发布机构: 发布日期: 2022-09-13 09:07:06

孟文俊:“双碳”目标下连续搬运装备及其系统的高效、节能、绿色、可靠发展

2030年实现“碳达峰”、2060年实现“碳中和”,是各行各业为之努力发展的目标。其中物流行业既是能源消耗大户,也是碳排放大户,物流行业应对“双碳”目标挑战,实现低碳转型和可持续发展已成为备受关注的重要发展课题。物流服务贯穿于社会经济活动的各个领域,仓库、配送中心、港口、运输车辆船舶飞机等物流基础设施,每天消耗巨量能源,产生大量碳排放。发展绿色物流就是在保证物流服务满足社会经济活动的前提下,通过充分利用物流资源,采用先进的物流技术,合理规划和实施运输、仓储、包装、装卸、搬运、流通加工、配送、信息处理等物流活动,降低对环境影响的过程。在此过程中技术创新是关键,装备制造是保障。

连续搬运装备作为物流装备及其系统重要的组成部分,不仅可以用于粮食、水泥、煤炭等散料的输送和工艺处理过程中,还可以形成各种各样的智能化生产线流水线用于各行业的智慧车间和工厂中,同时,还有像索道和自动扶梯一样的装备用于方便或提高人民生活水平的多样需求。此种技术目前已不仅广泛应用于电力、能源、矿山、冶金、农业、港口、建材、轻工、材料、电子、航空航天(取样)、化工、日常生活、城市建设、废弃物处理、医药、食品、海洋开发(疏浚、取沙)等行业和部门,而且在国际、国内贸易中起着重要作用,在多样物流环节和过程中起着最有效的不可或缺的作用。但此种技术目前缺存在着智能化水平低、绿色技术含量低、能源利用率低、有环境污染等不少亟待解决问题。因此,要实现物流行业“碳达峰”和“碳中和”的整体目标,连续搬运装备不仅要强调高性能和经济性的综合,还要考虑能量和资源利用率高及环境清洁的目标,基于此本文就连续搬运装备的绿色节能设计提出了自己的一些观点和建议:

一、连续搬运装备及其系统实现“双碳”目标的方式

对于连续搬运装备绿色节能设计方法的研究主要集中于基础理论研究和应用、节能和能量回收再利用、转载点粉尘绿色高效抑尘、低速大扭矩直驱电动机、面向搬运要求的速度自适应控制、散料高效存储及其装卸、难流动散料的高效搬运等方面,这些都是实现“双碳”目标的有效途径,越来越多的企业将更加注重环保和高能效。如更多地使用圆管带式输送机代替普通带式输送机,满足密闭无泄漏的要求;使用低压陷阻力的输送带降低能耗,满足低能耗的要求;采用先进的驱动系统,减少中间传动环节提高传动效率,满足低能耗和智能可控的要求;采用局部能量回收并再利用,满足碳中和的要求等等。

二、连续搬运装备关键节能技术

1)无动力抑尘技术

图1 无动力抑尘技术

无动力抑尘技术作为一种新型的高效抑尘技术打破了传统的除尘原理,通过控制散料及其通道的形状和断面大小,无需外加动力,仅需通过曲线落料管,即可利用物料本身的重力对其流速进行调节,从而最大程度地减小了诱导风的影响,实现了对粉尘流场的控制、抑制了扬尘现象的发生。此外还可通过研发并采用无接触抑尘导料槽等新技术新结构,在大幅降低运行阻力的同时,实现散料输送、贮存全过程环保无污染。

2)低阻力、节能输送带应用和新时期新思想的探索

图2 低阻力、节能型输送带

与公路运输、水路运输、航空运输、铁路运输和管道运输相比,采用超长距离带式输送机输送是目前和未来最强有力的物流运输手段。采用低阻力、节能型输送带降低压陷阻力,并结合优化托辊布置间距的新思路,可有效降低超长距离带式输送机的运行阻力,减少与之相匹配的驱动功率的输出,为节能型超长距离带式输送机的研发提供强有力的技术支撑。

3)新型低速大扭矩可调速直驱电动机技术

图3新型柔性可控永磁无刷电动机

新型低速大扭矩可调速直驱电动机技术减少了从电动机到工作装置之间的机械传动环节,提高了传动效率,可实现精确的运动变换和负载功率匹配,具有机械、传感、控制和驱动一体化集成的特征。新型柔性可控磁场大扭矩直驱无刷电动机在重大装备上的应用,可使装备总体效率提高10%-20%,总体能耗降低10%-20%,提高了占空比,减轻了装备总重量,易于实现智能化装备一键启停、满载启停、多驱动电机功率平衡、智能节能运行等功能。

4)面向搬运要求的速度自适应控制技术

图4 面向搬运要求的速度自适应控制技术

速度自适应控制技术实际上也是满足低碳节能的一种手段。针对连续搬运装备及其系统中输送的物料(散料或成件物品)特性、分布状况和目标要求等,设计合理的连续搬运装备及其系统,对搬运物料的状态进行在线实时准确识别,将识别结果与输送目标比较,在低碳节能的前提下,根据物料瞬时输送状态(物料瞬时流量、分布及均匀性等)对连续搬运装备及其系统的速度进行调节控制,从而调节“碳达峰”的峰值降低系统能耗,为“碳中和”奠定基础。

5)节能和能量回收再利用技术

图6 制动能量回收

由于连续搬运装备及其系统应用的广泛性和适应性,与节能技术相关联的能量回收再利用技术,也是连续搬运装备及其系统实现“碳中和”的重要方面,如将传统制动方式的制动能量高效转化为可再生能源并高效再利用;将势能高效实施转化为其他可高效利用的能量形式加以利用;采用功率平衡和智能控制技术,优化系统驱动装置以及相关各部件的能力和位置,在系统优化的基础上实现部件优化,形成能量流的高效传递和利用的有效机制,奠定系统优化和能量高效回收再利用的理论和应用基础。

三、连续搬运装备未来发展方向及挑战

目前,国家发布了《中共中央国务院关于加快建设全国统一大市场的意见》,意见中明确指出,要加快建立全国统一的市场制度规则,打破地方保护和市场分割,打通制约经济循环的关键堵点,促进商品要素资源在更大范围内畅通流动,加快建设高效规范、公平竞争、充分开放的全国统一大市场。全国大市场一旦形成,就会形成一套数据运算系统,直接将社会的运转逻辑全方位运算出来,逐渐形成一种“智能经济”。如果我们可以精准地收集到消费数据,我们很快将实现“按需生产”,避免恶性竞争和产能过剩。

基于此,连续搬运装备未来的发展方向必将是首先根据我国连续搬运装备行业发展的现状和技术水平的基本特征、存在问题和绿色设计的基本要求,建立并完善连续搬运装备及其系统使用过程中不同生产环节绿色设计的基本标准,作为我国连续搬运装备制造和应用企业新建、改建、扩建和技术改造项目的目标。接着在此基础上规范连续搬运装备制造和应用企业的行为,实现环境保护与“绿色连续搬运”,以此提升我国连续搬运装备行业的技术水平,满足国民经济快速发展的高质量需要,顺应长距离、连续化、大型化、系统化、成套化、智能化、绿色化和环境友好等发展趋势。最终提高自主知识产权比重幅度,加强研发和推广采用原创性技术和产品、多尺度产品及其关键零部件技术,使此种技术在能源消耗、材料利用率、人均劳动生产率、产品性能、生产自动化和环保节能排放等方面达到发达国家水平。

此外,随着“双碳”目标和“一带一路”重大战略的指引以及“互联网+”技术的不断深入和制造业的转型升级,连续搬运装备企业及其用户也面临着前所未有的挑战,主要包括:

1、服务行业的转型升级。煤炭在能源结构中仍将占有基础性能源地位,国家全面建设小康社会需要绿水青山的美好生态环境,倒逼煤炭产业必须由高碳能源向低碳能源的发展方向转型升级,随着环保要求的提高,煤炭输送都将采用更加高效、绿色、可靠、柔性的连续搬运系统,这都为今后连续搬运行业的高质量发展提供了更好的机遇。

2、一带一路推动企业快速发展。近十多年,在“一带一路”沿线的瓜达尔到吉布提,中国参与了10多个海外港口合作项目。一带一路带动下企业抱团出海成为新模式,连续搬运机械作为电力、建材、矿山等行业的基础性设备也走出国门,加速进入“一带一路”沿线市场,助推企业快速发展,在国际舞台上打造中国连续搬运行业的新品牌刻不容缓。

3、信息化、智能化助推行业转型升级。随着中国制造2025的不断推进,信息化、智能化和物联网技术不断成熟,必将助推企业实现自我升级转型,这就要求只有实现连续搬运装备的高效、节能、智能化发展,才能进一步提升企业的核心竞争力。



供稿人:孟文俊   太原科技大学教授 

智能物流装备山西省重点实验室主任


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