前言
制药企业的各位领导/专家：
近几年在全国范围内持续发生大规模雾霾，污染严重，习主席在视察时亲自过问，严重的污染对我们之前的经济增长方式甚至经济的结构提出了质疑，如果不能明显降低能耗水平，当前的资源和环境可能无法承受，因此“节能减排”在“两会”上发出了最强音;从中央到地方，从政府到企业都已经将节能减排纳入重要的议事日程。
节能减排是利国利民的大事，对于工业来说绝不是可有可无的，如果工业企业的产能接近饱和，而中央着力支持第三产业，那么在生存资源日渐紧张的情况下，每个传统行业中都会有相当比例的企业会倒下，剩下的企业一定是在角逐中占据成本优势的企业，而节能关系到企业的成本，进而影响到盈亏平衡点，由量变引起质变，它可能就会影响到是否能够生存，这一点对于能耗高、毛利率低的某些行业尤为明显。
节能就是创造一种绿色的利润，节能本身消耗的资源很少，它是靠技术、靠人才、靠管理进行的资源优化再配置，通过节能而节省的资金直接影响的是纯利润，省出来的钱都是绿色的，这部分利润不需要原料、生产(污染)、库存、销售、资金回笼等漫长的环节，而是一种直接的效益。
从国家的角度而言，今后中国不再唯GDP为目标，而是将国家的建设将从资源开发型向资源节约型、环境和谐型转变。“李克强经济学”代表的经济政策将适度从紧，不对经济进行刺激，对工业品的需求会趋于稳定化，工业企业的扩张动力会衰减，这会对高能耗企业形成倒逼机制，形成落后淘汰制。届时，能耗高、成本高的企业将会感到压力和寒冷。随着这种机制的累积效应，能够逐渐降低能源消耗强度、二氧化碳排放强度、主要污染物的排放总量。
制药企业应该未雨绸缪，通过节能工作来降低成本，提高毛利率，减少包袱。节能不仅是降低生产成本的直接途径之一，而且是提升企业内生动力和市场竞争力的一个重要途径。古语说“勿以善小而不为”，而节能减排利国利民，对国家对企业都是大好事，因此完全值得我们去着力做，做出成绩，做出效果，也为企业未来的发展扫清道路。
北京时代科仪新能源科技有限公司
一、能源管理系统节能方案
对于制药企业而言，能源管理系统是帮助企业合理计划和利用能源、降低单位产品能源消耗、提高经济效益的信息化管控系统，其特点是：
1.用户零投资、零风险，提供客户专业的服务，节能效果有保证。
2.设备节能、工艺节能、管理节能。科学、系统的能源管理理念，专业的技术服务队伍，量身定做的能源管理方案，及时高效的解决问题，为企业带来最大的经济效益。
1.1能源监控原理
能效监控管理平台是工业化和信息化深度融合的产物，它使用信息化平台对工业企业的各种能耗进行监控和集中管理，使企业对自身的能耗状况有一个准确的认识，能够促进工业企业能源管理水平和能源利用效率的提升。特别是在石化、化工、制药、钢铁、有色、建材、纺织、轻工等行业企业能效监控管理平台建设示范项目，得到中央政府的大力提倡。
企业能效监控管理平台的构成主要包括：
采用信息化技术，对企业能源系统数据采集、处理和分析、控制和调度、平衡预测和管理能源等功能，降低重要能源介质放散，提高能源介质的回收和梯级利用水平，实现多能源介质的协同平衡与优化利用的企业能源管控系统;
高耗能工艺装备采用先进智能控制与优化技术，降低能源介质消耗和物料消耗，实现装置平稳、高效、低耗运行;
工业窑炉采用信息控制技术，实施系统优化改造，提高工业窑炉热效率，降低能源介质消耗，实现设备节能降耗;
在工业生产过程中采用数字能源解决方案等智能控制与优化技术，提高能源利用效率，实现生产过程节能降耗。
1.2能源监控的效益
时代科仪能源管理系统就是为企业引入一个能源管家，将企业内部各种能源的消耗都进行监督，再将数据进行集中管理，进行分析，并对能源使用加以控制，提高企业的能源使用效率，最终实现节能降耗。能效监控管理平台是监控企业能耗的一个工作平台，同时也是促进企业节能的强有力的管理工具，能够产生促进节能的长效机制，对于企业能耗有很大的监督作用。
企业利用能效监控管理平台能够实时监督各个生产环节的能耗、实时报告浪费现象，能够进行定期考核、改进、再考核，经过几个循环就可以使得企业能耗下降5%～10%，对于一家能源费用1亿元的企业而言，每年可以产生500～1000万元的经济效益。
二、压缩空气系统节能方案
2.1发酵工艺改进及群体控制
发酵工艺是制药企业的核心工艺，一般采用离心空压机产生大流量的压缩空气，向发酵罐供应空气，满足有氧发酵的要求。
北京时代科仪新能源科技有限公司的工程师针对发酵供气环节进行了长期的研究，在此举出一家制药企业案例：该企业随着企业的发展壮大，发酵罐的数量由原来的19个增加至现在的24个，离心空压机每小时耗电量大、每天24小时持续运转、能耗成本很高，占据企业电费的将近60%，通过时代科仪的持续改进，目前发酵能耗已经下降30%左右，为企业创造了大量的纯利润。
其中改进的主要方法是：根据不同的发酵品种，对发酵工艺进行持续监控，满足发酵的最佳工艺要求，在此基础上进行智能调节，使得供气压力、供气流量恰好满足最佳条件，提高发酵效率、提高产量，为企业实现增产、增收、节支，使得一些制药企业从此实现赢利、起死回生。该技术重点采用监控系统、空压机群体控制系统，使得工艺需求更精确、气体使用效率更高，在监控系统的协助下对工艺进行持续改进。
2.2离心空压机节电王：开创离心空压机自由转速调节的先河
2.2.1离心空压机的调节方式
离心压缩机具有运行平稳、流量大、设计效率较高等优点，但也存在着流量调节较为复杂、容易发生喘振的缺点。
离心压缩机常用的三种流量调节方式为：
1、调节转速。通过调节转速，使得离心压缩机的特性曲线呈现平行线移动，不同转速之下具有不同的流量-压力特性，如下：
从图中可见，随着转速下降，对应的流量和压力都呈现下降，且曲线相互平行，此为“相似原理”。采用转速下降进行调节，可以实现以下几个特点：
(1)不引入阻力损耗。通过转速的降低，叶轮做功呈现自然下降，流量和输出压力呈现下降趋势，不需要引入阻力环节，就能对流量进行调节。由于没有阻力环节，不会因为阻力而损失能量。
(2)压缩过程中的损耗有所降低。通过转速的降低，叶轮与空气的相对运动速度减缓，摩擦等损耗有下降趋势，体现在压缩过程中的产热量下降，损耗降低能够节省压缩时的功耗。
调节转速是离心压缩机的一种有效的调节方式，由于不引起阻力损耗、降低压缩损耗的作用，是最省功的调节方式，在蒸汽透平压缩机中使用广泛，具有很多的应用实践，因此，节能系统应优先选用调节转速的方式。但是，对于电机拖动的离心压缩机，其转速是基本固定的，很难采用简单的方式进行调速，通常的变频调速又容易引起压缩机发生喘振，因此，应选择先进的、成熟的技术进行相应的转速调节，本方案将进行重点叙述。
2、调节阀门。调节阀门是离心压缩机的一种简单的调节方式，通过对阀门的调节，开度减小，在阀门两侧形成压力差，将系统的有效输出压力减少，气体流动受限，从而使得流量减少，系统运行在所需的平衡点上。
阀门分为进气阀门和排气阀门，分别具有不同的作用：
(1)进气阀的阻碍作用，降低了实际的进气压力，形成了一定的真空度，进入的气体变得相对稀薄，使得流量下降。同时，进气阀也会提高进气温度。
(2)排气阀的阻碍作用，提高了实际输出压力，使得压缩机向压力增大、流量减小的工作点移动，限制了流量。
综上，阀门的作用概括起来就是，通过引入流动阻力，使得流量降低，从而满足工艺的要求，会造成能量的损失。
阀门的能量损失如下：
气体流过阀门之后，由于阀门不是全开，存在阻力，压力由P1下降到P2，形成了压力差△P，损失的功率为：
W=△PF=(P1-P2)F
由于压力差造成的能量损失，整体性能会降低，压缩机的效率、排气量会同步下降。
3、调节导叶。导叶调节是离心压缩机的一种调节方式，是通过诱导气体沿着具有倾角的导流叶片流动，使气体预旋，从而降低气体与旋转叶轮之间的相对速度，做功减少，压缩程度减轻，流量减少。导叶调节的效果和能量损失介于速度调节和蝶阀调节之间。
综上所述，本方案的核心方法是，采用更优越的“调节转速”代替“调节阀门”，从调节方法上进行改进，避免阀门的能量损耗，同时降低气体温度，实现节能。而且，降低温度的同时也会有助于减低压缩功耗，因此，节能效果出现叠加，总体节能效果较好。
2.2.2离心空压机节电王原理
以上介绍了离心压缩机最佳的调节方式是转速调节，本方案就是围绕转速调节而展开。在运行过程中，对离心空压机的转速调节的过程在于，根据气体压缩机的一系列变量的实时采样，随时计算出最优工作状态;这个方案兼顾了气体供应、能源消耗等方面，实现了最优节能。我们通过最优工作状态的估计对它进行节能控制，类似于一个不知疲倦的气体压缩机专家一直在对气体压缩机进行实时诊断，在调节的时候尽量做到最优，并尽量减少重复调节，使得气体压缩机的出力为最稳定状态，达到设计最大效率运行，节能效果显著。
离心空压机节电王填补了离心空压机节能的空白，是北京时代科仪新能源科技有限公司研发的核心技术。对于离心式气体压缩机而言，节能的主要步骤在于：
1、避免气体放空和旁路的问题;
2、流量和压力的最佳匹配，满足最大效率点运行;
3、最佳的控制方法，使得在最优条件下运行并且避免喘振的可能性。
在实际的应用中，采取的控制方法大致介绍如下：通过实际运行，对当前的流量需求进行评估，并衡量实际产出速度，根据两者之差，计算气压变动的速率，再预估气压的升高和降低的趋势，预知将来的气压变化，根据这个变化趋势，提前对空压机进行逐步的、缓慢的调节，这样既可以保证气压稳定，又能够保证空压机的运行稳定。
时代科仪离心空压机节电王是一种综合节能设备，它通过测量运行参数，对离心压缩机的运行进行实时分析，将参数规范化成为系统标准的格式。紧接着，根据管网气压和流量等参数，进行最大效率估计系统，对当前离心压缩机的最大效率进行估计，能够应用于阀门开度最大、压缩产热最少的运行状态下。并通过前馈控制，对部分参数进行提前观测，与最大效率计算一起，形成合理的控制指令。前馈控制的目的在于，避免压缩气体的响应滞后性带来的系统频繁波动。最终，结合防止喘振的特殊算法(发明专利)，形成转速指令，并由此指挥转速控制系统，实现合理的转速调节，保证离心压缩机的持续高效运行。
2.2.3离心空压机节电王的技术优势
时代科仪离心空压机节电王是专门针对离心压缩机，具有多项国家专利和软件著作权，列出如下：
这些专利技术，是北京时代科仪新能源科技有限公司在以往数年的节能实践中，经过多次试验和分析改进而获得的技术成果，具有非常典型的、成功的应用案例，极具推广价值。
在研发过程中，结合了航天技术的应用，采用“人工智能”与“大数据”融合的专家控制系统，体现了技术专家的理论知识和现场经验。经过实际运行，效果显著。
2.2.4离心空压机节电王与变频的区别
行业曾经公认离心压缩机不能采用变频调节，这是因为，变频调节是采用反馈控制，根据气压的变动不断调节转速，由于用气量不断变化，造成压缩机转速不断变动，且呈现出自然振荡，宽幅波动。对于离心气体压缩机而言，变频的频繁调节容易达到喘振线而诱发喘振的可能性。同时，压缩机转速不断波动时效率也低，节能效果不理想。
本节能系统借鉴了变频对电机的转速的调节功能，并根据离心空压机的特殊要求，对变频技术进行了专门改进、升级，属于特制的设备，不同于一般的高压变频。在控制系统方面，主要改进了频率的计算模式，在研究了离心压缩机的特征的基础上，创新的专利技术，使得离心压缩机在变速时远离了喘振线，避免了喘振。同时，更加稳定的转速也提高了离心压缩机的效率。
软件监视系统运行画面
通过节能工作的开展，使企业的动力主机：离心压缩机的功耗显著下降，提高了企业整体的运行效率，对改善企业的经营效益起到了积极的作用。
2.3仪表供气螺杆空压机节能
采用时代科仪的空压机节电王，能够实现螺杆空压机的高效节能。
某制药企业案例：
本厂共的三台空压机，一用两备，其运行的基本参数如下：
从数据来看，该三台空压机属于1用2备，通常只有1台运行。从加载比例来看，加载率为57%，加载时，视在功率为125kW，有功功率约112kW，处于满负荷状态;卸载时，视在功率仍达到52.6kW，估算其卸载时的有功损耗约为31.6kW，可见损耗较大。
以上三台空压机存在以下改进点：
1、空压机效率较低，需要改变压缩方式，提高效率。
2、存在严重的空载功耗。
需要对空压机的运行工况进行改进，从而达到供气充足、能耗下降、空载功耗消失的目的。
节能改造内容：
施工周期：设备的生产制造：10天，安装调试1天。
节能改造效果：
(1)节电
(2)降低空压机油温：约下降20度。
(3)降低空压机的维护费用，延长空压机使用寿命。
三、制冷系统节能方案
在制药企业中，制冷系统也占据了相当大的比重，时代科仪具有制冷专业团队，对制冷系统进行最佳优化，实现节能效果，本章论述。
3.1制冷系统整体COP提升
制冷站COP提升控制管理系统从冷站的整体能量平衡出发，采用先进的控制技术协调控制，科学的实现变负荷情况下冷站的整体群控，高效运行，达到最佳的节能效果，可以实现冷站整体综合节电率达到25%-40%;冷站COP提升控制管理系统有着先进性、节能性、开放性、节能性以及实用性等特点。
(1)制冷机单体运行效率COP提升
(2)水泵系统输送效率提升
(3)冷却塔系统散热效率提升
拥有自主的知识产权的高技术产品，通过技术改造可实现：
(1)冷冻、冷却水系统双向变流量调节、纠正水力失调、减小管网阻力、解决分水不均、布水不匀的难题，提高提高制冷主机的能效比和冷却塔的换热能力，最终达到整个系统高能效、低能耗、科学化运行的目的;
(2)实现在线显示、记录各设备的运行状态和运行数据，同时可换算出相同工况下系统的节能率和节能量。同时可实现主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机变频控制，根据环境温度变化和实际用冷需求变化，通过系统内嵌的云终端计算软件高速运算，找出系统最佳的运行工况点，并输出指令即时调整系统的运行工况，使系统始终处于高效区间运行，以达到节能的目的。
(3)在一定的环境条件下，对泵的最佳效率进行运算和调度，使得泵组总是在最佳效率带运行。同时匹配冷却风机风量，使得系统达到最佳风、水比例，获得最优性能。
通过节能改造，在冷却水循环系统将实现20%左右的节能率(全年平均)
3.2制冷压缩机节能：制冷压缩机节电王
制冷压缩机节电王采用时代科仪的专利技术，控制逻辑与空压机节电王类似，具体参数有所不同，通过对制冷压缩机运行情况的测量、分析，进行实时控制，将制冷系数保持在较高状态，获得最佳的节电效果。
本产品直接串接在制冷压缩机的星-三角启动电路前端，自动配合压缩机运行，无需人工操作和维护，不改变制冷量，不需要调节制冷压缩机的能量位置阀和内压比滑阀。
制冷压缩机节电王同属于国家创新基金研发课题，获得国家科研资金奖励支持，采用了综合的专家经验控制理论，与常见技术相比具有以下优势：
3.3制冷工艺系统管理节能
在制冷工艺管理方面，时代科仪率先将“用冷环节”纳入考虑范围，通过用冷环节与制冷环节的联动，实现最大程度的节能。主要使用一套综合监控系统，对用冷环节的实际温度、流量进行监控，并对最佳的制冷效果进行模糊计算，针对当前实际所需的制冷强度，控制制冷环节运行在最佳供应点，杜绝不必要的浪费。
案例：通过对用冷工艺实施监控，通过模糊控制计算最佳制冷工作点，降低对冷冻水的要求，使得春、秋、冬季的冷冻水供应温度平均上升3摄氏度(在合理的范围内)，循环量合理下降25%，实现制冷机运行强度下降12%的目标，整体节能效果较好。
3.4余热利用制冷
制药企业对制冷量的需求较大，而离心空压机运行过程中的热能很高，恰好能够用于制冷，弥补制冷量的不足，实现很好的节能效果。其过程是：通过离心空压机产生高温热水，然后使用高温热水作为热源，驱动溴化锂机组制冷，能够产生冷冻水供应生产环节。
制药企业，利用离心空压机的余热，产生90摄氏度热水，驱动溴化锂机组制冷，弥补冷冻水的不足，大幅降低制冷压缩机的使用率，节能效果显著。
四、循环水节能方案
制药企业与其它各种工业企业相似，其循环水的使用都相当普遍。循环水的主要功能在于将生产设备、制冷设备的热量换出并释放，其工作的流程一般都不复杂，主要是先将冷水输送到被冷却的设备，循环过程中将热量带出来，并输送到冷却塔散热，将水温降低之后收集到水池中，如此不断循环，过程中蒸发的水量通过自动补水系统进行补充。在循环过程中，水泵是动力设备，冷却塔是散热设备。
循环水节能的主要手段有：阀门控制、变频节能、水泵参数改制节能、冷却塔节能、时代科仪循环水智能控制系统、复合式闭环冷却塔等，相关的实践可参考《循环水节能方案汇总》。
五、蒸汽节能方案
蒸汽是制药厂又一个重要的能耗形式，本章对蒸汽系统节能进行简述。
5.1锅炉优化控制系统
锅炉优化控制系统实现制药企业蒸汽锅炉的监控和智能管理，通过对锅炉运行诸元：引风量、排气温度、含氧量、燃料消耗速度等的评测，获得锅炉运行的最佳效率点，并控制锅炉运行在最佳效率区间。
5.2乏汽回用技术
制药企业使用的蒸汽为一过性的，加热后的乏汽一般难以利用，但是乏汽仍有一定的价值，通过乏汽回用，能够节省生产成本。
5.2.1乏汽再压技术
采用特殊的螺杆压缩机，对乏汽进行再次压缩，恢复乏汽的压力，省却了再次使用锅炉产生蒸汽，节约了一部分蒸汽，实现节能效果。
5.2.2乏汽余热制冷
采用溴化锂热泵，利用乏汽作为动力进行制冷，节约热能消耗，实现节能效果。
六、污水处理节能方案
6.1污水处理节能技术概要
污水处理就是对污水进行净化，达到排放或者再次使用的标准的过程。污水处理的成果是达标的水质，而污水处理的代价就是电能的大量消耗，我们发现污水处理厂的电费相当可观。经过分析，我们发现在整个污水处理过程中，曝气鼓风机所消耗的电量占了系统消耗电量的一半以上。为了降低污水处理的能耗，时代科仪采用以下方法：
6.1.1函数流量系统
用于控制曝气环节的实际流量，使得生化反应在恰到好处的条件下进行。根据污水处理的大量案例调研结果，走访了数位专家、总工，听取意见，共同研制了函数流量系统，它能够在不增加人员工作负担的前提下，使得曝气程度控制较佳，曝气不过多也不过少，总是最有利于絮状污泥的生化作用，使得生化反应迅速、稳定，对水中化学需氧量COD的消耗程度高，而曝气的能源成本显著降低。
6.1.2鼓风机控制系统
根据多年节能工程经验，特别是压缩气体节能的经验，综合了多项专利技术，研制了鼓风机节电王这一节能系统。鼓风机节电王是硬件机柜，具有嵌入式计算机和能源分析系统，它采用专家算法，控制鼓风机的电机，实现最佳定速运行，调节范围可靠、稳定，能够使得现场鼓风机总是工作在最优状态，在相同曝气量条件下，采用鼓风机节电王之后，鼓风机的功耗会明显下降。
6.2离心鼓风机节能的方法
离心鼓风机是典型的鼓风机，通过变速箱将转速提升，并带动叶轮转动进行鼓风，并通过蝶阀调节风量。其机构示意图如下：
该鼓风机调节流量的方式简单、快捷，但调节方式仍然引起较大的能耗，在蝶阀开度较小时，鼓风机的效率有所下降，具有一定的节能空间，时代科仪采用离心送风设备专用的节能技术(发明专利)对离心鼓风机进行调控，在节能的同时能够避免喘振。
该控制系统的原理是这样的：
A：曝气综合控制软件：根据进水的水质、流量、水温、出水的水质等数据，结合污水的数学模型，计算出所需溶氧量指标;
B：实际溶氧控制：根据所需溶氧量指标，并测量实际的溶氧量，采用函数流量系统进行控制，维持实际溶氧量在设定溶氧量;
C：空气流量控制：采用鼓风机控制系统，根据实际溶氧量的控制输出，总是输出合适的空气流量，满足实际溶氧量的稳定，驱动鼓风机，按照合适的流量控制鼓风机在最高效的状态下运行。
整个节能体系主要是通过准确的控制，保证污泥在最佳的状态，保持最佳的生化反应，使得所输出的空气量较好的符合实际需要的量，避免过度供应，并且使得鼓风机设备运行在效率较高的区间，从而实现节能。
