湖南山水节能张翮辉：MOAR理论引领水系统节能
中国节能协会节能服务产业委员会(EMCA)主办的第14届“节能服务产业年度峰会”,于2018年1月25-26日在北京举行。本届论坛以“节能服务新时代，绿水青山中国梦”为主题，全面回顾2017年节能服务产业发展状况与发展经验，展示产业发展成就，在十三五中期承上启下之年，共议热题、共论方向、共谋发展、共享未来，努力推进节能服务倍增计划目标的实现。能见APP作为战略合作媒体全程直播。
湖南山水节能科技股份有限公司（MW）张翮辉博士出席“节能服务产业年度峰会”分论坛“工业节能的下半场”，并介绍了全新挑战下，湖南山水节能公司运用MOAR理论引领水系统节能的实践。
以下为发言内容：
张翮辉：尊敬的各位领导、各位来宾、各位专家，下面由我代表山水节能的技术团队向大家汇报这方面的内容。工业节能的下半场——MOAR理论引领水系统节能新趋势。面对工业节能的下半场，作为山水节能技术团队的成员我们是怎么做的呢？现在向大家进行详细的阐述。
一、技术实力总体介绍
二、MOAR理论概述
三、MOAR理论技术应用体系
四、流体系统节能专家支持系统
五、专家系统应用案例
一、技术实力总体介绍
山水节能技术口号是专业成就，山水不断创造卓越。山水节能通过技术研发来带动节能服务和装备制造两大板块的共同成长。我们是中国水泵运行监控系统的开创者和全球最大的中开泵生产基地。全面傅总介绍过，我们的AS泵超过国家标准10.8%，我们排在中国知名节能百强企业的第47名，有很多专利技术。
作为最具影响力的流利系统节能服务商。首先是专业技术，山水节能拥有国家唯一2项节能发明专利之一，是国内唯一编著了完整流体系统节能理论的著作，很多朋友手上都有我们那本书，大家可以多多指导。我们拥有15项节能技术发明专利授权。在专业能力方面，CFD刘导分析团队国家排名第二位，拥有亚洲最大的流体仿真实验室和全球最大的中开泵生产基地。在专业经验方面，公司拥有二十三年节能产品生产制造和运营管理经验，跨越了28个不同的行业，所有的项目都是100%成功。也高度方面，我们是中国水泵运行监控系统开创者，是国内唯一流体系统全产业链节能服务企业，拥有国家级的流体节能工程研究中心。
山水技术智汇中心：山水研究院。我们在坚持自主开发的同时，也积极的和各个科研院所以及各位同行朋友进行技术方面的交流和合作。我们是唯一专业从事流体节能系统研发和开发的机构。致力于流体节能领域的智慧服务技术研发与应用、产品创新与优化、能效评估与诊断。我们拥有原始工作站和多位博士、专家教授，目前已经开发了10余种节能新技术和产品，获得省部级奖励5项。截止目前累计推广节电10亿千瓦时。通过和各个科研院所和高校的合作，我们共同协作研发的节能技术产品目前已经在流体系统节能领域涵盖了系统设计、产品研发、软件开发、暖通、发电等多方面的技术优势。
总的来说，我们取得的节点率大概在20%-40%之间，平均下来大概是30%左右，这是广西柳钢、内蒙古中环光伏的案例。
二、MOAR理论概述
我们今天的主题叫做MOAR理论。什么叫做MOAR理论呢？由M、O、A、R这四个单词所组成的，它是怎么来的呢？MOAR理论作为一种流体输送系统节能的创新理论，是一套应用于流体全系统节能的思想、技术和方法的有机集成。什么叫思想呢？我们超过二十多年对流体节能深刻的理解，而方法是它是我们认为流体系统节能有四个方面的图建所组成的，管理系统运行、优化运行参数、调整系统配置和提升元件能效，管理、优化、调整和提升的英文单词首字母就形成了MOAR理论。我们的理论是具有前瞻性的，首次诠释了流体系统的概念，并且定义了流体系统的边界。更多的是突出动态的节能，而不是一个单一的改造设备进行静态的调解，因为我们的末端是动态的，所以我们通过系统寻优来实现动态的供给。我们知道对于一个单一的环节或者设备，定义一台能效是非常简单的，但是分为流体系统有很多个子系统，覆盖面也非常广，对系统怎么定一揽子的嫩小呢？它也是一个技术手段，提供了系统的解决方案。
三、系统应用体系
我们分别在四个方面的节能图建，比方说在管理系统运行方面，我们通过流体输送动态方程来描述流体系统，并且开发了优化解算方法，在硬件方面我们开发了现场监控仪，我们是中国水泵监控技术的引领者，在软件方面我们有管网的动态仿真技术。在优化系统初期方面，通过大数据统计分析以及继续学习的方法，对我们系统的需求进行深刻的理解和动态的优化，包括我们在硬件方面有自适应调节阀，调整系统供给除了管网的动态仿真技术对我们系统所需要的供给进行精确的计算之外，我们有变量污水的控制系统和明星产品，就是在线可调的叶片控制，很多朋友都在展开，看我们这个泵的实物质。最后一个模块是提升元件能效，主提升社会本身的能效，比如说通过CFD仿真技术对流体各种元件进行优化设计，包括AS系列高效水力模型，冷却塔提效改造的技术和一些结构分析，提高设备的稳定性、可靠性。
针对工业循环水领域分为以下四个子系统，分别开发相应的产品，包括冷却子系统、供水子系统、配水子系统、用水子系统，我们简称冷、供、配、用。冷却子系统分别是冷却模块，把热水变成冷水，具体关键的设备就是冷却塔或者所谓的空冷器。供水子系统是通过冷却子系统冷却后的水，通过水泵房把它输出到各个用水的末端，供水子系统主要指的是泵站，就是我们的水泵模块。用水子系统就是水的配置，阀门等等方面，用水子系统就是具体的应用末端。
对于冷却子系统，我们提供了全效节能整体解决方案，主要是通过动态优化上塔泵、风机、喷嘴及调节置的最佳参数搭配组合。余压能量的现场回收通过水动风机回收。S型先进高效填料，另外是喷嘴，通过优化设计尽量的达到均匀布水以及低压雾化技术，使水滴更小，更加保证冷却效果。包括进风口折板也有相应的调整措施。同时关系到冷却塔最重要的一个指标，就是热力性能进行监测，也可以根据现场的情况进行动态调整，也可以实现智能的强化。
供水子系统，因为公司拥有二十几年的水泵设计制造的经验，我们针对工业循环水系统节能的市场，重点打造了两大世界领先的节能创新产品，帮助我们全力提升驱动的能效。因为供水子系统是泵占循环水系统的耗能主体，通常占90%以上。
1.AS高效节能泵，应用了国内最优秀的水泵模型，能效方面的影响是最关键的。效率领先世界最高水平3%-8%，结构优良，运行平稳，噪音低，易维护。技术含量是非高的，综合运用三元流理论、CFD技术和三维扫描。这是先进的设计手段，确保产品的最优性能。计算流体力学用来设计高效稳定的水利模型，使得内部压力设计非常均匀，而且水流很顺畅，不会出现漩涡等等。FEM是对各个结构进行分析优化，保证强度和密封性能，在运行的过程中十分可靠，寿命很长，确保在节能项目过程中不会出现失效的现象。我们通过3D扫描来对模具和零件的设计制造的精度进行验证，确保产品的制造精度。在结构结构设计方面有独创的结构设计。接口和出口在同一个水平线上，这样在现场的安装非常方便，维修、更换有非常的便利。对水泵的核心构建，最重要的性能是转轴部件，我们是双轴伸结构，左边和右边是一样的，强度非常高，寿命可以高于同行水平高出一个数量级，可以达到十年、十五年的寿命。在其他方面，比如轴承、轴承体组成，轴承可以面水浸保护轴承支架。轴承盖经过设计也是非常容易维护，而且是多功能的，轴承盖可以帮助轴承更好的上，提高水泵的容积效率。因为水泵的密封一旦出现失效容易漏水，现场很麻烦。通过自循环冷却机风，详细的就不重点介绍了。
2.革命性动态供水设备：在线可调式泵。为节能行业带来了哪些改变呢？这是一款将供水与调节合二为一的全新可变工况的水泵产品。从根本上解决了当前采用变频器或其他调速方式带来的水泵成本高、故障率高、阀门调节能效低的问题。本质上石油高效率、低成本、稳定可靠的机械式调节代替变频器等电气调节技术，不用动土建，不用各种接线，不用麻烦供电公司等等，不会对电网带来干扰。目前经过我们三年多来的努力，这个产品已经实现了系列化、标准化，我们相信它应该在未来的三到五年内将成为排水领域主要高效、节能调节手段，我们非常有信心。大家很多朋友在观看我们的实物，它具体是什么原理呢？给大家披露一下。本质上是通过我们把传统的叶能板左右半也能切合在一起，在叶轮旋转过程中，左右两边的宽度是可以调整的，也可以向两边延伸，这是我们核心的原理，自身可能有3-5个百分点能量的损耗，在调节的过程中，我们最右上角的那条线最原始状态，把它叫做原泵。随着工况需求的改变，相当于有很多曲线组成一个曲线图，它可以不断的从右上角向左下角进行调节，从大往小调，调节的过程中水泵高效区，比如85%的等高线，在这个区间内效率都是高于85%，这是我们突出的优势。这是调节动态的动画，这是叶轮宽度调整的过程，通过液压注油来调节的。有一个很小的辅助设备，因为很小，安装很方便，有技术方面的考量，所以就没有把这个小窍门告诉大家。接下来用一段动画来展示工作的过程。这是水泵的进口，那边是出口，它在旋转，水流已经在流动了。接下来要进行调整，把压裂降低，这样叶轮宽度是打开的，如果我们要增加的话，叶轮宽度是很小的。
我们把优势总体概括为以下四个方面。可在原基础上改造，实现输送流量正负20%的变化。总体效率比变频调速或其他调节方法高2%-5%。调节范围特别广，对原来的电机没有影响，方便精确调节与控制，高效区范围，与管路性能曲线匹配，整体调节效率最优，启动电流小，安全保障度更高。
配水子系统，精确高效管理末端用水需求，创新设计的自适应调节阀及独创的动态管网平衡技术，我们申请了专利，也获得了发明专利的授权，能够方半地接入现有的DCS系统，实现末端用水的精准调配。这张图代表了整个调节的示意图，由电动调节阀+工业控制器、传感器，对于配水子系统，管网阀门工业设计图进行热流体管网的仿真，把它放在一个虚拟的计算机中对配水的系统进行研究，当我们研究清楚得到一个最佳的方案。山水节能立足工业循环水系统现场徐海，采用遗传算法和独创的对调式配水技术，并通过热流体系统仿真来实现配水的最优化管理。
在用水子系统，优化末端需水量，从源头上实现节能效果的最大化。根据热平衡原理，建立精确的末端用水数学模型，并结合现场节能评价数据进行装置参数辨识和估计，等一下会向大家进行详细的解说。包括对装置末端用水量的精确计算技术和相关的换热强化技术。比如说我们可以避免流体的短路、热量泄露监测、高效热管等方面，都是不同的研究。
四、流体系统节能专家支持系统
我们把整个MOAR理论，我们现在开发了专家系统节能专家支持系统，更多的是软件的层面。现在对于智能制造、大数据、人工智能这一块是我们目前最热门的话题，也是十九大报告的主题部分，将大数据、人工智能与实体经济结合，在节能行业我们是怎么做的呢？而且我们是怎么把它做到实际的一个案例成果。它本质上是节能行业的智能制造，包括硬件、软件、物联网网络以及专家系统平台。四大功能我们概括为监、管、控改。监是监测，采集现场的数据，并且根据具体的业务需求和业务特征来进行，使得现场的操作团队执行我们的管理指令，取得最优的效果。是一个动态的控制过程。改造可以及时提示改造，并且依托数据对改造效果进行前后对比的评价。我们这个改造也是一个持续改造的过程，而不像工业节能上半场那种做法，一锤子买卖，一步改到位，在这个过程中要持续的监测，根据系统的判断不断的进行改善。
这里用到了需求侧管理思想。这是在陕西托管的一个项目，高能循环水系统，需求侧是高压路对温度的需求，要保证高压炉合理的问题，有温的监测。工业循环水系统包括泵占以及冷却塔的风机等等，涉及到泵站和冷却塔改造，既有静态的，也有动态的，同时冷却塔跟环境节是密切相关的。基于统计学的方法，通过假设来得到一个流量的优化。通常来说，很多业主会度我们讲，我们做节能就是把流量减小，这个谁都会。我们就要告诉他，比方说通过一个不同的流量，分为大流量和小流量，我们去粉笔采集供应末端的运行参数，就是冷却壁的壁温，壁温的统计数据，比如平均值、标准差等等，数据量是差不多的，通过T检验，数学上、统计学上的验证手段，验证对系统末端的影响没有显著的差别。
我们还可以进行计算机多物理仿真，通过仿真可以在计算机上做实验，通过改造过程进行分析、验证地而且帮助我们更好的理解用户末端的用水需求，这是我们对高温冷却壁壁温的结果。。
面向系统节能的工业大数据机器学习与可视化，我们在工业系统会产生大量的系统，我们用不同的形状或者颜色对它进行描述。这里是用不同颜色代表分组，我们对数据分为不同的运行模式，不同的运行模式下针对性的制定相应的节能手段。这里是对冷却塔的水温研究回归分析的结果，这个是相关性分析，各个参数之间会详细的介绍，这个是对水泵方面，及时描述水泵的性能指标，通过四大曲线来进行描述的，我们把水泵的四大区县做进去了，通过工作范围内和现场的工况是最优匹配的，系统匹配是最优的。
高炉循环水节能专家支持系统软件，这是软件的界面，包括数据管理、统计战时、分析决策和调度执行等等，目前软件已经在申请软件著作权，等软件著作权下来之后会把软件公开，欢迎各位同行朋友去试用，或者有相应的项目案例可以一起研究。
通过一个具体的案例来系统节能大数据分析是怎么做的，这是一个软件程序，在做之前我把所有的相关数据放在ES节能文件夹下，包括现场有很多数据从现场的DCS系统采集出来的，流量值、水温、温差等等，高压炉节水值。很多节能活动都有流管中心的，告诉我们每一个设备每天的耗电量，包括鼓风机的动力片很个号炉都有主供泵、中压泵、高压泵，有详细的能耗数据。技术团队可以在现场做一些监测，管道阻力会比较大，比方我们采集到10段管道，有材质、直径、长度、模板等数据填进去。泵站是循环水能耗在90万以上，每个不同泵站可能有2-4台泵，我们把每一台泵站的情况、参数都抄下来。通常来说，我们对一个项目要做到这些东西，采集到数据大概需要3-5个工作日，既包括我们从DCS直接去获得供应数据，包括从能管中心获得监控数据，包括自己的测试数据，按照模板把它进行填好放在这个文件夹里面，现在通过程序运行一下，大概要运行3分钟左右，在运行的过程中给大家进行一个简要的介绍。它是目前在大数据和机器学习里面最热门的，之所以最热门，也是由于这两年大家知道阿尔法狗能够战胜柯洁，我们认为人工智能无法办到的事情现在都成为了现实所有的这些东西都是合法的开元软件，并不会因为我们公开使用这个东西而有任何法务上的风险。我们做可视化，做机器学习做了一个统计分析，正在不断的计算。这里可以看到，在这个过程中我会把计算的结果存在这个文件夹下面，会帮我们生成最后分析诊断的结果。编号是按照1、2、3、4来编，当然有需要的话可以根据具体的来命名。计算各个数据之间的相关性，相关系数都是在-1-1之间，越负就跟负相关。正相关越红越代表正相关，它们是相辅相成的关系。水温越高壁温越高，方便我们进行观察和相应的一些规律，这就是我们一个图，这个是对控冷器的分析，跟环境的气温、湿度等等也是有关的，也有冷却塔相应的数据。我们可以看到，这个是1月26日，这两个文件是什么意思呢？我们来看看，我们对这个系统节能优化完毕，预计整个系统的节电率为37%正负4.7%之间，意思是在32.3%到41.7%，详细的优化结果生成了这两个文件。计算结果在这里，这个是代表演算的结果，结果以报告的形式表现出来。这个是对系统节能酒花结果，泵站诊断，认为7个位置存在提效空间，建议改造19台泵，这19台泵怎么改，我们把它放到这个文件里面，通过这个手段系统能效有望上升21%。我们前面提到了管道的诊断认为5号管道摩擦系数比其他平均高6.5%，建议考虑局部阻力增大或结垢现象。空冷器诊断也提到了，国家要求空冷性能要求在5%-105%3号空冷器热力性能98%4号空冷器热力性能93%，建议检查4号空冷器喷头工艺末端诊断。建议考虑降低水温，能够在工艺需求的情况下，保证安全稳定的情况下，建议考虑把水温降低1.4摄氏度，代表空冷器制冷的强化，就是空冷器的风机等等或者冷却性，空冷器方面要更加的加强，虽然引起空冷器能耗的上升，但是它可以把泵的流量降低7.8%，因为泵的耗电比风机耗电大很多，我们提高了空冷器的耗电但是可以把风机的能耗降低，系统能效有望上升16%。不能把4个诊断结果节电率相加，不是一个加和，是一个有机的组成。关于泵站，泵的型号可以看到，这里多了一个是否改造，这了提到有的泵需要改造，但是有的泵不需要改造。对需要改造的泵，在一个数据库里有各种型号泵的相关参数，我们会把最适合变化的泵挑出来，给出型号、参数，为什么改造也要说出理由，通过泵可以把相对工况进行改善。我们都是希望它能够运行在高效期间，比如说1.0就是高效区间的最佳点，对泵自身的效率也会降低的。在工艺范围需求内是最高的点，通过改造以后相对工况值改善，基本上可以做到在0.95-1.05的工况区间，原来的泵本来没有工况，就不要进行改造，那种改造也是没有什么意义的，我的汇报到此结束。
谢谢大家，请大家多多指导。
（根据发言整理，未经本人审阅）
