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    變頻器 (VSDs) 調(diào)控電機(jī)、泵、攪拌 機(jī)、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的速度，使其與 流程需要相匹配。在許多應(yīng)用場(chǎng) 合，變頻器節(jié)能效益非常好，僅需 要幾個(gè)月就能收回投資。對(duì)環(huán)境影 響評(píng)估的新方法表明，變頻器環(huán)境 投資回報(bào)時(shí)間更短， 在許多情況 下，只需一兩天時(shí)間。

    交流變頻器把來自電網(wǎng)的固定電壓和頻率按照電力控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成可變的電壓和頻率。頻率的變化使配備傳動(dòng)的電機(jī)速度 (和扭矩) 產(chǎn)生相應(yīng)變化。這意味著，電機(jī)的速度，以及電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備速度，均可根據(jù)流速或溫度等外部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

    速度調(diào)控可大幅提高整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的效率。在常規(guī)的泵和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，電機(jī)全速驅(qū)動(dòng)泵或風(fēng)機(jī)，然后再采用閥門、節(jié)氣閥或類似的“節(jié) 流”裝置，對(duì)輸出進(jìn)行限制，從而 實(shí)現(xiàn)所需的液體或氣體的流速。系統(tǒng)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后限制其輸出， 顯然這樣的效率非常低。實(shí)踐證明，適當(dāng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可相應(yīng)降低 能耗。根據(jù)泵和風(fēng)機(jī)性能的相似定 律，相比于全速運(yùn)轉(zhuǎn)，以 80 % 速度 運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，只需使用 64 % 的能源和 50 % 多的電力。

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    利用變頻器調(diào)控速度實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，其應(yīng)用范圍極其廣泛。泵、風(fēng) 機(jī)、壓縮機(jī)、擠壓機(jī)及其它電機(jī) 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域的電力消耗占整個(gè)工業(yè)的三分之二，占世界用電總量的40 %。但目前配備變頻器的電機(jī)不到 10 %，其中，2.2 kW 以下的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，多達(dá) 97 % 的電 機(jī)根本沒有使用任何形式的速度控 制。據(jù)估計(jì)，如果整個(gè)歐洲大陸的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)都使用變頻器，每年總計(jì) 可節(jié)省 5,000 萬 MWh 的電力。這相 當(dāng)于減少 2,500 萬噸二氧化碳1) 排放，或芬蘭全年四分之一的排放。
        
    回報(bào)期

    由于投資成本、能耗減少以及電力 成本可以獲得，所以變頻器的經(jīng)濟(jì) 效益比較容易計(jì)算，投資回收期因此也容易計(jì)算。但要對(duì)變頻器的環(huán) 境影響進(jìn)行量化，則比較復(fù)雜。 研究產(chǎn)品制造、使用和處置的環(huán)境影響， 一般使用生命周期評(píng)估法 (LCA)。ABB 根據(jù) ISO 14000 環(huán)境管 理標(biāo)準(zhǔn)的要求，開展產(chǎn)品生命周期評(píng)估工作。生命周期評(píng)估涵蓋產(chǎn)品生命周期的所有階段：從原材料和 零部件的生產(chǎn)到產(chǎn)品的最終處置。首先收集所有相關(guān)的輸入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)與全球變暖 和臭氧損耗等環(huán)境影響類別進(jìn)行比較。影響類別的選擇取決于生命周 期評(píng)估的目的，變頻器最常用的評(píng) 估類別詳見圖 1 。為了降低環(huán)境的不良影響，需要找出影響最大的區(qū)域，然后加以解決。這樣，生命周 期評(píng)估研究，就可列舉出環(huán)境設(shè)計(jì) 及環(huán)保化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)實(shí)踐的重 要性。

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     注重環(huán)境影響

     環(huán)境產(chǎn)品聲明 (EPDs) 以生命周期評(píng) 估的信息 (或結(jié)果) 為基礎(chǔ)。環(huán)境產(chǎn)品聲明描述了產(chǎn)品在制造、使用和廢棄處置階段對(duì)環(huán)境所造成的最重要 影響。這些數(shù)據(jù)經(jīng)獨(dú)立第三方機(jī)構(gòu) 認(rèn)證，具有可信度。ABB 出具所有 核心產(chǎn)品的環(huán)境產(chǎn)品聲明，包括變 頻器，以及由環(huán)境產(chǎn)品聲明提供的 與 ABB 的 250 kW ACS800 工業(yè)傳 動(dòng)相關(guān)的資源利用、能源消費(fèi)和損 失以及排放等方面的信息，詳見圖 2 至圖 4 。

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    由于數(shù)據(jù)以轉(zhuǎn)換單位形式表示 (圖 2 至圖 4 所示數(shù)據(jù)為1kW 額定輸出 功率)，因此環(huán)境產(chǎn)品聲明可以讓用 戶直接比較不同產(chǎn)品的環(huán)境性能。環(huán)境產(chǎn)品聲明也促使制造商努力提 高產(chǎn)品的性能，以便確立環(huán)境性能 基準(zhǔn)。

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    盡管環(huán)境產(chǎn)品聲明關(guān)注對(duì)環(huán)境的影響，卻忽略了改用效率較高產(chǎn)品(如傳動(dòng)) 對(duì)環(huán)境帶來的好處。例如，根據(jù)圖2至圖 4 所示的環(huán)境產(chǎn)品聲 明，ABB 工業(yè)傳動(dòng)在使用過程中產(chǎn)生的環(huán)境效益最大。實(shí)際上，與電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后限制輸出的方式 相比，變頻器在許多應(yīng)用中很容易 將能耗降低一半。不幸的是，環(huán)境產(chǎn)品聲明根本沒有考慮傳動(dòng)所帶來 的節(jié)能減排效果。據(jù)估計(jì)，僅僅 2008 年全世界安裝的ABB傳動(dòng)就獲得了 巨大收益，節(jié)省約170TWh電力或減少 1.42 億噸二氧化碳排放2)， 這是環(huán)境產(chǎn)品聲明的一個(gè)重大缺陷。解決這一問題的方法之一就是 測(cè)定產(chǎn)品的生態(tài)回報(bào)。

    據(jù)估計(jì)，如果在歐洲的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中安裝變頻器，每年可節(jié)省 5,000 萬 MWh 電力。

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    生態(tài)回報(bào)

    對(duì)于產(chǎn)品生命周期環(huán)境影響評(píng)估而 言，確定生態(tài)回報(bào)提供了一種新思 路，這種方法考慮了產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的 積極和消極影響。不僅在產(chǎn)品制造 階段，還是在產(chǎn)品廢棄處置階段， 都會(huì)消耗自然資源。使用像傳動(dòng)一 類的環(huán)保產(chǎn)品和工藝取代低效的 舊方法， 可以大大降低環(huán)境總體負(fù) 荷。生態(tài)回報(bào)值是指，為補(bǔ)償產(chǎn)品 制造和處置中的一次性環(huán)境負(fù)擔(dān)， 產(chǎn)品所使用的時(shí)間長(zhǎng)度。這基本上 可認(rèn)為是產(chǎn)品環(huán)境回報(bào)。

    圖 5 所示為三種 ABB 傳動(dòng)生態(tài)回報(bào)的天數(shù)。圖表顯示，回報(bào)時(shí)間短，且隨著額定功率的增加而減少。例如，250kW 傳動(dòng) (ACS 8 0 0 ) 的回報(bào)期僅為一天。

    對(duì)于產(chǎn)品生命周期環(huán)境 影響評(píng)估而言，確定生態(tài)回報(bào)提供了一種新思路，這種方法考慮了產(chǎn) 品對(duì)環(huán)境的積極和消極 影響。

    減少碳排放

     ACS800 250 kW 傳動(dòng)的環(huán)境產(chǎn)品聲 明顯示，該產(chǎn)品制造階段碳排放量 為每千瓦 3.65 公斤 CO 或總共 912.5 公斤 CO2 (見圖 4 )。該產(chǎn)品在圖 5 顯 示的信息表明，按照全球變暖潛能 (GWP) 計(jì)算，生態(tài)回收期為半天。 換句話說，傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)半天減少的排 放，足以完全補(bǔ)償產(chǎn)品制造中產(chǎn)生 的碳排放所造成的影響。在傳動(dòng)的 生命周期內(nèi)，不斷減少排放造福環(huán) 境，其碳的排放將“變成負(fù)數(shù)”。實(shí) 際上，ACS800 工業(yè)傳動(dòng)在整個(gè)生命 周期內(nèi)，一般可節(jié)電約 7,500 MWh， 或減少3,800 噸二氧化碳排放。 當(dāng)今世界， 交流感應(yīng)電機(jī)無疑還 是“工業(yè)發(fā)展的動(dòng)力”，變頻器在節(jié) 能減排方面起著非常重要的作用。

    抽水蓄能電站

    德國(guó)斯圖加特的一家電力公司使用 ABB 的工業(yè)傳動(dòng)控制水泵，這些水 泵也可以用作水輪機(jī)生產(chǎn)電力。水 源抽取自德國(guó)南部的康斯坦茨湖， 經(jīng)過處理之后，通過近 120 公里的 管道輸送到位于斯圖加特郊區(qū) Rohr 的一個(gè)蓄水池。再由 Rohr 通過管道 將水送到加愣柯林格 (Gallenklinge)泵站，然后通過泵或水輪機(jī)，將水 存儲(chǔ)到蓄水池，最后送往斯圖加特 管網(wǎng)。Rohr 與加愣柯林格之間的高 度差 (水頭差) 為 120 米。

    作為最近升級(jí)改造的一部分，泵站 安裝了三套 ABB 工業(yè)傳動(dòng) (ACS800, 400 kW)，這些傳動(dòng)具有再生能力， 它所采用的主動(dòng)整流單元能夠在電 動(dòng)和發(fā)電兩種模式下實(shí)現(xiàn)全功率運(yùn) 行。同時(shí)，這些傳動(dòng)還配備了適用 于第一環(huán)境的 EMC 濾波器，所產(chǎn)生 電能可以直接饋入常規(guī)電網(wǎng)。 ACS800 250 kW 的環(huán)境產(chǎn)品 聲明顯示，按照全球變暖潛 能 (GWP) 計(jì)算，生態(tài)回收期 僅為半天。

     通過傳動(dòng)驅(qū)動(dòng) 315 kW，400 V 的電 機(jī)，考慮到設(shè)備冗余，水泵布置成 并聯(lián)方式。傳動(dòng)中的 ABB 智能水泵 控制軟件 (IPC)，提供一些附加功 能，包括能源優(yōu)化、主控改變、PID 控制和水泵優(yōu)先級(jí)控制。水泵一般 按水輪機(jī)模式使用，泵模式只在緊 急情況下使用。輸出功率一般為 200 kW。泵站先前使用葉片間距可 調(diào)的水輪機(jī)，但變頻器提供的解決 方案不僅更具經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)具有更 大的靈活性。
        
   水泥廠降低能耗和維護(hù)費(fèi)用

    城堡水泥公司 (Castle Cement) 位于英國(guó)北威爾士 的帕德伍德水泥廠 (Padeswood Works) 是歐洲最現(xiàn) 代的水泥窯所在地，該廠 使用 ABB 的工業(yè)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng) 風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)包括 2 MW 引 風(fēng)機(jī)、750 MW 的排風(fēng)機(jī)以 及 560 MW的冷卻風(fēng)機(jī)。

    控制風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使其滿足由于大氣和 工藝條件變化而造成的不同流量， 以及通風(fēng)變化的需要。另外還有 四臺(tái)額定功率分別為 110、160、 200 及 250 kW 的風(fēng)機(jī)向格柵式冷卻 器吹風(fēng)，將高溫熟料的溫度降低到 設(shè)定點(diǎn)。
   
     風(fēng)機(jī)以前通過滑環(huán)和直 流電機(jī)進(jìn)行控制， 需要定期進(jìn)行維護(hù)。采用 ABB 的工業(yè)傳動(dòng)，同時(shí)使用不需 維護(hù)的交流電機(jī)替代滑環(huán)和直流電機(jī)，水泥廠節(jié)省了 30 % 的風(fēng)機(jī)能耗費(fèi)用，同時(shí)還節(jié)省了老式電機(jī)的維護(hù)費(fèi)用。