书城工业技术道路运输业节能减排的研究与实践
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第4章 能源的基本特征(2)

1.按产品能耗计算法

对一个国家或一个地区可能生产多种产品,对主要的耗能产品,如电力、化肥、水泥、钢铁、炼油、制碱等,按单位产品的有效利用能量和综合供给能量加权平均,即可求得总的能源利用效率ηt,即:

η=ΣGiE0i

ΣGiEi

×100%(2‐2)

式中:Gi——某项产品的产量;

E0i——该项产品的有效利用能量;

Ei——该项产品的综合供给能量(综合能耗量)。

17上述综合能耗量包括两部分:一部分为直接能耗,即生产该种产品所直接消耗的能量;另一部分是间接能耗,它是指生产该种产品所需的原料、材料及耗用的水、压缩空气、氧等及设备投资所折算的能耗。

2.按部门能耗计算法

将国家或地区所消耗的一次能源,按发电、工业、运输、商业和民用四大部门,分别按技术资料及统计资料,计算各部门的有效利用能量和损失能量,求得部门的能量利用效率ηd,然后再求得全国或地区的总的能源利用效率ηt,即:

ηd=部门有效利用能量

部门有效利用能量+部门损失能量

×100%(2‐3)

ηt=Σ部门有效利用能量

Σ部门有效利用能量+Σ部门损失能量

×100%(2‐4)

按能量使用的用途计算一次能源在国民经济各部门的使用,除了少数作为原料外,绝大部分是作为燃料使用。其中一类是直接燃烧,如各种炉窑、内燃机、炊事和采暖等;另一类转换为二次能源后再使用,如电、蒸汽、煤气等。因此按用途计算时可分为:发电、锅炉、炉窑、蒸汽动力、内燃动力、炊事、采暖等。

3.按能量用途计算法

先求得某项用途的ηp,然后再将各种用途的ηp相加平均,即可求得总的能量利用效率,即:

ηp=某种用途的有效利用能量

某种用途的有效利用能量+某种用途的能量损失×100%(2‐5)

ηt=Σ各种用途的有效利用能量

Σ各种用途的有效利用能量+Σ各种用途的能量损失×100%(2‐6)

4.按能量开发到利用的计算法

把能源从开采、加工、转换、运输、贮存到最终使用,分为四个过程,分别计算出各个过程的效率,然后相乘求得总的能源利用率,即:

ηt=ηexp×ηpro×ηtra×ηuse(2‐7)

我国能源利用效率低,节能潜力巨大。我国能源利用效率,包括加工、运输和使用,只有32%左右,比先进国家低10多个百分点,如果再乘上32.1%的能源开采效率,总的能源利用效率只有10.3%,不到先进国家的1/2。我国主要用能产品的单位产品能耗比先进国家高25%~90%,加权平均高40%。根据“十一五”节能规划,我国近期节能潜力有4亿吨标准煤。

5.节能潜力的估算

假定经济结构、生产布局及资源等因素均不变,仅依靠改进技术装备和提高技术管理水平,其节能潜力也可用下述方法估算。

设E0和E1分别为基准年和对比年的能源消耗量,η0和η1分别为基准年和对比年的能源有效利用率,ΔE为节能量,ΔE′为能源消费的增量。估算时应考虑能源消费量和所需要的有效能量随经济发展而增长,这时节能量ΔE应定义为:对比年的有效能量η1E1按基准年效率折算后的能源量η1E1/η0与对比年的实际能源投入量E1之差。

2.3能源消费及节能战略措施

节能,从能源的角度顾名思义就是节约能源消费,即从能源生产开始,一直到最终消费为止,在开采、运输、加工、转换、使用等各个环节上都要减少损失和浪费,提高其有效利用程度。从经济的角度则是指通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结构合理化等途径,以最少的能耗取得最大的经济效益。

显然节能时必须考虑环境和社会的承受能力,因此我国节约能源法给节能赋予了更科学的定义,即节能“是指加强用能管理,采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费,更加有效、合理地利用能源”。

由于能源问题日益突出,不仅是中国,就世界范围而言,节能已经成为解决当代能源问题的一个公认的重要途径。有科学家把“节能”称之为开发“第五大能源”,与煤、石油与天然气、水能、核能等四大能源相并列,可见节能的重要意义。

2.3.1节约能源法

我国1997年11月1日第八届全国人大常委会第28次会议通过,1998年1月1日起正式施行的《中华人民共和国节约能源法》首次将节能赋予法律地位。《节约能源法》共6章50条,内容涉及节能管理、能源的合理使用、促进节能技术进步、法律责任等。该法明确了我国发展节能事业的方针和重要原则,确立了合理用能评价、节能产品标识、节能标准与能耗限额、淘汰落后高耗能产品、重点用能单位管理、节能监督和检查等一系列法律制度。

《节约能源法》指出:节能是国家发展经济的一项长远战略方针,并重申了能源节约与能源开发并举,把能源节约放在首位的能源政策。其中规定,固定资产投资工程项目的可行性研究报告,应当包含合理用能的专题论证,达不到合理用能标准和节能设计规2 0范要求的项目,依法审批机关不得批准建设;项目建成后达不到合理用能标准和节能设计规范的,不予验收。把固定资产投资项目的经济效益与环境保护、合理用能统一起来将使国家的经济建设、环境保护、能源利用协调发展。

《节约能源法》同时也明确指出:国家鼓励开发、利用新能源和再生能源,并支持节能科学技术的研究和推广。国家大力发展下列通用节能技术:

(1)推广热电联产、集中供热,提高热电机组的利用率,发展热能梯级利用技术,热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术,提高热能综合利用率。

(2)逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行,发展电机调速节电和电力电子节电技术,开发、生产、推广质优价廉的节能器材,提高电能利用效率。

(3)发展和推广适合国内煤种的流化床燃烧、无烟燃烧和气化、液化等洁净煤技术,提高煤炭的利用效率。

(4)发展和推广其他在节能工作中证明技术成熟、效益显着的通用节能技术。

《节约能源法》的颁布实施,对于推进全社会节约能源,提高能源利用效率和经济效益,保护环境,保障国民经济和全社会可持续发展,满足人民生活需要,具有十分重要的意义。

2.3.2节能的组织、管理措施

节能从广义上讲就是要降低能源消费系数,使实现同样的国民经济产值M所消耗的能源量正最少。节能可以从以下几方面着手。

(1)提高用能设备的能源利用效率,直接减小能耗和E/M值,通常将这种方法称之为技术节能。

(2)采用新工艺以降低某产品的有效能耗,称之为工艺节能;技术节能和工艺节能合称之为直接节能。

(3)加强组织管理,通过各种途径减少原材料消耗,提高产品质量等,以减少间接能耗,称之为间接节能。

(4)调整工业结构和产品构成,发展耗能少的产业,以降低E/M值,称为结构节能,结构节能也是一种间接节能。

据初步估计,我国节能潜力中,直接节能潜力占1/3,间接节能潜力占2/3。

间接节能,即节能的组织和管理措施包括以下几方面:

1.调整工业结构

各种工业的耗能量是不同的,在不影响全局的情况下,可以适当调整轻重工业的比例。钢铁工业耗能大,但产值较低;而纺织、仪表、电子等轻工业能耗较少,而产值较高。因此,有条件的话,适当降低冶金工业的比重,发展高技术的电子产业和生物工程将会降低能源消费系数。

2.合理布局工业

能源生产与能源消费在地区分布上常常很不均衡,例如我国能源分布主要集中在西部、西南和华北,而能源消费则主要集中在东部和南部,因此“北煤南运”,“西电东送”,耗费了大量运输能力和电能,增加了能源消耗。因此根据能源资源分布的特点,在调整工业结构时,合理布局工业也是间接节能的主要措施。

3.合理使用能源

各种不同品质的能源要合理使用,以发挥各自的优势,取得最大的经济效益。例如优质能源石油,除作为化工原料外,首先应当用于运输机械;劣质煤首先要应用于发电,因为燃煤和燃油的电厂热效率相差不大;机车则应当首先实行电气化;地热资源一般温度低,首先应用于采暖;农村则要大力发展沼气,既是能源又是肥源。

4.多种能源互补,综合利用

在能源选择中要实现多种能源的互相补充,如以煤为主要燃料就可采用以油作辅助燃料,例如燃煤电站,以油作辅助燃料来实现锅炉的点火和稳燃。在核电站中,以油作辅助燃料,当出现紧急停电事故时,各种备用的柴油发电机组即可紧急启动、供电。对于缺乏能源的广大农村地区、除薪柴外,还要考虑风能、水能和太阳能,并要积极推广沼气,同时也要提供部分商品煤。

5.进行企业改造、设备更新及工艺改革

老企业、小企业通常设备落后,效率低、能耗高,而且对环境也有严重污染。因此对老企业进行设备更新和工艺改革是降低能耗的关键;对一些小煤窑、小化肥、小造纸厂和小冶炼厂必须关、停、并、转。我国电力工业耗煤占全国煤产量的1/6以上,其中中、低压小型发电机组占相当大的比重,因此耗煤量大,比先进国家高30%左右,因此必须对能耗过多的小型机组有计划地加以改造和淘汰。又如在水泥生产中每吨水泥熟料的平均燃料消耗,湿法炉窑比悬浮预热干式炉窑要高63%。由此可见改革工艺,同样可以大大降低能耗。

6.改善企业的能源管理

改善企业的能源管理是节能的重要方向,可以从以下几方面下工夫。

(1)摸清企业的耗能状况,用能水平,节能潜力,省能效果;

(2)建立厂——车间——工段(班)——组的节能管理网,制定能源消耗的定额及奖罚制度;

(3)健全能源管理的规章制度,即燃料进厂——分区存放——技术档案——定量供应——定额管理——奖罚制度;

(4)加强能源计量管理;

(5)合理组织产品的生产过程;

(6)消除明显的不合理浪费,如跑、冒、滴,管道与设备保温不良,可燃气体的放空等。

2.3.3技术和工艺节能的途径

一切能源的利用过程本质上都是能量的传递和转换过程。这两个过程在理论上和实践上都存在着限制,存在着一系列物理的、技术的和经济方面的限制因素。如热能的利用首先要受热力学第一定律(能量守恒)和第二定律(能量贬值)的制约。能量在传递和转换过程中由于热传导、对流和辐射,能量的数量要产生损失。能的品质也要降低。因此能源有效利用的实质是,在热力学原则的指导下提高能量传递和转换效率;整体上使所有需要消费能源的地方做到最经济、最合理地利用能源,充分发挥能源的利用效果。

能源节约既要着眼于提高用能设备的效果;也要考虑整个用能系统的最优化。为了提高能源的有效利用率,从技术方面讲可以从以下五个方面入手。

(1)提高能量传递和转换设备的效率,减少转换的次数和传递的距离;

(2)在热力学原则指导下,从能量的数量和质量两方面分析,计算能量的需求和评价能源使用方案,按能量的品质合理使用能源,尽可能防止高品质能量降级使用;

(3)按系统工程的原理,实现整个企业或地区用能系统的热能、机械能、电能、余热和余压全面综合利用,使能源利用最优化;

(4)大力开发研究节能新技术,如高效清洁的燃烧技术、高温燃气透平、高温磁流体发电、高效小温差换热设备、热泵技术、热管技术及低品质能源动力转换系统等;

(5)作为节约高质量化石燃料的一个有效途径,把太阳能、地热能、海洋能等低品质低密度替代能源纳入节能技术,因地制宜地加以开发和利用。

值得指出的是,节能还是减少环境污染的一个重要方面。在一般情况下,大多数节能措施都会有效地减少污染,如提高锅炉热效率、回收余热、利用太阳能和地热等。但也有些节能技术措施,如处理不当,反而会造成污染,例如提高燃烧温度可以强化燃烧过程,但燃烧温度超过1600℃,就会形成大量NOx,从而污染环境。

因此一定要将节能技术和环境保护结合起来。

2.3.4节约战略措施

能源资源是有限的。随着经济社会的发展,对能源的需求会不断扩大,又会引起环境问题。为促进能源资源的有效利用,防止浪费,保护环境,提高能源利用效率已越来越重要。中国实施能源节约战略的核心就是提高能源效率,要在继续坚持合理利用资源的同时,推进技术进步,发挥市场作用,促进提高能源效率。特别需要强调的是,要把节约石油作为一项战略任务抓紧、抓好,抑制不合理的石油消费。中国节能的目标和任务是明确的,关键是如何实施,并采取有效的节能措施,归纳起来主要有以下几方面的内容:

1.引入循环经济理念,加强管理,完善法规

应从技术、管理机制两个层面上,在能源领域引入“循环经济”理念。围绕全面协调和可持续发展的最终目标,尽量做到能源资源的高效利用,特别是工业过程可燃废气与低温余热的利用;研究能源从资源开采到生产消费全过程的节约与替代,重视工业、生活废弃物中可燃热值的再利用,建设资源能源节约型和环境友好型社会。