減少工業(yè)一氧化碳通過(guò)提高運(yùn)動(dòng)效率實(shí)現(xiàn)排放

為什么我們需要減少工業(yè)一氧化碳2現(xiàn)在排放！

今天的消費(fèi)者正在尋找低碳產(chǎn)品和服務(wù)。世界各國(guó)政府正在加強(qiáng)減少碳排放的法規(guī)，以實(shí)現(xiàn)其溫室氣體凈零排放目標(biāo)。走上凈零排放的道路將為工業(yè)制造公司創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，以采用新技術(shù)來(lái)加速低碳制造。本文將深入探討改善一氧化碳的兩個(gè)基本要點(diǎn)工業(yè)部門的減少：

通過(guò)增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的部署提高能源效率

數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略對(duì)提高制造效率的影響

2015年的《巴黎協(xié)定》制定了到1年將全球變暖限制在5.2050°C的計(jì)劃。要在 1 年實(shí)現(xiàn) 5.2050°C 的目標(biāo)，需要將當(dāng)前 CO 減少 >80%2排放。目前的軌跡是全球變暖1.9°C至2.9°C，這將導(dǎo)致全球GDP大幅下降，使世界33%的人口流離失所，并每年造成數(shù)萬(wàn)億美元的災(zāi)害相關(guān)損失。

世界已經(jīng)升溫了1.1°C，專家表示，到1年代，它可能會(huì)突破5.2030°C。實(shí)現(xiàn)1.5°C目標(biāo)的挑戰(zhàn)是巨大的。這將需要將投資從化石燃料轉(zhuǎn)向能源效率、可再生能源和核能發(fā)電以及碳捕獲、利用和儲(chǔ)存（CCUS）以及其他低碳領(lǐng)域。圖1概述了通過(guò)降低CO實(shí)現(xiàn)1.5°C目標(biāo)的路徑2排放至 6 Gt CO2，如《2019年世界能源展望》所述。本研究包括兩個(gè)主要部分：既定政策情景和可持續(xù)發(fā)展情景。既定政策情景僅考慮已經(jīng)宣布的具體政策舉措?？沙掷m(xù)發(fā)展情景描述了一條使世界能夠?qū)崿F(xiàn)氣候、能源獲取和空氣質(zhì)量目標(biāo)的途徑，并完全符合《巴黎協(xié)定》。與此同時(shí)，它一直高度關(guān)注不斷增長(zhǎng)的全球人口的能源可靠性和可負(fù)擔(dān)性。CO減排量最大2作為《巴黎協(xié)定》一部分的排放量效率為37%。1全球能源相關(guān)一氧化碳20 年排放量增長(zhǎng)了 9.2022%，達(dá)到超過(guò) 36.8 Gt 的新高，1 年工業(yè)排放量下降了 7.9%，至 2.2022 Gt。含有 25% 的一氧化碳22022年工業(yè)排放1，加快工業(yè)能效投資將是2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的關(guān)鍵部分。

圖1.一氧化碳2相對(duì)于既定政策情景，可持續(xù)發(fā)展情景中按措施劃分的減排量。

效率更高的工業(yè)電機(jī)可顯著減少工業(yè)二氧化碳排放

2022 年全球電力供應(yīng)量為 28，642 太瓦時(shí)，貢獻(xiàn)了 13.6 Gt 的碳排放量（占全球 CO 的 36%）22022年的排放量）。2工業(yè)消耗全球30%的電力，在工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)占電力消耗的69%。3隨著工業(yè)中安裝了~450 μ電機(jī)，52 年安裝了 ~2022 Mu 新電機(jī)（分為棕地升級(jí)和綠地開發(fā)），新的更高效率運(yùn)動(dòng)資產(chǎn)顯著降低了電力消耗和一氧化碳2排放。電機(jī)用于工業(yè)應(yīng)用，以驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)扇、壓縮空氣系統(tǒng)、物料搬運(yùn)、加工系統(tǒng)等。據(jù)估計(jì)，如果所有部署的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都以最高效率運(yùn)行，它將減少全球電力 需求增加 10%，并去除 2490 公噸一氧化碳22030年的排放量。

通過(guò)增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的部署來(lái)提高能源效率

最基本和最低效率的運(yùn)動(dòng)解決方案基于并網(wǎng)或交流供電的三相電機(jī)，該電機(jī)使用開關(guān)設(shè)備提供開/關(guān)控制和保護(hù)電路。這些基本的運(yùn)動(dòng)解決方案以相對(duì)固定的速度運(yùn)行，不受任何負(fù)載變化的影響。輸出變量的調(diào)整（例如泵和風(fēng)扇中的流體流量）通過(guò)節(jié)氣門、阻尼器和閥門等機(jī)械控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，而顯著的速度變化則通過(guò)齒輪實(shí)現(xiàn)。據(jù)估計(jì)，目前所有部署的電機(jī)中有3%至70%是并網(wǎng)的，并且將受益于連接到逆變器 或變速驅(qū)動(dòng) （VSD） 以降低能耗。

增加整流器、直流母線和三相逆變器級(jí)可創(chuàng)建具有變頻和可變電壓輸出的逆變器，該逆變器應(yīng)用于電機(jī)以實(shí)現(xiàn)變速控制。這種變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)以負(fù)載和應(yīng)用的最佳速度運(yùn)行電機(jī)來(lái)顯著降低能耗。示例包括更高效的泵和風(fēng)扇。當(dāng)添加到泵、風(fēng)扇或壓縮機(jī)的現(xiàn)有電機(jī)中時(shí)，逆變器通?？梢詫⒐慕档蛜3%。

對(duì)于更高性能的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用，VSD 可實(shí)現(xiàn)精確的扭矩、速度和位置控制。為此，電流和位置測(cè)量被添加到基本的開環(huán)逆變器驅(qū)動(dòng)器中。輸送機(jī)、卷繞、印刷和擠出機(jī)械是這些應(yīng)用的典型例子。據(jù)估計(jì)，工業(yè)中所有部署的電機(jī)中有20%至30%是逆變器驅(qū)動(dòng)或連接到VSD。通過(guò)將更多部署的運(yùn)動(dòng)資產(chǎn)從并網(wǎng)電機(jī)轉(zhuǎn)移到逆變器驅(qū)動(dòng)或變頻器驅(qū)動(dòng)，我們可以顯著降低能耗和一氧化碳2~450 μ 電機(jī)的排放 部署在工業(yè)中。

電機(jī)能源法規(guī)的重要作用

智能運(yùn)動(dòng)控制解決方案正在并將繼續(xù)通過(guò)將更多應(yīng)用從定速電機(jī)轉(zhuǎn)移到高效電機(jī)和變頻器來(lái)顯著降低能耗，部分原因是能效法規(guī)。這種能耗的降低將實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的制造，同時(shí)減少一氧化碳2排放。為了加速部署更高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）為節(jié)能電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的定義做出了貢獻(xiàn)。這包括IEC 60034-2-1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 用于電動(dòng)機(jī)和IEC 60034-30-1分類方案，該方案由四個(gè)級(jí)別的電動(dòng)機(jī)效率（IE1至IE4）組成。這些標(biāo)準(zhǔn)使得比較電機(jī)制造商之間的效率水平變得更加容易。它們還為政府指定其最低能源績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)（MEPS）的效率水平提供了參考，幫助各國(guó)實(shí)現(xiàn)其能源效率和二氧化碳排放目標(biāo)。

IEC 60034-1 效率等級(jí)：

IE1 標(biāo)準(zhǔn)效率

IE2 高效率

IE3 超高效率

IE4 超高效

世界各國(guó)政府在為電機(jī)設(shè)定MEPS方面取得了重大進(jìn)展。自 2020 年以來(lái)，消耗全球 76% 電力系統(tǒng)電力的國(guó)家已為 IE2 或 IE3 級(jí)別的電機(jī)引入了 MEPS，有助于減少工業(yè)電力消耗。5在歐盟，自 1 年 2021 月 3 日起，0.75 kW 至 1000 kW 的電機(jī)的最低效率等級(jí)為 IE2（超高效率）。0.12 kW 至 0.75 kW 的小型電機(jī)至少需要 IE1（高效率）。從 2023 年 4 月 75 日開始，歐盟 200 kW 至 <> kW 電機(jī)的 MEPS 將提高到 IE<>（超高效）。

當(dāng)我們查看電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在其部署生命周期內(nèi)的總擁有成本時(shí)，總成本的 70% 是電力，而購(gòu)買電機(jī)的成本為 5%，電機(jī)維護(hù)成本為 20%。因此，通過(guò)部署更高效的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，我們可以顯著降低工業(yè)電機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)減少一氧化碳。2排放。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，提高制造效率

VSD 使用來(lái)自電壓、電流、位置、溫度、功率和能耗的數(shù)據(jù)，結(jié)合外部傳感器來(lái)監(jiān)控振動(dòng)和其他過(guò)程變量。借助融合的信息技術(shù)/操作技術(shù) （IT/OT） 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)動(dòng)應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)在一起，將數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)洞察傳送到基于云的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或本地存儲(chǔ)。運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和見解現(xiàn)在更易于訪問(wèn)，并且可以通過(guò)強(qiáng)大的云計(jì)算和人工智能 （AI） 進(jìn)行分析，以優(yōu)化制造流程，降低能耗和一氧化碳2制造過(guò)程中產(chǎn)生的排放。訪問(wèn)運(yùn)動(dòng)洞察可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高制造質(zhì)量，減少計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間和材料浪費(fèi)，同時(shí)提高制造工廠的安全性。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)在集成了高級(jí)傳感、信號(hào)處理、邊緣 AI 和連接解決方案，以在智能邊緣創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和見解。這些新的見解被傳達(dá)到制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。然后，MES可以識(shí)別已部署的電機(jī)，這些電機(jī)的運(yùn)行明顯低于其標(biāo)稱額定輸出，導(dǎo)致利用率不足和電力消耗增加。另一個(gè)關(guān)鍵功能是識(shí)別運(yùn)行太接近或略高于其額定輸出的已部署電機(jī)，這也會(huì)導(dǎo)致電力消耗增加和潛在的使用壽命問(wèn)題。在部署了數(shù)百到數(shù)千臺(tái)電機(jī)的大型制造裝置中，數(shù)字化轉(zhuǎn)型策略對(duì)于減少電力消耗和一氧化碳尤為重要。

世界經(jīng)濟(jì)論壇—可持續(xù)燈塔網(wǎng)絡(luò)

世界經(jīng)濟(jì)論壇的“塑造先進(jìn)制造業(yè)和價(jià)值鏈的未來(lái)”平臺(tái)建立了全球燈塔網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)將制造業(yè)的頂級(jí)領(lǐng)導(dǎo)者視為燈塔。7世界經(jīng)濟(jì)論壇的全球燈塔網(wǎng)絡(luò)展示了數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略如何加速減少工業(yè)二氧化碳排放的真實(shí)例子。這是一個(gè)由制造商組成的社區(qū)，使用先進(jìn)技術(shù)推動(dòng)智能制造的新創(chuàng)新，以提高生產(chǎn)力和可持續(xù)性。截至 2023 年 132 月，全球燈塔網(wǎng)絡(luò)由全球 13 個(gè)生產(chǎn)基地組成，其中包括 <> 座可持續(xù)發(fā)展燈塔。8施耐德電氣的Le Vaudreuil工廠是處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型前沿的可持續(xù)發(fā)展燈塔之一。9Le Vaudreuil工廠展示了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的洞察力對(duì)通過(guò)以下方式促進(jìn)更可持續(xù)制造的影響

減少 25% 的功耗

減少 17% 的材料浪費(fèi)

減少一氧化碳排放量減少 25%

結(jié)論

實(shí)現(xiàn)凈零排放的道路將為工業(yè)制造公司創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，以采用新技術(shù)來(lái)加速低碳制造。到2040年，工業(yè)活動(dòng)的增加（其中近一半發(fā)生在中國(guó)和印度）將使部署的電機(jī)數(shù)量增加一倍。因此，《公司條例》降低影響，新的更高效率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的商業(yè)機(jī)會(huì)規(guī)模將顯著增加。在ADI公司，我們?nèi)娜獾刂铝τ谕苿?dòng)自動(dòng)化朝著更可持續(xù)、更高效的未來(lái)邁進(jìn)。我們的先進(jìn)技術(shù)和解決方案旨在支持下一代制造系統(tǒng)，專注于提高從精確的運(yùn)動(dòng)控制和無(wú)縫連接到增強(qiáng)邊緣洞察力和分析的各個(gè)效率水平。

審核編輯：郭婷