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能效紅利

對(duì)于企業(yè)乃至整個(gè)經(jīng)濟(jì)體而言，高效使用各種能源的能力，正日益成為至關(guān)重要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。新的自動(dòng)化控制和預(yù)測(cè)性負(fù)載管理系統(tǒng)，不僅能在此發(fā)揮重要作用，而且能夠快速收回成本。

*的能源管理、熱能回收利用以及自動(dòng)化技術(shù)將f | glass公司的能耗降低了五分之一左右。

在德國(guó)南部古鎮(zhèn)烏爾姆附近的Gardena工廠，在名副其實(shí)的高壓環(huán)境下，工作以輕快的節(jié)奏進(jìn)行著。每年，這家工廠的93臺(tái)注塑機(jī)要將9400公噸塑料變成5億個(gè)零部件，如修枝剪和手推割草機(jī)的手柄等。工廠每星期開(kāi)工7天，其中周一至周五是三班倒?jié)M負(fù)荷生產(chǎn)，而周末則稍微輕松一些，只有少數(shù)機(jī)器和工人上工。

這是一種非常清晰的模式，而工廠的耗電量也有著同樣的規(guī)律。Gardena工廠是富世華集團(tuán)旗下的公司，在平常工作日，其平均耗電量在2000到2300千瓦之間。周末的耗電量則降至1000或2000千瓦，具體取決于工作量。

這種有規(guī)律的需求模式是供電公司所適應(yīng)的。它知道在一個(gè)星期內(nèi)，用電需求的變化規(guī)律，并制定相應(yīng)的供電計(jì)劃。這種模式也反映在供電公司與Gardena工廠的供電合同準(zhǔn)則中。一方面，工廠同任何私人家庭一樣必須為用電支付電費(fèi)。另一方面，供電企業(yè)得保證隨時(shí)為Gardena工廠提供最高2680千瓦的電能。

但超出這個(gè)限值哪怕一次，也會(huì)令工廠付出高昂代價(jià)。Gardena工廠負(fù)責(zé)自動(dòng)化和負(fù)載管理的Jürgen Röck解釋道：“供電公司限定了我們?cè)?5分鐘時(shí)間段內(nèi)的平均用電量。如果我們?cè)谀呐乱粋€(gè)時(shí)間段內(nèi)超出了規(guī)定的最大用電量，那么，我們將為此支付高額費(fèi)用，因?yàn)槿绻菢拥脑?huà)，供電公司將提高當(dāng)年余下時(shí)間的保證最大供電量，當(dāng)然，我們也不得不支付相應(yīng)的費(fèi)用。”

這樣的事曾在幾年前發(fā)生過(guò)。那是在復(fù)活節(jié)假期結(jié)束后，Gardena工廠的機(jī)器重新開(kāi)工時(shí)，由于機(jī)器同時(shí)啟動(dòng)要消耗特別多的電能，因此耗電量在短期內(nèi)激增至3200千瓦。Gardena工廠想避免再次發(fā)生這種事。于是，這家公司決定采用新的負(fù)載管理技術(shù)。2010年春，工程師在Gardena工廠的變壓器上安裝了9臺(tái)西門(mén)子Sentron PAC 3200監(jiān)控裝置。這些裝置可以測(cè)定電流、電壓和功率。測(cè)量值會(huì)被發(fā)送給Simatic S7-400控制器，由后者生成當(dāng)前15分鐘時(shí)間段的用電需求預(yù)測(cè)。其目標(biāo)顯而易見(jiàn)：平均用電量絕不可超過(guò)2680千瓦限值。

身為電氣技術(shù)人員，Röck可以隨時(shí)查看工廠的當(dāng)前狀態(tài)。只要在他的臺(tái)式機(jī)上打開(kāi)西門(mén)子Simatic WinCC Powerrate應(yīng)用即可。他說(shuō)：“綠色區(qū)域表示我們已經(jīng)用了多少電能，橙色線(xiàn)條表示當(dāng)前時(shí)間段剩余時(shí)間內(nèi)的用電需求預(yù)測(cè)。因此，我們能立即看出是否有超出最高限值的危險(xiǎn)。”

如果過(guò)于接近限值，那么，系統(tǒng)將自動(dòng)作出響應(yīng)?？刂破鲗⒅鸩浇档陀秒娏?，直至用電回歸正常范圍。它將按200千瓦一級(jí)，逐級(jí)降低從過(guò)程水（用于冷卻注塑機(jī)模具）中回收熱能的系統(tǒng)的功耗。這樣做所導(dǎo)致的短期溫度升高不會(huì)構(gòu)成問(wèn)題。同樣，用于塑料顆粒的烘干機(jī)也可以靈活響應(yīng)負(fù)載管理需求。可以按28千瓦一級(jí)，分4級(jí)降低其功耗。

許多企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能的生產(chǎn)過(guò)程——但仍有巨大潛力尚待挖掘。

事實(shí)證明，這個(gè)控制系統(tǒng)非常有效。自其安裝以來(lái)，用電量從未超出規(guī)定的最大值。Röck表示：“由于我們已經(jīng)使用了大量西門(mén)子設(shè)備，因此，負(fù)載管理系統(tǒng)的安裝并未花費(fèi)多少成本。譬如，我們能夠使用現(xiàn)有的S7通信系統(tǒng)，在西門(mén)子控制器之間傳送數(shù)據(jù)。由于其能降低尖峰負(fù)載，這個(gè)負(fù)載管理系統(tǒng)將在一年內(nèi)收回成本。”

Gardena工廠打算進(jìn)一步擴(kuò)展其能源監(jiān)控系統(tǒng)。譬如，在不久的將來(lái)，Röck將能使用Win CC來(lái)持續(xù)追蹤壓縮空氣和供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。盡管他不能利用這個(gè)工具來(lái)左右用電量，但其讀數(shù)將為他提供關(guān)于可能的管道泄漏或消耗大量電能的泵機(jī)的寶貴線(xiàn)索。

避免負(fù)載尖峰。用電需求管理之所以成為工業(yè)界的熱門(mén)話(huà)題，是因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程中的負(fù)載尖峰會(huì)令工廠付出巨額代價(jià)。但在未來(lái)，企業(yè)將不僅有能力避免異常需求尖峰，而且還能夠利用智能負(fù)載管理系統(tǒng)，正好在電網(wǎng)超量供電時(shí)使用電能。西門(mén)子能源德國(guó)業(yè)務(wù)主管Frank Büchner博士說(shuō)：“如果將用電密集型生產(chǎn)過(guò)程改到供電充足、電價(jià)低廉的時(shí)段，那么，這將在無(wú)形中協(xié)助穩(wěn)定電網(wǎng)。這樣做的企業(yè)也能受惠于低廉電價(jià)，并且減輕對(duì)供電現(xiàn)狀的依賴(lài)——它們可以為可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型政策的成功作重要貢獻(xiàn)。”

除負(fù)載管理之外，企業(yè)也越來(lái)越多地投資于提高能效的舉措，它們的努力獲得了豐厚回報(bào)。據(jù)德國(guó)聯(lián)邦統(tǒng)計(jì)局計(jì)算，從1990年到2012年期間，德國(guó)的能源生產(chǎn)率提高了46%。因此，如今在德國(guó)開(kāi)展經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的普通企業(yè)，其生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)所需耗用的一次能源已大大減少。德國(guó)聯(lián)邦政府的目標(biāo)是到2020年，將能源生產(chǎn)率提高至1990年時(shí)的兩倍。

在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)將扮演重要角色，因?yàn)樗鼈兛娠@示哪些地方存在能源浪費(fèi)。至關(guān)重要的因素是，使用高效組件和系統(tǒng)來(lái)回收利用未使用的能量，如廢熱。通過(guò)利用這些方式提高效率，企業(yè)不僅能減少溫室氣體排放、保護(hù)環(huán)境，而且有助于保障其自身利益，因?yàn)樵谀茉磧r(jià)格不斷上漲的時(shí)代，能否最大限度地提高能效，將直接決定一家企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的命運(yùn)。

在西門(mén)子的數(shù)十座工廠，譬如一個(gè)醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)基地（上右圖），節(jié)能增效技術(shù)投資已在短短幾年內(nèi)收回成本。

對(duì)于正向可持續(xù)能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型的德國(guó)，情況更是如此。西門(mén)子德國(guó)*執(zhí)行官Rudolf Martin Siegers指出：“德國(guó)企業(yè)支付的電費(fèi)，已比歐洲平均電價(jià)高出24%，更是美國(guó)企業(yè)的三倍。因此，節(jié)能投資絕不是額外開(kāi)支——相反，這是企業(yè)的生存之道。”

盡管如此，這一領(lǐng)域仍有巨大潛力尚待挖掘。據(jù)斯圖加特大學(xué)生產(chǎn)能效研究所（EEP）、德國(guó)工業(yè)聯(lián)合會(huì)（BDI）、德國(guó)能源署（dena）和TüV Rheinland于2013年12月首次聯(lián)合發(fā)布的《德國(guó)工業(yè)能效指數(shù)》稱(chēng)，企業(yè)在提高能效方面的投資依然太少，盡管這些投資能夠創(chuàng)造豐厚利潤(rùn)。

研究人員對(duì)機(jī)器生產(chǎn)、金屬冶煉以及塑料和玻璃制品等行業(yè)的80家企業(yè)進(jìn)行了調(diào)查。斯圖加特大學(xué)生產(chǎn)能效研究所的Robert Kasprowicz在報(bào)告中稱(chēng)，“約三分之二的企業(yè)打算僅將其投資的不到5%投入能效領(lǐng)域。只有9%的企業(yè)計(jì)劃將其投資的20%以上用于節(jié)能領(lǐng)域。”

這種不情愿的態(tài)度，源于許多企業(yè)都要求在短短30到36個(gè)月內(nèi)*收回投資，它們并不準(zhǔn)備做更長(zhǎng)久的投資，盡管大多數(shù)情況下，總占有成本分析表明這樣的投資是值得的。在總結(jié)這項(xiàng)研究的結(jié)果時(shí)，Kasprowicz是這樣說(shuō)的，“人人都在談?wù)摴?jié)能增效，但實(shí)際投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”

繼2013年底開(kāi)展的首次研究之后，參與機(jī)構(gòu)打算每隔6個(gè)月發(fā)布一份新的研究報(bào)告，并根據(jù)研究結(jié)果，同時(shí)結(jié)合Ifo經(jīng)濟(jì)研究所計(jì)算出的商業(yè)氣候指數(shù)，計(jì)算出能反映能效領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的能效指標(biāo)。

通過(guò)充分利用廢熱，可將工業(yè)能耗降低12%。

弗勞恩霍夫制造工程和自動(dòng)化研究所（IPA）的Sylvia Wahren也認(rèn)為，能效領(lǐng)域的改進(jìn)空間巨大。Wahren是一位能效專(zhuān)家，她也為企業(yè)提供項(xiàng)目顧問(wèn)服務(wù)，她說(shuō)：“關(guān)于能效的討論熱火朝天，然而，大多數(shù)企業(yè)并未*明白其中的道理。譬如，對(duì)140攝氏度以上的廢熱進(jìn)行回收利用，將獲得多達(dá)320拍焦耳的熱能可供使用。這相當(dāng)于德國(guó)工業(yè)能耗的12%左右。”在她看來(lái)，許多企業(yè)采取了成本低、見(jiàn)效快的舉措，如高效照明系統(tǒng)，但卻不愿利用蒸汽輪機(jī)或有機(jī)蘭金循環(huán)來(lái)進(jìn)行廢熱發(fā)電。

通過(guò)采取節(jié)能增效措施，位于柏林的西門(mén)子燃?xì)廨啓C(jī)工廠，每年可節(jié)省27萬(wàn)歐元的能源成本。

而無(wú)論如何，后者也是一種可選方案。位于德國(guó)Osterweddingen的f|glass公司就是這樣的典型例子。每天，這家公司位于馬格德堡附近的生產(chǎn)工廠要生產(chǎn)出最多700公噸的特種玻璃，其中一些是太陽(yáng)能行業(yè)使用。這座工廠擁有全球現(xiàn)代化程度最高、同時(shí)也是能效最高的玻璃生產(chǎn)基地之一。得益于其全自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)、*的能源管理，以及智能熱能回收利用，這座工廠的玻璃生產(chǎn)能耗比類(lèi)似企業(yè)低大約20%。

為了實(shí)現(xiàn)這樣的能效水平，沿工廠長(zhǎng)約700米的生產(chǎn)線(xiàn)部署了3000多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，這些測(cè)量點(diǎn)向SIMATIC PCS 7過(guò)程控制系統(tǒng)輸送數(shù)據(jù)，后者則保證全年全天候不間斷地運(yùn)行。工廠采用的節(jié)能增效技術(shù)包括，西門(mén)子生產(chǎn)的最高發(fā)電容量為3200千瓦的蒸汽輪機(jī)，它可以將熔爐產(chǎn)生的大部分500攝氏度廢熱轉(zhuǎn)換為電能。僅這臺(tái)輪機(jī)的發(fā)電量，就能滿(mǎn)足工廠玻璃生產(chǎn)用電需求的四分之一。

競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素。工廠的過(guò)程控制系統(tǒng)還保證了優(yōu)化的能源管理。一定程度上歸功于西門(mén)子提供的高能效變頻傳動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)能將用電量降至最低。因而，提高能效和削減成本是幫助f | glass公司在全球市場(chǎng)上立于不敗的因素之一。對(duì)于玻璃行業(yè)，這種類(lèi)型的解決方案特別有益。同水泥生產(chǎn)、基本化學(xué)制品生產(chǎn)和金屬冶煉等行業(yè)一樣，玻璃生產(chǎn)行業(yè)也是能源密集型行業(yè)之一，這些行業(yè)的總能耗占德國(guó)最終能耗的12%左右。

EEP專(zhuān)家預(yù)計(jì)，只要采用*的工藝工程技術(shù)，到2035年，這些行業(yè)則可以將其能耗最多減少14%。他們開(kāi)展的調(diào)查表明，塑料和玻璃生產(chǎn)商已經(jīng)準(zhǔn)備這樣做。這些領(lǐng)域的企業(yè)正打算加大對(duì)節(jié)能增效技術(shù)的投資。Siegers指出：“對(duì)于這些企業(yè)而言，能效扮演著越來(lái)越重要的角色。它們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，能源和資源的使用效率是其競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素。”

生產(chǎn)廠房也能為提高能效作出貢獻(xiàn)，西門(mén)子在其生產(chǎn)基地證明了這一點(diǎn)。2005年，西門(mén)子發(fā)起了一個(gè)分5階段進(jìn)行的“節(jié)能增效計(jì)劃”，首先是“能效檢查”，然后是能源使用情況和節(jié)能增效潛力分析，最后是實(shí)施和監(jiān)控已經(jīng)部署到位的改進(jìn)措施。西門(mén)子樓宇科技的Peter Marburger負(fù)責(zé)監(jiān)管這個(gè)項(xiàng)目，他說(shuō)：“通過(guò)采取各種各樣的改進(jìn)措施，包括優(yōu)化能源采購(gòu)、改進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施、提高生產(chǎn)作業(yè)能效、以及改變工廠工人行為等，不一而足。截至目前，我們已經(jīng)對(duì)大約100座工廠進(jìn)行了‘能效檢查’，我們還在26座工廠采取了旨在提高能效的舉措。西門(mén)子能夠?qū)崿F(xiàn)其為自身定下的從2006年到2011年將二氧化碳排放量降低20%的目標(biāo)，這個(gè)計(jì)劃功不可沒(méi)。”

4年收回投資。位于德國(guó)克雷費(fèi)爾德的西門(mén)子鐵路技術(shù)工廠，是節(jié)能增效計(jì)劃產(chǎn)生豐厚回報(bào)的好例子。在一次性投資約400萬(wàn)歐元之后，這座工廠的年二氧化碳排放量減少了2300噸，每年節(jié)省能源成本近70萬(wàn)歐元。其所采取的最重要的措施是，安裝了一套燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)（CHP）設(shè)備、一個(gè)實(shí)現(xiàn)了熱能回收利用的新通風(fēng)系統(tǒng)、以及一個(gè)能源監(jiān)控系統(tǒng)——它可以記錄工廠的當(dāng)前能源使用情況，這些記錄可用于考量節(jié)能增效項(xiàng)目的績(jī)效。得益于這些舉措，其能源成本降低了15%，二氧化碳排放量減少了20%。

在其他工廠，西門(mén)子也取得了類(lèi)似成效。譬如，在位于柏林的西門(mén)子燃?xì)廨啓C(jī)工廠，每年可節(jié)省27萬(wàn)歐元能源成本，減排二氧化碳約1100噸。在巴伐利亞州小鎮(zhèn)Kemnath，節(jié)能增效措施每年可幫助西門(mén)子的一座醫(yī)療設(shè)備工廠節(jié)省50多萬(wàn)歐元能源成本，減排二氧化碳約2700噸，減排幅度高達(dá)25%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于西門(mén)子最初設(shè)定的目標(biāo)。在大多數(shù)這樣的工廠，節(jié)能增效技術(shù)投資都能在大約4年后收回成本。Marburger總結(jié)道：“我們正面臨一種模式的轉(zhuǎn)變。過(guò)去，我們?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展買(mǎi)單，現(xiàn)在，可持續(xù)發(fā)展為自己買(mǎi)單。”

燃燒吧，效率

不論是廢鋼回收利用，還是針對(duì)傳統(tǒng)熱風(fēng)爐工藝，西門(mén)子技術(shù)正在幫助降低煉鋼廠的能耗。其結(jié)果是：節(jié)約資源、減少排放、合理降低運(yùn)營(yíng)成本。

電弧煉鋼爐。幾乎每一棟建筑物和每一輛汽車(chē)都需要使用鋼材。全球年鋼產(chǎn)量達(dá)15億噸以上。

一臺(tái)威力無(wú)比的電弧煉鋼爐內(nèi)，一場(chǎng)風(fēng)暴正在肆虐。每隔幾秒鐘，就會(huì)發(fā)出震耳欲聾的爆炸聲和嘶嘶作響的嘈雜音?；鸺t的鋼水在爐內(nèi)沸騰翻滾，猶如涌動(dòng)的火山巖漿。直徑與檢修孔蓋厚度差不多的石墨電極，以高壓形式向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，燃起熊熊烈焰，使?fàn)t內(nèi)溫度達(dá)到1540攝氏度以上，令廢鋼熔化，煉成新鋼。這類(lèi)電爐的耗電量往往比一座小城鎮(zhèn)還大。不過(guò)，利用常規(guī)熱風(fēng)爐來(lái)冶煉鐵礦石的傳統(tǒng)煉鋼工藝，也要消耗大量能源。在超過(guò)1400攝氏度的高溫下工作，這種高度堪比高層建筑的煉鋼爐，可以利用鐵礦石、煤炭、焦炭等原料，冶煉出生鐵，以供進(jìn)一步加熱精煉成鋼材。

因而不足為奇的是，除了為輪船、汽車(chē)、鐵路和橋梁等提供基本材料外，鋼鐵工業(yè)也會(huì)因耗用電能和煤炭而產(chǎn)生大量的二氧化碳。位于奧地利林茨的西門(mén)子奧鋼聯(lián)鋼鐵科技有限公司的煉鋼和ECO解決方案技術(shù)與創(chuàng)新管理部門(mén)主管Alexander Fleischanderl博士表示：“煉鋼廠排放的二氧化碳，占全球二氧化碳總排放量的6.7%。”然而，他不愿將煉鋼廠視為環(huán)境的敵人，因?yàn)橛娩撹F制成的產(chǎn)品也是*的節(jié)能工具。譬如，風(fēng)電機(jī)組、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和高效燃?xì)廨啓C(jī)等都離不開(kāi)鋼鐵部件。此外，最近幾十年，鋼鐵制造商已經(jīng)降低了能耗，從而大大減少了二氧化碳的排放量。Fleischanderl指出：“在歐洲，50年前，生產(chǎn)一噸成品，要耗用大約30千兆焦耳能量，1990年，這個(gè)數(shù)字為24千兆焦耳。如今，每噸成品的能耗已降至不足18千兆焦耳?，F(xiàn)在，一座產(chǎn)能為500萬(wàn)公噸最終產(chǎn)品的一般綜合煉鋼廠，每年要排放約800萬(wàn)噸二氧化碳，比1960年減少了37%。”

不過(guò)，仍有尚需改進(jìn)之處。這主要是因?yàn)榇蟛糠謴U熱都未能得到利用。Markus Dorndorf博士是西門(mén)子電爐煉鋼業(yè)務(wù)部的研發(fā)主管，他說(shuō)：“煉鋼耗用的能源，有近三分之一是從溫度高達(dá)1400攝氏度左右的電弧爐，以煙氣排放的形式被浪費(fèi)了。”但如果將這些廢熱用于驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)，那么，由此生產(chǎn)的電能，可以滿(mǎn)足10%的用電需求。為此，Stahlwerk Thüringer GmbH——一家坐落于埃爾富特以南約60公里處的電爐煉鋼廠——請(qǐng)西門(mén)子設(shè)計(jì)并提供了一個(gè)通過(guò)在熱源與蒸汽輪機(jī)之間安裝熔鹽儲(chǔ)罐，來(lái)保證穩(wěn)定供應(yīng)電能的能量回收系統(tǒng)。

上圖：西門(mén)子提供的全新電弧爐，利用了過(guò)程廢氣來(lái)預(yù)熱廢鋼以供熔煉。這可將能耗降低20%以上。
下圖：巨型石墨電極將廢鋼加熱至1540攝氏度，將之煉成新的優(yōu)質(zhì)鋼材。

如果利用過(guò)程廢熱來(lái)預(yù)熱廢鋼，還可以大幅降低二氧化碳的排放量——西門(mén)子新打造的Simetal EAF Quantum電弧煉鋼爐，便采用了這樣的技術(shù)。目前，西門(mén)子正在墨西哥為鋼鐵制造商TYASA公司建造的*座此種類(lèi)型的高性能煉鋼爐，計(jì)劃于2014年上半年投入運(yùn)行。相比于傳統(tǒng)解決方案，EAF Quantum電弧煉鋼爐的能耗會(huì)降低20%。除此之外，相比于傳統(tǒng)電弧煉鋼爐，它還具備諸多其他優(yōu)點(diǎn)，包括冶煉周期更短、熔化電極使用壽命更長(zhǎng)，以及攤銷(xiāo)期限更短等。

將煙氣用作資源。采用熱風(fēng)爐工藝，在將鐵礦石煉成生鐵的過(guò)程中，也可以大大減少溫室氣體的排放量。要挖掘減排潛力，燒結(jié)工藝首當(dāng)其沖。燒結(jié)是將鐵礦石、諸如焦炭或煤炭等燃料以及助熔劑等的混合物放到爐床上，并從上方加熱，從而使之固結(jié)。Fleischanderl說(shuō)：“在一座普通煉鐵廠，這道工藝每小時(shí)會(huì)產(chǎn)生超過(guò)100萬(wàn)立方米的煙氣，這些氣體中含有因不*燃燒而生成的一氧化碳及其他污染物。”但借助西門(mén)子的“選擇性煙氣再循環(huán)（SWGR）”技術(shù)，可將多達(dá)50%的煙氣送回?zé)Y(jié)工藝。然后，一氧化碳將被再一次用作燃料，從而將焦炭的需求量和二氧化碳的排放量降低10%左右。產(chǎn)生的煙氣越少，所需的煙氣凈化成本就越低。短短幾年來(lái)，在奧地利林茨的奧鋼聯(lián)集團(tuán)旗下的燒結(jié)廠以及其他地方，SWGR已經(jīng)取得了不俗的成效。此外，結(jié)合使用曾為Fleischanderl贏得西門(mén)子“2013年度發(fā)明家大獎(jiǎng)”的西門(mén)子MEROS煙氣凈化技術(shù)，林茨燒結(jié)廠還清除了多達(dá)99%的污染物（包括硫氧化物、氮氧化物、重金屬和諸如二惡英等有機(jī)化合物）或?qū)⒅D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。譬如，MEROS系統(tǒng)使用了氫氧化鈣及其他物質(zhì)，將二氧化硫轉(zhuǎn)化為石膏，而重金屬和二惡英，則被封存于諸如平爐焦炭（HOK）或活性焦炭等干燥吸附劑中。將所需吸附劑高速吹入煙氣流中，然后用水噴淋添加劑與煙氣的混合物，使其溫度降至90攝氏度左右。Fleischanderl表示：“這樣做能加快預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)。”然后，分離出顆粒物質(zhì)，由于這些物質(zhì)依然含有活性添加劑，因此可以多次將之重復(fù)循環(huán)到煙氣流中。西門(mén)子已經(jīng)在奧地利和中國(guó)建造了三套MEROS設(shè)備，并且接到訂單要在土耳其提供1套，在意大利提供4套MEROS設(shè)備。

MEROS煙氣凈化技術(shù)，可從煉鋼廠廢氣中清除多達(dá)99%的污染物。

在接下來(lái)的工序中，將利用熱風(fēng)爐把鐵燒結(jié)礦和助熔劑熔煉成生鐵，以供煉鋼之用。這個(gè)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生廢氣，直接將之燒掉是可恥的做法。要知道，這些可燃燒的過(guò)程廢氣含有大量一氧化碳。如今，通常的做法是將之輸入燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備用于發(fā)電，目前其發(fā)電效率不足40%。無(wú)論如何，這些廢氣的利用率可以進(jìn)一步提高。Fleischanderl說(shuō)：“借助生物發(fā)酵技術(shù)，可以利用細(xì)菌，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇及其他有價(jià)值的工業(yè)化學(xué)品。”為此，西門(mén)子與Lanza-Tech公司展開(kāi)了合作。Lanza-Tech公司是美國(guó)一家從事氣體發(fā)酵技術(shù)的公司。利用可燃燒的過(guò)程廢氣來(lái)生產(chǎn)生物乙醇，可以實(shí)現(xiàn)60%以上的效率，并且不會(huì)對(duì)農(nóng)作物種植構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)。目前已在中國(guó)建成一個(gè)示范系統(tǒng)，并投入運(yùn)行。

用礦渣生產(chǎn)水泥。哪怕是礦渣——一種高爐煉鐵的副產(chǎn)品，也蘊(yùn)含著巨大的潛力有待挖掘。在全球范圍內(nèi)，每年要產(chǎn)生將近4億公噸礦渣。傳統(tǒng)工藝的做法是將溫度高達(dá)約1500攝氏度、還在嘶嘶作響的礦渣分離并倒入裝有冷水的水槽中。由此形成的粒狀物料主要用于生產(chǎn)水泥。但采用西門(mén)子新研制的一項(xiàng)技術(shù)，可以在干燥狀態(tài)下將礦渣?；瑥亩梢詮闹谢厥沾罅繜崮?。Fleischanderl指出：“這種干式?；に?，采用空氣來(lái)冷卻礦渣。將礦渣放到轉(zhuǎn)盤(pán)中，僅靠離心力作用，將之?；?。”

可以通過(guò)多種途徑重復(fù)利用過(guò)程廢氣——譬如，用于發(fā)電或用作燃料。

在這個(gè)過(guò)程中，冷卻空氣的溫度將升高至600攝氏度左右。接下來(lái)，如果讓這些空氣流經(jīng)熱交換器，那么，其中蘊(yùn)含的熱能可以被用來(lái)產(chǎn)生水蒸汽，后者可以被直接用作熱源甚至用于發(fā)電。采用這種方法，可以從每公噸高爐礦渣中回收約1.5千兆焦耳能量，或者生產(chǎn)400多度電能。若以熱風(fēng)爐而論，依據(jù)熱風(fēng)爐的大小，這代表著1萬(wàn)到3萬(wàn)千瓦的發(fā)電容量。這樣一來(lái)，便無(wú)需花費(fèi)不菲的成本來(lái)處理冷卻水，以及建造成本高昂的冷卻塔。此外，粒狀物料也不必進(jìn)行烘干處理。對(duì)于每一公噸礦渣，這又能節(jié)約至少130度電能。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，目前西門(mén)子正計(jì)劃與奧鋼聯(lián)集團(tuán)合作在林茨建造一個(gè)示范系統(tǒng)。

在轉(zhuǎn)爐——外形類(lèi)似湯釜的巨型容器——中，從熱風(fēng)爐出來(lái)的生鐵與廢鋼、助熔劑、合金添加劑以及氧氣等混合，被煉成目標(biāo)鋼種。針對(duì)這道工藝，西門(mén)子工程師也開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，并且這項(xiàng)節(jié)能技術(shù)甚至有助于提高煉鋼的靈活性。得益于Jet Process技術(shù)，轉(zhuǎn)爐不僅能冶煉生鐵，還能冶煉更大量的廢鋼，并且冶煉效率也比以前更高。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)位于底部的風(fēng)口（噴嘴），將煤炭、氧氣和石灰石等爐料加入熔化的生鐵中，同時(shí)，通過(guò)噴槍從頂部射入溫度高達(dá)1300攝氏度左右的富氧熱空氣。位于林茨的西門(mén)子奧鋼聯(lián)鋼鐵科技有限公司的Gerald Wimmer博士是這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)者之一，他說(shuō)：“相比于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐，這項(xiàng)技術(shù)能夠更加均勻地?cái)嚢韪鞣N爐料，從而使碳更有效地轉(zhuǎn)化為二氧化碳。”此外，轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放的熱能，被回收用于煉鋼熔池，而不是隨廢氣消散掉。

上圖：廢鋼在特殊高爐中熔化。下圖：基于ESP技術(shù)的帶鋼生產(chǎn)非常高效。下圖：煉鋼專(zhuān)家和發(fā)明家Alexander Fleischanderl博士。

從高爐到軋制鋼板。近幾年，西門(mén)子掌握了一項(xiàng)非常高效、節(jié)能的技術(shù)，可用于加工剛煉好的鋼水，譬如，將之軋制成鋼板。這項(xiàng)名為“Arvedi ESP（無(wú)頭帶鋼生產(chǎn)）”的技術(shù)，由意大利鋼鐵制造商Arvedi公司開(kāi)發(fā)?，F(xiàn)行的慣常做法是，將從鋼水直接鑄出的熾熱鋼帶不作剪切，而是臨時(shí)存放并冷卻。與此不同，這項(xiàng)技術(shù)卻是立即進(jìn)行下一步加工。西門(mén)子林茨*Andreas Jungbauer解釋道：“從板坯澆鑄，到帶鋼軋制，再到生產(chǎn)出帶卷，整個(gè)過(guò)程在一條連貫的生產(chǎn)線(xiàn)上不間斷地進(jìn)行。”歸功于這項(xiàng)工藝，軋制設(shè)備在重新將鋼帶加熱至所需的1200攝氏度，以進(jìn)行軋制時(shí)，僅需稍事加熱即可。實(shí)際上，這可將有關(guān)能耗最多降低45%。相比于傳統(tǒng)設(shè)備，這項(xiàng)技術(shù)還可將二氧化碳排放量最多降低39%，同時(shí)將營(yíng)運(yùn)成本削減37%。此外，無(wú)頭帶鋼生產(chǎn)不會(huì)因剪切帶鋼而產(chǎn)生廢料。目前，意大利克雷莫納的一座鋼鐵廠正在使用西門(mén)子的這項(xiàng)技術(shù)。西門(mén)子為中國(guó)的兩座鋼鐵廠提供的無(wú)頭帶鋼生產(chǎn)系統(tǒng)，也有望于2015年投產(chǎn)。

最后，在整個(gè)鋼鐵制造過(guò)程中，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠節(jié)約大量能源。Fleischanderl說(shuō)：“過(guò)去10年，我們一直著眼于提高產(chǎn)量和加快生產(chǎn)速度。然而現(xiàn)在，出現(xiàn)了嚴(yán)重的產(chǎn)能過(guò)剩，煉鋼廠利用率往往只有70%或80%。”西門(mén)子提供的“Green Button”系列解決方案，可幫助多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域在當(dāng)前利用率的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工業(yè)過(guò)程的能效。

譬如，可以為除塵設(shè)備自動(dòng)減速，或關(guān)閉暫時(shí)不需要使用的泵和風(fēng)扇。據(jù)初步的實(shí)地測(cè)試表明，這樣的舉措，可將有關(guān)能耗降低多達(dá)40%。Fleischanderl指出，Precon便是一個(gè)這樣的例子。Precon是一個(gè)自動(dòng)化解決方案，可優(yōu)化用來(lái)凈化轉(zhuǎn)爐煙氣的靜電除塵器的電源供給。他說(shuō)：“如果鋼鐵行業(yè)為節(jié)約能源、原材料以及最大限度減排，而采用當(dāng)前市場(chǎng)上的所有西門(mén)子技術(shù)，那么，事實(shí)上，這將是你所能做的一切。這樣做，既可提高經(jīng)濟(jì)效益，又切實(shí)可行。”

未來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站提供的氫氣和電能，將在鋼鐵冶煉領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

他堅(jiān)信，只有通過(guò)向可再生能源轉(zhuǎn)型，才能取得更大的突破。譬如，可以利用風(fēng)電場(chǎng)或太陽(yáng)能電站提供的電能，來(lái)滿(mǎn)足電弧爐的用電需求。此外，利用可再生能源生產(chǎn)的氫氣，也可以取代生鐵冶煉過(guò)程中使用的大量煤炭和焦炭。

同這些原料一樣，氫氣既是一種燃料，也是一種化學(xué)還原劑，可以與鐵礦石中的氧化鐵進(jìn)行氧化反應(yīng)。采用這樣的爐料，煉鋼廠煙囪里冒出來(lái)的將不再是二氧化碳，而只是水蒸汽。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先必須有數(shù)量足夠的氫氣可用。不過(guò)，按照Fleischanderl的說(shuō)法，只要再過(guò)幾十年，這將成為現(xiàn)實(shí)。他認(rèn)為，煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐工藝不是大問(wèn)題。他補(bǔ)充道：“我們已經(jīng)為此做好了充分準(zhǔn)備。”

Andrea Hoferichter