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1、节能技术与应用,第一讲 节能概论,1.1能源概论1.2节能的定义及必要性1.3节能的内容及有关概念 1.4节能的层次及准则1.5节能的方法及措施,1.1能源概论,能源定义能源分类能源发展进程能源储量、生产及消费,能源定义,能源，energy sources，能量的源泉，能量的载体。到目前为止，人类认识的能量主要有机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。由于能量形式的多样性，能源也有多种形式，人们对于能源也常有不同的表述。简明英汉百科辞典对能源一词的解释为“能源是燃料、流水、阳光、风等可转变为人类所需要的能量的资源 现代汉语辞典 中，对能源的注解是“能产生能量的物质，如燃料、水力、风力等”,能
2、源分类,由于能源形式多样，人们通常按其来源、形态、特性、转换、利用程度等进行分类。不同的分类方法都是从不同的侧重面反映了各种能源的特征。能源常见的分类方法有3种：第一种是根据能否再生，将能源分为可再生能源和非 再生能源第二种是按有无加工转换，可将能源分为一次能源、二次能源和终端能源第三种按被利用的程度分为常规能源和新能源其他分类方法：清洁能源和非清洁能源 商品能源与非商品能源 绿色能源与农村能源,原油开采,煤炭开采,广东LNG项目投入商业运营后，不仅能缓解珠三角能源紧缺局面，而且为中国能源消费带来“清洁高效”理念。,天然气发电,天然气做汽车动力,三峡工程,大亚湾核电站,太阳能热利用,太阳能光伏
3、电站,西藏那曲地区25kW太阳能光伏电站,厌氧消化池,浓缩池,沼气发电机房,沼气柜,沼气锅炉房,大型生物质能工程,大型风电场,西藏羊八井地热电站,能源发展进程,能源是人类赖以生存的重要条件之一，是人类社会物质文明和精神文明发展的重要保障，所以人类使用能源的历史进程和人类社会本身的发展及科学技术的进步密切相关。能源利用和消费的每一次重大突破，都伴随着科学技术的重大进步，促进社会生产力的大幅度提高，加速了经济的发展，使人类社会的面貌发生根本的变化。到目前为止，人类使用能源已经经历了薪柴时期、煤炭时期和石油时期三个能源使用期。,能源和社会进步的关系：,能源的消耗,社会的文明程度,能源储量、生产及消费
4、,一般而言，对石油、煤炭、天然气的储量常有地质储量、探明储量、技术可采量、经济可采量、剩余可采量数据。地质储量的数据最大，是地质范围内可能存在的储量；探明储量是目前已经探明的储量，和地质储量相比数据大大缩小；技术可采量是在地质储量中凭目前的技术可以开采的量；经济可采量是指经济合理条件下可以开采量。对于水能储量主要有理论蕴藏量、技术可开发量、经济可开发量。,终极能源-太阳能,从历史的进程来看，目前埋于地下的石油、天然气、煤炭等一次能源均来自太阳能，而在再生能源中太阳能占99.44%,而水能、风能、地热能、生物能等不到 1。在非再生能源中，利用海水中的氘资源聚变产生的核能（人造太阳能）几乎占 10
5、0%，煤炭、石油、天然气、裂变核燃料加起来也不足千万分之一。因此，世界能源储量最多的是太阳能，从长远的角度看，人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒发展的能源保证。,我国能源整体情况,2006年，中国煤炭储量世界第三、产量和消费量均居世界第一，煤炭大国并非强国。石油产量和消费量均进入世界前10名，分别位于第5位和第2位。2006年石油、煤炭、天然气的储采比分别为18.0、48、47。2007年中国原油表观消费量约为3.46亿吨，对外依存度达到46.05%，世界上原油价格的一举一动对中国的能源安全构成了一定的危险。中国的人均石油储量大约是世界人均储量的9.7%，煤炭为世界人均储量的
6、61%，天然气仅为世界人均储量的6.3%，水能理论蕴藏量为世界人均蕴藏量72.7%,我国能源系统特点,能源资源总量多，人均少，人均耗能及人均电力都大大低于世界平均水平。能源资源、能源生产与经济布局不协调，北煤南运、西电东送、西气东输将是长期的格局。消费结构不合理，能源结构仍以煤为主，煤炭消耗占能源总消耗的 60%以上；而且第二产业仍然是能源消费的主要部分，这导致了能耗高、能源利用率低（只有大约 32%，美国50%以上）、能源浪费和严重的环境污染；电力峰谷差日益增加，能源供应系统抗风险能力不足。能源消耗中几乎全部依靠常规能源，石油的消费与发达国家相比相差很大。煤炭生产以地方和集体煤矿为主，原煤入
7、选率低，大多数煤炭未经洗选，高灰分、高硫分的煤直接加以使用，而且掺杂含假严重，造成严重污染。,1.2节能的定义及必要性,1.2.1 节能的定义1.2.2 节能的必要性及意义,1.2.1 节能的定义,狭义定义：就是节约石油、天然气、电力、煤炭等能源。广义定义：是节约一切需要消耗能量才能获得的物质，如自来电、柴油、水、粮食、布料、纸张等。节能含义：节能并不是不用能源，而是善用能用，巧用能源，充分提高能源的使用效率，在维持目前的工作状态、生活状态、环境状态的前提下，减少能量的使用。,中华人民共和国节约能源法第三条对节能的定义,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
8、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。,化工节能节能技术手册 对节能定义,在满足相同需求或达到相同生产条件下使能源消耗减少（即节能），能源消耗的减少量即为节能量。在这个定义中，必须注意到在化学工业中节能中必须满足两个前提条件中的其中一个，否则就不是节能。,SAE DGN FE 对节能定义,节“省”能源（管理节能）节能 提高设备用能效率（技术节能）节“省”能源-在现有设备条件下，在保证不影响人员正常的工作、生活的情况下，采用人为的管理手段减少不必要的能源浪费。如：随手关灯，各部门应制定出相应的“以人为本”,按需照明的节能模式,达到最佳最经济的运行效果；办公室空
9、调工作时段温度控制在24度至28度之间；办公用电脑,做到人走开时关闭显示屏电源，下班时关闭显示屏电源和主机电源。加强工场寻查,排查。每一个气源的泄漏。争当节水节电宣传员和监督员。等等。提高设备用能效率-在不影响（或甚至优化）设备正常工作的前提下，采用先进的节能技术、节能设备等手段，使原设备工作效率提高或用能效率提高，从而达到节能的目的。如：马达变频技术利用，废热回收利用，用高效低耗设备淘汰旧的低效高耗能设备，等等。,1.2.2 节能的必要性及意义,1、不可再生能源总有枯竭 据BP世界能源统计（2006版）资料介绍，以目前探明储量计算，全世界石油还可以开采40.6年，天然气还可以开采65.1年，
10、煤炭还可以开采155年。即使以最乐观的态度，再过200年，地球上可开采的矿石资源将消耗殆尽，到时人类如何面对，将是一个关乎全人类生存的严峻问题。,1.2.2 节能的必要性及意义,2、目前能源利用率低，节能潜力巨大 目前，我国的能源整体利用率约为30%左右，节能的潜力非常巨大。如按中等发达国家的能源利用效率来计算，我国现在完全可以在能源消费零增长的条件下实现经济增长，逐步达到发达国家的经济发展水平，这是何等令人鼓舞的消息。我国能源总利用率33%,1.2.2 节能的必要性及意义,3、涉及国家战略安全问题 经济发展，能源消费量增加，石油对外依存度提高，国际因能源问题引发的各种冲突日益增多。4、降低生
11、产成本，减少废气污染，实现可持续发展,1.2.2 节能的必要性及意义,节约能源，提高能源利用率，可在相同国民产值的情况，降低能源消耗的总量，减少二氧化碳的排放量，对保护地球环境有积极的社会意义。节能工作是解决能源供需矛盾的重要途径，是从源头治理环境污染的有力措施也是经济可持续发展的重要保证。节能工作是一项硬政府任务，SAE全员参与节能行动，完成“十二五”的总节能目标：4800吨标煤。,节能工作三个方面的积极意义,1、节能是解决能源供需矛盾的 重要途径2、节能是从源头治理环境污染 的有力措施 3、节能降耗是经济可持续发展 的重要保证,1.3节能的内容及有关概念,1.3.1 节能的内容1.3.2
12、节能有关的概念,1.3.1 节能的内容,1、从节能的领域来看：包括工业节能、交通节能、建筑节能、农业节能及日常生活节能，而每一个领域又可以细分为多个领域。2、从节约能源的形式来看：包括节煤、节油、节气、节电，当然，节油也可以细分为节约柴油、节油汽油、节约煤油等；3、从广义节能的角度来看：几乎包含任何所有的物质，如节约用水、节约粮食、重复利用资源等4、从节能的方法措施领域来看：包括管理节能、技术节能、结构调整节能、EMC节能。,1.3.1 节能的内容,5、从能源转换过程来看：节能的内容包括能源开采过程节能、能源加工、转换和贮运过程节能及能源终端利用过程节能6、从节能的时空位置来看：可以说是时时可
13、节能、处处能可节能。总之，在任何地方、任何时间、任何事件上，只要我们注意到了节能这个问题，总可以找到需要我们节能的内容，正是时时、处处、事事可节能。,1.3.2 节能有关的概念,1、标准当量能源 标准当量是以该物质的燃烧热值为基准。利用标准当量作为能源消耗的单位，一方面可以将不同的能源折算成某一种能源，同时又将该种能源的不同品种折算成理论上的标准能源，如标准煤当量，标准油当量，方便了人们的节能工作。1Kg 标准煤当量=7000大卡：1Kg 标准油当量=10000大卡 1大卡=1000卡一般情况下：1卡=4.186焦耳工程中使用：1卡=4.1868焦耳在热力学中：1卡=4.184焦耳化工节能节能
14、技术手册：1卡=4.1816焦耳，可简化为1卡=4.182焦耳Mtce：表示百万吨煤当量 Mtoe：表示百万吨油当量tce：表示吨煤当量 toe：表示吨油当量,2、发热量,发热量是指单位重量（固体、液体）或体积（气体）物质在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前的温度时发出的热量，也称热值，单位为KJ/Kg或KJ/m3。在具体应用上，又将发热量分为高位发热量和低位发热量。高位发热量是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气全部凝结成水时所放出的热量；低位发热量是燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。,3、能源效率,能源系统的总效率由三部分组成：开采效率，中间环节效率和终端利用效率
15、。我国1992年能源系统的总效率为9.3%，其中开采效率仅为32，中间环节效率70，终端利用效率41。通常将中间环节效率和终端利用效率的乘积通常称为“能源效率”。如1992年我国能源效率为29%约比先进国际水平低10个百分点，终端利用效率也低10个百分点以上，目前我国的能源效率约为40%左右，相当于发达国家1990年代的水平。,能源系统总效率图,4、能源折换系数,为了方便，将不同能源及物质的消耗折算到某一标准能源，如标准煤、标准油，下表是一些常用能源及物质消耗的折算系数。,各种能源和物质消耗折标准煤参考系数（新科常用）,电力：10000度电=1.229 吨标煤 柴油：1 吨柴油=1.4571
16、吨标煤 天燃气：10000立方米=12.5 吨标煤,5、单位国民产值能耗,指每单位国民产值所消耗的能量，一般用“吨标煤/万元产值”作单位，不同年份进行比较研究时，需将国民产值进行折算，一般以某一年的不变价进行折算。,表 2000-2005期间能源消费弹性系数及产值能耗,6、单位工业增加值能耗,单位工业增加值能耗指一定时期内，一个国家或地区每生产一个单位的工业增加值所消耗的能源，是工业能源消费量与工业增加值之比。工业增加值和工业产值的区别。工业增加值是工业生产过程中增值的部分，是指工业企业在报告期内以货币形式表现的工业生产活动的最终成果，是企业全部生产活动的总成果扣除了在生产过程中消耗或转移的物
17、质产品和劳务价值后的余额，是企业生产过程中新增加的价值。,7、能源消费弹性系数,世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系。这个数值越大，说明国民经济产值每增加1%，能源消费的增长率越高；这个数值越小，则能源消费增长率越低。能源弹性系数的大小与国民经济结构、能源利用效率、生产产品的质量、原材料消耗、运输以及人民生活需要等因素有关。,能源消费弹性系数=,能源消费的年增长率,国民经济年增长率,8、能源效率标识,是指表示用能产品能源效率等级等性能指标的一种信息标识，属于产品符合性标志的范畴。我国的能源效率标
18、识张贴是强制性的，采取由生产者或进口商自我声明、备案、使用后监督管理的实施模式。能效标识按产品耗能的程度由低到高，依次分成5级。等级 1 表示产品达到国际先进水平，即耗能最低；等级 2 表示比较节电；等级 3 表示产品能源效率为我国市场的平均水平；等级 4 表示产品能源效率低于我国市场平均水平；低于5级的产品不允许上市销售 能效指数,9、当量热值和等价热值,当量热值又称理论热值（或实际发热值）是指某种能源一个度量单位本身所含热量。等价热值是指加工转换产出的某种二次能源与相应投入的一次能源的当量，即获得一个度量单位的某种二次能源所消耗的，以热值表示的一次能源量，也就是消耗一个度量单位的某种二次能
19、源，就等价于消耗了以热值表示的一次能源量。因此，等价热值是个变动值。某能源介质的等价热值等于生产该介质投入的能源与该介质的产量之比或该介质的当量热值与转化效率之比。如二次能源电力1kWh当量热值等于3600KJ，而等价热值则为11840KJ，也就是说热量转化为电的效率为30.4%。,等价热值=,当量热值,转化效率,10、温室效应及温室气体,指地球大气的温室效应，可能导致全球变暖，引发全球环境问题。由于包围地球的大气中，含有二氧化碳、氟利昂、甲烷、臭氧、一氧化二氮等微量温室气体，它们可以让大部分太阳辐射到达地面，而强烈吸收地面放出的红外辐射，只有很少一部分热辐射散失到宇宙空间中去，从而形成大气的
20、温室效应 温室气体共有30 余种，京都议定书 中规定的六种温室气体包括如下：二氧化碳（C02)；甲烷（CH4)；氧化亚氮（N2O)；氢氟碳化物（HFCS)；全氟化碳（PFCS)；六氟化硫（SF6）。,11、循环经济,循环经济的核心是资源的循环利用和高效利用，理念是物尽其用、变废为宝、化害为利，目的是提高资源的利用效率和效益，统计指标是资源生产率（单位资源GDP)。简单说，循环经济是从资源利用效率的角度评价经济发展的资源成本。具有一定的区域性限制。,12、低碳经济,低碳经济是一个比较新的概念，在国外2003年才提出，使用的概念较多，也没有形成共同的认识。低碳经济的核心是节约能源，提高能源使用效率
21、、提高可再生能源的比重，减少温室气体排放；口号为地球是我们的唯一家园，保护全球环境是人类的共同责任；统计指标是碳生产率即排放1吨二氧化碳产出的CDP。因此，低碳经济是从保护全球环境的角度评价经济发展的环境代价。,1.4节能的层次及准则,1.4.1 节能的层次1.4.2 节能的准则,1.4.1 节能的层次,1、不使用能源 这是一个最简单易行的节能工作，如不开车外出，不用空调。目前世界上和我国有些大城市设立的无车日就属于不使用能源来达到节能减排目的这个层次的工作，但这个层次节能工作的实际效果不一定十分理想，还不是真正意义上的节能，对节能工作的宣传教育意义大于实际的节能效果，其主要目的还是引起人们对
22、节能工作的重视，使人们认识到，如果没有能源将会给人们工作和生活带来的不便，从而更加自觉的节约能源。,2、降低能源的使用质量,这是一个比较可行的节能方法，例如通过降低驾车的速度来减少汽油的消耗，当然这个速度的减少是相对与高速行驶而言，它通过行车时间的增加来换取能源消耗的减少，对于那些对时间要求不是十分紧迫的情况而言是可行的，但当时间价值大于所节约的能源价值时，该方法就显得不可行。另外像降低热水器温度、提高空调房间设定的温度在不影响基本生活质量的前提下，适当降低一点生活的舒服程度就可以带来一定的节能效果，这在某些情况下是值得推广的一种节能方法。,3、通过技术手段提高能源使用效率,这一层次的节能工作
23、属于目前正在采用的真正意义上的节能工作，通过各种技术手段，在不改变生产、生活质量的前提下，减少能源的消耗。开发和推广应用先进高效的能源节约和替代技术、综合利用技术及新能源和可再生能源利用技术。加强管理，减少损失浪费，提高能源利用效率。例如前面提及的驾车问题，在所用时间不变，甚至减小情况下，通过提高发动机的燃烧效率或改进汽车结构使能源的消耗减少。,4、通过调整经济和社会结构提高能源利用效率,这是一个最高层次的节能工作，主要通过调整产业结构、产品结构和社会的能源消费结构，淘汰落后技术和设备，加快发展以服务业为主要代表的第三产业和以信息技术为主要代表的高新技术产业，用高新技术和先进适用技术改造传统产
24、业，促进产业结构优化和升级换代，提高产业的整体技术装备水平。经济和社会结构的调整和转型必须结合各地的实际情况，选择合理的替换产业和社会能源消费模式，否则不顾各地的实际情况，全国都上马某一种认为是能源使用效率高、社会效益好的项目可能适得其反,1.4.2 节能的准则,准则就是标准和原则中国有关节能的准则：1998年实施的中华人民共和国节约能源法 1999年3月10日公布并实施的重点用能单位节能管理 2001年1月8日公布并实施的节约用电管理办法 2000年8月25日公布并实施的关于发展热电联产的规定2006年1月1日 实施中华人民共和国可再生能源法中国有关节能的标准 GB50189-2005公共建
25、筑节能设计标准 JGJ26-1995 民用建筑节能设计标准 GB/T 14951-1994 汽车节油技术评定方法 JT/T 306-1997汽车节能产品使用技术条件 GB/T15320-2001节能产品评价导则,世界节能准则及标准,欧盟在2006年重新制订并实施新的终端能源效率和能源服务准则。并要求各成员国将根据新的准则，在2007年6月30日前制定出相应的行动计划，以实现欧盟到2016年，每年的能源消耗减少9的目标。1973年日本制定了节能法，实施节能制度，推广节能设备，加快节能技术研发，并先后颁布了“企业节能准则”、“汽车燃料标准”、“建筑节能准则”以及“居民房屋节能准则”,从技术层面来节
26、能工作准循准则,最大限度地回收和利用排放的能量（内部消化利用）能源转换效率最大化（改进设备工艺）能源转换过程最小化（合理选择能源种类）能源处理对象最小化（预处理及其他）,1.5 节能量及节能率计算,1、节能量定义节能量 energy saved 满足同等需要或达到相同目的条件下，使能源消费减少的数量。基本公式：E企业产值（或增加值）、产品、服务等总节能量，单位为吨标准煤（tce）；E报告期统计报告期企业单位产值（或增加值）综合能耗，单位为吨标准 煤每万元（tce/万元）；【可以是其它单位】E基准期基期企业单位产值（或增加值）综合能耗，单位为吨标准煤每万 元（tce/万元）；【可以是其它单位，如
27、tce/单位产品】G报告期统计报告期企业的产值（或增加值，可比价格），单位为万元。【可以是 其它单位，如产品数量】,若报告期和基准期的产量或产值不同，需要将 基准 期能量总消耗校正到和报告期相同,企业节能量 energy saved of enterprise 企业统计报告期内实际能源消耗量与按比较基准值计算的能源消耗量之差。主要有按产品(或服务)综合能耗计算的节能量和按产值综合能耗计算的节能量。产品总节能量 total energy saved of productions 企业统计报告期内各种产品（或服务）的能源消耗总量与按比较基准计算的能源消耗总量之差。用统计报告期产品单位产量能源消耗量
28、与基准期产品单位产量能源消耗量的差值和报告期产品总量计算（相乘）的节能量 产值总节能量 total energy saved of output value 企业统计报告期和基期单位产值能源消耗量变化所实现的能源节约量。也即，报告期单位产值能源消耗量与基准期单位产值能源消耗能耗之差乘以报告期总产值，计算的能源节约量。技术措施节能量 energy saved of technique 企业实施技术措施前后能源消耗变化量。产品结构节能量 energy saved of product mix variety 企业统计报告期内由于产品结构发生变化而产生能源消耗变化量。也即结构调整前后单位产值能耗构成
29、不同产生的节能量。,2、节能量计算实例,例：某企业2005年产值5000万元，每万元产值总耗能2tce,2008年产值10000万元，每万元产值总耗能1.7tce,试求该企业2008年相对于2005年的节能量及节能率？解：,节能量：,节能率：,按节能工作的深浅程度及广度分节能方法,1、管理节能方法2、技术节能方法3、产业结构调整节能方法4、需求侧方节能管理方法 它是电力管理节能的一种方法。通过对用户用电负荷的合理分配、协调管理从而减小了最大负荷的电力，以同等的电力供应满足更大的电力需求，进而减少了电力设施的投入，达到节能的目的 5、合同管理节能方法 EMC是合同能源管理（ENERGY MANA
30、GEMENT CONTRACT）的简称，它是70年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的全新的节能新机制。EMC公司的经营机制是一种节能投资服务管理，客户见到节能效益后，EMC公司才与客户一起共同分享节能成果，取得双嬴的效果。,管理节能方法,管理节能方法a.真空/压缩气能耗管理：生产部门每日定期检查输送管道，排除所有不必要的消耗和减少泄露点，已达到能源消耗降到最低点。b.办公室空调系统能耗管理：调整开机时间，从以前的早上7点延迟到7点半开机。中班20:00到22:00关空调。并且调高温度到25C+/_ 2C。工作时段温度控制在24度至28度之间，在17:0019:00和23:00至次日
31、早上7:00AM时段按实际人员执行按需开关空调的节能模式.上班提前半小时（7:007:30）由区域保安分区送空调。并且在节假日办公室人员不多的情况下少开或不开空调，保安定时巡查监控。在冬天外界温度低的状况下，关闭办公室空调，做到最大限度的节能。c.办公区域照明系统管理方案及建议节能行动。办公室照明系统做到人走关灯。在节假日办公室人员不多的情况下执行按需用电制度。针对不同照明应用环境,各部门应制定出相应的“以人为本”,按需照明的节能模式,以达到最佳最经济的运行效果。并且执行单一区域责任制，下班后,在主通道和部分安全区域保留长明灯,其余区域执行人走关灯制度。区域保安定时巡查监控，并通报违纪行为给区
32、域责任人和部门。生产车间照明系统，在吃饭作息时间，生产部执行关灯制度，仅保留安全应急照明需要。生产部纪律检查员巡查监控。d.办公用电脑,做到人走开时关闭显示屏电源。下班时关闭显示屏电源和主机电源。IT部将监控自主执行情况，不自觉的耗能行为IT将使用软件监控出相应使用者并通报给部门总监加强执行力度。e.加强生产设备运行管理。在节假日和吃饭休息时间,在不引响重新运行的情况下,尽可能大的关闭设备电源和生产线。加强工场寻查,排查每一个气源的泄漏。针对停产车间,照明仅保留长明灯。适当提高环境温湿度控制,卸载空调负荷。f.争当节水节电宣传员和监督员。积极宣传节约用水用电的意义，看到浪费水电的行为及时劝阻，让更多的人和我们一样懂得节水节电的重要性，共同节约水电资源。g.对所有中央厂房/生产高能耗,大功率设备制作统计台帐，加强设备的能耗监控。,
