新型实时能源监测——制造工厂可持续发展新抓手

作者 | Amit Patel

实现可持续发展目标，已成为当前全球制造企业的重要议题。据2024年可持续发展报告显示，85%的全球高管表示其公司在过去一年中增加了可持续发展方面的投资。在报告中，有一半的公司已开始部署技术解决方案来推进环保目标，另有42%的公司计划在未来两年内实施相关技术落地。

除了减少自身的范围一排放外，这些公司还致力于在整个供应链中最小化范围二和范围三的排放。近一半（47%）的公司要求供应商和业务合作伙伴满足特定的可持续发展标准。成功的可持续发展举措可以为原始设备制造商和供应商带来竞争优势。

要实现可持续发展目标，制造商必须清楚了解在其运营过程中的能源利用情况，并具备实时管控能力。这包括设备所使用的电力，以及用于生成其它资源（如压缩空气）的能源。

实时监测压缩空气和能源利用情况使制造商可以更深入地了解资产、生产线及工厂的能耗情况。凭借这些洞察，企业可以更有效地减少浪费并优化能源的使用。通过实现控制层面的优化，企业可以更高效、准确地追踪并实现可持续发展目标。

▲图1：实时压缩空气与能源监测，使制造商得以深入了解资产、生产线及工厂的能耗情况。

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挖掘节能潜力

气动系统几乎在所有行业中都有应用，但在工厂自动化、汽车、食品饮料、生命科学、半导体和公用事业领域尤为常见。通常情况下，工厂设施总能耗的20%至30%被用于生产压缩空气。但是，大多数制造商在压缩空气生成后缺乏对其使用状态及浪费情况的有效监控，这种可见性缺失导致能源优化与管控难以实施，进而影响可持续发展目标的达成。

很多制造商可能会惊讶地发现，由于泄漏和机器优化不足，工厂产生的压缩空气中约有30%或更多被浪费掉。机器即使在空闲状态下也常常消耗压缩空气，这种低效的空气利用也被称为待机损耗。

泄漏是另一大浪费来源。随着时间的推移，气动系统可能出现泄漏点，导致压缩空气不断的逸散。泄漏不仅耗能，还会带来额外成本：76%的企业仍靠人工巡检，每台设备的人工检测成本平均高达4.6万美元（包括检测设备投入与人员培训费用），而且在两次维护期间，泄漏点可能扩大而未被发现。

同时，设备待机功耗优化也是重要节能方向。机床作为高能耗设备，占终端用电总量的 53%，尽管其实际运行时间仅为 15% 至 40%，但闲置时仍消耗大量电力。通过优化设备使用效率，可实现 10% 至 25% 的能耗降低。

此外，识别并削减峰值负荷可直接降低容量附加费；通过优化高耗能设备运行模式降低基载负荷，能显著减少整体能源消耗。能够识别并解决压缩空气浪费与待机功耗的制造商，将大幅提升能效、优化用能、减少相关碳排放，并实现净零目标。对压缩空气与能源进行实时监控有助于这些目标的实现。

▲图2：为制造行业打造的Energy Manager解决方案，可帮助企业降低高达 30% 的能源成本和碳排放，将能源管理的挑战转化为发展机遇。

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评估追踪能耗与效率的方式

当下，众多企业正将技术解决方案落地实施，或计划将其纳入自身可持续发展战略体系，因此明确现有解决方案的类型及各自的局限性，具有重要的实践意义。一些能耗监测方案是基于可编程逻辑控制器（PLC）或数据采集与监控系统（SCADA）平台自主研发，虽可定制，却需要编程，数据分析与可视化能力有限，亦难与现有工业物联网技术集成。

基于云的应用是另一种选择，通常通过软件即服务（SaaS）模式与企业系统集成。然而，它们的实施成本可能较高，使企业难以从小规模开始、验证成效并逐步扩展。随着业务增长，持续性软件订阅费用的合理性也面临挑战。

能源咨询公司可以为制造商提供审计和建议，但他们可能缺乏将审计结果落实为具体项目的执行能力。这使得制造商只能自行寻找适合自身需求的技术解决方案。

公用事业计量设备供应商提供的能源监测装置通常搭载专有软件，但这些应用可能将用户锁定在特定硬件上，这会妨碍与第三方设备的集成。

总体而言，这些产品、服务和审计均缺乏追踪能源利用所需的全面可视性、用于优化能耗的自动化与控制能力，以及支持逐步验证成效并长期投入的可扩展性。此外，相关人员可能面临过量数据，并缺乏充分利用这些解决方案价值的专业知识。机器产生的数据量巨大、难以分析，而且通常是孤立分散的。

相比之下，现在已有一种可扩展、即插即用的集成解决方案，能够以全面且实时的方式监测压缩空气和能源利用。其软件应用具有直观的操作界面和数据仪表板，可有效提供可视化洞察和报警，即使没有特定技术背景也能轻松理解。

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优化压缩空气与电力的使用

通过同时追踪压缩空气和电力的使用情况，制造商能更深入了解工厂的能源消耗方式，并增加识别与应对低效问题的途径。通过采用安装便捷、操作简单、可灵活扩展的解决方案，企业能够快速启动项目并最大化投资回报。例如，一款经预编程和预构建的一体化解决方案，在同一台边缘硬件上集成了智能气流传感器和两套应用程序，分别用于压缩空气监测和能源消耗监测。

这两款软件应用均支持从单台机器到整条生产线乃至全厂范围的高级分析功能。能源仪表板显示特定资产的能源消耗、功率需求、电压与频率相关图表、相应的能源成本以及二氧化碳排放量。压缩空气仪表板可识别泄漏，并展示关键绩效指标与数据，例如空气流量、压力、能源成本和二氧化碳排放。

对这些关键数据的便捷访问，使可持续发展团队能够以统一视角跟踪并推动环保举措。通过这些仪表板，运行人员可以发现提升能源效率的机会，例如设备空闲时的能源浪费或早期泄漏。仪表板还可显示在用电高峰时段，同时运行的作业导致能耗激增的情况，使运行人员能更策略性地调整班次，提升整体能源管理。

例如，一家工厂引入该解决方案后，发现三班制生产的停产时段仍有多个系统处于非工作运行状态。企业针对该问题优化后，有效降低了三班制生产停产时段的能源消耗，仅上线前6个月，就实现了约 12.5 万美元的成本节约。

工厂能源效率提升的同时，运营效率也会自然改善。企业在实现能源效益和成本节约的过程中，还能获得生产力提升和额外成本节约，例如提高整体设备效率（OEE），并降低单位生产成本。p

可扩展的解决方案让制造企业能够以单台设备、一条生产线或一项资产为试点开展概念验证，再逐步进行规模化推广。这种方式使其能够在积累宝贵经验的同时，最大化初始投资价值。制造商可根据自身发展需求扩大部署规模，增加传感器数量，随着规模扩大，解决方案的价值和投资回报率也会同步提升。

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制定适合的能源优化策略

为了更好地达成可持续发展目标，企业所采用的能源监控技术必须易于访问和使用。而为了实现其它业务目标，解决方案还必须能够快速、便捷地安装，并带来迅速的投资回报。

无论企业处于可持续发展之旅的第一步，还是即将开启新阶段，与拥有全面产品组合的数字化转型专家合作，都能助力其实现更长远的发展目标。专业合作伙伴可以帮助制造商最大化其在可持续发展方面的投资价值。他们能够通过分析最高能耗资产来识别并优先处理关键机会，并在这些地方实施效率改进措施以节约成本。他们还可以提供一个面向未来的平台，具备可扩展性，能够适应企业不断变化的需求，并降低总体拥有成本。

实时压缩空气和能源监控技术能让制造商更清晰的掌握能源浪费情况，并采取措施优化能源使用方式。通过同步处理压缩空气与能源消耗问题，制造商在实现可持续发展目标的同时，更能获得显著的竞争优势。

▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2026年1-2月刊《技术进展》栏目：如何通过能源监测实现工厂可持续发展目标？