针对制造业节电潜力及对其未来发展影响的全球性研究

针对制造业节电潜力及对其未来发展影响的全球性研究

主要研究成果

制造业要想在未来保持竞争力，就必须不断地创新和创造。

产品开发周期变得越来越短，复杂程度越来越高；而资源也变得越来越稀缺。特别是过去十年，用电量大幅增加，电价也随之水涨船高。

制造业的用电量在过去40年中呈现巨幅增长，比总能源消耗量的增速快三倍，占现有工业能耗的四分之一以上。据估算，目前全球制造业的年用电量约占当年总电力消耗的42%。

伴随用电量的飙升，过去十年制造业的单位用电成本也大幅提高，因此通过结电来提高资源使用效率对制造业的成本控制至关重要。

当前国际原油价格下挫无疑将对制造业的总能源成本产生影响，因为像加热等环节就需要使用化石燃料。但由于很少有发电厂用石油发电（因为与其他形式相比，石油发电成本高、对环境影响大），因此从全球范围来说电价涨幅可能会放缓，但不会大幅度下降。

因此，制造业特别注重高能效设备的使用，以此来减少用电量和用电成本。在这一需求的带动下，高能效设备解决方案如雨后春笋般涌现出来，成为制造业企业减少用电量、规避输电损失、改善经营业绩、降低设备生命周期成本和满足环保要求的有效手段。

注：用电效率是指制造企业通过安装用电效率更高的技术而节约的电能。普遍应用于生产环节（泵、风机、生产线）的变频器就是一个很好的例子。其消耗的电能比单速驱动装置要少得多。同样，工业企业所还可以在房顶和空地上安装太阳能光伏电池，自行发电以弥补商业用电。用电效率不包括工业企业可能采用的其他能效措施，如用生物质燃料加热、热量回收、冷凝型锅炉等。

通过调研全球20大工业设备制造商，西门子金融服务集团评估了各国的制造业的用电效率（节电量和用电量，用占总耗电量的百分比表示）潜力：

在很多国家，企业—尤其是中小制造企业—获取资金投资高能效设备的能力依然相对有限。

深谙节电技术的专业融资公司能够提供灵活的融资方案，使企业可以用节约的用电成本抵消采购高能效设备的支出。在全球制造行业正试图应对未来的业绩和竞争挑战时，定制的融资方案将对推动和发展全球制造业节能起到关键作用。

与自动化设备和工业机械配套的创新融资解决方案能够帮助制造业进一步减少用电量、提高生产力、改进效率并缩短产品上市时间。

前言：工业能耗与能效

位于华盛顿的美国能源信息署一直在监控和报告与全球能源问题有关的统计数据。该机构称，工业领域是全球的能耗“巨无霸”—用掉了全球能源生产总量的51%。这也就是为什么各国政府、环保人士和工业企业都在绞尽脑汁地保持或提高工业生产力的同时降低能耗、节约成本。

这一问题关系到全球的经济和环境健康状况。因此，欧洲复兴开发银行启动了一个旨在提高工业能效的计划。该计划会对现有的和未来的项目进行筛选，以发现节约能源的空间，并且还会提供能源审计和能源管理培训，以挖掘这些节能潜力。欧洲复兴开发银行称：“如果能效投资得到恰当的评估和实施，回报会很可观，技术风险也会相对较低。这样的投资可帮助减少能耗，同时还会产生其他积极的影响，如提高产品质量……企业承受着前所未有的竞争压力，需要以相同或更低的成本生产高质量的产品……企业必须将能源成本与最佳实践标准紧密结合起来。”

尽管近期原油价格大幅下挫，但在过去十年甚至更长的时间里，电价却一直在上升。这是因为新兴经济体的经济快速发展带动了电力需求，以及政治不稳定地区的电力供应具有不确定性。工业领域消耗的电力占全球总耗电量的42.3%。虽然油价的大幅下跌无疑会降低制造企业的总能源成本—尤其是现场利用化石燃料的加热等工序—但实际效果杯水车薪，因为在油价暴跌前，石油的每千瓦时成本就比其他化石燃料高很多倍（所以很少会有企业使用石油）。电价的长期发展趋势给所有国家的制造业都带来了挑战—尤其是那些在未来几年会扩建工业基础设施的国家，如中国、印度、土耳其和东欧国家等。

高能效的主要举措

国际能源署（IEA）的一个对未来20年的展望描绘了在全球范围内提高能效可能会带来的好处。这家位于巴黎的机构预测：“到2035年，工业领域的投资累计将达到1.1万亿美元，而节约的能源成本可达3.3万亿美元。”虽然在很多经合组织（OECD）国家，大型能源密集型行业已经采用了高能效技术，但我们仍可通过替换老旧设施、优化工艺或改进能源管理实现进一步提升。虽然油价下跌将对工业领域整体的能源管理产生影响，但该领域的用电情况仍然会遵循国际能源署的预测。同时，国际能源署也提出了一系列提升工业领域的能源/用电效率的具体建议：

1.更先进的设备和技术。国际能源署估计，加快普及现有的、最先进的工业技术可将全球工业领域的能耗降低约三分之一。更换能效较低的工业电机、驱动器和压缩机，以及安装热量保存系统都被视为降低能耗的有效手段。

2.管理能源使用和优化运营。在某些情况下，以提升能源效率为目的的系统优化可以额外节约最高20%的能耗。这里的“优化”不是指简单的技术和设备更新，而是审视整个制造工艺。优化风机、泵、压缩机和驱动器等电机系统，可帮助所有工业领域以高性价比的方式实现大幅节能。

3.全面改造生产体系。还有一些更富远见的工业节能设想，包括在整个生产工艺和物料管理过程中以一体化的方式管理物资、资源和废弃物。这可能需要将工业垃圾转化成能源，并在生产工艺中循环利用这些能源—诸如收集工艺过程中过多的热量，或将最终产生的废弃物转化成能量。

工业用电面临的挑战

由于电能在工业领域总体能耗中所占的比例越来越大，制造企业、设备厂商和决策者愈发关注提高用电效率方面所存在的挑战。全球制造业的电气化正如火如荼，而且将持续下去。在过去40年中，工业能耗增加了65%（15.41至25.41亿公吨油当量）。令人吃惊的是，同期的工业用电量却增加了193%（2.35亿公吨油当量至6.88亿公吨油当量），占目前工业总能耗的四分之一以上。制造业使用的电力占全球总用电量的五分之二以上（42.3%），但具体的比例在各个国家有较大的差异。在中国，工业用电量目前占总用电量的四分之三，而在欧盟的28个成员国中，这一比例仅为25.6%。在印度，工业用电量占总用电量的33%。

在所有调研的国家中，不仅工业领域的用电量在增长，电价在过去三十年也大幅上升。即使在那些电价一直享受补贴或被限制在较低水平以至于不能反映真实发电成本的国家，市场也已经实现自由化，电价正在这一自由化市场中逐步上升。近期油价的下跌可能会对此造成影响。但燃油发电成本比其他化石燃料要高很多，且会往大气中排放大量的污染物，因此燃油发电只是一种应急手段。除非大规模地将发电厂转化成燃油发电厂，否则目前的电价上升趋势还将持续，而且电价肯定不会像原油价格一样出现反复。

美国能源信息署（EIA）表示，加剧用电效率问题的另一个因素是制造业的用电量水平会对总的能源消耗产生巨大影响。要生产一单位的电，需要三个单位的初级能源（如煤、核燃料、天然气等）。这意味着用电量的增加将大大提高发电厂对初级能源的总需求。因此，工业企业减少用电量不仅可以节约成本，还可以帮助减少碳排放量。

聚焦电机与变频器

从关键技术角度来看，工业领域消耗的电力中有高达70%是用来驱动工业电机和变频器的。据估计，优化电机驱动系统可以节约30%到60%的工业用电量。更先进的自动化和驱动技术还可帮助制造企业提高生产率、改进效率、缩短上市时间。

《欧盟耗能产品生态设计指令》（2005/32/EC）（“EuP指令”）及其实施文件《委员会640/2009号条例》第一次针对工业电机实施了强制性的能效等级。这比欧洲电机及电力电子制造商协会的能效等级分类（非强制性，旨在鼓励工业领域采用能效更高的电机）更进了一步。

EuP指令分步骤规定了电机的能效标准。自2011年6月起上市的新电机的能效等级必须至少为IE2（高效）。自2015年起，功率在7.5千瓦到375千瓦之间的电机必须符合IE3（超高效）能效等级或符合IE2能效等级并加装变频器。自2017年起，功率在0.75千瓦到7.5千瓦的电机也必须满足上述要求。

注：该IE分级体系在全球通用，被用于衡量电机等设备的效率。该体系涉及的产品必须符合一定的能源和资源效率才能在指定的日期前在欧盟国家使用。该体系共定义了四个等级。不同的IE等级之间的用电量相差大约15%。

虽然准确计算用电成本需要考虑电机具体的应用环境，但与能效较低的电机相比，高能效电机的总拥有成本通常较低。虽然高能效电机的采购成本要高出好几倍，但要指出的是，在工业电机的生命周期成本中，95%是用电成本。

美国也采取了类似的举措，出台了《2005年能源政策法案》和《2007年能源独立和安全法案》。《能源政策法案》规定，政府采购的电机必须符合美国电气制造商协会的超高能效标准（相当于IE3）。《能源独立和安全法案》则要求，2010年12月以后生产的所有电机也必须符合该能效标准。虽然中国的电机能效标准略低于欧盟和美国，但中国政府依然走在开发IE4标准电机的前列，并已经出台法规要求制造商自2013年起生产满足IE2标准的电机。

除电机/变频器外，系统的智能化也可大大节约能源成本。比如，我们可以安装传感器监控传送带，在传送带上没有物料时自动将其关闭。目前生产的变频器中很多都内置了处理模块，使其能直接与输入信号和输出信号相连接，无需任何单独的可编程序逻辑控制器。在动态应用环境中，让设备以最高的速度持续运转既没有必要又浪费能源，而对速度进行调节可以节约大量的能源。

照明是主要的用电领域。企业可以利用发光二极管、紧凑型荧光灯、节能卤素灯等高效的照明技术节电。与传统的白炽灯相比，它们可以节约高达80%的电能。智能化的照明控制技术还可进一步将照明用电量减少40%以上。光强度传感器和人员探测装置可优化照明控制技术，从而在白天和无人的时候节约更多的电能。

此外，楼宇能源管理系统（BEMS）也可通过改进工厂控制、监控能源使用和优化工厂运行时间来减少能耗。安装有效的楼宇能源管理系统通常可节约高达30%的能源。

全球的制造业采用的其他节电措施包括：

优化的自动化系统；

将废物转化成燃料；

回收生产过程中的热量用于发电或供暖；

润滑油和冷却剂回收系统；

产品生命周期管理；

输电效率系统。

融资挑战

接下来的问题就是如何才能买得起用于发电或减少用电量的高新技术。投资环保、高效的发电技术，以及提升企业用电效率都需要合适的融资工具。

国际能源署称，能源生产（比如发电厂）行业正在涌现新型的投资者，但条件合适、长期稳定的融资支持仍然遥不可及。北美的私营企业可以相对轻松地获得长期融资，而世界其他地区的情况远不是这样。因此国际能源署强调：“有必要寻找新的资金来源……来帮助企业降低对银行短期贷款的严重依赖。而且在金融危机发生之后，新的资本充足要求（巴塞尔协议III）可能会限制银行借贷。”

最终用户在投资提升电能效率的设备（这是减少用电量和碳排放、降低生产成本—对商业机构最重要的一点—的重要手段）时，同样需要资工具。

传统信贷机构由于缺乏足够的设备资产信息和准确评估成本的技术知识，可能会对融资高能效设备和可再生能源设备敬而远之。

制造业的用电效率——新研究

本次西门子金融服务集团的调研涉及的国家有：中国、法国、德国、印度、波兰、俄罗斯、、西班牙、土耳其、英国、美国和斯堪的纳维亚三国（被视为一个地区）。

研究采访了全球20大工业设备制造商展，要求被调查对象评估所在国家的造业用电效率提升潜力。“用电效率”指安装目前市面上有售的、能效更高的设备并引入和实施更严格的能源管理政策和程序后，可实现的节电量比例；之后再计算出调查对象给出的数据的平均值。

结果如下：

被调查的企业给出了诸多一致的观点。中国和土耳其的很多工厂都是新建的，因此装配了更多高能效的设备，这多多少少“影响”了它们的节电潜力。俄罗斯的工业领域相对成熟，但通常采用的是能效较低的老旧设备，因此就有很大的改进空间。

西班牙出现在表格的底端，并不是因为使用了高能效设备，而是因为西班牙的制造企业在工厂非常积极地部署太阳能发电设备，满足自身的用电需求。德国的低潜力是因为该国一直在积极的投资和实施能效提升措施。被调查者普遍认为德国在这方面走在了欧洲国家的前列。但是，考虑到与英国等其他国家相比，德国的制造业更倾向于重型机器制造（用电量大），因此仍有很多工作要做。

另外还要看一下这些节电潜力与各国工业能源强度（单位GDP的用电量）之间的关系。虽然我们并没有发现这两者之间有直接的联系，但在所研究的大部分国家中，还是可以看出能源强度排名大致等于节电潜力排名。

总之，通过投资能够提升用电效率的技术，制造企业可以大幅度节约成本，并有助于改善环境。但主要的问题是，在实践中我们如何才能开发这一潜力？制造企业如何才能更好地为它们的能效投资融资？

可负担得起的节电投资

投资能够提升用电效率的技术可为制造企业带来诸多益处。通过减少用电量，制造企业可以增强竞争力、降低生产成本。通常，为提升能效而采购的新设备还可额外提高生产率和生产力。在世界各地，相关的政策法规陆续出台以保障由能源的可持续利用给商业、环境和社会等方面带来长期的积极影响。这些好处也越来越多地被包含在招标条件中。因此，制造企业需要各种灵活、适当的融资工具用于发展业务、提升竞争力、改进生产率和实现可持续发展（包括提升用电效率）。无论传统借贷是否可及，所有制造企业都想确保其在用电效率方面的投资从资金上是可持续的。

越来越多的资产融资工具成为投资和升级高能效设备的有效替代方案。这些融资工具通常用设备节约的能源成本抵消新设备分摊到每月的采购成本—所谓“按节约的能源成本付费”。在一些特殊的、定制化的融资方案中，租金甚至可以根据新设备的节约表现或生产的能源灵活安排。

这些与传统借贷不同的融资方案正愈发显得重要。研究显示，企业在节能投资方面的最大顾虑是购买的新设备能否兑现所承诺的节能效果。将融资方案与设备解决方案相结合能够扫除这一障碍。深谙高能效设备市场的专业融资服务提供商能够派出专家，准确评估解决方案的节能效果，并以此制定融资方案。对于那些因为无法准确评估节能效果而犹豫不决的企业，按节约的能源成本付费的融资方案可以打消他们的顾虑。

在条件允许的情况下，融资方案通过租赁、租借或分期付款等方式，将所有服务打包，包括电能效率评估、设备本体、安装和日常维护。客户定期支付的租金至少等于或低于所节约的能源成本。通常在设备投入使用后，马上就可实现节能并产生正现金流。有些时候，企业还可从政府为节能投资推出的刺激计划和/或设备提供商的节能效果担保中获得额外的收益。即便项目节约的用电成本无法完全抵消设备采购成本，融资方案也能负担主要投资部分。

这在制造行业通常具有很强的吸引力，因为最新的设备不仅可以降低能源成本，还可以提高生产率和生产力，产生更多的收入和利润。

总之，相比传统的贷款买设备，这种一揽子的融资方案有诸多优势，因此备受制造企业的关注：

融资期限灵活，可确保定期应支付的租金可（全部）被节省的能源成本抵消。

定期支付的额度是固定的。这意味着融资条款不受利率动、短期经济波动、市场变化等因素影响，让承租人可以更轻松地管理预算。

只要承租人在付款，融资协议就不能被中断。

与传统借贷互补，减轻客户对单一资金来源的依赖，让客户可以继续银行信用额度。

承租人可以选择将总拥有成本（设备、定期的服务和维护）纳入一揽子协议中。

结论

全球的制造业的电气化正如火如荼，这也为更高的自动化和数字化流程提供了舞台。本文所阐述的研究成果以及本文所引用的诸多第三方文献均清晰地表明，全球的制造企业依然存在巨大的节电空间。虽然各个国家的节电潜力大小不一，但都很可观。

在很多国家，企业—尤其是中小型制造企业—获取资金购买高能效设备的能力依然相对有限。有相关技术背景的专业融资机构正在填补这一空白。它们能够为客户提供灵活的融资方案，让客户可以利用所节约的能源成本抵消采购高能效设备的成本。预计到2020年，甚至在以后更长的时间里，这样定制化融资方案将对推动和发展全球制造业节能起到关键作用。

方法论

2014年和2015年，我们对全球20大设备制造企业（按营业额排名）负责高能效产品和/或服务（包括托管服务和绩效合同）的管理人员进行了电话采访。我们要求被调查对象根据现有的节电技术保守地估计所在国家的节电潜力。

原标题：西门子白皮书Ⅰ工业节电，事半功倍