2011年,全球生产了超过130亿t(吨)能源(为了比较而转化为石油当量,BTOE为10亿t石油当量)。美国目前拥有大约2.4亿辆轿车和轻型汽车,所有这些车辆消耗不到0.5BTOE的能源。在全球13BTOE的主要能源产出中,4.9BTOE以大约40%的效率转化为电力,剩余的8.1BTOE被精炼、处理以去除杂质、清洁(例如煤)或转化以供能源消费者使用。重要的是应认识到能源生产的成本很高。为了保持和扩大能源供应,煤炭、天然气、石油和电力等全球能源行业平均每年的新资本支出约为1.9万亿美元(大约占全球GDP的3%)。庞大的数量和成本为工业互联网技术的持续部署带来了大量机会。
在能源平衡的消耗方面,全球主要能源被转化为9.5BTOE的能源产品,包括1.9BTOE的电力和7.1BTOE的其他燃料。工业终端用户以电力、柴油、炼焦煤、天然气和化学原材料的方式消耗36%。这与上面经济视角中描述的制造部门大体上相当。
在工业部门,能耗最高的行业是钢铁与金属行业以及石油化工行业。这些高能耗行业总共消耗了约50%的工业能源。最近的研究表明,如果采用最好的技术,重工业的能耗可以降低15%-20%。通过流程集成、生命周期优化以及电机和旋转设备的更高效的利用和维护,持续和扩展的工业互联网部署有助于实现这个目标。
交通运输部门是另外一个能源消耗大户,占全球能源需求的27%——主要是石油制品。在交通运输部门,约一半(48%)的燃料被重型运输工具所消耗,包括货车、公共汽车、飞机、海洋船舶和铁路机车,约另外一半(52%)被轻型汽车所消耗。使用信息技术和网络设备及系统来优化交通运输是工业互联网所带来的最令人兴奋的机遇之一。假设大多数大型运输工具和一部分轻型汽车可以受益,或许工业互联网技术可以影响14%的全球交通运输业的燃料需求。
很明显,实现全球能源消耗的真正变革面临很多因素和挑战。每个系统和子系统都需要被轮流评估它们与更大型的能源网络的互动表现。过去20年,在流程管理和自动化方面的进步取得了较大成功。尽管能源系统中的某些部分正在被优化,人们仍在尝试新的努力。能源生产和转化中涉及的所有机器、设备组、设施和系统网络都存在可以通过工业互联网的增长而提高效率的空间。
实物资产视角:旋转设备
评估工业互联网扩展机会的第三个视角是工业系统各个领域的具体实物资产。工业系统包含大量的机器和关键系统。全球目前有数百万台机器,从简单的电动机到应用于医疗部门的极为先进的计算机断层扫描仪(ct扫描仪)。所有这些设备都与信息(温度、压力、振动以及其他关键指标)相关,对于了解设备本身的性能及其与其他机器和系统的关系很有价值。
一个特别的领域是关键的旋转机器。要想确切知道全球工业系统中存在多少机器和设备、设施和系统网络或许是不可能的,但通过观察某些特定领域感受工业系统的规模是可能的。
表1给出了主要行业中的主要旋转设备列表。在这个列表中,主要旋转设备的类型目前已有超过300万种。这些数字的获得是基于对这些机器和工厂中主要系统流程的基本审查。工业系统中的高度定制化让对比极为困难。然而,可以根据典型的成套旋转设备以及用于监控的主要设备进行综合评估,也就是评估工业系统中的旋转设备部分。所有这些资产都受温度、压力、振动和其他关键指标的制约,而这些指标已经或可以被监测、建模和远程操作以提供安全、提高生产力并节约运营成本。
1.商用喷气式飞机。商用喷气式飞机具有安装大量旋转设备和仪器仪表的潜力。根据喷气式飞机信息服务的数据,全球大约有21500架商用喷气式飞机和43000个喷气发动机。商用喷气式飞机通常采用双喷气发动机的动力配置。这些飞机每天大约起飞3次,每年总计起飞2300万次。每个喷气发动机包含很多可动部件,但是,其中有主要的三种旋转设备:涡轮风扇、压缩机和涡轮机。每个部件均需要单独装备仪器仪表和被监测。目前,商用飞机中大约有总计129000个主要的旋转设备运行。除了商用喷气式飞机,安装仪器仪表的机会还存在于军用和非商用及通用航空飞机上,它们超过商用喷气式飞机的10倍。重要的是,在喷气式飞机上安装仪器仪表的机会很多,而且每天都在增加。GE航空估计,为了满足航空旅行的需求,未来15年,全球需要增加32000个发动机。这意味着全球商用发动机中的旋转机器将增加100000个。
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