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能效紅利

對于企業(yè)乃至整個經(jīng)濟體而言，高效使用各種能源的能力，正日益成為至關(guān)重要的競爭優(yōu)勢。新的自動化控制和預(yù)測性負載管理系統(tǒng)，不僅能在此發(fā)揮重要作用，而且能夠快速收回成本。

*的能源管理、熱能回收利用以及自動化技術(shù)將f | glass公司的能耗降低了五分之一左右。

在德國南部古鎮(zhèn)烏爾姆附近的Gardena工廠，在名副其實的高壓環(huán)境下，工作以輕快的節(jié)奏進行著。每年，這家工廠的93臺注塑機要將9400公噸塑料變成5億個零部件，如修枝剪和手推割草機的手柄等。工廠每星期開工7天，其中周一至周五是三班倒?jié)M負荷生產(chǎn)，而周末則稍微輕松一些，只有少數(shù)機器和工人上工。

這是一種非常清晰的模式，而工廠的耗電量也有著同樣的規(guī)律。Gardena工廠是富世華集團旗下的公司，在平常工作日，其平均耗電量在2000到2300千瓦之間。周末的耗電量則降至1000或2000千瓦，具體取決于工作量。

這種有規(guī)律的需求模式是供電公司所適應(yīng)的。它知道在一個星期內(nèi)，用電需求的變化規(guī)律，并制定相應(yīng)的供電計劃。這種模式也反映在供電公司與Gardena工廠的供電合同準則中。一方面，工廠同任何私人家庭一樣必須為用電支付電費。另一方面，供電企業(yè)得保證隨時為Gardena工廠提供最高2680千瓦的電能。

但超出這個限值哪怕一次，也會令工廠付出高昂代價。Gardena工廠負責(zé)自動化和負載管理的Jürgen Röck解釋道：“供電公司限定了我們在15分鐘時間段內(nèi)的平均用電量。如果我們在哪怕一個時間段內(nèi)超出了規(guī)定的最大用電量，那么，我們將為此支付高額費用，因為如果那樣的話，供電公司將提高當年余下時間的保證最大供電量，當然，我們也不得不支付相應(yīng)的費用。”

這樣的事曾在幾年前發(fā)生過。那是在復(fù)活節(jié)假期結(jié)束后，Gardena工廠的機器重新開工時，由于機器同時啟動要消耗特別多的電能，因此耗電量在短期內(nèi)激增至3200千瓦。Gardena工廠想避免再次發(fā)生這種事。于是，這家公司決定采用新的負載管理技術(shù)。2010年春，工程師在Gardena工廠的變壓器上安裝了9臺西門子Sentron PAC 3200監(jiān)控裝置。這些裝置可以測定電流、電壓和功率。測量值會被發(fā)送給Simatic S7-400控制器，由后者生成當前15分鐘時間段的用電需求預(yù)測。其目標顯而易見：平均用電量絕不可超過2680千瓦限值。

身為電氣技術(shù)人員，Röck可以隨時查看工廠的當前狀態(tài)。只要在他的臺式機上打開西門子Simatic WinCC Powerrate應(yīng)用即可。他說：“綠色區(qū)域表示我們已經(jīng)用了多少電能，橙色線條表示當前時間段剩余時間內(nèi)的用電需求預(yù)測。因此，我們能立即看出是否有超出最高限值的危險。”

如果過于接近限值，那么，系統(tǒng)將自動作出響應(yīng)?？刂破鲗⒅鸩浇档陀秒娏?，直至用電回歸正常范圍。它將按200千瓦一級，逐級降低從過程水（用于冷卻注塑機模具）中回收熱能的系統(tǒng)的功耗。這樣做所導(dǎo)致的短期溫度升高不會構(gòu)成問題。同樣，用于塑料顆粒的烘干機也可以靈活響應(yīng)負載管理需求?？梢园?8千瓦一級，分4級降低其功耗。

許多企業(yè)已實現(xiàn)了高效、節(jié)能的生產(chǎn)過程——但仍有巨大潛力尚待挖掘。

事實證明，這個控制系統(tǒng)非常有效。自其安裝以來，用電量從未超出規(guī)定的最大值。Röck表示：“由于我們已經(jīng)使用了大量西門子設(shè)備，因此，負載管理系統(tǒng)的安裝并未花費多少成本。譬如，我們能夠使用現(xiàn)有的S7通信系統(tǒng)，在西門子控制器之間傳送數(shù)據(jù)。由于其能降低尖峰負載，這個負載管理系統(tǒng)將在一年內(nèi)收回成本。”

Gardena工廠打算進一步擴展其能源監(jiān)控系統(tǒng)。譬如，在不久的將來，Röck將能使用Win CC來持續(xù)追蹤壓縮空氣和供熱系統(tǒng)的運行狀況。盡管他不能利用這個工具來左右用電量，但其讀數(shù)將為他提供關(guān)于可能的管道泄漏或消耗大量電能的泵機的寶貴線索。

避免負載尖峰。用電需求管理之所以成為工業(yè)界的熱門話題，是因為生產(chǎn)過程中的負載尖峰會令工廠付出巨額代價。但在未來，企業(yè)將不僅有能力避免異常需求尖峰，而且還能夠利用智能負載管理系統(tǒng)，正好在電網(wǎng)超量供電時使用電能。西門子能源德國業(yè)務(wù)主管Frank Büchner博士說：“如果將用電密集型生產(chǎn)過程改到供電充足、電價低廉的時段，那么，這將在無形中協(xié)助穩(wěn)定電網(wǎng)。這樣做的企業(yè)也能受惠于低廉電價，并且減輕對供電現(xiàn)狀的依賴——它們可以為可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型政策的成功作重要貢獻。”

除負載管理之外，企業(yè)也越來越多地投資于提高能效的舉措，它們的努力獲得了豐厚回報。據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局計算，從1990年到2012年期間，德國的能源生產(chǎn)率提高了46%。因此，如今在德國開展經(jīng)營活動的普通企業(yè)，其生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)所需耗用的一次能源已大大減少。德國聯(lián)邦政府的目標是到2020年，將能源生產(chǎn)率提高至1990年時的兩倍。

在實現(xiàn)這一目標的過程中，監(jiān)控系統(tǒng)將扮演重要角色，因為它們可顯示哪些地方存在能源浪費。至關(guān)重要的因素是，使用高效組件和系統(tǒng)來回收利用未使用的能量，如廢熱。通過利用這些方式提高效率，企業(yè)不僅能減少溫室氣體排放、保護環(huán)境，而且有助于保障其自身利益，因為在能源價格不斷上漲的時代，能否最大限度地提高能效，將直接決定一家企業(yè)在國際市場上的命運。

在西門子的數(shù)十座工廠，譬如一個醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)基地（上右圖），節(jié)能增效技術(shù)投資已在短短幾年內(nèi)收回成本。

對于正向可持續(xù)能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型的德國，情況更是如此。西門子德國*執(zhí)行官Rudolf Martin Siegers指出：“德國企業(yè)支付的電費，已比歐洲平均電價高出24%，更是美國企業(yè)的三倍。因此，節(jié)能投資絕不是額外開支——相反，這是企業(yè)的生存之道。”

盡管如此，這一領(lǐng)域仍有巨大潛力尚待挖掘。據(jù)斯圖加特大學(xué)生產(chǎn)能效研究所（EEP）、德國工業(yè)聯(lián)合會（BDI）、德國能源署（dena）和TüV Rheinland于2013年12月首次聯(lián)合發(fā)布的《德國工業(yè)能效指數(shù)》稱，企業(yè)在提高能效方面的投資依然太少，盡管這些投資能夠創(chuàng)造豐厚利潤。

研究人員對機器生產(chǎn)、金屬冶煉以及塑料和玻璃制品等行業(yè)的80家企業(yè)進行了調(diào)查。斯圖加特大學(xué)生產(chǎn)能效研究所的Robert Kasprowicz在報告中稱，“約三分之二的企業(yè)打算僅將其投資的不到5%投入能效領(lǐng)域。只有9%的企業(yè)計劃將其投資的20%以上用于節(jié)能領(lǐng)域。”

這種不情愿的態(tài)度，源于許多企業(yè)都要求在短短30到36個月內(nèi)*收回投資，它們并不準備做更長久的投資，盡管大多數(shù)情況下，總占有成本分析表明這樣的投資是值得的。在總結(jié)這項研究的結(jié)果時，Kasprowicz是這樣說的，“人人都在談?wù)摴?jié)能增效，但實際投入遠遠不夠。”

繼2013年底開展的首次研究之后，參與機構(gòu)打算每隔6個月發(fā)布一份新的研究報告，并根據(jù)研究結(jié)果，同時結(jié)合Ifo經(jīng)濟研究所計算出的商業(yè)氣候指數(shù)，計算出能反映能效領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的能效指標。

通過充分利用廢熱，可將工業(yè)能耗降低12%。

弗勞恩霍夫制造工程和自動化研究所（IPA）的Sylvia Wahren也認為，能效領(lǐng)域的改進空間巨大。Wahren是一位能效專家，她也為企業(yè)提供項目顧問服務(wù)，她說：“關(guān)于能效的討論熱火朝天，然而，大多數(shù)企業(yè)并未*明白其中的道理。譬如，對140攝氏度以上的廢熱進行回收利用，將獲得多達320拍焦耳的熱能可供使用。這相當于德國工業(yè)能耗的12%左右。”在她看來，許多企業(yè)采取了成本低、見效快的舉措，如高效照明系統(tǒng)，但卻不愿利用蒸汽輪機或有機蘭金循環(huán)來進行廢熱發(fā)電。

通過采取節(jié)能增效措施，位于柏林的西門子燃氣輪機工廠，每年可節(jié)省27萬歐元的能源成本。

而無論如何，后者也是一種可選方案。位于德國Osterweddingen的f|glass公司就是這樣的典型例子。每天，這家公司位于馬格德堡附近的生產(chǎn)工廠要生產(chǎn)出最多700公噸的特種玻璃，其中一些是太陽能行業(yè)使用。這座工廠擁有全球現(xiàn)代化程度最高、同時也是能效最高的玻璃生產(chǎn)基地之一。得益于其全自動生產(chǎn)系統(tǒng)、*的能源管理，以及智能熱能回收利用，這座工廠的玻璃生產(chǎn)能耗比類似企業(yè)低大約20%。

為了實現(xiàn)這樣的能效水平，沿工廠長約700米的生產(chǎn)線部署了3000多個測量點，這些測量點向SIMATIC PCS 7過程控制系統(tǒng)輸送數(shù)據(jù)，后者則保證全年全天候不間斷地運行。工廠采用的節(jié)能增效技術(shù)包括，西門子生產(chǎn)的最高發(fā)電容量為3200千瓦的蒸汽輪機，它可以將熔爐產(chǎn)生的大部分500攝氏度廢熱轉(zhuǎn)換為電能。僅這臺輪機的發(fā)電量，就能滿足工廠玻璃生產(chǎn)用電需求的四分之一。

競爭力的關(guān)鍵要素。工廠的過程控制系統(tǒng)還保證了優(yōu)化的能源管理。一定程度上歸功于西門子提供的高能效變頻傳動系統(tǒng)，這個過程控制系統(tǒng)能將用電量降至最低。因而，提高能效和削減成本是幫助f | glass公司在全球市場上立于不敗的因素之一。對于玻璃行業(yè)，這種類型的解決方案特別有益。同水泥生產(chǎn)、基本化學(xué)制品生產(chǎn)和金屬冶煉等行業(yè)一樣，玻璃生產(chǎn)行業(yè)也是能源密集型行業(yè)之一，這些行業(yè)的總能耗占德國最終能耗的12%左右。

EEP專家預(yù)計，只要采用*的工藝工程技術(shù)，到2035年，這些行業(yè)則可以將其能耗最多減少14%。他們開展的調(diào)查表明，塑料和玻璃生產(chǎn)商已經(jīng)準備這樣做。這些領(lǐng)域的企業(yè)正打算加大對節(jié)能增效技術(shù)的投資。Siegers指出：“對于這些企業(yè)而言，能效扮演著越來越重要的角色。它們已經(jīng)認識到，能源和資源的使用效率是其競爭力的關(guān)鍵要素。”

生產(chǎn)廠房也能為提高能效作出貢獻，西門子在其生產(chǎn)基地證明了這一點。2005年，西門子發(fā)起了一個分5階段進行的“節(jié)能增效計劃”，首先是“能效檢查”，然后是能源使用情況和節(jié)能增效潛力分析，最后是實施和監(jiān)控已經(jīng)部署到位的改進措施。西門子樓宇科技的Peter Marburger負責(zé)監(jiān)管這個項目，他說：“通過采取各種各樣的改進措施，包括優(yōu)化能源采購、改進基礎(chǔ)設(shè)施、提高生產(chǎn)作業(yè)能效、以及改變工廠工人行為等，不一而足。截至目前，我們已經(jīng)對大約100座工廠進行了‘能效檢查’，我們還在26座工廠采取了旨在提高能效的舉措。西門子能夠?qū)崿F(xiàn)其為自身定下的從2006年到2011年將二氧化碳排放量降低20%的目標，這個計劃功不可沒。”

4年收回投資。位于德國克雷費爾德的西門子鐵路技術(shù)工廠，是節(jié)能增效計劃產(chǎn)生豐厚回報的好例子。在一次性投資約400萬歐元之后，這座工廠的年二氧化碳排放量減少了2300噸，每年節(jié)省能源成本近70萬歐元。其所采取的最重要的措施是，安裝了一套燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）設(shè)備、一個實現(xiàn)了熱能回收利用的新通風(fēng)系統(tǒng)、以及一個能源監(jiān)控系統(tǒng)——它可以記錄工廠的當前能源使用情況，這些記錄可用于考量節(jié)能增效項目的績效。得益于這些舉措，其能源成本降低了15%，二氧化碳排放量減少了20%。

在其他工廠，西門子也取得了類似成效。譬如，在位于柏林的西門子燃氣輪機工廠，每年可節(jié)省27萬歐元能源成本，減排二氧化碳約1100噸。在巴伐利亞州小鎮(zhèn)Kemnath，節(jié)能增效措施每年可幫助西門子的一座醫(yī)療設(shè)備工廠節(jié)省50多萬歐元能源成本，減排二氧化碳約2700噸，減排幅度高達25%左右，遠遠高于西門子最初設(shè)定的目標。在大多數(shù)這樣的工廠，節(jié)能增效技術(shù)投資都能在大約4年后收回成本。Marburger總結(jié)道：“我們正面臨一種模式的轉(zhuǎn)變。過去，我們?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展買單，現(xiàn)在，可持續(xù)發(fā)展為自己買單。”

燃燒吧，效率

不論是廢鋼回收利用，還是針對傳統(tǒng)熱風(fēng)爐工藝，西門子技術(shù)正在幫助降低煉鋼廠的能耗。其結(jié)果是：節(jié)約資源、減少排放、合理降低運營成本。

電弧煉鋼爐。幾乎每一棟建筑物和每一輛汽車都需要使用鋼材。全球年鋼產(chǎn)量達15億噸以上。

一臺威力無比的電弧煉鋼爐內(nèi)，一場風(fēng)暴正在肆虐。每隔幾秒鐘，就會發(fā)出震耳欲聾的爆炸聲和嘶嘶作響的嘈雜音。火紅的鋼水在爐內(nèi)沸騰翻滾，猶如涌動的火山巖漿。直徑與檢修孔蓋厚度差不多的石墨電極，以高壓形式向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，燃起熊熊烈焰，使爐內(nèi)溫度達到1540攝氏度以上，令廢鋼熔化，煉成新鋼。這類電爐的耗電量往往比一座小城鎮(zhèn)還大。不過，利用常規(guī)熱風(fēng)爐來冶煉鐵礦石的傳統(tǒng)煉鋼工藝，也要消耗大量能源。在超過1400攝氏度的高溫下工作，這種高度堪比高層建筑的煉鋼爐，可以利用鐵礦石、煤炭、焦炭等原料，冶煉出生鐵，以供進一步加熱精煉成鋼材。

因而不足為奇的是，除了為輪船、汽車、鐵路和橋梁等提供基本材料外，鋼鐵工業(yè)也會因耗用電能和煤炭而產(chǎn)生大量的二氧化碳。位于奧地利林茨的西門子奧鋼聯(lián)鋼鐵科技有限公司的煉鋼和ECO解決方案技術(shù)與創(chuàng)新管理部門主管Alexander Fleischanderl博士表示：“煉鋼廠排放的二氧化碳，占全球二氧化碳總排放量的6.7%。”然而，他不愿將煉鋼廠視為環(huán)境的敵人，因為用鋼鐵制成的產(chǎn)品也是*的節(jié)能工具。譬如，風(fēng)電機組、太陽能發(fā)電系統(tǒng)和高效燃氣輪機等都離不開鋼鐵部件。此外，最近幾十年，鋼鐵制造商已經(jīng)降低了能耗，從而大大減少了二氧化碳的排放量。Fleischanderl指出：“在歐洲，50年前，生產(chǎn)一噸成品，要耗用大約30千兆焦耳能量，1990年，這個數(shù)字為24千兆焦耳。如今，每噸成品的能耗已降至不足18千兆焦耳。現(xiàn)在，一座產(chǎn)能為500萬公噸最終產(chǎn)品的一般綜合煉鋼廠，每年要排放約800萬噸二氧化碳，比1960年減少了37%。”

不過，仍有尚需改進之處。這主要是因為大部分廢熱都未能得到利用。Markus Dorndorf博士是西門子電爐煉鋼業(yè)務(wù)部的研發(fā)主管，他說：“煉鋼耗用的能源，有近三分之一是從溫度高達1400攝氏度左右的電弧爐，以煙氣排放的形式被浪費了。”但如果將這些廢熱用于驅(qū)動蒸汽輪機，那么，由此生產(chǎn)的電能，可以滿足10%的用電需求。為此，Stahlwerk Thüringer GmbH——一家坐落于埃爾富特以南約60公里處的電爐煉鋼廠——請西門子設(shè)計并提供了一個通過在熱源與蒸汽輪機之間安裝熔鹽儲罐，來保證穩(wěn)定供應(yīng)電能的能量回收系統(tǒng)。

上圖：西門子提供的全新電弧爐，利用了過程廢氣來預(yù)熱廢鋼以供熔煉。這可將能耗降低20%以上。
下圖：巨型石墨電極將廢鋼加熱至1540攝氏度，將之煉成新的優(yōu)質(zhì)鋼材。

如果利用過程廢熱來預(yù)熱廢鋼，還可以大幅降低二氧化碳的排放量——西門子新打造的Simetal EAF Quantum電弧煉鋼爐，便采用了這樣的技術(shù)。目前，西門子正在墨西哥為鋼鐵制造商TYASA公司建造的*座此種類型的高性能煉鋼爐，計劃于2014年上半年投入運行。相比于傳統(tǒng)解決方案，EAF Quantum電弧煉鋼爐的能耗會降低20%。除此之外，相比于傳統(tǒng)電弧煉鋼爐，它還具備諸多其他優(yōu)點，包括冶煉周期更短、熔化電極使用壽命更長，以及攤銷期限更短等。

將煙氣用作資源。采用熱風(fēng)爐工藝，在將鐵礦石煉成生鐵的過程中，也可以大大減少溫室氣體的排放量。要挖掘減排潛力，燒結(jié)工藝首當其沖。燒結(jié)是將鐵礦石、諸如焦炭或煤炭等燃料以及助熔劑等的混合物放到爐床上，并從上方加熱，從而使之固結(jié)。Fleischanderl說：“在一座普通煉鐵廠，這道工藝每小時會產(chǎn)生超過100萬立方米的煙氣，這些氣體中含有因不*燃燒而生成的一氧化碳及其他污染物。”但借助西門子的“選擇性煙氣再循環(huán)（SWGR）”技術(shù)，可將多達50%的煙氣送回?zé)Y(jié)工藝。然后，一氧化碳將被再一次用作燃料，從而將焦炭的需求量和二氧化碳的排放量降低10%左右。產(chǎn)生的煙氣越少，所需的煙氣凈化成本就越低。短短幾年來，在奧地利林茨的奧鋼聯(lián)集團旗下的燒結(jié)廠以及其他地方，SWGR已經(jīng)取得了不俗的成效。此外，結(jié)合使用曾為Fleischanderl贏得西門子“2013年度發(fā)明家大獎”的西門子MEROS煙氣凈化技術(shù)，林茨燒結(jié)廠還清除了多達99%的污染物（包括硫氧化物、氮氧化物、重金屬和諸如二惡英等有機化合物）或?qū)⒅D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。譬如，MEROS系統(tǒng)使用了氫氧化鈣及其他物質(zhì)，將二氧化硫轉(zhuǎn)化為石膏，而重金屬和二惡英，則被封存于諸如平爐焦炭（HOK）或活性焦炭等干燥吸附劑中。將所需吸附劑高速吹入煙氣流中，然后用水噴淋添加劑與煙氣的混合物，使其溫度降至90攝氏度左右。Fleischanderl表示：“這樣做能加快預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)。”然后，分離出顆粒物質(zhì)，由于這些物質(zhì)依然含有活性添加劑，因此可以多次將之重復(fù)循環(huán)到煙氣流中。西門子已經(jīng)在奧地利和中國建造了三套MEROS設(shè)備，并且接到訂單要在土耳其提供1套，在意大利提供4套MEROS設(shè)備。

MEROS煙氣凈化技術(shù)，可從煉鋼廠廢氣中清除多達99%的污染物。

在接下來的工序中，將利用熱風(fēng)爐把鐵燒結(jié)礦和助熔劑熔煉成生鐵，以供煉鋼之用。這個過程也會產(chǎn)生廢氣，直接將之燒掉是可恥的做法。要知道，這些可燃燒的過程廢氣含有大量一氧化碳。如今，通常的做法是將之輸入燃氣發(fā)電設(shè)備用于發(fā)電，目前其發(fā)電效率不足40%。無論如何，這些廢氣的利用率可以進一步提高。Fleischanderl說：“借助生物發(fā)酵技術(shù)，可以利用細菌，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇及其他有價值的工業(yè)化學(xué)品。”為此，西門子與Lanza-Tech公司展開了合作。Lanza-Tech公司是美國一家從事氣體發(fā)酵技術(shù)的公司。利用可燃燒的過程廢氣來生產(chǎn)生物乙醇，可以實現(xiàn)60%以上的效率，并且不會對農(nóng)作物種植構(gòu)成競爭。目前已在中國建成一個示范系統(tǒng)，并投入運行。

用礦渣生產(chǎn)水泥。哪怕是礦渣——一種高爐煉鐵的副產(chǎn)品，也蘊含著巨大的潛力有待挖掘。在全球范圍內(nèi)，每年要產(chǎn)生將近4億公噸礦渣。傳統(tǒng)工藝的做法是將溫度高達約1500攝氏度、還在嘶嘶作響的礦渣分離并倒入裝有冷水的水槽中。由此形成的粒狀物料主要用于生產(chǎn)水泥。但采用西門子新研制的一項技術(shù)，可以在干燥狀態(tài)下將礦渣粒化，從而可以從中回收大量熱能。Fleischanderl指出：“這種干式粒化工藝，采用空氣來冷卻礦渣。將礦渣放到轉(zhuǎn)盤中，僅靠離心力作用，將之粒化。”

可以通過多種途徑重復(fù)利用過程廢氣——譬如，用于發(fā)電或用作燃料。

在這個過程中，冷卻空氣的溫度將升高至600攝氏度左右。接下來，如果讓這些空氣流經(jīng)熱交換器，那么，其中蘊含的熱能可以被用來產(chǎn)生水蒸汽，后者可以被直接用作熱源甚至用于發(fā)電。采用這種方法，可以從每公噸高爐礦渣中回收約1.5千兆焦耳能量，或者生產(chǎn)400多度電能。若以熱風(fēng)爐而論，依據(jù)熱風(fēng)爐的大小，這代表著1萬到3萬千瓦的發(fā)電容量。這樣一來，便無需花費不菲的成本來處理冷卻水，以及建造成本高昂的冷卻塔。此外，粒狀物料也不必進行烘干處理。對于每一公噸礦渣，這又能節(jié)約至少130度電能。鑒于這些優(yōu)點，目前西門子正計劃與奧鋼聯(lián)集團合作在林茨建造一個示范系統(tǒng)。

在轉(zhuǎn)爐——外形類似湯釜的巨型容器——中，從熱風(fēng)爐出來的生鐵與廢鋼、助熔劑、合金添加劑以及氧氣等混合，被煉成目標鋼種。針對這道工藝，西門子工程師也開發(fā)了相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，并且這項節(jié)能技術(shù)甚至有助于提高煉鋼的靈活性。得益于Jet Process技術(shù)，轉(zhuǎn)爐不僅能冶煉生鐵，還能冶煉更大量的廢鋼，并且冶煉效率也比以前更高。在這個過程中，通過位于底部的風(fēng)口（噴嘴），將煤炭、氧氣和石灰石等爐料加入熔化的生鐵中，同時，通過噴槍從頂部射入溫度高達1300攝氏度左右的富氧熱空氣。位于林茨的西門子奧鋼聯(lián)鋼鐵科技有限公司的Gerald Wimmer博士是這項技術(shù)的開發(fā)者之一，他說：“相比于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐，這項技術(shù)能夠更加均勻地攪拌各種爐料，從而使碳更有效地轉(zhuǎn)化為二氧化碳。”此外，轉(zhuǎn)化過程中釋放的熱能，被回收用于煉鋼熔池，而不是隨廢氣消散掉。

上圖：廢鋼在特殊高爐中熔化。下圖：基于ESP技術(shù)的帶鋼生產(chǎn)非常高效。下圖：煉鋼專家和發(fā)明家Alexander Fleischanderl博士。

從高爐到軋制鋼板。近幾年，西門子掌握了一項非常高效、節(jié)能的技術(shù)，可用于加工剛煉好的鋼水，譬如，將之軋制成鋼板。這項名為“Arvedi ESP（無頭帶鋼生產(chǎn)）”的技術(shù)，由意大利鋼鐵制造商Arvedi公司開發(fā)?，F(xiàn)行的慣常做法是，將從鋼水直接鑄出的熾熱鋼帶不作剪切，而是臨時存放并冷卻。與此不同，這項技術(shù)卻是立即進行下一步加工。西門子林茨*Andreas Jungbauer解釋道：“從板坯澆鑄，到帶鋼軋制，再到生產(chǎn)出帶卷，整個過程在一條連貫的生產(chǎn)線上不間斷地進行。”歸功于這項工藝，軋制設(shè)備在重新將鋼帶加熱至所需的1200攝氏度，以進行軋制時，僅需稍事加熱即可。實際上，這可將有關(guān)能耗最多降低45%。相比于傳統(tǒng)設(shè)備，這項技術(shù)還可將二氧化碳排放量最多降低39%，同時將營運成本削減37%。此外，無頭帶鋼生產(chǎn)不會因剪切帶鋼而產(chǎn)生廢料。目前，意大利克雷莫納的一座鋼鐵廠正在使用西門子的這項技術(shù)。西門子為中國的兩座鋼鐵廠提供的無頭帶鋼生產(chǎn)系統(tǒng)，也有望于2015年投產(chǎn)。

最后，在整個鋼鐵制造過程中，自動化系統(tǒng)能夠節(jié)約大量能源。Fleischanderl說：“過去10年，我們一直著眼于提高產(chǎn)量和加快生產(chǎn)速度。然而現(xiàn)在，出現(xiàn)了嚴重的產(chǎn)能過剩，煉鋼廠利用率往往只有70%或80%。”西門子提供的“Green Button”系列解決方案，可幫助多個工業(yè)領(lǐng)域在當前利用率的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工業(yè)過程的能效。

譬如，可以為除塵設(shè)備自動減速，或關(guān)閉暫時不需要使用的泵和風(fēng)扇。據(jù)初步的實地測試表明，這樣的舉措，可將有關(guān)能耗降低多達40%。Fleischanderl指出，Precon便是一個這樣的例子。Precon是一個自動化解決方案，可優(yōu)化用來凈化轉(zhuǎn)爐煙氣的靜電除塵器的電源供給。他說：“如果鋼鐵行業(yè)為節(jié)約能源、原材料以及最大限度減排，而采用當前市場上的所有西門子技術(shù)，那么，事實上，這將是你所能做的一切。這樣做，既可提高經(jīng)濟效益，又切實可行。”

未來，風(fēng)電場和太陽能電站提供的氫氣和電能，將在鋼鐵冶煉領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

他堅信，只有通過向可再生能源轉(zhuǎn)型，才能取得更大的突破。譬如，可以利用風(fēng)電場或太陽能電站提供的電能，來滿足電弧爐的用電需求。此外，利用可再生能源生產(chǎn)的氫氣，也可以取代生鐵冶煉過程中使用的大量煤炭和焦炭。

同這些原料一樣，氫氣既是一種燃料，也是一種化學(xué)還原劑，可以與鐵礦石中的氧化鐵進行氧化反應(yīng)。采用這樣的爐料，煉鋼廠煙囪里冒出來的將不再是二氧化碳，而只是水蒸汽。當然，要實現(xiàn)這一點，首先必須有數(shù)量足夠的氫氣可用。不過，按照Fleischanderl的說法，只要再過幾十年，這將成為現(xiàn)實。他認為，煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐工藝不是大問題。他補充道：“我們已經(jīng)為此做好了充分準備。”

Andrea Hoferichter