一、节能与可持续发展

    节约能源、提高能源效率是解决环境问题、增强经济竞争力和确保能源安全的关键因素，是实施可持续发展战略的优先选择。改革开放以来，我国节能工作取得举世瞩目的巨大成就，年均节能率（单位GDP能耗下降率）为发达国家平均水平的3.6倍。

    节能与经济增长关系

    改革开放以来，我国节能工作取得很大成效，在20世纪最后的20年中，我国国内生产总值年均增长9.7%，而一次能源平均增长仅4.6%，能源消费弹性系数为0.47。这就是说国民经济翻两番多，而能源只翻了一番多，做到了经济发展中能源一半靠开发，一半靠节约。20年中单位产值能耗大幅度下降，我国下降64%，同期内经合组织国家单位产值能耗平均下降20%，全世界平均下降19%。经过20年的努力我国终端能源利用效率和能源效率与国际先进水平差距缩小，终端能源利用效率由1980年的34.4%提高到2000年的49.2%，提高了14.8个百分点，能源效率由1980年的25.4%，提高到2000年的33.4%，也提高了8个百分点。

    与国外的差距主要表现在单位产值能耗方面。如按汇率计算，2000年中国每百万美元国内生产总值（GDP）能耗为1274吨标准煤，为日本的9.7倍，为美国的3.5倍，为世界平均的3.4倍（世界平均为377吨标准煤）；但如果按购买为平价（PPP）计算，中国每百万美元国内生产总值（GDP）能耗为276吨标准煤，仅比日本高20%（日本为230吨标准煤），仅为美国的78%（美国为357吨标准煤），比发达国家（OECD）平均值低8%。从这些数字可以看到我国节能潜力巨大，但是节能的难度也比以往20年要大。

    我国必须坚持节约优先，走一条跨越式节能的道路，建设节能型社会。这是因为：其一，中国未来的能源增长需求巨大。中国正处于工业化和城市化加速发展阶段，也是能源消耗快速增长的时期。目前，中国能源消费总量居世界第二位，占世界能源消费总量的1/11以上，能源供给和能源安全问题已经显现。由于我国人口多，2003年人均能源消费量仅1.24吨标准煤，人均增加一点，总量就会增加很多；如果未来中国能源消费总量超过美国，产生的问题是难以预料的。其二，中国能源需求结构发生了很大变化。世界各国在工业化过程中都经历了一个能源消费从以煤炭为主向以油气为主的转变。20多年来，在我国煤炭消费比重下降的同时，油气消费比重也快速增加。1993年，中国从石油净出口国变成石油净进口国。随着小汽车进入家庭，油气等优质能源消费需求增加是不可避免的。中国油气资源并不丰富，要保证未来的石油供应，只能增加进口量，这将进一步加大对外依存度。

    鉴于中国人口多、人均资源不足的国情，亟须提高能效。我国不能也不应该走浪费资源、污染环境的老路，只能走一条比发达国能源效率高的新型工业化之路。节约能源、提高能源效率是企业降低产品成本、提高竞争力的重要途径。是改善生态环境，减少绿色壁垒对我国的影响、减少温室气体排放的最经济手段；是实施可持续发展战略、发展循环经济的重要内容。随着人民生活水平的提高，现在空调、电冰箱等家用电器耗能已经占我国夏季用电高峰负荷的一半以上。因此，节能关系到每一个人，需要大家的共同努力。我们必须把节能工作提高到全面建设小康社会的战略高度来认识，与控制人口、保护资源和环境放在同等重要的位置，只有这样才能形成“人人爱节约，个个懂节能”的社会风尚。

    节能与经济模式的选择

    1.循环经济的内涵与实质

    循环经济是指以资源节约和循环利用为特征的经济形态，也可称为资源循环型经济。大力发展循环经济可以从根本上改变我国资源过度消耗和环境污染严重的局面，是我国实现可持续发展战略的必然选择。循环经济的基本运行模式是自然资源—产品—再生资源的循环式、相对封闭式和非线性式经济模式，通过对经济运行的输入端、运行过程和输出端进行减量化、再利用、再循环控制，最终实现低消耗、低排放、低污染循环经济目标。循环经济的内涵是：

    （1）在经济源头，减少资源使用量和控制污染原料进入生产、消费循环。当原料进入生产之前，企业通过对不同产品的功能重新组合、制造工艺重新设计，实现不同产品功能整合化、产品体积小型化和产品质量轻型化，来减少商品消费量和降低单位产品的原料消耗量，预先实现节约资源和降低污染排放量。

    （2）在生产过程中，通过提高产品的质量、增加产品用途和实施产品零部件标准化，实现产品的耐用性、多用性和替换性；在产品使用过程中，通过反复多次使用和多种用途使用产品，来延长产品使用寿命周期，减少生产和消费中原料消耗和废弃物排放。

    （3）通过对工业废料、包装废物、旧货等加以回收利用，重新变成可以利用的资源，使垃圾资源化等，来提高资源利用率和降低环境污染。

    （4）自然资源通过循环经济运行模式之后，对于不能回收利用的最终废物进入环境之前，进行无害化或零污染处理，从而实现生态物质系统的良性循环。

    循环经济是相对于传统经济而言的。传统经济是以“资源—产品—废弃物—污染物排放”单向流动为基本特征的线性经济发展模式，表现为“两高一低”，即高消耗、高污染、低利用，是不能持续发展的模式。循环经济是以资源—产品—再生资源—产品为特征的经济发展模式，表现为“两低两高”，即低消耗、低污染、高利用率和高循环率，使物质资源得到充分、合理的利用，把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度，是符合可持续发展原则的经济发展模式。

    循环经济的主要特征是废弃物的减量化、资源化和无害化。首先在生产和生活的全过程中讲求资源的节约和有效利用，以减少资源的投入，实现废弃物的减量化；其次是对生产和消费产生的废弃物进行综合利用，体现回收再使用和循环利用的原则，达到废弃物的资源化；最后是对不能循环再生的废弃物进行无害化处理，使其不给环境带来污染。总之，发展循环经济，可以解决经济与环境之间长期存在的矛盾，达到经济与环境的双赢。

    2.发展循环经济的意义

    （1）发展循环经济是实施资源战略，促进资源永续利用，保障国家经济安全的重大战略措施。我国的资源状况是：一方面人均资源量相对不足，另一方面资源开采和利用方式粗放、综合利用水平低、浪费严重。加快发展循环经济在节约资源方面是大有可为的。

    （2）发展循环经济是防治污染、保护环境的重要途径。首先，发展循环经济要求实施清洁生产，这可以从源头上减少污染物的产生，是保护环境的治本措施。另外，各种废弃物的回收再利用也大大减少了固体污染物的排放。据测算，固体废弃物综合利用率每提高1个百分点，每年就可减少约1000万吨废弃物的排放。

    （3）发展循环经济是应对入世挑战，促进经济增长方式转变，增强企业竞争力的重要途径和客观要求。加入世贸组织后，企业面临更加激烈的市场竞争，企业要生存和发展，必须转变增长方式，走内涵发展道路。发展循环经济，可以降低产品成本，提高经济效益，使企业的竞争能力得到增强。

    近几年，资源环境因素在国际贸易中的作用日益凸显出来。绿色壁垒成为我国扩大出口面临最多也是最难突破的问题，有的已对我国产品在国际市场的竞争力造成重要的影响。对此，我们不仅要有清醒的认识，更要及时和巧妙地应对。发展循环经济在突破绿色壁垒和实施“走出去”战略中能发挥重要作用。如采用符合国际贸易中资源和环境保护要求的技术法规与标准，扫清我国产品出口的技术障碍；研究建立我国企业和产品进入国际市场的绿色通行证，包括节能产品认证、能源效率标识制度、包装物强制回收利用制度及建立相应的国际互认制度等。

    二、节能的科学发展观

    树立全面、协调、可持续发展的科学发展观，促进经济社会和人的全面发展，很重要的一个方面，就是要坚持人与自然的和谐，正确处理发展与资源、环境的关系，解决经济增长与资源环境的协调发展问题。以新的节能理念和科学发展观，大力推行和实施清洁生产，提高资源利用效率，预防污染的产生，这是实施可持续发展战略的重要措施。

    我国《清洁生产促进法》于2003年1月1日起施行，这标志着我国推行清洁生产从此进入依法全面推行清洁生产的新阶段，预示着我国推行清洁生产的步伐将大大加快。

    清洁生产的由来

    工业革命以来，特别是20世纪以来，随着科学技术的迅猛发展，人类征服自然和改造自然的能力大大增强，人类创造了前所未有的物质财富，人们的生活发生了空前的巨大变化，极大地推进了人类文明的进程。但另一方面，人类在充分利用自然资源和自然环境创造物质财富的同时，却过度地消耗资源，造成严重的资源短缺和环境污染问题。20世纪60年代发生了一系列震惊世界的环境公害事件，威胁着人类的健康和经济的进一步发展，西方工业国家开始关注环境问题，并进行大规模的环境治理。这种先污染、后治理的末端治理模式虽然取得了一定的环境效果，但并没有从根本上解决经济高速发展对资源和环境造成的巨大压力，资源短缺、环境污染和生态破坏日益加剧。末端治理环境战略的弊端日益显现：治理代价高，企业缺乏治理污染的主动性和积极性；治理难度大，并存在污染转移的风险；无助于减少生产过程中资源的浪费。

    20世纪70年代中后期，西方工业国家开始探索在生产工艺过程中减少污染的产生，并逐步形成了废物最小量化、源头削减、无废和少废工艺、污染预防等新的污染防治战略。1989年，联合国环境规划署为促进工业可持续发展，在总结工业污染防治正反两方面经验教训的基础上，首次提出清洁生产的概念，并制订了推行清洁生产的行动计划。1990年联合国环境规划署在第一次国际清洁生产高级研讨会上正式提出清洁生产的定义。1992年，联合国环境与发展大会通过了《里约宣言》和《21世纪议程》，会议号召世界各国在促进经济发展的进程中，不仅要关注发展的数量和速度，而且要重视发展的质量和持久性。大会呼吁各国调整生产和消费结构，广泛应用环境无害技术和清洁生产方式，节约资源和能源，减少废物排放，实施可持续发展战略。清洁生产正式写入《21世纪议程》，并成为通过预防来实现工业可持续发展的专用术语。从此，清洁生产在全球范围内逐步推行。

    清洁生产的定义与内涵

    1998年在第五次国际清洁生产研讨会上，清洁生产的定义得到进一步的完善。联合国环境规划署关于清洁生产的定义是：清洁生产是将综合性预防的环境战略持续地应用于生产过程、产品和服务中，以提高效率，降低对人类和环境的危害。对生产过程来说，清洁生产是指通过节约能源和资源，淘汰有害原料，减少废物和有害物质的产生和排放；对产品来说，清洁生产是指降低产品全生命周期，即从原材料开采到寿命终结的处置的整个过程对人类和环境的影响；对服务来说，清洁生产是指将预防性的环境战略结合到服务的设计和提供服务的活动中。

    我国《清洁生产促进法》关于清洁生产的定义为：清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。

    这两个定义虽然表述不同，但内涵却是一致的。《清洁生产促进法》关于清洁生产的定义借鉴了联合国环境规划署的定义，结合我国实际情况，表述更加具体、更加明确，便于理解。

    从清洁生产的定义可以看出，实施清洁生产的途径主要包括五个方面：

    ①改进设计：在工艺和产品设计时，要充分考虑资源的有效利用和环境保护，生产的产品不危害人体健康，不对环境造成危害，能够回收的产品要易于回收。

    ②选择能源：使用清洁的能源，并尽可能采用无毒、无害或低毒、低害原料替代毒性大、危害严重的原料。

    ③节能降耗：采用资源利用率高、污染物排放量少的工艺技术与设备。

    ④综合利用：包括废渣综合利用、余热余能回收利用、水循环利用、废物回收利用。

    ⑤改善管理：包括原料管理、设备管理、生产过程管理、产品质量管理、现场环境管理等。

    实施清洁生产体现了四个方面的原则：

    ①减量化原则，即资源消耗最少、污染物产生和排放最小。

    ②资源化原则，即将三废最大限度地转化为产品。

    ③再利用原则，即对生产和流通中产生的废弃物作为再生资源充分回收再利用。

    ④无害化原则，尽最大可能减少有害原料的使用以及有害物质的产生和排放。清洁生产体现了集约型的增长方式和发展循环经济的要求。

    清洁生产的特点

    ①战略性。清洁生产是污染预防战略，是实现可持续发展的环境战略。作为战略，它有理论基础、技术内涵、实施工具、实施目标和行动计划。

    ②预防性。传统的末端治理与生产过程相脱节，即先污染，后治理；清洁生产从源头抓起，实行生产全过程控制，尽最大可能减少乃至消除污染物的产生，其实质是预防污染。

    ③综合性。实施清洁生产的措施是综合性的预防措施，包括结构调整、技术进步和完善管理。

    ④统一性。传统的末端治理投入多、治理难度大、运行成本高，经济效益与环境效益不能有机结合；清洁生产最大限度地利用资源，将污染物消除在生产过程之中，不仅环境状况从根本上得到改善，而且能源、原材料和生产成本降低，经济效益提高，竞争力增强，能够实现经济效益与环境效益相统一。

    ⑤持续性。清洁生产是个相对的概念，是个持续不断的过程，没有终极目标。随着技术和管理水平的不断创新，清洁生产应当有更高的目标。

    三、节约型企业的含义

    对于节约型企业的含义，现在还没有固定的说法。但是对企业本身来说，节约型企业的含义却非常深刻。我们现在讲的节约型社会，是指在生产、流通、消费各种领域中通过采取法律的、经济的和行政的等等综合措施提高资源的利用效率，以最少的资源消耗来获得最大的经济和社会的收益，保障经济社会的可持续发展。因此，简单来说，节约型企业应该是资源消耗少、成本水平低、科技含量高、经济效益好的企业。

    其中节约两个字具有双重的含义：第一，对相对浪费的解释；第二，要求在经济运行中对资源需求实行节量化，在生产和消费中用尽可能少的资源或者利用可再生的资源，创造相同的财富或者更多的财富。从这个含义上来说，节约型企业是我们追求的目标。加强成本管理是建设节约型企业的一个目标之一，目的是使企业获得更多的效益。但是节约并不一定就意味着控制成本而限制发展。创建资源节约型社会、创建资源节约型企业是一个全社会的工程，需要全社会的努力，其中政府是一个很重要的因素。政府起领导、导向的作用。为了促进这项工作开展，我们国家的有关部门正在考虑拟选一批资源消耗大、在国民经济中发挥着重要作用的企业予以重点监测，考虑从中央企业里选出一批重点存在节能降耗空间的企业，加强他们对资源消耗的管理。

    发展节约型社会，建设节约型企业，首先是资源的节约。节约型社会首先是资源节约型社会，节约型企业首先是资源节约型企业。建立资源节约型社会的必要性是由资源的有限性决定的。地球上任何一种自然资源都是有限的。据有关资料显示，地球上尚未开采的原油储藏量已不足2万亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应面临枯竭。另据有关资料，世界上的森林到1998年为止，已经消失了一半，而且还在以每年1600万公顷的速度减少。有关调查表明：地球上有3.4万种野生植物即将灭绝，这个数字占世界各地已知的蕨类植物、松柏类植物和开花类植物总数的12.5%。到2025年，全世界2/3的人口将受到用水短缺的影响，也就是说，世界上的绝大多数人都必须掂量着用水。与其他国家相比，我国资源短缺问题更加突出。我国人均土地只有世界平均水平的一半；在全国600多个城市中，有400多个城市供水不足；到2010年，我国现有的45种主要矿产中可以满足经济社会发展需要的仅有21种。日益严重的资源短缺决定了我们必须建立资源节约型社会。

    建立资源节约型社会是我国实现现代化的必然选择。我国社会主义制度建立在社会生产力不发达的基础之上，要缩短与发达国家的差距，实现现代化，必须长期坚持艰苦奋斗、勤俭节约。而建立资源节约型社会，是长期坚持艰苦奋斗、勤俭节约的必然选择。

    节约资源是人类社会发展的永恒主题。人类需求的无限性与资源的有限性之间的矛盾是人类生存的永恒矛盾。即使在古代社会，人口少，资源相对丰富，但因人们创造财富的能力有限，这一矛盾仍然存在。唐朝诗人白居易说：“天育物有时，地生财有限，而人之欲无极。以有时有限奉无极之欲，而法制不生其间，则必物暴殄而财乏用矣。”可见，古人就已认识到人类需求的无限性与资源有限性之间的矛盾。到了今天，这一矛盾就更加突出，因而更加需要节约资源。

    能源的紧缺问题是世界性的问题，同时，对于我国更是长期制约国民经济发展的一个突出问题。能源的紧张需要全社会来关注。节约要落实到每一个环节、每一个人。同时，我们也要发展更多的新型能源，比如风能、煤变油，甚至将来更多地使用核能。从长远来看，必须把节约和技术创新有机地结合起来，才可能从根本上缓解能源紧张问题。

    四、余热资源

    在各种类型的企业中，余热资源大量而普遍存在，特别在钢铁、石油、化工、建材、轻工和食品等行业的生产过程中都存在着丰富的余热资源，被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源，因此充分利用余热资源是企业节能的主要内容之一。

    在各种生产过程中，往往会生成具有热能、压力能或具有可燃成分的废气、废汽、废液等产物，在不少化学工艺过程中，还会有大量化学反应热释放出来。有些产品还可能会大量地物理显热。这些带有能量的载能体都称为余能，俗称余热。这些余热资源可用于发电、驱动机械、加热或制冷等，因而能减少一次能源的消耗，并减轻对环境的热污染。

    能量有品位的高低，而热能是属低品位的能，它也可用从它转换为高品位能和直接利用时的难易程度或作用大小来区分其量的高低。通常用温度高低来评价热能品位是一种比较简单和直观的方法。获得热量的温度越高，则利用方便；温度低的热量利用就困难。当温度低到环境温度时，它就无法利用了。

    我国工业企业的余热利用潜力很大，余热利用在当前节约能源中占重要地位。余热资源的回收利用要求工艺上需要、技术上可行、经济上合理和保护环境，因此不是件轻而易举的事。如何应用当代最新科学技术充分利用余热资源是摆在我们面前的重要任务和研究课题。

    余热资源是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量。它不仅决定于能量本身的品位，还决定于生产发展情况和科学技术水平，也就是说，利用这些能量在技术上应该是可行的，在经济上也必须是合理的。例如欲回收100℃以下的低温余热，就要有解决相应技术难题的能力；要从高温高腐蚀性介质中回收余热，首先必须有耐热耐蚀性很强的材料等。因此，余热资源的数量是随着生产和科学技术的发展水平而不断变化的。

    必须指出，余热回收固然很重要，但最根本的问题还在于尽量减少余热的排出，这方面的主要措施是降低排烟温度，减少冷却介质带走的热量，减少散热损失，提高热工设备本身的效率等。

    余热资源分类

    1.按来源划分

    按余热资源的来源不同可划分为如下六类。

    （1）高温烟气的余热

    这种余热数量大，分布广。高温烟气余热分布在冶金、化工、建材、机械、电力等行业，如各种冶炼炉、加热炉、石油化工装置、燃气轮机、内燃机和锅炉的排汽排烟，某些工业窑炉的高温烟气余热甚至高达炉窑本身燃料消耗量的30%～60%。它们温度高、数量多，回收容易，约占余热资源总量的50%。

    （2）高温产品和炉渣的余热

    工业上许多生产要经过高温加热过程，经高温加热过程生产出来的产品如金属的冶炼、熔化和加工，煤的汽化和炼焦，石油炼制以及烧制水泥、砖瓦、陶瓷、耐火材料和熔化玻璃等，它们最后出来的产品及其炉渣废料都具有很高的温度，达几百至1000℃以上，通常产品又都要冷却后才能使用，在冷却时散发的显热就是余热。这部分余热往往占设备燃料消耗量的比重较大，如炼钢炉渣显热占冶炼燃料热的2%～6%，有色金属冶炼炉渣占10%～14%。我国每年由冶金炉渣带走的热量相当于2兆吨标准煤。从每吨热焦炭中可回收的热量相当于40千克标准煤，每吨热钢坯可回收显热67兆焦，相当于加热量的1/4。现在炼钢工业中采用的干法熄焦、连铸、热装连轧等新工艺，就是回收这部分余热。高温产品和炉渣的余热约占余热资源总量的6%～4%。

    （3）冷却介质的余热

    为保护高温生产设备，或生产工艺的需要，都需要大量的冷却介质。常用的介质是水、空气和油。它们的温度受设备要求的限制，通常较低，如电厂汽轮机冷凝器的冷却水，不能超过25℃～30℃，内燃动力机械的冷却水大约为50℃～60℃；温度最高的是冶金炉和窑炉冷却水，也不过80℃～90℃。因此，对这部分低温余热的利用比较困难，需要较大的设备投资，如利用热泵或低沸点工质动力设备等。不过这部分余热量还是相当多的，约占余热资源总量的15%～23%。如冶金炉的冷却介质余热占燃料消耗量的10%～25%，高炉占2%～3%，凝汽式发电厂各种冷却介质带走的热量约占其燃料消耗量的50%。

    （4）可燃废气、废液和废料的余热

    生产过程的排气、排液和排渣中，往往含有可燃成分。这种余热约占余热资源总量的8%。如转炉废气、炼油厂催化裂化再生废气，炭黑反应炉尾气、造纸生产中的纸浆黑液，以及煤焦油蒸馏残渣等。

    （5）废汽、废水余热

    这是一种低品位蒸汽及凝结水余热，凡是使用蒸汽和热水的企业都有这种余热，这部分包括蒸汽动力机械的排汽（其余热占用汽热量的70%～80%）和各种用汽设备的排汽，在化工、食品等工业中由蒸发，浓缩等过程产生的二次蒸汽，还有蒸汽的凝结水、锅炉的排污水以及各种生产和生活的废热水。废水的余热约占余热资源的10%～16%。

    （6）化学反应余热

    化学反应余热主要存在于化工行业，它是一种不燃料而产生的热能，它占余热总量的10%以下。例如硫酸制造过程中利用焚硫炉或硫铁矿石沸腾炉产生的化学反应热，使炉内温度达到850℃～1000℃，这部分热量可用于余热锅炉生产蒸汽，约可回收60%。

    由上述可知，余热的来源各异，不同工业行业的余热性质和数量相差很大。据估计，冶金部门总余热资源占其燃料消耗量的50%以上，机械、化工、玻璃搪瓷、造纸等企业占25%以上。

    2.按温度划分

    （1）高温余热

    高温余热指温度高于500℃的余热资源。属于高温范围的余热大部分来自工业炉窑。其中有的是直接燃烧燃料产生的，如熔炼炉、加热炉、水泥窑等；有的主要靠炉料自身燃烧产生的，如沸腾焙烧炉、炭黑反应炉等。国外城市垃圾热值为3349～10465千焦/千克，离开焚烧炉的烟温达到840℃～1100℃，可以回收利用。

    （2）中温余热

    温度在200℃～500℃之间的余热资源属中温余热。各种热能动力装置及某些炉窑设备中的高温气体在燃烧室或炉膛中做功或传热后排出的气体一般在中温范围内。这档余热温度比较适中，有些可以继续做功，有些可生产蒸汽或预热空气等，利用前景良好。

    （3）低温余热

    温度低于200℃的烟气及低于100℃的液体属于低温余热资源。

    低温余热的来源有两个方面：一是有些余热在排放时本身的温度就是低的；另一方面是在高温、中温余热回收中仍然会有剩余的低温余热排放，由于低温余热回收时温差小，换热设备庞大，经济效益不太明显，回收技术也较复杂，因此过去对此不予重视。但当低温余热面广量大时，回收总量也十分可观。随着能源的短缺和科技的进步，近年来对低温余热的回收利用日益重视并取得了进展。

    可资利用的余热资源

    我国可资利用的余热资源非常丰富。据不完全统计，主要行业工业余热约占工业总能耗的15%。

    （1）冶金工业

    总体来看，钢铁工业可回收的余热资源约为总能耗的50%。一座现代化的钢铁厂所排放出来的能量有40%存在于各种介质的高温气体中，15%是低温蒸汽和热水，还有10%为辐射损失，可见其节能潜力很大。

    （2）石油工业

    石油加工过程中需消耗燃料、蒸汽、电力等各种能源。据石油工业部统计，每加工1吨原油平均消耗燃料（油及气）42.42千克，蒸汽570千克，电力34.5千瓦/时。将它们统一折算相当于358×104千焦，其中50%以上的能源消耗是通过各种油加热炉和蒸汽锅炉的烟气热；被空气冷却器和水冷却器排放而损失掉的，其中相当一部分还比较集中，可以利用。例如一座年产250万吨的炼油厂，通过空冷、水冷和烟道三方面排走的热量高达每小时480×106千焦，其温度都在100℃～550℃范围内。

    （3）化工工业

    化工企业所消耗的能量约占总能耗的20%，但能量利用率不高。原因主要是由于工序车间操作条件的改变，部分能量由于工艺物流的降温、降压而释放出来，成为废热和废功散失于周围环境中。以轻柴油和石脑油为原料的大型乙烯装置中，裂解气温度高达800℃左右，可以用来生产高压蒸汽。以重油为原料的合成氨厂中，汽化炉里进行强化放热反应，裂解气温度高达1350℃，也可以用来生产高压蒸汽。一套年处理量为240万吨的大型催化裂化装置，可供回收的能量达2万千瓦，除了可满足本装置主风机需要的巨大动力（1.5万千瓦）以外，尚有余力发电，供全厂使用。

    由于世界性能源危机的冲击以及化工生产向大型化发展，促使将动力系统引入化工生产并和工艺系统密切结合。例如大型合成氨厂中由于采用了高压余热锅炉、蒸汽轮机及离心压缩机，可以达到基本上不需外供电，能量利用率从20世纪50年代的大约30%一下子提高到60%以上。

    （4）机械工业

    机械行业中有各种加热设备及炉窑。余热资源也相当丰富，例如锻件加热炉的烟气温度高达1000℃以上。可利用余热锅炉产生蒸汽。蒸汽锻锤的排汽压力在大气压以上，而且数量也大。如某汽车制造厂的锻造分厂锻锤排汽就达每小时13吨以上。每年损失热量折合标煤5000多吨。又如各种热处理炉的排气温度达425℃～650℃，干燥炉和烘炉的排气温度达230℃～600℃，这些都是很好的余热资源。

    （5）其他工业

    造纸、玻璃、建材、丝绸、纺织、食品等工业部门均有丰富的余热资源，例如各类工厂供热系统产生的凝结水，以往多数不予回收，造成的燃料浪费达5%～8%。又如一些设备和部件的工业冷却水，水温为35℃～90℃，是极为广泛而大量的低温余热资源。

    五、空调系统节能

    中央空调耗能一般有三部分：空调冷热源、空调机组及末端设备、水或空气输送系统。这三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右，是空调节能的主要内容。

    空调系统设备的能源利用效率通常用能效比（EER）表示。能效比为空调提供的冷（热）量与空调提供冷（热）量时所消耗的能量之比。因而，能效比越高的设备或系统，在满足相同的冷（热）量需求时，所需消耗的电能就越少。节约空调系统能耗的关键在于提高空调系统的能效比。要提高空调系统的能效比，就要选用能量利用效率高的设备和系统形式，并避免设备容量配备过大，同时在只有部分负荷时，该系统能够高效率地工作。

    对于一个大型建筑，采用多分区空调对节能有利。由于同一建筑物平面和竖向各处空调负荷差别很大.各个房间要求的室内空气参数不同，为做到节能与经济运行，应将系统分区。例如，体型很大的建筑的周边区受室外气温变化和太阳辐射的影响较大，不同朝向房间的四季空调负荷随室外气象条件变化，而内区的空调负荷则较为稳定。除了按朝向分区外，还可按建筑物不同用途、不同的使用时间进行分区，以满足不同的使用要求。

    空调制冷机是空调系统的心脏，其能耗在整个空调系统中所占比重很大。按目前我国一般情况，夏季制冷以电动冷水机组一次能效比最高，其中又以离心机组能效比最高；但不同型式的机组单机制冷量范围不同。由于制冷机组大部分时间在部分负荷下工作，此时效率小于在满负荷运行时，因而宜选择部分负荷性能较好的产品。采用变频调速技术的设备，具有良好的能量调节特性。合理配置机组的台数及容量大小，以便在运行中根据负荷的变化进行机组的合理调配，可使设备尽可能满负荷高效率运转。

    一般空调水系统的输配用电，在冬季供暖期间约占整个建筑动力用电的20%～25%；夏季供冷期间约占12%～24%，因此水系统节能也具有重要意义。目前，空调水系统存在着许多问题，如：选择水泵是按设计值查找水泵样本的铭牌参数，而不是按水泵的特性曲线选定；不是对每个水环路都进行水力平衡计算等。按照实际需要选用空气处理设备和水泵，采用变风量系统和变流量水系统，组织良好的气流，注意水系统分支环路的水力平衡，都有利于降低空调风机、水泵的能耗。

    国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多，但与国外先进水平比较，主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用质量轻、单位风机功率供冷（热）量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理，漏风量少，空气输送系数大的机组。

    由于电网峰谷差值日益增大，蓄冷空调正在发展。即在电网低谷负荷时，用蓄冷空调设备制冷，将冷量以冷冻水、冰或凝固相变材料的方式储存起来，而在空调高峰时段，即电网高峰时段，利用储存的冷量向空调系统供冷，从而减少空调制冷设备容量、降低系统运行费用，也有利于电网削峰填谷。

    采用蓄冷系统时，有两种负荷管理策略可考虑。当电费价格在不同时间里有差别时，可以将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。可选用一台能储存足够能量的传统冷水机组，将整个负荷转移到高峰以外的时间去，这称为全部蓄能系统。这种方式常常用于改建工程中原有的冷水机组，只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置，但需注意原有冷水机组是否适用于冰蓄冷系统。这种方式也适用于特殊建筑物需要瞬时大量释冷的场合，如体育馆建筑物。在新建的建筑中，部分蓄能系统是最实用的，也是一种投资有效的负荷管理策略。在这种负荷均衡的方法中，冷水机组连续运行，它在夜间用来制冷蓄存，在白天利用储存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14小时扩展到24小时，可以得到最低的平均负荷，需电量大大减少，而冷水机组的制冷能力也可以减少50%～60%或者更多一些。蓄冷空调从该系统本身的运行角度上看并不节能，也不经济；但从全社会的角度上看，由于利用了电网低谷负荷，是一种效益良好的空调节能技术。

    热泵也具有良好的节能效果。热泵有空气源热泵、水源热泵和地源热泵等，各有其适用条件。

    目前我国空调系统主要用空气源热泵作为冷热源，由于室外机受环境、空气、季节性温度变化规律的制约，夏季供冷负荷越大时对应的冷凝温度越高。众所周知，制冷系统冷却水进水温度的高低对主机耗电量有重要影响，一般推算，在水量一定的情况下，进水温度提高1℃，压缩机主机电耗约增加2%，溴化锂主机能耗提高约6%。以土壤取代或部分取代目前的空气热源，无疑将有广泛的应用前景和明显的节能效果。与地面环境空气相比，地面5米以下全年土壤温度稳定且约等于年平均温度，可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，即分别将地热能作为夏冬两季的低温热源和高温热源。从原理上讲，土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。

    已有的研究表明，土壤热源热泵的主要优点有：节能效果明显，可比空气源热泵系统节能约20%；埋地换热器不需要除霜，减少了冬季除霜的能耗；由于土壤具有较好的蓄热性能，可与太阳能联用改善冬季运行条件；埋地换热器在地下静态的吸放热，减小了空调系统对地面空气的热及噪声的污染。地源热泵空调系统将热泵的高能量利用效率与对土壤的可再生蓄热能利用结合起来，能效比很高。通过输入少量高品位能源（电能），可实现低温热源向高温热源的热量转移。在冬季将地热“取”出用于采暖或热水供应，在夏季将室内热量提取后释放至地层内。所以若能用土壤热源热泵部分取代空气源热泵，必然节约能源并可形成新的空调产品系列。

    中央空调系统设计的基本要求是要向空调房间输送足够数量的、经过一定处理了的空气，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温度和湿度。当室内余热发生变化而又需要使室内温度保持不变时，可将送风量L固定，而改变送风温度，也可将送风温度不固定，而改变进风量。那种固定送风量而改变送风温度的空调系统，一般称其为定风量系统。对于服务于多个房间（或区域）的定风量空调系统来说，由于经过空调设备处理过的空气送风温度一定，为了适应某个房间（或区域）的负荷变化，往往需要设立再热装置，才能维持所要求的温度、湿度，否则会产生过冷现象，使经过冷却去湿处理过的空气又进行再热处理，这显然是一种能量的浪费。

    对于多数舒适性空调要求来说，并不需要十分严格的温度和湿度控制。变风量系统则可以克服上述缺点，它可以通过改变送到房间（或区域）里的风量来满足这些地方负荷变化的需要。因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。在一幢大型民用建筑中，各个朝向的房间一天中最大负荷并不出现在同一时刻。对于定风量系统，总风量是固定的，因而只能按各房间的最大负荷来设计送风量。而变风量系统则可以适应一天中同一时间各朝向房间的负荷，并不都出于最大值的需要，空调系统输送的风量（实际上输送的是能量）可以在建筑物各个朝向的房间之间进行转移，从而系统的总设计风量可以减少，空调设备韵容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。

    合理布置空调器，才有利于其效率的发挥。如分体式空调器室内机应安装在送出的冷气或热风可以到达房间内大部分地方的位置，并使送出的风不受阻挡，以使室温均匀；其室外机应安装在通风良好处，侧边及上部留有足够空间，以利于抽风，提高换热效果，并设遮篷，避免日晒雨淋。还要注意清除换热器上的积灰，以提高实际运行的能效比。

    六、电机系统节能

    电动机作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力，被广泛应用于工业、商业、国防、公用设施等各个领域。电动机的用电量在世界各国的总用电量中都占有相当大的比重。在中国，电动机的用电量已经占到社会总用电量的60%以上。

    为满足不同机械设备传动和动力的需要，中国小型电动机产品品种已发展到140余个系列，600多个品种，5000余个规格；广泛用于化工、石化及煤炭工业的小型防爆电动机已生产130个系列、2000余个规格。目前中国电动机应用市场主要由四大系列组成：JO2系列、Y系列、Y2系列和YX、YX2系列。

    根据中国电器工业协会电机分会的统计数据，2001年中国大、中、小型交流电动机市场总容量约为44100兆瓦，其中大型电动机约为3200兆瓦，占7.3%；中小型电动机为40920兆瓦，占92.7%。中小型电动机中小型电动机为31500兆瓦，占中小型电动机总量的71.5%，中型电动机为9400兆瓦，占中小型电动机总量的21.2%。小型电动机是中国电动机市场中量大面广的产品。

    中国已具备生产高效电动机的技术条件，但由于市场条件不够成熟，产量和市场容量都较小。1998年高效电动机市场主要是出口美国符合NEMA标准的电动机产量比例还不到2%。1999年高效电动机市场为电动机市场的2%，2000年为4.7%，2001年也只有6.5%。其中70%以上为出口，用于中国市场的产品很少。

    目前中国所生产的高效电动机，有32%用于国内市场，67%则出口国外。其中，美国、加拿大（采用NEMA标准）、欧洲（采用IEC标准）和澳大利亚是主要的出口地。

    从目前各行业电动机的使用情况看，主要还是Y/Y2系列电动机，而且还有相当一部分是JO系列电动机，高效电动机则主要用于石油和城市给排水行业。从行业对电动机的要求来看，石油、石化、化工、纺织、电力、给排水等行业对高效电动机将有一定的市场需求。

    电动机能效水平的提高对于节约能源、环境保护以及资金节约来讲均具有重要意义。我国2001年实际发电量为14650亿千瓦时，其中约有50%的电能由电动机转换成机械能，因此电动机的输入电能为7325亿千瓦时，如果电动机效率提高2%，就可节约146亿千瓦时的电能，相当于2个100万千瓦电站的年发电量，从而可以大大减少一次能源的消耗和二氧化碳的排放，并可相应节省电站建设的投资和电动机用户的电费支出，因此电动机能效水平的提高有着重要的社会和经济意义。

    高效电机

    由于世界各国的电动机用电量都占到了全国发电量的50%～60%以上，因此提高电动机效率对节约电能具有重大意义。目前电动机虽然具有比较高的效率，然而新的高效设计进一步降低了损耗，提高了效率，节省了电费。设计、材料和制造技术的改进，使得高效电动机比标准电动机在性能上更胜一筹。

    那么，电动机损耗降多少、效率提高多少才算高效电动机呢？

    在中国，我们通常说的高效电动机是高效率三相异步电动机，也就是效率水平达到或超过国家标准《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》GB 18613P2002所规定的节能评价值的电动机，其总损耗比Y系列电动机降低20%～30%，效率提高2%～3%以上。

    在美国，按照美国“全国电气设备制造商协会标准”（NEMA）规定，高效电动机要比标准电动机效率提高2%～6%，损耗下降20%～30%。美国通过1997年10月颁布的EPAct能源法案开始实施NEMA标准作为最低能效标准。此外，美国还出现了超高效电动机，其效率高于NEMA电动机0.8%～4%。

    在欧洲，通过“欧洲电动机和电力电子制造商协会——欧盟能源组织协议”，对每一个规格的电动机都规定了高低两档效率指标，产品的效率值低于低指标的称为eff3电动机，介于低指标和高指标之间的称为eff2电动机，高于高指标的称为eff1电动机，即高效电动机。

    企业应用的异步电动机依工作状况可分为频繁启动、间断工作和连续工作三类。为了提高电动机的运行效率，要尽可能使生产机械在各种状态下所需要的能量与电动机输入能量相等，有效利用电能。在设计制造部门，要设法降低电动机内部的功率损耗，提高电动机效率。目前研制的高效节能电动机的主要特点是效率和功率因数比普通电动机高。

    一般常规电动机的效率曲线是不平坦的，随负载的减小，效率降低幅度较大，使用中的电动机都在低于额定效率下运行。因此，高效节能电动机应满足以下几点：

    ①按额定功率计算，功率损耗应减少30%。

    ②效率曲线应尽可能平坦。

    ③轴的中心高和额定尺寸应符合国家标准规定。

    高效节能电动机用料较多，成本较高，因此只有在负载率和利用率较高的使用条件下运行，才能在较短的时间内回收投资。

    1.提高电动机效率的措施

    提高电动机效率，必然着眼于降低电机的5种损耗，即定子绕组损耗、转子绕组损耗、铁芯损耗、风摩损耗和杂散损耗。降低电磁负荷，多用导电材料铜和导磁材料硅钢片，以降低损耗提高效率。对于高效电机，即指总损耗降低20%～30%，在不改变功率等级和安装尺寸的前提下，尽量提高效率，并能与一般电动机互换，便于广泛配套应用于各种通用机械上。

    2.中国电动机能效标准

    由国家质量监督检验检疫总局发布的国家标准《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》GB 18513-2002，于2002年8月1日开始实施。该标准对电动机效率规定了两个指标：一为最低限值，是强制性指标；另一个为节能评价值，是推荐性指标。前者为目前电机效率平均水平，后者比前者提高2%～3%，即高效率电机效率水平。其目的在于淘汰低效产品，逐步实现从一般效率电机转变到普遍应用高效电动机。

    电机调速节能

    在20世纪70年代以前，工业应用的电力拖动设备80%左右均采用交流电动机的恒速拖动，而变速拖动系统大多数采用直流调速系统，但由于结构的原因，直流电动机存在许多缺点，限制了它的广泛应用。如：

    ①直流电机需要定期更换电刷、换向器，维护保养难。

    ②由于直流电机存在换向火花，不能应用在易燃易爆等恶劣环境。

    ③由于直流电机有换向器和电刷，所以直流电机的容量不能太大，转速也不能太高。

    ④由于直流电机的结构相对比较复杂，其成本也相对较高。

    所以很久以来，在工业生产中大量应用的风机、泵类等需要进行流量调节控制的电力拖动系统中，人们不得不保留交流电动机的恒速拖动，大多采用挡板和阀门来调节风速、流量、压力等。这种方法不但增加了系统的复杂性，也造成了能源大量浪费，因此，人们一直希望能够采用交流电动机调速系统来取代直流电动机调速系统，并在这方面进行了大量的研究开发工作。多年来已经研制出多种交流电动机调速装置，如定子调压调速、变极调速、滑差调速、电磁耦合器调速、串级调速、整流子电机调速、液力耦合器调速和液黏离合器调速等。这些调速系统的研制虽然取得了一定的成果，但仍存在着调速范围窄、损耗仍偏大、功率因数低、适用负载面窄等缺点，限制了交流调速系统的应用。

    随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，作为交流调速中心的变频调速技术得到了显著的发展，并广泛地应用于工业生产的各项领域。

    以风机水泵为例，根据流体力学原理，流量与转速成正比，风压或扬程与转速的平方成正比，所以轴功率与转速的立方成正比，即P∝n3。理论上，如果流量为额定流量的75%，使感应电动机转速控制在额定转速的3/4运行，其轴功率为额定功率的42%，与采用挡板或闸门调节相比，可减少58%的功率；如果流量下降到额定流量的50%，使感应电动机转速在额定转速的1/2运行，其轴功率为额定功率的1/8，与挡板或闸门调节相比，可减少7/8的功率。由于调速转差功率损耗和控制装置的附加功率损耗都比调速减少的功率损耗小得多，实际节电效果还是相当明显的。因此，调速技术应用在负载率偏低和流量变动较大的风机和泵类等流体设备的电力拖动上可获得显著的节电效益，这也是为什么风机和泵类是调速技术节电应用重点对象的主要原因。

    与传动的交流拖动系统相比，变频调速系统有许多突出的优点。

    （1）节能

    变频器容易实现对现有的交流电机进行调速控制。在工业中，如电厂、矿山和冶金、石油、化工、机械、电子、建材、纺织、轻工等许多行业大量存在需要电机变速及软启动的场合。根据全国第三次工业普查公布的统计数字，我国风机水泵压缩机类通用机械总装机容量为1.6亿千瓦，其中风机约为4900万千瓦，水泵约为1000万千瓦，年耗电3200亿千瓦时，占全国耗电总量的1/3，占工业用电量的40%，在国民经济中举足轻重，节能潜力很大。特别是1998年1月1日我国实施的《节约能源法》第四章第三十九条（二）款明文规定：“逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行，发展电机调速的电力电子技术……提高电能利用率”，近几年的实践证明：通过变频调速来取代阀门、挡板控制，节电效果明显，特别是对于中大容量交流电动机拖动的风机、泵类系统（300千瓦以上），若采用变频调速，节电效果更加明显，而且回收投资期短，一般为1～2年。变频调速已成为节能的重要手段和重大措施。

    （2）调速范围大而且连续

    变频调速系统通过连续改变变频器输出频率来实现转速的连续变化，使电动机工作在转差较小的范围，电动机的调速范围较宽，运行效率也明显提高。一般来说，通用变频器的调速范围可达1∶10以上，而高性能的矢量控制变频器的调速范围可达1∶1000。

    （3）容易实现正、反转切换和构成自动控制系统

    在电网电压下运行的交流电动机进行正、反转切换时，只需改变相序即可实现。如果在电动机尚处高速时就进行相序切换，电动机内将会产生较大的冲击电流，甚至有烧毁电机的危险。而在变频调速系统中可以通过改变变频器输出频率先使电动机降至低速，再进行相序切换。这样切换电流可以比较小，电动机的功耗和发热也都减小了许多。另外变频器有接口同其他设备一起构成自动控制系统。

    （4）启动电流小，可用于频繁启动和制动场合

    异步电动机直接启动的启动电流通常为额定电流的5～6倍，电机损耗较大，所需电源容量也很大，因此不宜频繁启、停。采用变频器对异步电动机进行驱动时，可以将变频器的输出频率降至很低时启动，电动机的启动电流很小，因而变频器输入端要求电源配置的配电容量也可以相应减小。另外它还可以采用变频器来实现电气制动。制动时变频器的输出频率先逐步减小，负载所存储的机械能将转换为电能回馈到变频器，通过一定的制动回路将这部分能量或者以热能形式消耗掉，或者回馈给电网。因此变频器驱动交流电机调速系统可以工作在频繁启动和制动的场合。

    （5）结构简单、运行安全可靠

    变频调速系统中异步电机结构简单、坚固耐用，而且通常不需再用齿轮箱等其他变速装置，保养维修都比较简单，可根据工作环境的不同，选择不同的异步电机，而变频器通常不需改变。因此，变频调速系统能应用于易燃、易爆、易腐蚀等恶劣环境中。

    鉴于以上所列出的变频调速的部分优点，在交流电机的调速技术中，变频调速技术是应用面最大、效率最高的。交流变频调速是当代电力电子、微电子、自动控制、传感器、电机等多种先进技术集成起来的一项高技术。近20年的理论发展和应用实践表明，它的调速性能好、节能明显，是电气传动的发展方向；它的应用面宽，为企业节能降耗、提高产品质量和生产效率、最终提高经济效益提供了技术的和物质的支持。因此各工业发达国家都把发展交流电动机变频调速作为技术进步、提高效率和节省能耗的一大措施。凡已经采用变频调速电机的单位大多取得了很好的节电效益，因此变频调速技术在我国的应用有着广阔的前景，也越来越受到政府和企业的高度重视。目前，变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且已经扩展到了工业生产的各个领域和家电产品中。

    电动机变频调速技术

    异步电动机的变频调速是现代最佳的调速方法。它不仅是提供一个可调频率的三相电源，更重要的是根据异步电动机内部的电磁规律进行某些特殊的变换，把本来的定子磁场与转子电流加强耦合，又有电压、电流、磁场、功率、转矩、转速等多变量相互关联的非线性电磁系统，力图模仿直流电机调速系统，而使之简化，以改善交流电动机的调速性能。异步电动机的变频调速技术在实践中经受了考验，已经成为一种比较成熟的实用技术为用户、市场所接受。

    为达到提高生产效率和节约能量的目的，必须正确选择系统配置，特别是选择系统中的电动机和变频器，这涉及可靠性、性能和价格三方面的因素。

    变频调速系统主要包括异步电动机、变频器、控制环节、负载及传动机构。在选择电动机时不仅要考虑驱动机械负载和使其加速所需的电机容量，还应根据生产环境选择相应的电机防护等级。另外，由于这时电机不是由电网供电，而是由变频器供电（即在变频调速运行时，大部分时间里该电动机不是工作在该电机设计制造的额定工况），会带来谐波、电磁干扰，也许会出现局部过电压、过电流等问题。同时，也须考虑让变频器尽量减少谐波、电磁干扰等带来的不良影响。新的历史时期，把电动机—变频器作为整体考虑以求满足用户需求，达到系统最佳的研究开发工作将会取得新进展。

    七、过程能量优化

    过程能量是以能量系统为主线，研究能流与物流的最佳结合关系，用多种技术集成，实现最优技术条件的科学方法。过程能量优化技术的应用，对过程工业中单个技术的研究向多项技术的集合发展、单一过程向复杂过程发展起到促进作用，使这类十分复杂和繁重的技术劳动缩短了时间并提高了质量。过程能量优化技术改造属无风险、高回报投资项目。中国研究这项技术的时间与西方发达国家同步，但应用较慢。

    过程能量优化技术是计算机技术与过程工业科学技术相结合，研究更有效地利用能量和提高生产工艺水平的边缘科学。

    过程能量优化技术的应用，使得过程工业中单个技术的研究向多项技术的集合发展、单一过程向复杂过程发展缩短了时间并提高了质量。

    利用计算机技术处理，专业人士根据长期工业生产积累的成熟经验数据编制了计算软件，经过反复的比较、模拟、测算，寻找最佳设计和操作条件，实现工业生产物流和能流更高效利用并可降低生产成本。采用过程能量优化技术，带给企业好的经济效益和环保效益，并获得较高的投资回报率。西方工业发达国家近十年的综合技术就是应用这种方法来设计最佳工况，提高生产效率，降低消耗，占领市场的。

    1.过程能量综合技术的概念

    过程能量综合技术英文表述为Process Integration，中文名称有过程能量优化、过程能量集成、能量系统优化等，名称不一，内涵基本一致。过称能量综合技术是以能量系统为主线，研究能流与物流的最佳结合关系，用多种技术成，实现最优技术条件的科学方法。过程能量综合是化学工程中发展最快的领域之一。作为化学工程的一个新的核心部分，它发展于20世纪80年代初，它是过程系统工程（Process System Engineering）的一部分，是继20世纪20年代单元操作技术的拓展，也是化学工程的第三次重大发展。近年来，生产的扩大化和集约化以及市场的激烈竞争，更促进了系统技术（System Technology）的发展，其应用面也超出化学工程的范畴，成为一种有深刻理论基础的应用技术和方法论科学。在某种程度上可以说，除了人们比较熟悉的工艺技术和设备技术外，系统技术是第三方面，而且非常重要。例如，在代表一个国家化工技术的乙烯装置技术市场上，各大公司相互竞争的实质就是系统技术的较量。能量消耗更低和投资更少的生产装置主要来自于高度集成化的过程能量系统的改进。而作为其基础生产装置，裂解—深冷分离管式炉、多级压缩制冷—精馏分离等设备技术，多年来并无很大改变。

    从单元设备到相互连接组成一个过程系统，从给定的原料到生产标准的产品，能否在最少的总费用和最小的环境污染条件下安全生产，能否在运行中采取和保持最优的操作条件，都是衡量生产水平的重要指标。显然，它强调整个系统在设计和运行中的结构、合成和能量综合。从这点理解，我们可以把过程的系统技术归纳为三个方面，即系统设计、系统操作和系统控制。系统设计属于基本的、静态的方面，系统控制是动态的方面，系统操作介于两者之间，这三者对于总的优化目标是相互紧密联系的。

    过程系统优化从设计抓起才能解决根本性问题。目前与过程操作和系统控制相比，我国系统优化设计的研究开发无论是在重视程度、投入力量，还是在成果应用方面，都还是很不够的。迄今为止，用于实际的过程，设计较多的还是依靠经验、技巧加计算的格式套路，并没有形成一套集成创新的设计体系，所以新技术应用往往滞后。系统工程的主要任务应该是使过程设计从经验和技巧走向科学，把优化和集成贯穿于全过程，这样，才能从源头抓起实现过程系统全面优化。

    过程系统设计优化包括两部分：物料优化和能量优化。物料优化涉及原料选择、产品分布、种类和质量标准。这关系到工艺方法、工艺路线、反应条件和生产流程的安排等问题，这些都受市场的左右。不同的产品过程，物料优化差别很大，较少有共性的规律。能量优化即过程能量综合，它关注更多的是在一定物料流程方案的前提下，能量综合利用与相应设备的优化选择以及流程优化组合过程中权衡能耗和投资费用，这是优化任何过程系统的共性。随着日益严格的环保和对操作的可靠性、安全性和市场变化的适应性（系统的柔性）等形成的总体要求，系统优化的思路和技术将渗透在任何一个过程工业的全部环节，而选择最佳本身就是效益。

    2.推广过程能量系统优化技术是实现可持续发展的有效方式

    （1）能源利用与实现可持续发展的关系

    人类在新世纪面临的重大挑战是：“在实现可持续发展的条件下，保证社会的能源供应”。目前世界上主要能源仍以石油和煤为主。据有关资料分析，我国未来面临的能源形势相当严峻。

    ①人均一次能源极其有限

    到2050年，假定可开发的水电260吉（109）瓦全部开发完毕（相当于从现在起再增加10个三峡电站的容量），同时核电发展到120吉瓦规模（相当于66个大亚湾核电站），新能源（生物质能、太阳能等）发展到可替代4.6亿吨标煤，这样我国国内每年可供一次能源才达到30亿吨标煤（其中包括煤的年极限供应量19亿吨标煤，人均仅2吨多一点，比1995年增加一倍左右）。然而要使我国进入中等发达国家行列，人均国内生产总值（GDP按不变价计）应比现在增加10倍以上。如果发展核电和水电以及新能源利用的计划不能如期实现，我国的一次能源就会有相当大的缺口。

    ②能源强度（单位产值能耗）高

    我国近年来创造同等生产总值所消耗的能源是日本的12倍、美国的5倍，也远高于巴西、印度、墨西哥等发展中国家。

    我国石油石化行业大部分企业的单位综合能耗与国际先进水平相比差距不大，尤其在炼油方面已接近世界先进水平，其中主要是系统优化技术的应用发挥了一定的作用。但还应注意到，石油石化在能源综合利用和经济效益方面，还有很大的潜力。经对九江、镇海石化、抚顺石油一厂等部分石化企业进行能量系统优化技术改造还可以再降低炼油综合能耗15～20个单位（千克标油/吨），投资回收期也仅为2年。由此可见，冶金、电力等国内大型企业均有很大的节能潜力。

    目前我国正进行大规模的基础设施建设，国内水泥产量占全球的1/3，因此高耗能企业数量不可能很快减下来。如果2050年国内经济达到增长的目标，能源强度须下降到现在的20%以下才有可能。

    ③矿产燃料引起的环境污染

    主要是二氧化硫的排放相当严重。空气污染、酸雨、温室效应等都严重地破坏我们赖以生存的环境，其中很大部分都是由于能源发展，特别是对能源矿产的利用引起的。

    所以，不管人类能够开发多少新的能源，高消耗、高污染的粗放型生产方式都是自取灭亡。发展节能、节水的集约化生产技术是解决资源缺口和保护环境的最佳手段。

    （2）能量优化是节能深化的必然进程

    过去，工业企业在大力抓单项节能技术改造方面取得了长足的进步，这是粗放型生产向集约化生产迈进的第一步。近几十年来，世界上许多传统的生产过程能耗一直呈逐年下降趋势，其中大部分不是由于工艺或设备有什么新的突破，而主要是将已有的技术进行过程能量集成、综合匹配，使其产生整体的节能效果。

    过程综合是化学工程、系统工程和计算机科学的交叉学科，近十多年来已逐步形成一套理论方法。应用这一科学技术方法，对过程工业（主要是耗能密集型行业）进行能量系统优化改造是节能深化的重要途径。

    ①传统技术产业渗透高技术产生的变革

    能源技术总体上属传统技术的范畴，技术创新和出现重大突破的机会比高科技学科少得多，但高新技术与传统技术的相互渗透将会导致传统产业的重大变革。如电力电子技术在高压输配电领域的工业应用促成了“灵活交流输电”新技术。这项技术可实现电力系统电压参数（如线路阻抗）、相位角、功率的连续调节控制，从而大幅度提高线路输送能力，提高系统的稳定水平，降低输电损耗，这是常规技术无法实现的。又如，一系列的电子技术，如静止无功发生器、动态电压恢复器、变频调速器等在配电用电系统的应用可大幅度提高用电的质量和效率。据统计，全国推广电子技术每年可节电4000亿度，节材40%～90%，可称为“硅片引起的第二次革命”。

    ②能量系统优化改造与实际生产紧密结合

    对一个企业而言，应用过程能量系统优化技术是全系统的、宏观的。在总体技术改造规划确定之后，落实单项技术改造的措施是微观的，有新技术的应用，也有常规技术的重新组合，个别技术措施比较简单。

    能源技术总体上属传统技术。从事过程能量系统优化的人，用新的学科方法和全面的技术分析来考量用能的合理性和实现系统优化的可行性，而项目来源于企业。长期在生产第一线的工作人员最了解生产情况，能够提出最突出的实际问题。但问题如何解决，解决的方法能否与全局的优化方案结合起来，从而提出全面的技术论证，有一定的困难。进行能量系统优化研究，首先要从全局优化的角度找出能量利用存在的问题，找出各种问题之间技术的、经济的影响关系，对全系统问题进行主次的定位和定性，再进一步作全面的可行性研究，对需要解决的问题作出技术的、经济的定量分析判断。这个研究过程是由一套系统的研究方法和专业配套技术作为支撑的。系统优化是物流与能流的同时优化，装置的操作优化也是研究的重要部分。系统优化积累的实践经验还要与企业生产实际相结合，如解决热源与热阱的合理匹配以及如何选择能实现新技术的设备等问题。从能量系统优化的内涵看，在全局系统优化的把握度方面，与来自生产作业人员直观性地看问题有质的差别。如果通过调查研究，融入双方的意见，经过专业技术加工处理，梳理成技术方向清晰的咨询意见，形成技术改造规划的参考框架，就会帮助企业把握方向做好决策。

    ③过程能量优化技术改造属无风险、高回报投资项目

    随着市场竞争日趋激烈，企业自身发展需要不断投入，在众多的项目中如何选择投资方向、估计投资风险、计算投资回报和分析投资形势是非常重要的。

    投资于过程能量技术改造项目，属能源环保、新技术和大型工程项目，投资风险与单个技术、单项工程比要小得多。由于过程能量优化改造紧密结合生产，立项要经过多方专家严格论证，可杜绝技术方面的失误。因此，投资这种项目是没有风险的，也受到国家的鼓励和支持。

    企业经过改造选用一批新技术，能量利用更合理、生产成本降低，效益突出，已做的大量案例表明，最短的投资回收期仅为5～6个月，最长的不超过两年。对一个大型企业，过程能量优化改造可使企业通过优化自身的工艺路线、能源结构产生效益，及时收回投资并表现出强劲的盈利势头，这是可持续发展的具体表现。同样，投资方关注的是如何把手中的资金投向能产生效益的项目，过程能量优化改造正体现了以上两方面的优势。

    八、高效节能照明

    照明消耗的能源在工业发达国家约占本国能源总消耗量的3%～5%、电力生产量的10%～20%。中国和美国的照明耗电占各自总用电量的10%～12%和20%，尽管这一比例还不是很大，但随着我国城镇建设的飞速发展和人民生活水平的提高，高效节能照明已成为当务之急。据估算，节约1千瓦发电容量的投资不到新增发电容量造价的20%，利用新技术开展节能照明的潜力很大。为此，国家有关部门自上世纪末大力推广“绿色照明工程”。所谓绿色照明，是指推广使用效率高、寿命长、安全可靠、性能稳定的电光源、灯具和电器附件以及调光控制器件组成的照明系统，以节约用电，减少发电对环境的污染，提高人们工作及生活质量。因此，通过科学的照明设计，实现“舒适、科学、方便、节能”的良好照明环境，就是绿色照明的目的。特别是传统的人工照明能效很低、浪费能源、影响环境。推广节能的新型光源，实现节能照明，是实施绿色照明工程的主要任务。最终建成高效、舒适、安全、经济、改善环境和提高人们工作、学习、生活的质量以及保护视力、有益人们身心健康的现代照明系统。

    电光源对节能照明具有首要的意义。回顾过去的20世纪，光源的发展经历了两个时期：从白炽灯的出现到20世纪30年代末是第一时期，这是白炽灯发明、改进和成熟的时代；20世纪30年代末开始的第二时期是开发气体放电光源的时代。气体放电光源的时代又可分为两个阶段：第一阶段以荧光灯的普及应用为标志，是低气压放电灯的时代；第二阶段自20世纪60年代中期发明金属卤化物灯和高压钠灯为开端，由此进入高压气体放电灯的照明时代。

    回顾历史，可以看到：由于电光源在发光效率、寿命和颜色特性上不断改进，为照明方式的变革和照明应用的发展提供了机会和条件。现代人工光源照明设计理论和应用技术是在电光源发展的第二个时期，即高光效、多品种的气体放电灯问世后才逐渐形成和完善的。

    照明系统节能可通过采用高能效照明产品、提高照明质量、优化照明设计等手段达到。节约照明用能的原则有：根据视觉需要，确定照度水平，按所需照度进行节能照明设计；在考虑显色性的基础上采用高光效光源，采用不产生眩光的高效率灯具；室内表面采用高反射比的材料；照明散热与空调系统运行中的吸热或放热结合考虑；安设调控装置，在不需要照明时可及时闭灯；人工照明与天然采光相结合；建立换灯和维修制度，定期清洁照明器具和室内表面。

    照明节能的主要技术措施首先是推广使用高光效光源，即能效高、寿命长、安全和性能稳定的光源。白炽灯价格较低，但发光效率很差。近几十年来，荧光灯技术不断进步，先后发展了紧凑型荧光灯以及高性能T8直管形荧光灯（功率为15～58瓦）、T5直管形荧光灯（功率为8～42瓦）。紧凑型荧光灯由于外形、装饰性的限制，多用于替代中小功率白炽灯作局部照明，而配用电子镇流器的直管形荧光灯能适应工作环境的温度变化，还可以用于室外照明。其中T8荧光灯将在传统的荧光灯市场上逐步扩大市场份额，而T5荧光灯则将在新建建筑室内照明中更广泛地使用。

    出口指示灯又称安全门灯，我国一般以荧光灯为光源，额定功率在13瓦左右，少部分以白炽灯为光源，额定功率为40瓦左右。目前国外采用发光二极管光源为出口指示灯的光源部件，不但可使出口指示灯在无电源供电情况下维持较长的使用时间，也使指示灯亮度大大提高，在烟雾较大时保持良好的指示功能。

    宽大场所用的光源一般采用高强度气体放电灯。此种灯分为金属卤化物灯、高压钠灯和高压汞灯三大类型，它们都是利用弧光放电点灯。金属卤化物灯具有高显色性、高效率、寿命长和低光衰性能，功率选择范围大（18千瓦～10千瓦），可广泛用于户外及室内。而高压钠灯发光效率高、耗电少、寿命长、光色呈金白色，透雾能力强，适用于道路及广场照明。高压汞灯是目前用量较多的灯种。它与金属卤化物灯、高压钠灯相比，光效较低，发光颜色单调、显色性差、污染严重、寿命较短，应逐渐淘汰。但自镇流高压汞灯可不用镇流器运行，初安装费用相对较低，目前在中国农村有一定市场。

    采用高效灯具应该在满足眩光限制的要求下，选择直射型灯具，室内灯具的效率不宜低于70%，尽量少用格栅式灯具和带保护罩的灯具。室外灯具的效率不宜低于55%，还应根据不同的使用现场，采用控光合理的灯具、光通量维持率好的灯具以及光利用系数高的灯具。

    荧光灯是一种能量转换器件，在电能转换为光能的过程中，镇流器起着重要作用。过去常用的电感镇流器，结构简单，耐用可靠，价格低廉，但功率损耗很大。后来发展起来的电子镇流器，与电感镇流器比较，节约能源，自身的功率损耗仅为电感镇流器的40%左右，工作电流也仅为40%左右，温升少，质量轻，无噪声，无频闪，使灯管寿命延长，光效提高20%，可在低温、低压下工作。应大力鼓励发展。但从我国现实国情出发，现阶段还要以节能型电感镇流器为过渡。

    在照明设计中，应选择合理的照度标准值，按不同的工作区域确定不同的照度。照明要求高的场所采用混合照明方式，适当采用分区照明方式，在一些场合下也可采用一般照明与重点照明相结合的方式。

    选用适当的控制方式，也可以取得照明节能的成效。可以充分利用天然光的照度变化选择照明控制方式，确定不同条件下照明点亮的范围。按照照明使用的特点，可采取分区控制灯光或设清扫用灯等措施；还可采用各种节电开关，如定时开关、调光开关、光电自动控制器、限电器、电子自控门锁节电器以及照明自控管理系统等。

    还应充分利用天然光，如在建筑设计时考虑开顶部天窗采光，利用天井采光，利用屋顶采光等；可利用集光装置进行采光，如设反光镜，利用光导纤维、光导管等。

    总的说来，节能照明主要为三个内容：照明设施、设计及管理。具体为以下五个方面：

    ①开发并应用高光效的光源。

    ②开发并应用高效率灯具及配套的低能耗电器。

    ③合理的照明方式。

    ④充分利用天然光。

    ⑤加强照明节能的管理。

    九、节能新机制

    合同能源管理

    20世纪70年代中期以来，一种基于市场的、全新的节能新机制——合同能源管理（Ccontract Energy Management，CEM）在市场经济国家中逐步发展起来。基于这种节能新机制运作的专业化的节能服务公司（ Energy Service Compa-ny，ESCO）的发展十分迅速，尤其是在美国、加拿大和欧洲，ESCO已发展成为一种新兴的节能产业。

    CEM机制的实质是以实施节能项目取得的节能收益来支付项目全部费用的节能筹资方式。CEM的实施是通过节能服务公司来运作的，中国已经引进这种节能新机制。

    能源服务公司是一种全新的节能运行机制，它是为了克服推行需求侧管理和综合资源规划的障碍而发展起来的。成立ESCO，通常要得到政府、企业或银行的支持。其运作以效益分享为基础。先由ESCO对用户进行节能诊断，提出方案，签订合同后，由ESCO为项目筹资，采购并安装设备，培训人员，投产运行，用户按合同规定，用节能效益向ESCO支付项目费用。1998年6月，中国和世界银行、全球环境基金（Global Environment Foun-dation，GEF）正式签署“世行/GEF中国节能促进项目”协议，世行和GEF提供6300万美元贷款和2200万美元赠款，支持中国引进、示范、推广节能技术服务新机制。项目由国家经贸委负责实施，已在北京、辽宁、山东成立三家示范性ESCO。他们是北京源深节能技术有限责任公司、辽宁省节能技术发展公司和山东省节能工程有限责任公司。这三家公司已在国际专家的帮助指导下，按照合同能源管理的模式经营业务，已在众多的行业为客户成功地实施了合同能源管理项目，到2000年三家公司投资额达到了2100万美元。在这3家示范公司带动下，全国出现了上百家从事节能服务的组织。2003年11月，项目二期正式启动，GEF提供2600万美元赠款支持，通过中国经济技术投资担保公司为中国的能源服务公司提供节能融资项目担保，并为它们增强市场开拓能力提供支持。

    能源服务公司在国外简称ESCO，在国内简称EMC （Energy ManagementContract，EMC）。EMC是一种以合同能源管理机制运作、以赢利为目的的专业化公司。EMC与愿意进行节能改造的客户签订节能服务合同，向客户提供能源效率审计、节能项目设计、原材料和设备采购、施工、培训、运行维护、节能量监测等一条龙综合性服务，并通过与客户分享项目实施后产生的节能效益来赢利和滚动发展。

    电力需求侧管理

    电力需求侧管理来自综合资源规划的基本思路，是电力资源规划的主要内容。综合资源规划是将供应方和需求方各种形式的资源作为一个整体进行资源规划。概括地说，它的基本思路是：除供应方资源外，还把需求方提高资源使用效率、减少消耗视为一种资源同时参加规划。旨在通过需方管理更合理配置和有效地利用能源资源、控制环境质量，减少投资和成本，形成对社会和供、需各方都有利的情况。所以综合资源管理建立了这样一个新概念：以提高需求方终端利用效率所节约的资源同样可以作为供应方最合适的替代资源，对资源配置及管理产生了变革性的影响。

    资源观点、效益观点、实施观点是综合资源规划的基本观点。

    1.电力需求侧管理简介

    需求侧管理是指采取有效的激励措施，引导消费者改变用能方式和时间，使资源得到优化配置的活动。这种管理技术首先在网络化供应的电力、煤气、热力等公用事业部门中使用，其中在电力事业上应用比较成熟，并取得明显的效果。

    在电力事业推行需求侧管理旨在：

    ①减少不合理的电力消耗，提高用户终端用电效率，节约能源。

    ②减少用户在电网高峰时段对电力的需求，以提高电网的负荷率及其运行的经济性，并减少或延缓新增的发电装机容量。

    ③在减少电能消耗的同时，减少发电废物的排放量，改善和保护环境。

    因此，需求侧管理是当前国际上推行的一种先进的能源管理技术。

    2.节能产品认证

    产品认证通常是以自愿采用的标准为依据而进行的认证，由于其具有指导消费者选购性能优良的商品、增强企业市场竞争能力、全面提高产品性能和提高企业持续稳定生产符合标准要求的产品能力的作用，所以国家有关部门正在积极推进我国的产品认证工作。产品认证对保护、合理开发利用和节约我国的自然资源，建设节约型社会具有重要意义。世界上最早的英国开展的风筝标志认证至今已整整一个世纪，产品认证仍以不可阻挡的趋势风靡世界，它的范围不断扩大，影响越来越广，其在促进国际贸易、加速商品流通、保证正常交易秩序、维护消费者和用户以及国家利益方面的作用越来越明显。

    20世纪以来，由于自然资源遭到破坏性开发和利用，破坏了生态平衡，环境污染日益严重，可利用资源日益贫乏，世界各国开始重视资源的保护和利用。在这种形势下，以保护和有效利用资源为目的的认证应运而生，如欧洲、美国、日本等国家先后开展的节能认证和环保认证就是出于这一目的。我国于1998年开展的节能、节水产品认证在国家发改委和国家认监委的领导和支持下，已经取得了显著成效，引起了社会的广泛关注。我国由中国节能产品认证中心进行节能、节水和环保产品认证工作，节能产品认证制度为推进节能、节水和环保技术进步，普及高效节能、节水和环保产品，引导企业和社会广泛阶层共同为保护和有效利用资源，促进社会和经济的可持续发展做出贡献。

    实施节能产品认证制度是规范节能产品市场、提高能源利用效率的重要途径之一，受到了世界各国的高度重视。据统计，目前全球共有37个国家实施了节能产品认证制度或能源效率标识制度，节能认证产品范围不断扩大。以美国“能源之星”为例。1992年，美国环保局率先对计算机、监视器以及打印机等开展“能源之星”自愿认证工作，经过近10年的发展，目前“能源之星”认证产品覆盖了31类消费产品中的总共3400多个品种，有超过1200家的制造商生产有“能源之星”标识的产品。通过“能源之星”的认证活动，较好地实现了节约能源，保护环境的目的。

    保护和有效利用资源是人类的共同目标，节能、节水和环保产品认证需要动员全社会的力量，既要提高全民的节约意识，又要不断推进先进技术和方法，就目前的情况来看还需在国家发展战略、管理机制、资金投入、宣传和国际合作等方面加大力度，使节能、节水和环保产品认证的效果更加明显，最大限度地满足国家经济和人民生活可持续发展的需要。

    3.能源效率标识

    能源效率标识（简称能效标识）是附在用能产品上的一种信息标签，用于表示产品的能源性能（通常以能耗量、能源效率或能源成本的形式标出），为消费者（包括企业、政府和个人）的购买决策提供必要的信息，以引导和帮助消费者选择能效更高的产品。

    能效标识可以强制实施，也可自愿实施，从已实施此项制度的国家和地区来看，绝大多数采用强制方式，由政府节能主管部门组织实施。

    能效标识制度投入少、见效快、对消费者影响大，目前，已有37个国家和地区实施了能效标识制度，取得了显著的节能、环保和经济效益。

    建立和实施能效标识制度是市场经济条件下政府节能管理的一项重要措施；是发挥市场机制作用，促进企业节能技术进步，不断提高产品能效水平的有效途径；是规范节能产品市场，创造公平的市场环境的有力手段；是提高我国节能产品市场竞争力，积极应对绿色贸易壁垒的客观要求。建立和实施能源效率标识制度，对提高耗能设备能源效率，提高消费者的节能意识，加快建设节能型社会，缓解全面建设小康社会面临的能源约束矛盾具有十分重要的意义。

    2004年8月13日，国家发展改革委、国家质检总局发布了《能源效率标识管理办法》（第17号），标志着能效标识制度在我国正式建立。2004年11月29日，国家发展改革委员会、国家质检总局、国家认监委联合发布了《中华人民共和国实行能源效率标识的产品目录》（第一批）、《中国能源效率标识基本样式》、《房间空气调节器能源效率标识实施规则》和《家用电冰箱能源效率标识实施规则》（2004年第71号公告）。2005年3月1日起，我国已对家用电冰箱、房间空气调节器这两个产品率先实施能源效率标识制度。

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