生物燃料工厂帮助英属哥伦比亚大学朝着目标大踏步前进

背景
就英属哥伦比亚大学温哥华校区的规模而言，称其为城市也不为过。该校区占地 1000 英亩，有 5 万多名学生、教师和居民在此学习、工作和生活。直到 2012 年，该大学仍依靠以天然气为燃料的集中供暖工厂为校园供暖，并从 BC Hydro 电网购买电力。作为可持续发展的领导者，该大学致力于减少温室气体 (GHG) 的排放。2009 年，他们开始在校园内设计和建造一座以可再生燃料为核心的热电联产 (CHP) 工厂。

挑战
英属哥伦比亚大学 (UBC) 为自己成为温室气体减排的领导者而倍感自豪。2007 年，该校区实现了京都议定书中规定的减排目标。为制定进一步的温室气体减排目标，该大学在同一年制定了“气候行动计划”。根据计划，UBC 承诺在 2007 年至 2015 年间将当前的排放量减少三分之一，并希望在 2050 年前实现碳平衡。UBC 预计其校区规模将随着招生和研究活动的增加而大幅增长，这进一步提高了实现这些目标的难度。

为适应这一增长，该大学计划扩建数百万平方英尺的建筑，这些都需要热能和电力。UBC 不仅希望减少自己的温室气体排放，而且有志成为可被社区接受的创新型可再生能源技术的枢纽。在不列颠哥伦比亚省，像该大学这样的公共机构自 2007 年 7 月起就一直需要缴纳省级碳税。“作为一个社区，我们希望成为可持续发展的真正领导者。如果我们自己都不减少能耗和温室气体排放量，又怎能要求他人做到呢？”英属哥伦比亚大学战略计划部主任 Brent Sauder 说，“我们还希望借助积极的温室气体减排承诺来推动所在社区的创新和新技术发展。”

解决方案
作为减排举措的第一步，该大学需要确定排放温室气体的建筑物或技术。UBC 完成了对全校范围内所有温室气体排放的研究。最大的单一排放点是校区的集中供暖工厂，该厂负责为实验室、教室和住宅供暖。学校领导决定在建筑物内增加包含生物燃料系统的燃气系统，并使用可再生的生物燃料为校区供暖。

于是，该大学开始寻找了解校园独特能源需求并且知道如何在城市校区提供可再生能源系统的能源系统供应商。恰逢此时，在加拿大和美国成功实施了多个生物燃料气化项目的 Nexterra Systems Corp.（一家总部位于温哥华的先进气化系统开发商和供应商）走进了学校领导的视野。Nexterra 贡献了其重要的技术专业知识，并与 UBC 携手从加拿大和不列颠哥伦比亚省政府机构及私人组织手里申请到了项目资金。

Nexterra 设计、开发和安装了 CHP 设施，其通过燃烧木质生物燃料（清洁木材废料，例如托盘和建筑垃圾）以及木材加工产生的边角料来产生热量。

Nexterra 将该热电联产系统安装在其屡获大奖的独特木质建筑内。Nexterra 生物燃料气化系统能够将生物燃料转化为合成气。木质生物燃料每天分两到三次由卡车运抵该工厂。任何超大型或非木质材料都可通过集成过滤和磁铁系统自动清除。气化器将生物燃料转化成清洁、可燃的“合成气”。

UBC 的新型生物能源研究和示范设施 (BRDF) 是北美第一个采用 Nexterra 专有气化系统以及该公司独特的合成气净化技术的 CHP 系统。BRDF 能够生产足以推动内燃机运转的发动机级合成气，从而产生热量和电力。

该系统有两种主要的工作模式：商用热模式和示范用 CHP 模式。在热模式下，由氧化剂燃烧合成气，然后热烟气被导至锅炉产生蒸汽。蒸汽流经大学现有的配气系统为校区建筑供暖。

在示范模式下，合成气经过处理除去杂质，然后冷却并过滤，以产生热量和电力。随后，合成气被注入到运行发电机的高效内燃机中，产生通过现有电网输送到 UBC 校区各个角落的电力。

该系统还能回收内燃机产生的热量和废气，生成用来为校区供暖的额外蒸汽。

控制流程与流程本身一样重要。两个 Allen-Bradley® ControlLogix® 可编程自动化控制器 (PAC) 负责对系统的控制进行管理。设备操作员能够通过 FactoryTalk® View Machine Edition (ME) 和 FactoryTalk View Site Edition (SE) 人机界面软件监视操作并主动纠正系统和机器级的任何问题。此外，FactoryTalk Historian 软件还会向 Nexterra 服务器报告设施数据，以便该公司为设施的运营提供实时支持。

控制器提供集成平台和单一编程环境，减少了需要现场设备操作员维护的备件数量。该平台严格的操作控制使系统能够以所需的精度处理生物燃料，同时仍满足该大学雄心勃勃的减排目标的要求。

“Rockwell Automation 技术的互连和广泛接受度使我们能够非常高效地实施解决方案。”Nexterra 电气和控制部经理 Quamar Jutt 说，“这让我们能够将资源集中在改进主要产品上，如 CHP 系统，而不是将程序从一种平台转换到另一种平台。”

该平台的开放性还有助于通过 EtherNet/IP™ 网络实现与 GE 引擎的轻松集成。与 Allen-Bradley PowerFlex® 40 和 PowerFlex 700 变频器连接的三个 Allen-Bradley CENTERLINE® 2100 马达控制中心 (MCC) 负责提供全厂马达控制。

成果
从 2012 年 9 月开始运作以来，BRDF 平均提供了 12% 的校区年蒸汽需求量。该系统通过替代用于产生蒸汽的化石燃料成功地减少了温室气体排放。此外，气体排放一直低于和/或达到允许的水平。在运营的第一年，该设施生产了超过 115000 MMBtu 的天然气。这使得每年的温室气体排放量减少了 6000 吨 - 相当于将在路上行驶的车辆减少了 1250 辆。随着操作员对系统的熟悉度越来越高，这一数字还会继续上升。

EtherNet/IP 是 ODVA 的商标。如今，BRDF 已成为 UBC“校园即生活实验室”计划的一个成功的组成部分。在该设施的研究实验室里，学生和教师不断完成各自的替代能源项目。该工厂吸引了大量想要了解新式清洁和可持续发电技术的人们的注意 - 头两年到校访问的人数已经突破了 1000 人。

该大学将继续与 Nexterra 一同推进此项技术的发展。潜在领域包括：将清洁合成气转化为先进的生物燃料、可再生氢气及其他产品。

上述结果是英属哥伦比亚大学将 Rockwell Automation 产品和服务与其他产品配合使用实现的。具体结果可能因客户而异。