制药工业改善能效和节约成本的机会-向能源和工厂管理人员提供的能源之星指南.pdf

LBNL-57260修订版Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory 劳伦斯-伯克利国家实验室Energy Efficiency Improvementand Cost Saving Opportunities for the Pharmaceutical Industry 制药工业改善能效和节约成本的机会An ENERGY STAR Guide for Energy and Plant Managers向能源和工厂管理人员提供的能源之星指南Christina Galitsky,Sheng-chieh Chang,Ernst Worrell,and Eric MasanetEnvironmental Energy Technologies Division环境能源技术处一Sponsored by the U.S.EnvironmentalProtection Agency 由美国环保局赞助2008年3月声明本文是对美国政府所赞助项目的记述。尽管我们相信本文所含的信息是准确的,但是美 国政府和各有关部门、加州大学校务委员会以及它们的雇员并不对本文所披露的资讯、设备、产品、工艺的准确性、完整性、实用性作任何保证、表述、暗示及承担任何法 律责任，而且并非代表它们的使用将不会侵犯任何私人权益。本文所引证的任何具体商 业产品、加工工艺和服务的商业名称、商标、制造厂商等并非构成或暗示获得美国政 府和各有关部门、加州大学校务委员会的认可、推荐或者赞赏。本文作者所表达的观 点并非代表美国政府和各有关部门以及加州大学校务委员会。劳伦斯-伯克利国家实验室是一个提供平等就业机会的雇主。11LBNL-57260-修订版制药工业改善能效和节约成本的机会向能源和工厂管理人员提供的能源之星.指南Christina Galitsky,Sheng-chieh Chang,Ernst Worrell,and Eric Masanet能源分析处环境能源技术部 劳伦斯伯克利国家实验室加利福尼亚大学Energy Analysis Department Environmental Energy Technologies Division Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory University of California Berkeley,CA 947202008年3月作为能源之星计划的一部分，本报告由美国环保局的气候保护合作处资助。能源之星是一个 由政府支持、以帮助企业通过优越的能效来保护环境的计划。这项工作是由环保局通过美国 能源部合同DE-AC02-05CH11231所支持的。in制药工业改善能效和节约成本的机会向能源和工厂管理人员提供的能源之星,指南Christina Galitsky,Sheng-chieh Chang,Ernst Worrell,and Eric Masanet能源分析处环境能源技术部 劳伦斯伯克利国家实验室加利福尼亚大学2008年3月摘要美国的制药工业每年要消耗将近$10亿（约83亿人民币）的能源I改善能效是减低 这些成本和增加可预期的收入的一个重要途径，特别是在能源价格波动大的时期。在 美国制药工业的各个工厂中存在着各种以经济有效的方式来减少能源消耗的机会。本 指南讨论了可以在部件、工艺过程、系统、机构层面上实施的能效实践和能效技术。也提供了对趋向、结构、以及美国制药工业的特征的讨论并带有对主要药品制造工艺 步骤的介绍。根据世界各地在制药和有关设施的实际应用的案例分析数据，对许多能 效措施提供了预期在能源和与能源有关的节约。如果有可能，也会提供典型的措施归 本期以及在技术文献中的详尽资讯的索引。本能源指南中的资讯是希望能帮助能源和 工厂管理人员在达到规管制度的要求和保持所生产产品的质量的同时以经济有效的方 式来减少能耗。在各个不同的工厂中，需要对措施在经济上，以及对不同的生产方式 的适用性，开展进一步的研究以评估所选择的技术在实施上的可能性。1本文采用2003年美元对人民币之间的平均汇率：$1美元=8.2672人民币。IV目录1.介绍.12.制药工业.23.生产过程介绍.63.1 研究和开发.63.2 转化原料药.73.3 成品的配制.94.美国制药工业的能源使用.105.制药工业的能效机会.155.1 能源管理体系和计划.155.2 供暖、通风和空调(HVAC)系统.185.3 排烟柜.255.4 洁净室.265.5 电机和电机系统.275.6 压缩空气系统.325.7 泵.385.8 冷冻.415.9 照明.435.10 热和蒸汽的配送.475.11 热电联产.525.12 其他措施.546.总结和结论.567.鸣谢.598.参考.609.词汇.72附录A：工厂人员的基本能效行动.75附录B：能源之星的能源管理计划评估对照表.76附录C：改善工业能效的支持计划.80V1.介绍由于美国的制造业面对着一个竞争日益增加的环境，他们要在对产品的产量和质量不 产生消极影响之下寻找减低生产成本的机会。当今市场波动的能源价格会对预期的收 入产生负面的影响，成为对制药工业中公开上市公司的关注。通过向能效技术和能效 实践投资能经得起在减低生产成本的同时仍然保持高质量产品的挑战。能效技术常常 提供了额外的收益，例如改善质量、增加产量、增加工艺过程的效率而导致进一步提 高生产力。由于改善能效常常导致减少污染排放，因此它是公司环境策略的一个重要 部分。一个有力的能源管理计划也对公司的温室效应气体管理计划提供了坚实的基础。简单地来说，在当今的制造业环境中向能效投资是一个完善的商业策略。为了帮助工业通过提高能效和减少对环境的影响来改善竞争能力，联邦政府提供了 一 些自愿的计划。能源之星是美国环护局(EPA)与美国能源部(DOE)协调开展的一个自 愿计划，它强调需要有力的和有策略的公司能源管理计划。能源之星也提供许多能源 管理的工具和策略来支持实行企业的能源管理计划。本能源指南报导了为支持美国环 护局的能源之星制药工业的重点所作的研究，即与美国的制药工业共同确定改善能 效的资讯和资源。欲了解更多的能源之星资讯以及促进企业的能源管理实践的工具，请访问 网站 http:www.energystar.qov/。本能源指南评估了美国制药工业的能效机会。生产药品和药物是美国的重要工业。在 2002年，美国制药工业生产了超过$1.4千亿(约12千亿人民币)的产品，比1999 年的$1.08千亿(约9千亿人民币)有所增加(U.S.Census 2001,2005a)。该工业在 2002年直接地雇用了将近250000人(US Census 2005a)。制药生产设施分布在全美 国；然而，生产主要集中在几个州。虽然能源开支在制药工业中一般只代表了总体生 产成本的少量百分比，但能源的开支仍然是相当大的。美国制药工业在2002年购买 燃料和电力的总开支是$9.2亿(约76亿人民币)(U.S.Census 2005a)o此外，由于 美国的天然气和电力费用的上涨使能源开支迅速地增长，使能源管理成为改善营运和 生产力的重要焦点。本能源指南首先介绍了美国制药工业的趋向、结构、生产特征。然后介绍主要的生产 过程和讨论在制药工业的能源使用，包括能源的主要终端用途。由于美国制药工业的 产品和生产方法范围广乏，所以不可能介绍所有的能源最终用途。因此，本能源指南 着重于典型的美国制药厂中最重要的能源终端用途。最后在本能源指南余下的部分讨 论在美国制药厂中改善能效的机会，集中在美国和国外的各个工厂中表现成功的能效 措施和技术。虽然新的能效技术正在不断地发展(参见Martin et al.2000的举例)，但 本能源指南将着重于已被证实和目前已经商业化的技术和实践。12.制药工业美国的制药工业包括了很多的产品。本能源指南把焦点放在由北美洲工业分类系统(NAICS)代码3254指定的美国制药和医药生产工业。？美国的制药和医药生产工业包 括医药和植物药剂生产(NAICS 325411),药物制配生产(NAICS 325412),体外诊断药 物生产(NAICS 325413)和生物制品(除了诊断以外)生产(NAICS 325414)。药物制配生 产有史以来代表着美国的制药和医药总产量最大的组份(大约75%)o虽然其他行业部 门在过去十年中已显示了强大的增长，例如生物制品生产，这些部门乃然只生产占25%的美国制药工业总增值(U.S.Census 2005a)0图1 1980-2002年美国制药工业的货值和增值年份资料来源：国家经济研究局(2000);美国统计局(2003,2005a)如表1所示，美国制药工业的总产值在过去20年来迅速地增长。图1绘出了美国制 药工业从1980-2002年的增值和货值情况。从表1可以看出这项工业产生的增值的增 长几乎与产量的增长平行。在过去二十年中美国制药工业由货值带来的增值几乎稳定 在70%左右。2002年，美国制药工业的产值($1410亿，约11,656亿人民币)是美国2以前的标准工业分类(SIC)代码283。2化学工业整体产值($4600亿，约38,000亿人民币)的四分之一以上(U.S.Census 2005a)o2002年的全球药品市场估计刚超过$4千亿(约33,000亿人民币)(IMS Health 2003)0 在此之中，美国显然是最大的市场，占将近一半的全球药品销售量。美国的市场也是 世界上增长最快的药品市场，自1999年以来平均每年的增长率是14%(IMS Health 2005)o图2绘出了美国制药工业的四个主要部门的货值历史数据，清楚地展现了药物配制生 产的重要性，尽管其他部门也有强大的增长。图2也展示了在过去二十年中美国制药 工业强大的整体增长。年份资料来源：国家经济研究局(2000);美国统计局(2003,2005a)目前美国的制药工业由几个大型药品制造商主导，他们也在全世界经营。在2002年,前十大公司占了全世界药品销售的将近一半(Sellers 2003)0该工业的主要收入来源常 常是来自几种药物。例如在2002年全世界名列前茅的五种药物的销售共计是$280亿(约 2,315 亿人民币)(IMS Health 2003)o表1汇总了在美国的主要制药公司。虽然药品的生产设施遍及美国各地，但大多数公 司的总部都设在东北的各州。美国制药工业在2002年直接地雇用了将近250000人3(U.S.Census 2005a)0美国制药工业的生产地点主要位于宾夕法尼亚(Pennsylvania)、3匕卡罗来纳(North Carolina)、加利福尼亚(California)、新泽西(New Jersey)和纽约(NewYork)(参见表2)在美国的波多里哥(Puerto Rico)联邦也有可观的药品生产。根 据波多里哥的制药工业协会，波多黎哥的制药工业在2003年提供了 30000个直接工 作职位并从该岛出口了价值将近$370亿(约3,056亿人民币)的药品(PIAPR 2005)。表1美国的主要制药公司3(以首个字母的顺序排列)公司在美国的总部2002年销售量(十亿$)2002年销售量(亿人民币)Abbott LaboratoriesAbbot Park,Illinois9.27766.4AmgenThousand Oaks,California4.99412.5AstraZenecaWilmington,Delaware17.841,474.9AventisBridgewater,New Jersey17.251,426.1Baxter HealthcareDeerfield,Illinois3.10256.3BayerWest Haven,Connecticut5.12423.3Boehringer IngelheimRidgefield,Connecticut7.92654.8Bristol-Myers SquibbNew York,NY14.701,215.3GlaxoSmithKlineResearch Triangle Park,North Carolina28.202,331.4Hoffman-La RocheNutley,New Jersey10.81893.7Johnson&JohnsonNew Brunswick,New Jersey17.201,422.0Eli LillyIndianapolis,Indiana11.07915.2Merck&Co.Whitehouse Station,New Jersey21.631,788.2NovartisEast Hanover,New Jersey15.361,269.8Pharmacia*4见注释12.03994.5PfizerNew York,New York28.282,338.0Schering-PloughKenilworthNew Jersey8.70719.3WyethMadison,New Jersey11.70967.33表1的销售量包括了每家被美国国家统计局归类为制药公司”的公司的所有销售量，也可能包括除了 处方药物之外的如医疗保健或其他产品的销售。销售数据是根据2002年的全球性销售量(Sellers 2003)04 Pfizer在2003年收购了 Pharmacia,使Pfizer成为世界上最大的制药公司。制药工业也从事大量的研究工作。表1列出的主要制药公司在2002年花费了大约$420亿(约3,472亿人民币)在研究与开发(R&D)上，或以平均来计，相当于17%的 全球销售量(Sellers 2003)。因此无论在世界上或在美国，制药工业是最多研发的行业 之一。药品的生产和研究也紧密地相结合；事实上，在许多地方的生产设施是位于同 一地点的研发实验室旁边。4表2 2002年美国制药工业在各州的地理分布。5以就业和总货值为计的前十个州。各州以首 个字母的顺序排列。资料来源：美国统计局(2005a-2005e)州2002年的货值2002年的雇员十亿$亿 人民币占美国的 份额(%)人数占美国的 份额()California10.60876.327.5%59,25323.8%Connecticut3.09255.462.2%7,8193.1%Illinois8.34689.485.9%22,3739.0%Indiana7.52621.695.3%8,9563.6%Massachusetts3.63300.102.6%9,1183.7%Michigan3.78312.502.7%6,2692.5%New Jersey13.101,083.009.3%31,16412.5%New York17.091,412.8612.1%22,2648.9%North Carolina15.531,283.9011.0%13,4135.4%Pennsylvania19.771,634.4314.0%11,7704.7%U.S.141.1511,669.15249,3845编写此报告时还没有美国国家统计局有关2002年波多里哥制药业的数据。然而，美国国家统计局在 1997年对波多里哥的统计数据显示了波多里哥制药业有24892个直接就业和$231.2亿的总货值(U.S.Census 2000)o53.生产过程介绍在原料药品的生产中有三个整体阶段：（1）研发，（2）天然物质到原料药的转化，（3）配 制最终产品。图3介绍了在药品制造中的主要工艺阶段。以下会更详细地介绍每一个 阶段。66有关药品制造过程的详情在可以在美国环保局的药品制造工业的特征”中找到（US EPA 1997）o图3药品制造中的主要工艺步骤研究和开发四个阶段：1.临床前的研发：确定物质是否有作用和安全（6年）2.临床研发：人体测试6年）3.回顾新药的应用（1-2年）4.营销后的监察天然物质到原料药转 化转化的方式:化学合成发酵提取配制最终产品 更大规模的物质转化3.1 研究和开发由于研发是受严格管制的，因此它是药品制造中最长的阶段。在研发的开始阶段中确 定了上千种化合物以后，仅有一种会成为新药。这个开发阶段需要投入很多的资源。图3列出了研发的四个基本阶段：（1）临床前的研发、（2）临床研发、（3）回顾新药的应 用、（4）营销后的监察。在临床前的研发阶段，用动物来测试化合物以确定生物的作 用和安全性。这项测试平均需要大约六年来完成。在临床前试验以后，要向美国食品 和药物管理局（FDA）提出研发新药申请，目的是提供数据以显示开始在人体测试一 种新药是合理的。下一个阶段是临床研发，一般有三个阶段，每一个进行更进一步的人体参与。临床研 发的第一个阶段要确定新药的安全性，第二个阶段要确定新药的效用，第三个阶段将 进一步证实安全和效用并测定任何副作用。临床研发阶段平均一共要用大约六年来完 成。6在下一个阶段中制药公司要向美国食品和药物管理局提出一个“新药申请”(NDA)。1996年新药申请的审批时间大约是15个月(U.S.EPA 1997)。最后，在批准新药营销以后，美国食品和药物管理局通过营销后的监察来监测该上市 药品的持续安全性。而制药商将评估各种大规模配制药品的方式以取得最佳的供货方 法。3.2 转化原料药原料药物是通过化工合成、提取、发酵或这些加工过程的组合生产的(U.S.EPA 1997)o 抗组胺剂、心血管制剂、中枢神经系统兴奋剂和激素是由化工合成生产的。酵素和助 消化药、抗过敏药、血液制剂、胰岛素、抗癌药物和疫苗是从自然产生的物质中提取 的。多数的类固醇，抗生素和一些食品添加剂(如维生素)，是通过发酵生产的。抗生 素、抗肿瘤的制剂、中枢神经系统抑制剂和维生素一般是由这三个加工中超过一个的 过程生产的。以下将分别论述化工合成、提取和发酵。欲了解关于这些加工的详情，请见美国环保 局的“药品制造工业的特征”。(U.S.EPA 1997)o化工合成图4显示了制药化工合成过程的简化图。化工合成有五个主要阶段：反应，(ii)分离、(iii)结晶、(iv)净化、(v)干燥。以下将逐一介绍这五个阶段。图4.简化的化学合成图(采用美国环保局1997)药耦产品(i)反应；在反应过程中，将原材料输入反应器的容器中进行烷化、氢化或澳化等反应。最常用的反应器容器的类型是罐型反应器。这些反应器一般由不锈钢或有玻璃衬里的 碳钢制成，容量范围从50加仑(约189升)到数千加仑。这些反应器可以加热或冷 却，而反应也可以在大气压或加大的压力下，或者在真空下进行。反应的温度和压力 一般会被监测和控制。可能需要用氮气来清洗反应器，一些半成品也可能被循环到输 入原料中。一些反应要由搅拌器产生的混合作用来协助。可能需要用冷凝器系统来控 7制排气的损失。反应器经常与污染控制设备相连接以消除排放气体中的挥发性有机物 或其他化合物。（ii）分离。分离过程的主要类型是提取、倾析、离心法、过滤和结晶。许多工厂使用的 结晶方法将在下面分别讨论。提取过程是用于分离液体混合物。提取是利用混合物在可溶性上的区别。在混合物中 加入仅适宜与其中的一种成份结合的溶剂。这个过程的结果形成了两种液体：萃取物,是包含所需的混合物成分的充满溶剂的溶液；残液，是包含不需要的混合物成分的残 余溶液。倾析是从沉淀在反应器或沉淀器底部的非溶性固体中除去液体的一个简单过程。可以 从容器中抽出或倒出液体，只剩下固体和小量的液体留在容器中。离心法是利用离心力的原理从液体中除去固体的过程。将液体和固体混合物加入到一 旋转的容器-或离心机-向外的力量将液体推过过滤器但保留了固相。将固体用手工或 内置刮板从容器的边上刮下。在操作期间，为了避免空气滤渗，离心机通常在氮气之 中运行并在运行中保持密封。过滤是使流体流过多孔的媒介以过滤掉固体微粒来分离流体/固体混合物。制药工业广 泛使用的批量过滤系统包括平板和框架过滤器、筒式过滤器、nutsche过滤器和过滤 器/干燥机的组合。（iii）结晶。结晶是一个广泛使用的分离技术，它常常被单独使用或与一个或多个以上提 到的分离过程相结合。结晶是指在过饱和的溶液中形成固体结晶。实际中最常见的超 饱和方法是冷却、溶剂蒸发和化学反应。结晶后的溶质随后用离心或过滤从溶液中取 出。的）净化。在分离之后是净化，典型的是使用上述的分离方法。通常需要几个步骤才能 达到所需的纯度。再结晶是在净化中使用的一个常用技术。另一种常用的方法是以更 多的溶剂洗涤，然后进行过滤。2干燥。化工合成的最后一步是将产品（或半成品）干燥。干燥是将溶剂从固体中蒸发 掉。然后将溶剂浓缩供再使用或废弃。制药工业使用几种不同类型的干燥机，包括盘 式干燥机，旋转式干燥机、鼓或滚筒式干燥机、或压力过滤干燥机。在1980年以前,制药工业最常用的是干燥机是真空盘式干燥机。然而目前最常用的干燥机是滚筒式干 燥机或过滤器与干燥机的组合。在过滤器/干燥机组合中，首先将输入的浆液过滤成饼 状，然后将热的气体媒介吹向过滤饼，直到达到所需的干燥度。滚筒式干燥机的典型 容量范围是从20到100加仑（76到379升）。在滚筒式干燥机中，一个旋转的圆锥 形壳在混和干燥机内的物质时加强了溶液的蒸发。滚筒式干燥机运用了热空气循环或 将真空与加热的表面传导相结合。8产品的提取从天然来源提取的有效成分常常是以非常低的浓度存在。制成品的份量往往是在数量 级上少于原材料，使产品的提取自然成为一个昂贵的工序。在提取过程使用沉淀、净化和溶剂萃取的方法来回收有效成分。可以由调整酸碱度、成盐、或者在沉淀时加入抗溶剂来分离所需要的成分以改变溶度。可以用溶剂从固体 化合物象植物或动物组织中提取有效成分，或者从所需的产品中消除脂肪和油。在自 然提取中常用氨作为控制pH值的手段。发酵在发酵中，一般将微生物放入液体中以生产作为正常微生物新陈代谢副产物的药物。发酵过程一般是在一套带氧或厌氧的条件下控制在一个特定的温度和酸碱度水平以有 助于微生物的迅速成长。该工序有三主要步骤：（i）准备种菌、（ii）发酵、（iii）收取产品。准备种菌。发酵过程是从准备种菌开始，在种菌槽内小批量地生产接种物（包含微生 物的媒介）。种菌槽的大小一般是生产用的发酵槽的1-1O%（U.S.EPA 1997）o（ii）Wo在种菌准备阶段制造了接种物以后，将接种物引入生产发酵桶。发酵桶一般 是通过搅动、通气和控制酸碱度、温度和溶氧的水平以得到最佳的发酵过程。发酵过 程可持续数个小时到数个星期，取决于产品和工艺。02收取产品。当发酵完毕时，要从发酵的液体混合物中收取所需的药物副产物。可以 使用溶剂萃取、直接沉淀和离子交换来收取产品。另外，如果产品包含在用于发酵的 微生物内，可能要使用加热或超声波来打破微生物的细胞壁。在溶剂萃取中，使用有 机溶剂从水状溶液中分离产品。然后可用结晶法从溶剂中收取产品。在直接沉淀中，使用金属盐等沉淀剂将产品从溶液中沉淀出来。在离子交换中，将产品吸附在离子交 换树脂上，然后使用溶剂、酸或碱从树脂中收取。3.3 成品的配制药品生产的最后阶段是将原料药转化成可使用的最终形式。常见的药品形式包括药片、胶囊、液体、乳脂和软膏、喷剂、药贴和可注射的剂量。片剂占了美国口服固体药物 中的大多数（U.S.印A 1997）o要配制药片，需将有效成分与填料（例如糖或淀粉）、黏合剂（例如玉米糖浆或淀粉）、以及有时用的润滑剂（例如硬脂酸镁或聚乙二醇）结合。填料保证了有效成分的适当浓 度；黏合剂的目的是将药片的微粒结合在一起。润滑剂可以在制造药片期间协助设备 运行，并且可以帮助减慢有效成分的分解。生产药片是通过将粉末压缩。可以使用湿法制粒或干法制粒工艺。在湿法制粒中，将 有效成分与填料制成粉末并加以混合，在溶液中湿化并与黏合剂混和，再与润滑剂混 合，最后被压缩成药片。干法制粒是用于片剂的成份对潮湿或干燥温度有敏感反应时。9如果使用包衣，则将药片放入一个倒入包衣溶液的滚筒中。一旦涂上包衣，将药片在 滚筒中烘干；也可能送入另一个滚筒中抛光。在美国最常用的口服药物中胶囊剂是仅次于片剂占第二位（USEPA 1997）O胶囊首先 使用模子将一般由明胶制成的胶囊外壳成形。在成形期间所控制的温度决定了明胶的 黏度，反过来确定了胶囊壁的厚度。然后将胶囊剂的内含倒入（硬胶囊）或注入（软胶囊）模子。在配制液体药剂时，将称好的有效成分溶解到一种液基中。然后将得到的溶液放在有 玻璃衬里或不锈钢容器和槽中混合。可能会在溶液中加入防腐剂以防止霉菌和细菌的 生长。要对用于口服或注射的液体进行灭菌。软膏是通过将有效成分与石油衍生物或蜡混和。将混合物冷却、展开、倒入软膏管，并加以包装。乳脂是水包油或油包水的半固体乳剂;每个阶段是分别地加热然后混合在一起形成最终 产品。4.美国制药工业的能源使用自1987年以来美国制药工业的能源开支一直在平稳地增长，并与过去二十年中产业 的增值和货值的增加紧密相连（参见图1）。图5绘出了美国制药工业从1987-2002年 的能源开支，能源开支相对于增值的百分比，能源开支相对于货值的百分比。图5显 示了自1987年以来总体能源开支在平稳地增加，而能源开支相对于产量（即增值和货10值）的百分比在同一期间有所减少。能源开支相对于增值和货值的百分比的下降趋势可 能归结于产业在活动和盈利上的变化，并不一定表明实际单位产品所消耗的能源在同 一个期间有所改变。1.6%O.)%.O.81.O.0 0出未磨潞图5美国制药工业能源开支的历来走向。10006008001200年份资料来源：U.S.Census(1990,1993,1995,1996,1998,2003,2005a).图6显示了从1987-2002年美国制药工业的能源消耗，将电和燃料的开支分开。自 1987年以来电和燃料的开支都在平稳地上升。然而电力开支的上升率比燃料开支更高。美国制药工业的实际用电并没有象电费上升得那样快，如图7所示。图7显示了从1987-2002年美国制药工业的总耗电趋向。从表7也能看出尽管从 1987年以来有轻微的增长，热电联产在美国制药工业的使用仍然是有限的。在1987 年，所发的电占了 4.8%的总用电量；到2002年该百分比已上升到8.8%0II图6历来美国制药工业的能源开支。12000AODCftObCflCyVD 一 060 BRR6666666666OOO66666666666660 年份资料来源：U.S.Census(1990,1993,1995,1996,1998,2003,2005a).能源在美国制药工业中有广泛的应用。第3章论述了用于药品生产的不同工艺技术的 范围；各个工厂和各种产品所使用的具体生产过程是有所不同的。因此，各个地点的 能源使用情况也有很大的变化影响工厂能源消耗的关键因数包括设施的类型（如研发 或大批量生产），所生产的产品，工厂的地点和工厂主要系统的效率。然而，根据药品 生产过程中的典型步序和支持这个过程所需要的终端能源用途，就有可能为该行业的 能源消耗作出一个粗略的分类统计。表3提供了估计的整体美国制药工业能源消耗的分类统计，以主要活动范围（以横列列 出）和最终用途（以竖行列出）分类。在表3的估计中不提到任何具体的工厂，亦不试图 估计一个“典型的”制药厂的能源使用。7另外，表3显示了每个活动范围的主要能 源使用和最终用途分类。在表3中的能源分配可能不适用于所有的设施亦不假设是详 尽的。供暖、通风和空调（HVAC）在制药工业中一般是最重要的能源最终用途。表3同时显 示了研发和大批量生产也一般是制药工业中最重要的能源消耗活动。7由于如今在制药工业中各工厂之间有不同的变化，有些设施只包含一项在表3中所列出的活动，本能 源指南不试图定义典型的制药厂。12图7美国制药工业的历来用电量。12/)00年份资料来源:U.S.Census(1990,1993,1995,1996,1998,2003,2005a).13表3制药工业能源使用的分布总体插座负荷和工艺照明供暖、通风和空调(HVAC)共计100%25%10%65%研发30%显微镜工作和天洁净室和排气柜通风离心机花照明设需要100%补气的区域电动搅拌机备冷冻水分析设备灭菌处理培养器步入/开放范围(大型冷冻柜)热水和蒸汽办公室10%办公设备包括计算工作、天空间供暖(25%)*机、传真机、复印花和户外冷却(9%)*机、打印机 热水器(9%)*照明设备通风(5%)*大批量生产35%离心机工作和天洁净室和排气柜的通风灭菌处理花照明设需要100%补气的区域培养器备冷冻水干燥机 分离工艺热水和蒸汽配制，包装15%搅拌器主要是天控制微粒的通风和灌装电机花照明设 备，有一 些是工作 照明设备仓库5%铲车主要是天空间供暖(41%)*热水器(5%)*花照明设 备冷冻(4%)*其他5%天花照明*水的加热、空间供暖、冷却、制冷和通风的百分比是从美国能源部为商业办公室或仓库建筑所作的商 业建筑能源消耗调查(CBECS)获得(US DOE 1999)。这些数据只显示了最初估计值而实际上各个设施都 有所不同。145.制药工业的能效机会在美国的制药实验室、生产设施和其他建筑中存在着在保持或提高生产力的同时减少 能源消耗的各种机会。表4按照表3所列出的六个主要活动范围将可行的能效机会分 类：（1）研发，（2）大批量生产，（3）配制、包装和灌装，（4）仓库，（5）办公室，（6）其他。表4也为每个主要活动范围提供了对应于本能源指南中讨论有关能效措施的章节。对 措施的讨论包括对美国制药厂的案例分析并带有具体能源和成本节省数据，如果有该 案例分析的数据。对于没有美国制药厂数据的措施，本能源指南包括了来自非美国制 药厂的案例分析数据，或对类似产业（例如化工制造业）的案例分析数据。对于各个制药设施，与任何措施有关的实际归本期和节省将随着设施的活动、配置、规模、地点和营运特点而变化。因此，在能源指南中提出的数值仅作为一种指引。在 有可能的情况下，本能源指南将为每项措施提供在各种条件下的节省和归本期的典型 范围。虽然对设备进行技术上的改进能节省能源，职工在行为和态度上的变化也能有巨大的 影响。能效培训计划能帮助公司的职工将能效实践结合到他们的日常工作中。各级人 员应该意识到能源使用和公司改善能效的目标。这些信息常常由低层管理人员获取，但没有向上传达到高级管理层或向下传达到职工中（Caffal 1995）O带有对职工的行为 作定期反馈（例如奖励体系）的能效计划已取得了良好的成果。虽然职工在行为上的改 变（例如关灯或关好门窗），每次仅节省少量的能源，然而如果能长时期持续执行，可 能比更加昂贵的技术改善有更大的作用。其他的职工行动例如关上排烟柜的调节门能 达到显著和直接的改善。本能源指南的第5.1节将对能源管理计划和实践作进一步的 论述。为管理能源而建立注重不断地改进的正规管理结构和体系是帮助公司管理能源的使用 和实施能效措施的重要战略。美国环保局的能源之星计划根据所发现的先进公司的最 佳实践制定了一个能源管理的框架。其他管理框架，例如IS014001,可以用于保证 更好的机构性能源管理。一个能源之星的参与者指出，将能源管理体系与IS014001相 结合对他们工厂的节能产生了比所有其他战略更大的作用。5.1 能源管理体系和计划改善能效应该从几个方向着手。在整个公司范围内必须有一个有力的能源管理计划。在理想的情况下，该计划将包括设施、营运、环境、卫生和安全以及管理人员。对于 跨工艺的能效改善技术，8例如使用高能效的电机和优化压缩空气系统等，在节能上有 充分记载的机会。优选系统的设计和运行，如尽量减小实验室的通风，也能显著地减 少能源的使用。另外，优化生产过程常常可产生相似的节省。8跨工艺技术的定义是在许多不同的部门使用的同类设备，例如锅炉、泵、电机、压缩空气系统和照明 设备等。15能源管理计划实施整体机构的能源管理计划以改变能源的管理是达到最成功地和最经济有效地改善 能效的方式之一。能效工作不会自行发生。它需要一个强有力的能源管理计划来为改良创造基础以及向 整个机构中的能源管理提供指导。能源管理计划也能帮助保证在持续的改善工作中不 断地确认和实施，而不会产生一次过的现象。止匕外，如果没有一个完善的能源管理计 划作为依托，能效改善也可能不会发挥它们的全部潜力，由于缺乏一个系统的观念和/或适当的维护和跟进。表4制药工业按照主要活动范围分类的能效机会，每项都带有在本能源指南中的对应章节索 弓。研究与开发大批量生产能源管理(5.1)暖通空调(5.2)排烟柜(5.3)洁净室(54)照明(5.9)能源管理(5.1)暖通空调(5.2)洁净室(5.4)电机系统(5.5)压缩空气系统(5.6)泵(5.7)制冷(5.8)热和蒸汽配送(5.10)配制、包装和灌装办公室能源管理(5.1)暖通空调(5.2)洁净室(5.4)电机系统(5.5)压缩空气系统(5.6)泵(5.7)制冷(5.8)照明(5.9)能源管理(5.1)暖通空调(5.2)照明(5.9)其他(5.12)仓库其他能源管理(5.1)暖通空调(5.2)电机系统(5.5)制冷(5.8)照明(5.9)能源管理(5.1)暖通空调(5.2)电机系统(5.5)照明(5.9)热和蒸汽配送(5.10)热电联产(5.11)其他(5.12)在缺乏一个清晰的计划的公司中，由于组织上的障碍，改善的机会可能会被发现，但 并没得到推广或实施。这些障碍可能包括缺乏车间之间的沟通，缺乏对如何对能效项 16目提供支持的理解，资金上的限制，缺乏对措施的问责或机构中对改变现状的认识。既使能源是一个重大的开支，许多公司仍然缺乏对改善能源管理的坚定承诺。美国环保局通过能源之星计划与许多主导的工业制造商合作以确定一个有效的能源管 理计划的基本因素。9图7列出在战略性的能源管理计划中的主要元素。一个成功的能源管理计划是始于对不断地改善能效作出坚定的组织上的承诺。这一般 涉及到将监督和管理的职责指定给一位能源主任，制定能源方针和建立一个跨职能的 能源小组。然后实行各步骤和规程，通过对能源数据、技术评估和对标的定期回顾来 评估绩效。机构能够根据这个评估制定能源使用的基准和建立改进的目标。绩效目标 能帮助规划行动计划的制定和实施。保证行动计划成功的一个重要因素是让机构中全体人员都参与。各级人员应该意识到 能源的使用和能效的目标。要对职工在日常工作中的技能和对待能效的常规工作方式 进行培训。另外，应该定期评估绩效成果并向全体人员通报，表彰高绩效者。附录A 概括了 一些简单的员工任务举例。进展的评估包括了定期回顾能源使用数据和作为行动计划的一部分所开展的活动。在 惯例的回顾过程中收集的资讯能帮助建立新的绩效目标和行动计划并发现最佳的实践。一旦确立了最佳的实践，跨功能的能源组的目标应该是在整个机构中复制这些实践。建立一个牢固的沟通程序和实行对成就的表彰也是重要的步骤。牢固的沟通和表彰将 帮助对未来的活动建立支持和动力。对机构能源管理工作的一个快速评估可以通过将现行的能源管理计划与附录B提供的 能源之星能源计划评估对照表进行对比。109欲了解更多关于战略性能源管理体系的指南，可在www.energystar.gov.1实施能源管理计划的另一有用的参考是美国环保局和能源部赞助的报告能效建筑的十五项营运和保 养的最佳的实践(PECI 1999)o内部的支持对企业的能源管理计划是关键的；然而，对企业能源管理体系的支持也可 以是来自外部资源。一些公用事业公司与工业客户合作以达到节能。在这些情况下，公共事业人员将直接与公司的设施合作。能源监测系统能源监测和生产过程控制系统是在能源管理和减少能源使用中起重要作用的关键工具。它们可能包括辅助计量和监控系统。它们可以减少执行复杂任务所需的时间，常常能 改善产品和数据的质量和连贯性以及优化工艺的操作C监测的和测量系统也能在提醒 能源管理组发生问题之处以及指派能源使用的责任中扮演关键的角色。另外，该系统 可以用于公司的温室气体核算计划；它们也对描述能源之星的参加者的能源使用特征 有帮助。17监测和控制系统在许多工业中的应用典型地能节省大约5%或更多的能源和成本。这 些节省适用于没有更新生产过程控制系统的