用于能源需求控制和响应的EMS系统

随着经济仍然充满挑战，竞争压力继续上升，降低食品加工和其他制造业的开支势在必行。然而，许多人低估或忽视了一个关键的节约来源：电费。

明智的做法可能是查看需求表，或者将繁重的工作量转移到非高峰时段，但这并不是你唯一的选择。通过先进的能源管理技术，您可以自动控制来自制冷压缩机、泵和其他设备的能源，从而使您的设施以最佳效率运行，您支付最低的价格，并可以参加奖励计划，按未使用的千瓦支付您的费用。

即使是能源最密集的工厂也可以在不影响产量或质量的情况下降低能源成本。关键是充分利用先进能源管理系统所能实现的减载策略：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，它允许食品加工商和其他制造商通过管理能源需求的高峰和低谷来更有效地使用能源。先进的能源管理系统（EMS）允许您通过收集选定的压缩机和其他负载，战略性地引导需求减少，从而在保持生产率的同时实现所需的功率减少，从而安全地实现这一目标。系统可能采取的措施包括：

• 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
• 延迟真空管或研磨机的启动

节省的费用可能是巨大的:高峰时期的能源消耗可以占工业用户电费的40%;避免这些峰值可以减少15%的总费用。

在四星水果主电气控制室的Spara EMS面板视图。

全面的设施监控和控制可从这个面板，或通过任何网络连接的计算机与适当的许可。

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:这是全国各地的公用事业和电力系统运营商正在实施的一项减少需求的战略。需求响应(DR)计划让你通过按需减少用电来赚钱。例如，在异常炎热的夏季，公用事业可能通知需求响应参与者，需要他们按照参与合同中指定的数量减少使用量。

在Spara视图中的需求响应配置界面。

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。四星的Spara EMS实现配置为在DR事件之前自动预冷葡萄储藏室，Spara拥有在事件期间保护产品的流程知识。

有两种类型的容灾程序:在备用/可靠性程序中，当电网处于压力之下时，您承诺特定的负载减少。这些罕见的事件通常会持续两到四个小时。价格通常为每兆瓦3万至6万美元。在以储量/市场为基础的项目中，你同意在一个固定价格的基础上减少使用量。事件比备用/可靠性事件更频繁，通常持续1小时或更短。价格通常在每兆瓦4万美元左右。

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），该策略涉及基于电力市场价格、天气事件或其他条件的费率变化。这些变化可以在几分钟到24小时内通知任何地方发生，在最坏的情况下，在RTP峰值期间，电力成本已经跃升到正常费率的100多倍。先进的EMS让您能够自动响应持续的价格波动，将消费转移到较低的利率周期，或在昂贵的超高峰时段减少消费。

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间使用能源通常是实施需求控制、需求响应和动态定价计划的副产品。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，通过将操作与特定的冷却过程和环境湿球温度相匹配，最大限度地减少制冷压缩机和冷凝器系统的电机负载
• 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
• 根据实时温度要求精确动态地调整空气处理风扇速度和气流
• 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。

Four Star在一年中的三个关键月份使用大量电力，其业务正在增长。在实施能源管理系统之前的36个月内，该公司的业务以两位数的速度增长，同时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，并改善其“绿色”信誉。

像四星这样的设备为DR和DC策略提供了良好的潜力:该设备可以预冷和飞轮冷却预期的DR事件，或使用温度缓冲器度过DC事件。在这种情况下:

• 预冷室和长期存储室的组合提供了可以相互平衡的负载。
• 预冷室可以全天装载农产品，晚上再进行预冷。
• 长期的储藏室可以使用飞轮，提前冷却，这样在需要预冷时就可以断电。

该公司的设备类型(预冷与长期存储相结合)使其成为自动存储(Auto-DR)计划的理想选择。四星EMS与其公用事业公司(南加州爱迪生公司)和需求响应聚合公司(EnerNoc)运营的需求响应自动化服务器(DRAS)集成。该公司参加了上个季度召集的两次DR活动，实现了接近测试演示减少700kW的负载。

预冷器1的控制装置

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:关键的第一步

那么，您如何确定您的设施是否能够实现这些类型的节约？全面评估生产系统是关键的第一步。以下是我的公司在进行评估时遵循的流程：

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。

创建设施的数据图片。我们收集有关设施主要流程、最大电力负荷和设施总体的详细数据。

进行现场审核。审核涵盖整个工厂和所有流程，从原材料接收到最终产品装运。由于最大的电力负荷为自动化投资提供了最佳的投资回报率，因此对这些负荷进行了详细分析。我们查看当前的标准操作程序、典型运行时间、使用时间和负载，并评估这些方面的低效率。

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，对初始节约估算进行修订，以纠正任何错误假设，并反映实际节约潜力。

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. 系统确定此时启用哪些制冷压缩机进行压缩。这些负载可用于限制。
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. 现在你已经达到目标了。根据设施设定的程序释放所有负载。

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。

食品加工商可以显著降低以前无法控制的能源成本。通过积极地管理成本逐年上升的垄断资源，你不仅可以削减成本，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。 连接多个负载的能力，以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，无需运行昂贵的导管（通常是一个中断和耗时的过程），并提供对难以到达的地方的访问，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。

将投资纳入紧缩预算

先进EMS的投资更易于管理，这是许多设施运营商所期望的。根据你所在地区的激励措施和实施情况，可以在短期到18个月内实现投资回报率。

许多公用事业公司提供的激励计划涵盖了旨在降低能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等各种应用的设备和技术。

在没有激励计划的地方，租房、租来拥有和租赁通常是比直接购买更有吸引力的选择。这些融资方案增加了购买力，降低了前期投资，即使在没有新技术预算的情况下，也可以立即采取行动降低能源成本。根据具体情况，企业可以通过奖金、加速折旧或投资税收抵免等方式实现税收优惠，甚至可以立即实现正现金流。

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。