全球大约有五分之一的收入直接由制造业创造，将近有一半的居民消费依赖于工业制成品。而到2013年，中国制造业的主营业务收入84万亿元，又超过了世界制造业产值的五分之一，成为了名副其实的制造业大国(来源：中国经济年会(2012-2013))。
然而，通过工业化来提高人们生活水平是要以环境作为代价的。20世纪60年代以前，人均能耗在过去的200年内增加了9倍，而在此之后，人均能耗又增长了25%(来源：国际能源署，2010)。发达国家的工业能耗仍处于增长态势，但发展中国家的工业能耗却是飞速增长。为了满足国内市场需求以提高人们生活水平以及满足发达国家的进口需求，发展中国家成了能耗大户。
正因为如此，制造业发展必须实现可持续性。资源消耗的居高不下以及继续应用高碳、高污染的技术等都将削弱增长和发展的潜力。这一点，对中国这样典型的发展中国家而言显得更为重要。在下面这篇文章里，笔者试图通过一个具体的能效提升实践，进行一些粗浅的观察，从而期望大家发现：持续的能效提升，才能打造中国制造业的可持续未来。
8“变”3的节能魔术
太原钢铁(集团)有限公司(简称太钢)是中国特大型钢铁联合企业和全球产能最大、工艺技术装备最先进的不锈钢企业。经过与西门子的通力合作，变频器化身“魔术师”，成功将烧结风机中单个电机的耗电量从每小时8千度“变”为3千度。
面积超过600m2的太钢4号烧结机，使用了两套西门子罗宾康高压变频器与高压电机。一台大变频一个小时就能节电5千度，两台大变频一天可节电24万度。如按自供电价0.4元/度计算，一年节约电费3,000余万元，18个月就收回了设备成本，节能率可达40%，使得初始的设备投资转化为一次成功的战略性技术创新。
太钢四号烧结风机系统外景
太钢4号烧结机，其规模当属世界最大。烧结面积越大，产量就越高，对风机的要求也越高，因此能源消耗巨大。根据太钢3号450m2烧结机的实际工况，太钢计划在600m2大型烧结风机中采用两台大变频，来控制高压电机的转速。尽管采用变频驱动风机能够大幅节能，且是大势所趋。然而如此大规模的应用并无先例可循，技术难度大，投资回报率未知。
15,000kV西门子罗宾康变频器机柜
采用变频调速之前太钢曾经使用风门挡板调节风量
西门子的能源管理方法论基于三个步骤，识别、评估和实现。此前的时间观主要解决能效“怎么算”的问题，这里的方法论主要解决节能“怎么做”的问题。有了方法论的依托，太钢与西门子在节能合作上阔步向前。
第一步，充分识别和挖掘太钢隐藏的节能潜力。
西门子专家团队首先以未使用变频调速的3号450m2烧结机作为样本，记录车间和系统中的能源消耗。经过分析，烧结主抽风机的电耗一般占整个生产线的50%，而风量控制准确程度直接决定成品的质量、产量。
第二步，评估车间和系统在整个生命周期内的成本，计算出具体应用的节能潜力和可行措施的成本效益。
风机转动越快，送风量就越多，但是能耗也随之成倍增长。如果转速下降，能耗也会翻倍减少。经过反复论证，在同样产品、同样产量的条件下，变频调速等于时时刻刻都在节能，即使在整个烧结厂满负荷生产的情况下，保守估算节能率也将在35%以上。
第三步，采取有针对性的措施，将节能潜力变为现实，大约2/3的工业能源由驱动系统消耗，而将整个驱动系统的能耗，降低40-50%是十分具有操作性的。
在考察了多种变频方案之后，太钢最终决定选用两台西门子罗宾康高压大功率变频器，输出电压为10KV。变频器采用水冷工艺，其内部采用去离子水循环冷却，外部采用工业冷却水二次冷却。与空冷型变频器相比，不需要额外的空调等冷却设备，变频器噪音低，受周围环境的影响小，变频室整洁、干净。此外，西门子罗宾康高压变频器还具备“飞车启动”功能，缩短了风机每次启、停接近50分钟的等待时间，从而大大节省了能耗和时间成本。
迈入变频室的大门，比想象得更为安静和清爽。使用水冷大变频，噪音小，没有风冷的粉尘污染。员工的工作量有所减轻，工作环境也有所改善，不用像3烧那样频繁的操作风门挡板。90%的现场数据在中控室就可以直观显示，维护量小，运行稳定。”
在太钢构建资源节约型企业过程中，通过使用西门子变频驱动解决方案、全集成自动化、奥钢联先进的钢铁工艺等，保障产量年年增长，耗能却逐年递减。太钢总经理高祥明先生谈到：“2011年与2005年相比，太钢吨钢综合能耗下降22.9%;吨钢新水消耗下降91%;二次能源年回收占总能耗的45%以上，达到行业领先水平。”
评论：制造业的能效提升之路
制造业的能耗问题已经成为全球性问题，尤其是对于像中国这样的发展中制造业大国来说。但是，一方面不同的制造业行业企业的能耗改善需求不一;另一方面，对于制造业用户而言，如何评估节能项目的收益潜力一直是横亘在企业管理层面前的一道难题;具体到实施层面，选择什么样的值得信赖的节能合作伙伴，以及如何规划能效提升的科学路径，都是未来中国制造业企业需要考虑的问题。
(1)高耗能行业成为能效改进先锋。其实更准确一点，应该说能源成本(包括为生产过程供电、供热、照明和电力等全部能源的花费)占企业总成本比重高的制造业行业将更关注节能的问题。从整个经济范畴来看，工业部门显然是最大的能源消费主体——2008年，工业部门用能占全球总能耗的31%。而在工业部门中，金属冶炼业能耗最大，其次是化工及非金属矿(来源：2011年工业发展报告，联合国工业发展组织)。所以不难看出，像太钢集团这类金属冶炼行业企业，愿意打造也能够打造这样一个节能标竿项目是有根本驱动力的。当然，对于能源成本占比相对较低的制造行业，如机器设备制造业来说，随着能源成本的持续增长，生产规模的扩大，也必然对能效改善有越来越多的诉求。
(2)能效提升将带来巨大的综合性收益。除了节能带来的能源成本节省，更加清洁高效的技术能够提升产品质量和生产效率，提升运行稳定程度，减少能源、水、原材料的使用量及副产品产生的废物流。在太钢案例中，西门子罗宾康高压变频器的应用，“缩短了风机每次启、停接近50分钟的等待时间，从而大大节省了能耗和时间成本。90%的现场数据在中控室就可以直观显示，维护量小，运行稳定。”
当然，能效技术还能改善卫生状况，一些新的节能设计能够提升室内环境的舒适度和安全性，带来环境方面重要的协同收益。正如上述案例中所说，“使用水冷大变频，噪音小，没有风冷的粉尘污染。员工的工作量有所减轻，工作环境也有所改善”。
(3)全面能效提升是一项具备全生命周期的系统工程，也是未来制造业的重要特征。这意味着纵向来看，广义上的节能应该覆盖了从产品设计、生产规划、工程、到生产实施与服务全生命周期的过程;横向来看，能效提升不但包括改变节能行为、通过节能电机和变频器进行单一产品的节能，还包括更进一步通过工程管理平台进行系统节能，以及更高层次的基于可视化基础的企业全面能源管理。就太钢案例而言，其实还有更多的节能潜力可以挖掘。
在西门子看来，制造业企业可以通过识别——评估——实施在内的系统化方法再加上先进的节能环保技术，从而达到节能目标。尤其值得称道的是，西门子还提供业内领先的节能相关服务——譬如协助建立企业能源中心，通过能源中心，工业企业可以实现远程设备维护、电机等驱动设备的能耗数据采集和可视化，并定期获得西门子所提供的能源分析报告，从而进行节能决策。又譬如，在针对企业资金限制的节能业务模式方面，西门子同样走在了业界前沿，目前提供不担保节能量的直接业务模式、节能服务公司合作业务、节能融资租赁业务和承诺节能效果的直接业务等多种节能合作方式。
能效问题，无疑在可预见的未来会一直成为中国制造业的核心挑战之一。降低能耗，提升能效，同样无疑会成为中国制造业迈向可持续未来的必由之路。
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