厂的整体功率因数得到迅速改观，耗电量也直线下降。有些客户60天节省的电费就可以抵消安装费用了。”
首先使用热象技术探测配电系统中存在的问题，此后再对发生故障的设备进行维修。这其中，问题可能包括连接松散或损坏、相位不均衡或绝缘性能受损。同样，如果测得温度过高，可能表明内部元件排列不当，这种情况下，可以使用激光校调设备进行修正。如果发动机缺少润滑，也会造成过热和耗电过多的现象。此时，只需加点润滑油，就可以降低温度和满载电流。
当然，如果设备状态不佳，可能造成停工，就需要立即维修；接下需要维修的是修复成本不高和/或回报周期较短的设备。Twite指出，修缮建筑物的外墙问题（除了屋顶部分）往往回报周期较长，所以优先程度一般列在安装功率因数电容器之后。
与安装功率因数电容器相比，更换老旧低效的系统和设备的优先程度更高。能源审计结束之后，Twite通常会建议厂家舍弃高压气体放电灯或其它低效的照明系统，改用新型高效的压缩或线形荧光照明设备。
他介绍说，根据美国能源部发布的报告，绝大多数工厂中耗电量最大的设备是HVAC和照明系统。“改用节能型照明系统是最简单、也是回报最快的方法。很多情况之下，不到一年即可收回成本，特别是，如果您的工厂参与节能设备推广优惠活动，回报更快。”
Twite经常提出的其它建议还包括：把NEMA效率数值为80％的发动机换成94％的高效发动机。Twite介绍说：“上世纪三十四年代生产的发动机非常笨重，不少直到今天还在使用。相比之下，同样功率的新型发动机能耗明显较低。”
此外，每家工厂都应当尽量参与电厂推广节能设备和系统的活动，如果安装此类设备，工厂将获得电费折扣或还款。Twite解释说，新建一家火力发电厂需耗时12到14年。要保证发电厂持续运行，并且盈利状况良好，就要鼓励工厂使用节能性能更强的设备，降低能耗，以缩减用电需求。Twite还补充说，此类优惠活动并非完全相同，建议咨询当地的电厂，了解正在进行的活动情况。
FLUKE 公司
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