節(jié)能降耗技改項目的常用經(jīng)濟指標是投資回收期，即實施項目的投入資金除以預期節(jié)能的年化收益。通過六西格瑪對冷水機組運用VSD變頻控制技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能的方法已十分成熟，并獲得較廣泛的推廣應用。
一、變頻簡介
變頻與定頻相比，變頻控制節(jié)能的空間主要取決于機組部分負荷運行的分布及其運行時間的長短，準確獲取機組運行負載率數(shù)據(jù)是測算變頻節(jié)能技改項目節(jié)電量及投資回收期的關(guān)鍵。全面收集運行負載率的年化生產(chǎn)實際運行數(shù)據(jù)，借助運算工具對冷量負荷進行日化精確統(tǒng)計，將電耗測評分月進行，納入枯水期、豐水期電價差異因素，準確測算電耗、電費，可大大提高投資回收期測算的準確性，為節(jié)能改造項目的優(yōu)選與實施排序提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。
二、冷水機組并網(wǎng)改造后續(xù)改進需求與優(yōu)化方案選擇
1、并網(wǎng)改造后續(xù)改進需求
成功實施并網(wǎng)改造后，冷凍水系統(tǒng)如圖1所示。運行狀態(tài)為：熱季(6月～9月)3#／4#機組并行，冷季(11月～次年4月)3#或4#機組單機運行；過渡季(5月～10月)，視天氣條件，3#／4#機并行或單行，1#／2#機組冷季停用，熱季備用。
圖1 冷凍水系統(tǒng)運行流程圖
在獲得顯著節(jié)電成效的同時，系統(tǒng)還存在以下改進需求:
①熱季雙機并行期間，3#,4#機組任一發(fā)生故障，需重返改造前Ⅰ、Ⅱ期并行方式，才能滿足供冷需求，電耗將重返高位。
②1#、2#機組已連續(xù)運行了15a，進入故障高發(fā)期，維護費用高，所用冷媒R22將于2015年全面禁用，機組的更新?lián)Q代已進如議事日程。
③冷水機組尚未應用VSD變頻控制節(jié)能技術(shù)。為此，按預防性控制管理要求，該公司成立了冷水機組節(jié)能優(yōu)化論證項目組，應用精益六西格瑪方法，在固化并網(wǎng)節(jié)電改造項目成果的同時，進一步識別論證優(yōu)化方案，繼續(xù)挖掘節(jié)電空間。
2、優(yōu)化改進方案選擇
對離心式冷水機組實施VSD變頻技術(shù)改造可以實現(xiàn)節(jié)能，但針對昆明特殊的氣候條件和企業(yè)特定的運行模式(如冷水機的冷卻水與生產(chǎn)主工藝冷卻水共用等)，尤其是實施了并網(wǎng)改造，運行設(shè)備減半后，“節(jié)能空間”成為項目組優(yōu)化方案論證的核心。
對現(xiàn)有二期的1臺機組實施VSD改造是已經(jīng)獲批的2011年度技改項目，但還不能解決啟用備用模式的電耗損失問題，也不能解決R22禁用問題。如果調(diào)整為新增1臺帶VSD控制機組，可報廢一期設(shè)備，停用R22冷媒，還可進一步節(jié)電。項目組經(jīng)過分析，得到如下結(jié)論:
①新增1臺帶VSD機組，是長久穩(wěn)固可靠的節(jié)能優(yōu)化方案。
②摸清并網(wǎng)后機組實際運行負載率水平，是評價應用VSD變頻控制技術(shù)經(jīng)濟性能的關(guān)鍵。
③落實系統(tǒng)冷量負荷需求的均值水平與最大值，是確定新增機組容量選型的關(guān)鍵。
④對投資回收期進行測算，是對多種備選方案進行優(yōu)選的關(guān)鍵。
三、數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計計算
1、機組運行負載率統(tǒng)計、計算
受工作量和計算手段的限制，通常的計算都是抽取一定量的代表性數(shù)據(jù)，運用常規(guī)測算方法，進行較粗略的估算，達不到所需的經(jīng)濟測算精度，尤其昆明的氣候四季不分明，早晚溫差大，空調(diào)運行工況特殊，與國家(公共建筑節(jié)能設(shè)計標準)設(shè)定的標準工況差距較大。項目組從生產(chǎn)管控系統(tǒng)中收集了2010年5月并網(wǎng)改造后連續(xù)8個月，245d,每天24組，共計5880組運行負載率數(shù)據(jù)，應用Minitab“基本統(tǒng)計量”中的“存儲描述性統(tǒng)計”功能，計算獲得單日運行負載率均值。運用“控制圖”中的“單值I-MR圖”功能，分別繪制3#、4#‘機組運行負載率分季節(jié)(過渡季、熱季、冷季)的I-MR控制圖，獲取負載率均值與極值的描述性統(tǒng)計結(jié)果。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得到如下結(jié)論:
①3#機熱季平均負載率53%；冷季平均負載率48%。
②4#機熱季平均負載率62%；冷季平均負載率11%(2010年冷季主要運行3#機，4#機只運行了9d)。
③單機運行的最大負載率均出現(xiàn)在過渡季單機運行時。3#機最大運行負載率90%(2010/10/23),4#機最大運行負載率88%(2010/10/11)。
2、系統(tǒng)供冷負荷統(tǒng)計計算
系統(tǒng)供冷負荷量是計算系統(tǒng)實時運行電耗的依據(jù)。項目組經(jīng)過討論，選擇了通過日均負載率計算獲得日均供冷負荷冷噸量TR的公式，即:系統(tǒng)供冷負荷=3#機負載率×機組額定冷噸+4#機負載率×機組額定冷噸。
應用Minttab的“計算器”功能，計算獲得每天的冷量負荷需求，運用“控制圖”中的“單值I-MR圖”功能，獲得系統(tǒng)分季節(jié)的供冷量負荷平均水平與最大值。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論:
①冷季平均負荷量298冷噸；熱季平均負荷量577冷噸；過渡季平均負荷量417冷噸；單日最高負荷量649冷噸(2010/7/22)。
②1臺700冷噸機組單機運行可滿足熱季最大供冷量需求。
3、投資回收期計算
新增1臺700冷噸帶VSD機組，全年單機運行方案；與新增1臺500冷噸帶VSD機組，熱季雙機運行，過渡季和冷季優(yōu)先運行VSD機組方案，2個方案的篩選可通過投資回收期的計算進行對比論證。投資回收期的計算公式，即:投資回收期(年)=項目投入費用/年節(jié)約電費金額。年節(jié)約電費的計算方案如下:
①應用年化同比方案進行計算。
②按月收集2010年5月-2011年4月的實際電耗、電價和電費作為基線。
③假定用戶端的供冷負荷不變，用本文3.2計算方法獲取全年365d的日均冷量負荷，作為測算機組電耗的供冷負荷依據(jù)。
④用月均供冷量除以新增機組的額定冷噸，獲得新增機組運行模式的月均負載率(其中，新增1臺500冷噸方案在熱季雙機并行時，假定供冷負荷為均分方式)。
⑤查閱供貨商產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊提供的能效比參數(shù)表，獲得特定負載率水平對應的能效比。
⑥冷水機月均功耗=機組額定冷噸×月均負載率所對應的能效比×修正系數(shù)。
⑦冷水機月度電耗=月均功耗×運行天數(shù)×24小時×當月電價。
⑧月節(jié)約電費=當月運行電費基線-新增設(shè)備運行方式的計算電耗×當月對應電價。
修正系數(shù)用于修正實際運行工況與標準工況的能效差異。假設(shè)冷卻水溫每降1℃和冷凍水溫每升1℃，節(jié)能率均為3%，則修正系數(shù)=0.97,冷凍水實際運行溫度與標準工況的差值之和。
以該企業(yè)在用的約克機為例，能效比是在標準工況下確定的，即冷卻水進水溫度32℃，回水37℃；冷凍水出水溫度7℃，回水溫度12℃。企業(yè)的實際運行參數(shù)為冷卻水進水溫度27℃，回水32℃；冷凍水出水溫度9℃，回水溫度14℃。與標準工況相比，冷卻水有5℃溫差，冷凍水有2℃溫差，共進行7℃的實際工況能效修正，修正系數(shù)=0.977=0.81。
計算結(jié)果得知，新增1臺500冷噸變頻機組可節(jié)約電費24.6萬元/a，新增1臺700冷噸機組可節(jié)約電費33.3萬元/a。用供貨商提供的技改報價進行計算，500冷噸的投資回收期4.1a,700冷噸的投資回收期為3.3a。
四、方案選擇
1、備選方案綜合評價
由生產(chǎn)人員和設(shè)備維護人員組成的評價小組，共同對備選方案的重要評價參數(shù)進行評分，如表2所示。綜合評分顯示，700TR機組得分最高，最具優(yōu)勢。
2、方案利弊比較
方案比較分析如表3所示，得到如下結(jié)論:新增1臺700TR帶VSD機組雖然一次性投入資金量最大，但投資回收期短，綜合效益好。
表2 方案比較分析
3、新增1臺700TR帶VSD冷凍機組的未來運行
報廢1#、2#機組，日常只運行700TR機組，需要維修時，運行并網(wǎng)節(jié)電改造后雙機并行模式。
五、論證結(jié)果
1、政府節(jié)能減排的號召，同時面對原材料、人工不斷漲價的經(jīng)營壓力，通過內(nèi)部挖潛改造，節(jié)能降耗，是企業(yè)增強競爭力的不二選擇。在投入資金實施節(jié)能優(yōu)化項目前，應用精益六西格瑪方法，對方案進行系統(tǒng)論證，對工藝數(shù)據(jù)進行全面的分析，對投資回收期進行精確的測算，是對節(jié)能項目進行優(yōu)先實施排序和保障項目成效的有效手段。
2、該企業(yè)借鑒和發(fā)展了來自美國合資方的適用于連續(xù)化流程的精益六西格瑪方法，對節(jié)能降耗資本金項目進行精細化的前期論證，極大地提高了，資本金投入成效。截至2011年，與2007年相比，企業(yè)的噸標煤綜合能耗累計遞減37．6％，節(jié)能降耗優(yōu)化機會的挖掘論證與實施還在深入進行中。
