工业如何减少碳足迹（工业上如何减少碳排放）

减少工业碳排放刻不容缓！

如今，消费者热衷于使用低碳产品和服务，世界各国政府都在出台相关法规来减少碳排放，实现净零排放。为了实现这一目标，工业制造企业有望利用新技术加速制造业的低碳转型。本文将深入探讨减少工业碳排放的两大主题：

扩大电机驱动部署以提高能源效率

数字化转型策略对提高制造效率的影响

2015年《巴黎协定》要求将全球变暖限制在1.5C，这意味着到2050年必须将目前的碳排放量减少80%以上。按照目前的趋势，全球将升温1.9C至2.9C C，这将导致各国GDP大幅下降，以及高达33%的人口流离失所。相关灾害每年都会造成数万亿美元的损失。

全球气温已上升1.1，专家表示，2030年代升温幅度可能超过1.5，对实现气温控制目标构成严峻挑战。投资必须从化石燃料转向能源效率、可再生能源和核能发电，以及碳捕获、利用和储存（CCUS）和其他低碳领域。图1显示了《2019年世界能源展望》中详细介绍的将碳排放减少到60亿吨以实现1.5温控目标的路径。1该研究包括两部分：既定政策情景和可持续发展情景。所述政策情景仅考虑已宣布的具体政策举措。可持续发展情景说明了世界如何实现气候、能源获取和空气质量目标以及《巴黎协定》的愿景。与此同时，它仍然高度关注能源的可靠性和可负担性，以满足世界不断增长的人口的需求。作为《巴黎协定》的一部分，效率对碳减排的贡献最大，达到37%。 1 2022年，全球能源相关碳排放量增长0.9%，超过368亿吨，创历史新高，工业排放量92亿吨，下降1.7%。 2022年，工业碳排放量将占总排放量的25%1，加快工业能效投资将是实现2050年净零排放目标的关键举措之一。

图1.可持续发展情景中各项措施的碳减排量与既定政策情景的比较。

更高效的工业电机可以显着减少工业碳排放

2022年，全球电力供应量将达到28,642太瓦时，碳排放量将达到136亿吨（占2022年全球碳排放量的36%）。工业用电占总量的30%，其中电机用电占69%。 3工业领域电机安装量约为4.5亿台，2022年新增电机安装量约为5200万台（分为旧设施升级和新设施开发）。新的、效率更高的体育资产显着降低了功耗和碳排放。数量。电动机广泛应用于各种工业应用中，用于驱动泵、风扇、压缩空气系统、物料搬运、加工系统等。据估计，如果所有部署的电机驱动系统都以最高效率运行，到2030 年全球电力需求将减少10%，碳排放量将减少24.9 亿吨3（见图2）。

扩大电机驱动部署以提高能源效率

最基本且效率最低的运动解决方案基于并网或交流三相电机，它们使用开关设备提供开关控制和保护电路。这些基本的运动控制解决方案以相对固定的速度运行，并且不受负载变化的影响。节流阀、阻尼器和阀门等机械控制装置可调节输出变量（例如泵和风扇中的流体流量），而齿轮可实现显着的速度变化。据估计，目前所有部署的电动机中有70% 至80% 已连接到电网，连接到逆变器或变速驱动器(VSD) 将有助于降低能耗。

添加整流器、直流母线和三相逆变级将得到变频、变压输出的逆变器，可应用于电机实现变速控制。这种逆变器驱动电机使其能够在负载和应用中以优化的速度运行，从而显着降低能耗，例如高效泵和风扇。当添加到泵、风扇或压缩机的现有电机时，逆变器通常可以减少约25% 的功耗。 4

对于更高性能的运动控制应用，VSD 可以帮助实现精确的扭矩、速度和位置控制。为了实现上述控制，我们在基本的开环逆变器驱动中添加了电流和位置测量。输送机、卷绕机、印刷机和冲压机是这些应用的典型示例。据估计，工业领域部署的所有电机中有20% 至30% 由逆变器驱动或连接到VSD。通过将更多部署的运动资产从电网连接转移到逆变器驱动器或VSD，我们可以显着减少工业领域4.5 亿台电机的能源消耗和碳排放。

电机能效法规的重要作用

智能运动控制解决方案正在并将继续通过让越来越多的应用从定速电机转向高效电机和变频驱动来显着降低能耗，而能效法规是不可或缺的。减少能源消耗可以支持可持续制造，同时减少碳排放。为了加速部署更高效的电机驱动系统，国际电工委员会（IEC）推动节能电机标准的制定，包括IEC 60034-2-1电机测试标准和IEC 60034-30-覆盖四个级别电机效率（IE1 至IE4）。 1 分类方案，便于比较不同电机制造商的效率水平。这些标准为政府确定最低能源绩效标准（MEPS）的效率水平提供了参考，帮助各国实现能源效率和碳排放目标。

IEC 60034-1 效率等级：

IE1标准效率

IE2高效率

IE3超高效

IE4超高效

各国政府在制定电机MEPS 方面取得了重大进展。 2020年以来，占全球电机系统能耗76%的国家/地区纷纷推出IE2或IE3级电机MEPS，降低工业能耗。 5 在欧盟，自2021年7月1日起，0.75kW至1000kW电机的最低能效等级为IE3（特高效），0.12kW至0.75kW小型电机必须达到IE2（高效）。自2023年7月1日起，欧盟将把电机的MEPS从75kW提高到200kW，达到IE4（卓越效率）。

我们可以查看电机驱动系统在部署期间的总拥有成本。电力占总成本的70%，购置成本仅占5%，维护成本占20%。 6 因此，通过部署更高效的运动驱动系统，我们可以显着降低工业电机的运营成本，同时减少碳排放。

提高制造效率的数字化转型策略

VSD 使用来自电压、电流、位置、温度、功率、能耗的数据，结合外部传感器来监控振动和其他过程变量。利用结合了信息技术/运营技术(IT/OT) 的以太网，体育应用程序可以相互互连，并将数据和体育见解传输到云数据存储或本地存储设施。现在可以更轻松地获取运动数据和见解，并可以通过强大的云计算和人工智能(AI) 进行分析，以优化制造流程并减少制造过程中产生的能源消耗和碳排放。利用运动洞察力可延长设备寿命、提高制造质量、减少计划外停机和材料浪费，同时提高制造工厂的安全性。

电机驱动系统现在正在集成先进的传感、信号处理、边缘人工智能和连接解决方案，以在智能边缘生成运动数据和见解，并将新的见解流入制造执行系统(MES)。然后，MES 可以识别已部署的电机，其运行输出明显低于标称额定输出，从而导致利用率不足和功耗增加。另一个关键功能是识别运行过于接近或略高于其额定输出的已部署电机，这种情况也会导致功耗增加和使用寿命缩短。在部署数百至数千台电机的大型制造工厂中，数字化转型策略对于降低功耗和碳排放尤为重要。

世界经济论坛 可持续发展灯塔网络

世界经济论坛的“塑造先进制造业和价值链的未来”平台建立了全球灯塔网络，制造业领导者被选为灯塔。 7 该网络展示了加速工业碳减排的数字化转型战略的现实示例，8 社区内的制造商利用先进技术推动智能制造创新，从而提高生产力和可持续性。截至2023年1月，全球灯塔网络包括132个制造基地，其中13个是可持续发展灯塔。 8 施耐德电气的Le Vaudreuil 工厂是数字化转型前沿可持续发展的灯塔之一，9 展示了数据驱动的见解如何推动可持续制造，如下所示：

减少25% 的电力消耗

材料浪费减少17%

碳排放量减少25%

综上所述

在追求净零排放目标的过程中，工业制造企业有望利用新技术加速制造业的低碳转型。工业活动的增加（其中近一半在中国和印度）将使部署的电机数量到2040 年增加一倍。 10 因此，新型、更高效的电机驱动系统将为减少碳排放做出更大的贡献，同时创造大量业务机会。 ADI 完全致力于推动自动化迈向更可持续、更高效的未来。

审稿编辑：郭婷