制造业中的能源管理：跟踪消耗并降低成本

根据行业的不同，能源成本占总制造成本的 15-40%。对于钢铁、铝、玻璃和水泥等能源密集型行业，能源可能超过生产成本的 40%。即使在电子组装或机械加工等离散制造领域，5-15% 的能源成本也是一笔重大且基本上可控的支出。

挑战在于可见性。大多数制造商都会收到每月的公用事业账单，其中显示了总消耗量，但没有透露能源的使用、浪费或不必要的消耗。如果没有详细的能源数据，降低成本的努力只是猜测。通过支持物联网的能源监控将数据输入 ERP 系统，制造商可以识别浪费、优化消耗模式，并且通常在第一年内将能源成本降低 10-20%。

本文是我们的【人工智能时代的制造】(/blog/manufacturing-ai-iot-industry-4)系列的一部分。

要点

• 机器级能源监测显示，15-30% 的制造能源消耗发生在非生产时间（闲置机器、备用系统、不必要的照明和 HVAC）
• 高峰需求费用可占工业电费的 30-50%，即使将少量负荷移出高峰时段也能立即节省费用
• 每单位生产的能源成本是将能源管理与生产绩效联系起来的指标，使能源成为可见的可控制造成本
• ISO 50001 提供了与 ISO 9001 质量管理相一致的系统化能源管理框架，从而实现了集成管理系统

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了解制造能源消耗

能源去向

典型制造工厂的能源消耗分为几个类别：

非生产性能源问题

能源审计一致表明，15-30% 的制造业能源消耗发生在非生产时期：

• 闲置机器：在生产运行之间或休息期间保持运行的设备消耗其运行能源的 20-40%，同时不产生任何结果
• 压缩空气泄漏：压缩空气系统中单个 3 毫米的泄漏按照典型的工业比率每年浪费约 2,500 美元
• 超大设备：电机、泵和压缩机的尺寸适合高峰需求，但大部分时间以 40-60% 的容量运行，部分负载时效率低下，浪费能源
• 不必要的照明：生产运行 16 小时或更短时间时，工厂区域 24/7 全天候照明
• HVAC 过度调节：仅在部分设施被占用时加热或冷却整个设施

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使用物联网进行能源监控

测量点

有效的能源管理需要多个层面的测量：

公用事业仪表水平：按能源类型（电力、燃气、水）划分的设施总消耗量。大多数制造商已经从公用事业账单中获得了这一点。差距在于粒度和实时访问。

亚表级：建筑部分、生产线或主要系统（暖通空调、压缩空气、照明）的消耗。每个子计量表的成本为 200-1,000 美元，可提供第一级可操作的洞察力。

机器级别：单个机器或工作中心的消耗量。电流互感器（每个 50-200 美元）夹在电力电缆上，无需任何机器改造，提供实时功率测量。该级别揭示了哪些机器在非生产时间消耗能源。

物联网能源监控架构

能源监控架构遵循我们的智能工厂物联网指南中描述的相同边缘云模型：

• 机器和配电板上的电流/电压传感器捕获电力数据
• 边缘设备汇总测量结果并计算派生指标（单位能量、功率因数、需求概况）
• MQTT将汇总数据传输至工厂数据平台
• Odoo 集成 将能源消耗与生产订单联系起来，实现单位能源成本计算

关键能源指标

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高峰需求管理

为什么高峰需求很重要

工业电价通常包括两个组成部分：

消耗费用：每消耗千瓦时的成本。这就是大多数人认为的电费单。

需求费用：计费期间每千瓦峰值需求的成本。一次 15 分钟的需求高峰就可以设定整个月的需求费用。需求费用通常占工业电费的 30-50%。

减少需求策略

负载交错：避免同时启动多台大型机器。错开启动顺序，以便峰值负载不会重叠。对 PLC 进行编程或使用 Odoo 调度来对机器启动进行排序，延迟 5-10 分钟。

储能调峰：电池储能系统 (BESS) 在非高峰时段充电，在需求高峰时段放电。成本为 40,000-80,000 美元的 100 kWh 电池系统可以减少每月 1,000-3,000 美元的需求费用，并在 2-4 年内收回成本。

需求响应参与：许多公用事业公司提供需求响应计划，向制造商付费，以减少电网压力事件期间的消耗。通常每千瓦减排承诺支付 50-200 美元。 Odoo 中的生产调度可以通过转移非关键操作来考虑需求响应事件。

负载转移：将能源密集型操作（热处理、固化、电动汽车充电）转移到费率较低的非高峰时段。 Odoo 的制造调度程序可以将使用时间能源定价作为调度约束。

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ISO 50001 能源管理体系

ISO 50001 概述

ISO 50001 提供了系统能源管理的框架。其结构有意反映 ISO 9001（质量）和 ISO 14001（环境），使其与现有管理体系兼容。

核心循环是计划-实施-检查-行动：

计划：制定能源政策，确定重要的能源用途 (SEU)，设定能源目标和具体目标，制定行动计划。

要做：实施行动计划，建立运营控制，确保能力和意识。

检查：监控和测量能源绩效、进行内部审计、评估合规性。

行动：管理评审，解决不合格问题，追求持续改进。

使用 Odoo 实施 ISO 50001

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可再生能源并网

现场太阳能

具有大屋顶面积的制造设施是太阳能光伏安装的理想选择：

• 屋顶安装的太阳能在生产高峰时段（白天）发电
• 典型的制造屋顶可支持 50-500 kW 的太阳能容量
• 当前成本：每瓦安装成本 1.00-1.50 美元（商业规模）
• 投资回收期：4-8年，具体取决于地点和电价
• 预期寿命超过 25 年，逐渐退化（每年 0.5%）

能源管理集成

当可再生能源发电与物联网监控和 ERP 集成相结合时：

• 实时仪表板显示太阳能发电量与工厂消耗量
• 可以跟踪和评估多余的发电量（净计量或电池存储）
• 生产调度可以在太阳能发电高峰期间优先考虑能源密集型运营
• 能源成本核算自动反映电网和太阳能发电的混合情况

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压缩空气：隐藏的能量消耗

压缩空气通常被称为制造业中最昂贵的公用设施，因为它的效率非常低。将电力转换为压缩空气、对其进行分配以及在工具和执行器中使用它会浪费 80-90% 的输入能量作为热量。然而压缩空气在制造业中是不可或缺的。

常见的压缩空气废物

压缩空气审核和改进计划通常可以以相对较低的成本减少 20-30% 的压缩空气能源，相当于设施总能源的 2-6%。

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跟踪 Odoo 中的能源成本

能源作为生产成本

将能源成本纳入产品成本核算可提供推动改进的可见性：

• 每个工作中心小时的能源成本：根据分表计量消耗和公用事业费率计算
• 单位能源成本：根据每个制造订单的实际工作中心时间进行分配
• 能源差异：将实际能源消耗与标准/预期消耗进行比较
• 能源成本趋势：随着时间的推移跟踪单位能源成本以验证改进情况

该数据支持产品级决策：如果产品 A 消耗的能源是产品 B 的 3 倍，但售价仅为产品 B 的 2 倍，则能源成本数据将为定价和生产组合决策提供信息。

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常见问题

降低制造能源成本的最快方法是什么？

通常，三种措施可以以最低的投资带来最快的结果： (1) 修复压缩空气泄漏，成本为 2,000-10,000 美元，每年可节省 5,000-25,000 美元。 (2) 对机器进行编程，使其在空闲期间进入低功耗模式，如果机器具有现有的低功耗功能，则这可能不需要任何成本。 (3) 调整 HVAC 计划以匹配实际使用情况和生产计划，节省 15-25% 的供暖和制冷成本。这三种方法都可以在几周内实施，通常在 3-6 个月内收回成本。

机器级能源监控的费用是多少？

每台基本的电流互感器传感器的成本为 50-200 美元。用于聚合 5-10 台机器数据的边缘设备成本为 500-2,000 美元。软件和集成为初始设置增加了 10,000-30,000 美元。对于拥有 50 台机器的工厂，总投资通常为 15,000-50,000 美元，包括传感器、硬件以及与 Odoo 的集成。通过确定废物减少量，投资通常会在 6-12 个月内收回成本。我们的智能工厂物联网指南涵盖了完整的架构。

我应该寻求 ISO 50001 认证吗？

如果您的客户需要 ISO 50001 认证，如果您的工厂所在的司法管辖区对经过认证的能源管理提供税收优惠（一些欧盟国家和美国各州都这样做），或者如果能源成本超过生产成本的 20%，那么 ISO 50001 认证就很有价值。认证过程本身推动了改进，因为系统框架确保了全面的能源管理。即使不寻求认证，采用 ISO 50001 框架作为管理规则也能显着降低能源成本。

能源管理与碳排放报告有何关系？

能源消耗是制造商范围 1（直接）和范围 2（电力）碳排放的主要驱动因素。机器级能源监控可实现成本管理，同时提供碳核算所需的数据。如果您的客户或监管机构需要碳排放报告（供应链可持续性要求越来越常见），则相同的能源监控基础设施可以满足这两个目的。

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下一步是什么

能源管理是为数不多的投资少、投资回报快、效益持久的制造业改进领域之一。支持物联网的能源监控与 ERP 集成相结合，将能源从不透明的间接成本转变为可控、可优化的生产投入。

ECOSIRE 实施 Odoo ERP 系统 与物联网能源监控集成，使制造商能够了解和控制其能源成本。从传感器部署到仪表板设计和 ISO 50001 实施，我们的团队帮助制造商实现节能。

浏览我们关于智能工厂物联网架构和制造 KPI的相关指南，或联系我们讨论您的能源管理目标。

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