能源区块链研究｜制造企业如何利用可再生能源

从控制工程网我找到了有关答案，-----不久之前，能源管理和可持续性的概念对于大多数工厂管理人员来说并不复杂，落到实处就是采用荧光灯、安装更有效率的HVAC系统或者升级到集成度更高的过程控制体系结构以实现流水式作业。这样或那样的倡议可能已经被公司采纳了，换取了更高的能效、更高的产量以及可持续性。但是今天，对于那些拥有多种产品、工厂遍布世界的工业和制造业企业，能源管理却成为了一个巨大的挑战。对于那些能耗较高、操作危险物质、或者需要较多废物清理问题的企业，情况尤甚。

对于大型项目、校园设施或者拥有多家分厂的公司，仅仅一次能源核查并不足以覆盖所有因素。一个清晰的大纲可以帮助定义并达成能源和可持续性目标。

综合能源规划

一个完整的一体化能源管理方案将解决能源与可持续发展项目和大型工业、制造业以及机构设施的资产的整合。这种基于长期、整体的规划，让公司优化各种能源效率和可持续性的战略得以实施。计划需要在能源和其他设施购买时就开始实施，并考虑包括使用面积，分布，测量和尽量减少废物等各个方面的因素。该计划在如何最好地利用能源资产以及如何和何时添加和有效的更换方面提供了建议。

能源管理方案还提供了详细的步骤，包括每座建筑物内或多个地点的能源和可持续系统的计划。建筑，能源和安装在其中的可持续性部件，被集成到一个统一的整体系统。

尽管能源管理方案的组成部分其实并不是全新的概念，但是把它们打包成一个综合性的一揽子计划则是一种新的理念，因为许多大公司开始寻求更明智的能源决策。这种方法让很多能源经理认识到保护、可持续设计和可再生能源的时机已经到来，原来过于单一的能源核查可能作用有限。

集成自动化

兼备各种协议的综合能源管理方案可以明确工厂作业和过程功能。例如，一家水泥厂的离散控制自动化系统和过程功能与集中控制体系结构的结合可以极大地减少过程循环时间和每人力小时产量，还可以提高生产能力、能源用度和设备投资回报（ROI）。综合能源管理方案恰好可以拨云见日。

从每小时完成10000磅加热并冷却意大利面的食品处理过程可以发现，一旦使用了连续烹饪和冷却法可以在同样的时间内处理同样数量的意大利面，但是加热烹饪用水的成本却可以降低。综合能源管理方案可以深入挖掘批处理加工中的连续加工方法的剩余价值，利用已经被加热了的冷却用水来节省能源。在批处理循环的过程中，维持200°F 的烹饪温度所需的能量更少了。

综合考量了设备和过程功能的能源管理方案可以为工业、制造业或者机构设施创造价值。

纳入企业目标

这种方案高屋建瓴、目光长远地考虑了公司的商业目标，为企业创造了美丽的愿景，例如环境保护、节能或者使用可持续性材料改善工作环境，为员工创造良好工作氛围。考虑及此，能源管理方案则不拘泥于能源管理，而是扩展到市场决策制定、人力资源、工厂运营和股东关系等更高层面。

对这些息息相关的能源优势进行系统分析，不难实现一个更加高效、更加具有成本效益的能源方案，达成公司的长远商业目的。

可持续发展倡议

能源价格一再上涨、能源品质问题激增和棘手的污染问题，对于能源用度和可持续发展的需求越来越高。供应商正在提供节能和可持续发展的信息。美国政府机构已经要求工厂管理人员开始关注这些全新的议题。而且，提高能效和使用可再生和可替代能源确实可以带来好处。

工厂可能并未考虑能源设备的细节以及下一步应该采用什么措施来提高可持续性。工业企业是不是现在慢慢可以开始改用天然气了？或者是否市场显示从现在开始两年，这种转变将会使成本降低一半、并且提供税收优惠，而因此应该耐心等待么？

美国环境保护局的法律、规章和报告以及当地建筑法规越来越多。而很多公司并不知晓这些法规，如果要求实施这些法规，很多企业都不知道该如何开始。

矛盾的目标

制造商可能每年有三百万美元的预算花在提升能源设备上。他可能有6个工厂分布于多个地区，具有不同的能耗和能源质量问题，包括空气质量、废水排放和处理过程、以及其他多种相关因素。资金到底投放在哪里才好？

制造商、工业和学院设施与第三方供应商签订合同是很普遍的，以完成能源和可持续发展项目。每个项目单独考虑的话会缺乏整体性和长远计划，导致无法实现最佳的能源使用效率和更远大的目标。

例如，药物处理设备要想提高其可持续性，就需要增加热电联供（CHP）能力，利用废水处理厂中的沼气补偿电气和热水消耗。但是10年之前，工厂将废水处理厂升级到了富氧反应模式，不足以为CHP产生足够的沼气。如果早期就使用综合能源管理方案，就可以预见到药物处理设备能够利用CHP，这样就可以使用厌氧反应模式取而代之，产生足够的沼气。

综合能源管理方案：4阶段

综合能源管理方案对于每个公司来说都有不同，但是都有下面4个阶段性参数：

1. 调查——综合的和全面的能源管理方案的第一步就是调查。公司到底想要达成什么效果？能源管理方案到底应该考虑什么，不应该考虑什么？

这包括对能源、产量和维护等问题的相关人员进行专访。还包括明确制约条件，例如经济、物理、文化、区域和其他任何可能对能源策略造成影响的方面。

此调查也包括回顾历史设备投资；回顾公司的碳使用量和排放量；搜集相关工厂、电气和机械图纸、说明书和能源自动管理系统记录。

2. 愿景——这一步要召集所有关键决策制定人员，例如执行总裁、能源总管或者工厂领导，让这些人明白并且统一愿景和目标。这些目标是否有助于在一段时期内降低能耗、控制风险、或增加可再生能源的使用等？这些目标如何和公司的整体商业目标结合，包括产品线改变和扩展以及工厂扩建的相应影响？公司未来10年希望发展到什么程度，是否有制定10年计划或者5年计划？

愿景代表从调查阶段得到的深层次观点，包括系统能耗和输出的定量统计和直观感觉；评判优质系统的标准；总结目标和关键问题；明确机遇；考虑实现方法。

这一步也考量能源和可持续性技术的发展趋势。

而且，它明确并修改能源方案的初步印象，使其能够实现其最终目标。它也可以明确需要考虑什么不需要考虑什么，以及确定如何管理制约条件。

3．分析——此时公司将关注所有可乘之机，关注其是否与公司愿景和计划相符。它更密切地调查那些有助于降低成本和计划制定的科技，以不断引入能够带来最大效果的技术。这样一来，便形成了具有多种方法的管理方案草案。

这一步评估能源和水源的使用效率、工厂设备的提升、热能循环和水循环、控制系统、可持续性系统、基建投资结构、避免高峰和转移高峰以及现场发电，包括可重复利用能源。

4. 可交付性——最后一步将确定最后的能源管理方案。这一复杂的方案包括投资计划、能源目标、信息目标以及维护和维修目标。此方案也明确了核定预算和资源承诺。

这一步包括逐渐采用相关技术，确定如何管理资金。它将整合所需的内部通讯工具，例如在厂区内建立节约用水和关灯的文化。它包括明确方案、如何传达方案、如何有效管理方案和如何运行方案所需的一切内容。

整体能源管理

将公司所有的耗能设备都看成一体是有很大好处的。为了最优化可行性而将工厂和过程系统与公司的整体可持续性目标完美结合，对于实现最终的综合能源管理方案大有帮助。

能源管理方案是所有高能耗工业和制造业为了降低能耗和设备成本以及提升可持续性的十分有价值的基本方案。它可以提供对工厂能耗设备长期有效的管理。

美国在未来矿产资源和矿业、能源业管理中将强化发展可再生能源和新能源的战略表现在以下方面。

（1）在政府的一系列政策中，突出强调了发展可再生能源和新能源的重要性

在2001年布什就任美国总统之初，就提出要加速发展新能源和可再生能源，促进美国能源利用多样化，保障美国能源安全。在2006年2月就能源问题致美国人民的公开信中，再次强调了发展可再生能源和新能源。

在2003年总统的国情咨文中，布什总统宣布，将预算12亿美元从事氢能源计划（HydrogenFuelInitiative）研究，以改变对外国石油的依赖状况。其根本目的是，通过发展商业性可行的氢动力燃料和电池所需的技术，促进千家万户使用新型能源，减少对进口石油的需求，改善美国能源安全。

美国倡导使用氢和燃料电池，改善国家能源安全是基于以下判断和事实：①美国目前60%的石油消费来源于进口，到2025年石油进口额将达到68%；②几乎所有美国的汽车和卡车靠汽油行驶，这是美国目前进口如此多石油的原因，美国每天所消费2000万桶石油的2/3是用于交通运输；③氢是已知燃料中单位质量中所含能量值最高的物质；④在未来10～20年中，减少美国对进口石油依赖的最好方式是增加使用汽油电力混合的车辆，这种车辆对于当今的美国消费者来说是可得的；⑤氢可从丰富的国内能源中进行生产，包括化石能源、核能和可再生能源；⑥长期来看，仅提高美国能源效率是不够的，到2040年，使用美国国内生产的氢来驱动交通运输车辆和其他设施可有意义地减少石油消费。

2005年5月25日，美国能源部宣布，在未来3年内，将从能源部科学办公室拨款6400万美元资助70个氢研究与开发项目。这些氢项目将着重解决以下5个方面的问题：①氢储存材料；②燃料电池薄膜或从其他气体中分离出氢并提纯氢；③氢生产储存利用的毫微级（10-9）催化剂；④模拟或利用产生氢的生物学过程的氢生产方法；⑤从太阳能中生产氢。

同日，能源部和农业部共同签署了旨在开发更成本有效的方式从生物体资源中生产氢的谅解备忘录。根据该备忘录，能源部和农业部专家将定期会面，分享转变生物体成氢的技术和成本信息。可用于氢生产的生物体资源包括乙醇、庄稼和森林残留物、作为能源的作物如柳树等。

事实上，能源部能源效率和可再生能源局一直在发展可再生能源和新能源，在其11个基本工作项目中，就有5个涉及具体可再生能源和新能源的开发，包括生物体项目、太阳能项目、氢燃料电池和基础设施技术项目、地热技术项目和风能与水电技术项目等。

（2）在联邦政府的拨款预算中，明显增加了新能源和可再生能源的拨款额度

美国能源效率和可再生能源局是专门负责美国新能源和可再生能源研发的管理机构。表4-2是美国能源效率和可再生能源局的拨款额比较。由表4-2可见，从布什总统执政的2001年起，能源效率和可再生能源局拨款额比以前各年明显增加，这种增加是在美国经济走向下坡、其他部门经费缩减的情况下发生的，彰显了美国对新能源和可再生能源研发的重视。

表4-2 1998～2005美国能源效率和可再生能源局可比较预算

不仅如此，美国还增加了许多新的新能源和可再生能源的开发、研究项目，如氢能源项目等，并在经费上加大投入。如2004财政年度，美国通过HydrogenFuelInitiative计划，对氢和燃料电池研究和开发项目的拨款为1.59亿美元。而在2005财政年度，在其他预算项目相继减少的情况下，在总统的预算要求中，又大幅增加了氢项目预算拨款，使用于氢和燃料电池活动的预算要求达到2.27亿美元。这事实上体现的是美国对开发新能源和可再生能源的重视。

（3）在联邦政府的战略规划和计划中，突出强调了新能源和可再生能源

在能源部直到2020年的战略规划中，将发展新能源和可再生能源列为重要的战略目标。在其能源战略目标中，提出 “研究可再生能源技术——风、水力、生物体、太阳能和地热”，“通过发展和改善技术，加速向氢经济的转变，使用可再生能源、核能和化石燃料生产氢”等。美国长期的能源战略和安全，不是发展单一的能源来源，而是范围广泛的能源供应选择。能源多样性（如化石能源、可再生能源和核能），既有助于保障能源供应稳定，也有利于预防价格高峰。

（4）在权威专业组织的研究报告中，强调开发、利用新能源和可再生能源

在2001年5月出台的《国家能源政策报告》中，就明确建议加强开发、利用新能源和可再生能源，认为是解决美国未来能源问题的希望所在。在2004年2月4日公布的美国国家研究理事会（NRC）题为“氢能源经济：机会、成本、障碍和研发需求”的研究报告中指出，“氢能源经济对美国国家能源安全和环境有巨大的、根本性的好处。在未来50年，氢将变为主要燃料，可根本转变美国的能源体系”。

（5）在相关法律的制定中，进一步明确了促进新能源和可再生能源的开发和使用是国家的鼓励政策

在美国关于能源安全和能源政策的法律中，2005年布什总统签署的《能源政策法》代表了美国当前和今后一段时期新的能源政策走向。《能源政策法》（2005）明确提出和规定了（政府通过税鼓励政策）促进新能源和可再生能源的开发和使用，包括风能、生物体、沼气、地热能和太阳能等。

发展新能源和可再生能源，一则有利于保障能源安全，二则有利于保护自然环境，因而是近些年来美国政府和有识之士讨论的热点话题之一。

世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。 然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。 石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为1180~1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭。 天然气储备估计在131800~152900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在57~65年内枯竭。 煤的储量约为5600亿吨。1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年。 铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。 核聚变到2050年还没有实现的希望。 化石能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终葬送现代市场经济。 事实上，近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由化石能源的重新配置与分配而引发。这种军事冲突，今后还将更猛烈、更频繁；在国内，也可能出现由于能源基地工人下岗而引发的许多新的矛盾和冲突。 总之，能源危机迟早会爆发；它的爆发将具有爆炸性！

如何保护能源?

坚持能源可持续发展

1.依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路。

2.大力发展可再生能源 用可再生能源和原料全面取代生化资源，进行一场新的工业革命，不仅是出于生存的原因；与之相连的是世界经济可获得持续的发展。在这种世界经济中，高科技术和生态可以承载的区域性经济形式将得以发展。 可再生能源主要有如下方面： 以太阳能的利用为主的可再生能源潜力极大，据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在45亿年，每年太阳提供的能量是世界人口商品消费量的1.5万倍。 光伏电力的应用 如在德国每平方米每年的平均日照量为1100千瓦时。电力的总需求量约为5000千瓦时，光伏技术的年平均功率约为太阳辐射量的10%。依*光伏设备生产5000亿千瓦时的电力，需要5000平方公里的光伏转化模板面积。明智的做法是用相关设备安装在建筑物的表面，在德国，这一做法意味着只需不到10%的建筑物顶部。 光热利用 在中欧和北欧等缺少阳光的地区，已经出现了一些完全依赖阳光供暖的建筑物（应用比较理想的热与热交换系统）。 生物质燃料能源 目前全球农用面积约为1000平方公里。约有4000万平方公里的土地为森林覆盖，荒漠地区的面积约为4900万平方公里。光合作用的年产量（包括自然生长的植物和粮食生产）目前大约是2200亿吨干坏料，这大约相当于每年80亿吨生化资料所提供的能量，只需不到1200平方公里的可耕地和林地面积（不计沼气的能力）。 氢能源 利用自然界大量存在的水，由电解水产生氢或由太阳能光催化水分解氢。 小水电与潮汐发电 也可提供可观的电力。 风力发电 丹麦是风力发电大国，现有6300座风力发电机，提供13%的电力需求。 总之，可再生能源的利用潜力很大，完全可满足人类社会可持续发展的能源的需求。

地热发电平均利用效率达73%，约为太阳光伏发电的3.5倍，风力发电的2倍，在所有可再生能源中综合利用效率最高。

基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。

地热能

地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地下热水，仍被人类广泛使用。据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过地热发电。中国的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。

地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅温泉疗养保健等。