在工厂层面提高美国能源产量

所有政治论坛和新闻媒体都在热烈讨论美国当前的能源形势和政府政策。这些讨论通常在大范围内检查问题，但不考虑局部情况。正如森林是由单株树木组成的一样，更大的能源产业也是由单株植物组成的。那么，换个角度来说，工程师们能在工厂层面解决能源危机吗?

发电

由于行业的竞争性质，美国发电厂的控制系统通常非常复杂。电力研究所(EPRI)仪器仪表和控制中心的总工程师塞勒斯·塔夫脱(Cyrus Taft)说，他相信这种改进是可能的，但他补充说，这种改进是非常小的。他说:“你不能仅仅调整系统就能再获得3%或4%。上限可能是1%，但即便如此，也可能是一大笔钱，”他说。

根据他的经验，除了核电站以外，大多数工厂都改用了数字系统。塔夫脱说:“核电站正在向数字控制方向发展，大约有20%的核电站已经实现了数字控制，但NRC已经放慢了速度。”“从功能上讲，模拟系统可以控制工厂，但它们正在老化，组件更难更换。”

美国一半以上的电力是由燃烧煤炭产生的。植物分布在全国各地，年龄和技术差异很大。成本问题迫使低效率的业务关闭或只在绝对必要时才派出。电厂经营者还有两个必须平衡的主要问题:效率和排放控制。其中一个方面的改进可能会损害另一个方面。

通用电气优化与控制组的马克•贝克特(Mark Beckett)表示:“有时这与效率无关。”“在夏季用电高峰期间，发电厂可能会采取措施提高产量或确保可靠性，而不是效率和排放。”

对美国环境保护署(EPA)负责有其自身的限制。CURC(煤炭利用研究委员会)的道格·卡特说:“从监管的角度来看，在电厂内改进技术存在很大的障碍。”“如果派遣更多的工厂，效率的提高可能会导致新的来源审查。”因此，公用事业公司往往对改变任何已经得到环保署批准的项目都持谨慎态度。因为重大的操作和控制变化必须报告给EPA，工程师们喜欢保持在报告阈值以下。

尽管如此，仍然可以从更复杂的控制和仪表技术中获得改进，特别是在熔炉本身。测量单个燃烧器的煤粉和气流的能力仍然不足。在缺乏精确数据的情况下，操作人员不得不依靠模型来优化燃烧。解决这一数据空白，结合更复杂的燃烧分析，可以帮助保持最有效的燃烧，同时最大限度地减少导致NOx形成的条件。甚至吹灰技术也变得更加智能，有助于保持锅炉管上的最佳灰沉积。

虽然这些措施可能会有所帮助，但要大幅提高效率和产量，就需要新建拥有更新或至少不同技术的工厂。美国电力锅炉往往在亚临界水平运行，典型蒸汽压力约为2400 psi。欧洲公用事业公司更频繁地使用运行在3500 psi的超临界锅炉来提高效率。“我们将在美国看到更多超临界技术的应用，”卡特说。“这项技术已经存在了几十年，但还没有在这里使用过。超超临界锅炉甚至可以获得更高的效率，但并不是所有领域都存在可以达到这一水平的材料。”

运行在4500psi的超超临界锅炉和更高要求的材料、施工方法和仪器创新(锅炉和涡轮机)仍在开发中。这将提高工程能力。

虽然煤炭仍然是王者，但新的发电厂正在压倒性地转向天然气技术。自2000年以来，新增燃气发电装机容量约为218,000兆瓦，超过了所有其他技术的增长速度。随着天然气行业恢复平衡，这一增长预计将在未来几年下降，但公用事业公司对天然气的需求将继续增加。

美国天然气协会主席Stephen E. Ewing说:“需求增长、供应限制以及由此导致的价格高企和波动是我们在美国面临的最大挑战。”“我们正在生产的产品和我们能够生产的产品是同步的。增加的需求不能再通过打开阀门多转几圈来满足了。阀门完全打开了。”

更好的交付

一旦电力产生，它仍然必须通过输电网到达最终用户。考虑到高度的互联性，保持高效可靠的运行依赖于仔细的监控和控制。广域监控(WAM)提高了收集关键性能数据的能力。在系统周围策略性地放置相量测量单元，可以更快地提供更完整的信息。系统供应商之一ABB的经理Bob Fesmire表示:“数据更加准确和可靠。数据通过GPS坐标和时间戳实时或接近实时地到达控制中心，但WAM系统还没有那么广泛地实施。”

公用事业公司还通过巩固配电监督系统提高了效率。从历史上看，许多实用程序都将分发管理等功能与停机跟踪分开，即使它们监视许多相同的功能。现在，这些公司正在合并，以提供更全面的服务，而且没有冗余。

炼油

目前的汽油价格和去年夏天的飓风都显示出美国石油供应的脆弱性。由于美国已经30年没有新建炼油厂了，人们对炼油能力感到非常担忧。美国国家炼油商协会技术总监杰夫·黑兹尔说，虽然从技术上讲，这是正确的，但对现有场地的升级与安装新的绿地工厂的效果大致相同。

即便如此，黑兹尔说:“我们现有的硬件已经相当透支了。”“随着降低硫和现在苯控制的变化，我们将需要更多的硬件来提高产能。所有容易解决的瓶颈问题都已经解决了。过程控制正在深入工厂，推动思想过程走得更远，但这不会提供一个大的推动。我们已经把柠檬榨得很厉害了。如果没有大规模的资本投入，增幅不会超过1%。”

石油公司在计划新设备时，必须权衡当前形势和未来预测。行业分析师预计，根据消费模式和人口统计数据，美国的石油需求将在2020年达到峰值。目前，中国国内炼油产能以每年2%至3%的速度增长。因此，目前1730万桶/天的产量将在五年内增加到至少1900万桶/天。

考虑到在客户附近建立炼油厂的可取之处，未来几年大部分炼油厂将建在亚洲。因此，即使美国的需求放缓，全球范围内的需求仍有可能继续增长。

控制技术帮助

似乎过程控制和仪器仪表技术本身已经推动了事情的发展。改进将是渐进式的，经过深思熟虑的升级证明具有成本效益，但如果不进行更根本的技术变革，就很难增加或实质性地改变美国能源生产的性质。

过程控制和仪器仪表的真正挑战和机遇将伴随着替代能源的发展而来。向风能、生物燃料和其他新方法的转变已经为创新设计师和生产商提供了机会，而且这些机会只会继续下去。

行业与国家综合能源政策的合作将为未来指明方向。

过程工业编辑彼得·韦兰德控制工程、PWelander@cfemedia.comwww.abb.com，www.aga.org， www.coal.org (CURC)，www.epa.gov，www.epri.com，www.ge.com, www.npra.org

待售:机械、电机企业

罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation Inc.)将旗下道奇(Dodge)机械电机和信实(Reliance Electric)电机以及电机维修服务业务挂牌出售。这些动力传动产品和电机的生产商是该公司电力系统部门的一部分。罗克韦尔表示，它将在其全球驱动器和客户服务业务中保留信实电气和信实品牌的驱动器及相关部件和服务。

道奇和信实电力公司的收入基本上都来自电力系统公司。在2006财年，该部门预计将产生约10亿美元的收入，部门营业利润率约为15%。

该公司预计不会改变其现金部署的优先事项，但表示此次出售将加强其对电力、综合控制和信息解决方案的关注。1994年12月，控制工程罗克韦尔以16亿美元收购了信实电气。

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