通用性用能系統節能潛力分析與科技攻關重點研究

項目課題組

1 通用性用能系統能耗分析

通用性用能系統是指應用于生產生活中、具有相同特征和共性技術的耗能系統，如鍋爐及蒸汽系統、電機及拖動系統、輸配電系統、暖通及空調系統等，這類耗能系統在工業、建筑及其它領域應用廣泛，具有量大面廣、通用性強的特點。長期以來，通用性用能系統的應用技術與設備良莠不齊，部分設備能耗指標較高，影響了整體能效水平。實施通用性用能系統節能減排科技工程，提高系統整體能效，對促進工業、建筑及相關領域節能技術發展、提高全社會的節能減排成效具有重要意義。

目前，通用性用能系統中的單項節能技術大多比較成熟，近年來這些技術的應用也取得了一定的節能效果。但對于系統節能，單單依靠采用幾項節能技術是不夠的，需要從系統優化的角度出發，挖掘整個系統的節能潛力，從而實現系統的大幅度節能。要達到這一節能效果，首先需要對整個系統的能耗情況進行分析。其次要對單項節能技術集成優化，開展科技攻關；最后形成相關技術和設備標準，以及市場運作機制，促進系統節能技術的廣泛推廣應用。這種技術創新,是系統集成創新。

十大通用性用能系統包括：鍋爐及蒸汽系統、電機及拖動系統、暖通和空調系統、壓縮機系統、照明系統、給排水系統、輸配電系統、余熱余壓利用、熱電聯供和爐窯及熱加工。

由于十大通用性用能系統間存在著關聯性，如鍋爐系統與熱電聯供，電機與壓縮機、中央空調、給排水的水泵等，因此下面將十大系統按相似的用能形式或用途歸類研究。

第一類：高效燃燒和余熱利用，包括鍋爐及蒸汽系統、熱電聯供、爐窯及熱加工，余壓余熱利用；

第二類：高效電機節能，包括電機及拖動系統、暖通和空調系統、壓縮機系統、給排水系統；

第三類：高效輸配電系統；

第四類：高效照明系統。

2 上海市通用性用能系統的能源消費利用現狀與節能潛力分析

2.1 通用性用能系統的能源消費利用現狀

1）鍋爐及蒸汽系統：現有工業鍋爐7800臺，總容量達14500t蒸汽/h，平均容量僅1.85t蒸汽/h，其中燃煤工業鍋爐3700臺，消耗燃煤700萬t，約占全市煤炭消耗量的13.3%，占一次能源消費總量的6.85%(注)。與國外先進水平相比，我國工業鍋爐熱效率普遍較低，特別是燃煤工業鍋爐，高效、低污染、寬煤種的鍋爐為數很少，平均運行效率僅65%～70%左右，比國際先進水平低15～20個百分點，節能潛力很大。通過鍋爐設備改造、系統優化、清潔燃料替代等措施，平均能效可提高10%以上，每年有70萬t節能潛力，折合55萬t標煤。

2）熱電聯供：全市現有的11家熱電聯產企業，共安裝供熱機組40臺，分布在漕涇、楊樹浦、吳涇、星火、青浦、高化、金山、寶山等區域，此外還有一批集中供熱機組，熱網覆蓋面積達到155km2，供熱量約 5980.27萬GJ/a，總裝機容量326.64萬kW。煤耗量292萬t，占全市煤耗總量的5.6%，占一次能源消費總量的2.86%。目前熱電聯產以服務工業企業為主，主要包括石化、鋼鐵、化工、制造業、輕紡等行業用戶。本市熱電聯產取得了可觀的綜合效果，但也存在供熱機組中抽凝機組比重大，高效率的背壓機比較少的問題。同時，部分機組機型配置與熱負荷不匹配，特別是近年來部分地區用熱出現較大萎縮，造成機組運行偏離設計工況，供、發電煤耗較高；熱網管損也比較大，系統綜合熱效率較低。據有關部門估算，通過發展集中供熱、熱電聯供，2010年全市可節煤116萬t/a，折合91萬t標準煤，約占全市“十一五”節能目標的2.9%。

3）爐窯及熱加工：上海有工業窯爐2200臺，消耗煤炭80萬t，約占全市煤炭消耗的1.5%，消耗燃料油40萬t，約占成品油消費總量的2.2%，合計占一次能源消費總量的1.4%。工業窯爐型式各異，熱效率普遍較低節能潛力很大。按照《上海市節能減排工作實施方案》的要求，通過改進燃燒技術和使用優質煤，可以節能14萬t標煤。

4）余熱余壓利用：余熱資源存在于各行業的生產過程中，特別是鋼鐵、化工、建材、紡織和食品行業，從全國范圍來說，余熱利用節能潛力超過1000萬t標準煤。在本市，“十一五”期間計劃實施余熱項目超過200項，有效實施后，可實現節能30萬t標煤。其中，80%集中在鋼鐵、化工和建材三個行業。

5）電機及拖動系統：電機及拖動系統是廠礦企業不可少的動力設備，也是企業最大的能耗之一。據統計，全國各類電動機總容量約7.9億kW，用電量約占全社會總用電量的60%。目前我國中小電動機平均效率87%，風機、水泵平均設計效率75%，比國際先進水平低5個百分點，系統運行效率低近20個百分點。上海情況與全國基本相同，按照上海占全國GDP總量的5%比重推算，上海電機容量約4000萬kW，其中高壓電機占60%～70%，為3000萬kW。按照可改造三分之一，每年運行3000h計算，約為300億kWh，節能率20%，則有60億kWh節電潛力，折算240萬t標煤/a。

6）暖通和空調系統：近年來，隨著城市發展和人民生活水平的提高，包括采暖、空調、電器、照明、炊事、熱水供應等的建筑耗能也不斷增大，其中暖通和空調系統占建筑能耗的比重很大，特別是一些公共建筑和公共場所，如醫院，空調用電量占其總用電量的50%以上。但是暖通和空調系統的總用能量難以統計，按照《上海市節能減排工作實施方案》的要求，空調系統有64萬t標煤的節能潛力。但是中央空調系統節能措施主要在電機的變頻改造、系統優化、冷凝水回用等方面，與前述的電機和鍋爐有重復，因此，暖通和空調系統節能潛力不再重復計算。當然，中央空調中還有部分電力空調，采用變頻、智能管理樓宇控制系統等措施，有30%以上節能潛力。

7）壓縮機系統：大量的企業能效審計能量平衡資料表明，壓縮空氣站的耗電量占企業總耗電量的5%～20%，有的甚至達到30%，平均約為10%。2007年本市工業總耗電量724.20kWh，按空氣壓縮機能耗占工業總耗電量的10%估算，為72億kWh。由于壓縮機改造也包括在電機節能改造中，不重復計算。

8）給排水系統：就給排水系統能耗而言，主要在水泵和系統耗能，但能耗總量難以統計和測算。城市建筑的生活水泵、熱水泵，可采用變頻調速技術，即通過控制電機轉速，來實現水泵流量調節，以大幅度降低水泵軸功率。水泵一旦選定，可以通過改變供電電源的頻率，來改變電機的轉速，以實現管網流量調節，能有效節省能源。這部分節能潛力也算在電機節能之中。

9）輸配電系統：2007年上海全社會用電量1072.38億kWh，全市發電總量為740.97億kWh，外省輸入電量為333.77億kWh。本市電網500kV變電站已達到8座，輸電線路31條、689.49km。220kV變電站87座，輸電線路346條、3287.52km。上海輸電線損率為6.05%，廠用電率為4.8%。行業專家指出，上海變壓器數量多、容量大，總損耗不容忽視。改造重點應放在S7及以下的變壓器，據統計，上海市各行業目前在運行的10kV配電變壓器約有92000臺以上，其中S7及以下的配電變壓器約有18162臺（屬于上海市電力公司配電變壓器約有86000臺，其中S7及以下的配電變壓器約有16562臺）。S7系列最短運行時間為8年，最長運行時間為25年。現行采購的S11及以上型號的配變，其負載損耗和空載損耗與S7相比，可分別降低25%和35%；現行采購的非晶合金SH11配變，其負載損耗和空載損耗與S7相比，可分別降低25%和80%，如果改造選用S13或SH15型配變效果更好。因此淘汰S7變壓器，節能效果是明顯的，如對全部S7及以下的配電變壓器進行改造，則每年可節電3～3.5億kWh，相當于節約12～14萬t標煤。如分期分批，分五年完成改造，每年約投資5億元，可得到節能量約2.4-2.8萬t標煤。

10）照明系統：本市照明用電超過總用電量的10%。目前企事業單位的照明系統大多不是經濟運行方式，高效節能熒光燈與普通白熾燈之比為1：2.6，節電潛力15%左右。按照2007年本市用電量1072.38億kWh計算，照明用電超過100億kWh。按照《上海市節能減排工作實施方案》的要求，本市綠色照明系統具有每年68萬t標煤節能潛力。

(注)編者說明:上述數據僅供參考,最近有的部門認為上述數據偏小.

2.2 上海市通用性用能系統節能潛力分析

通用性用能系統量大面廣、共性技術多，實施節能減排科技工程，建成技術集成的規模化示范，形成相應的技術標準，可帶動全社會大幅度節能減排工作。其節能潛力可以通過系統節能技術集成、重大耗能設備技術改造、生產運行優化及科學管理三種技術路徑來挖掘。

系統節能技術集成潛力：通用性用能系統節能最有效的手段，就是針對用能系統進行技術改造，如鍋爐及蒸汽系統，采用鍋爐燃燒系統（爐拱、配風改造，分層燃燒）、煙風系統（電機變頻、煙氣余熱回收）、汽水系統（加裝蓄熱器、冷凝水回收、自動排污）等措施，可實現節能10%以上。中央空調系統通過優化運行、冷凝水回收等措施能夠提高能效30%～40%，具有很大的節能潛力。

重大耗能設備技術改造潛力：通過發揮本市產業和科技優勢，采用高效、低能耗設備，能夠發揮巨大節能效果。如本市大型風機、水泵的高壓電動機變頻改造，給排水系統葉輪改造，通過重大耗能設備關鍵技術攻關，實現本市重大設備節能目標。

生產運行優化及科學管理潛力：本市工業領域有巨大節能潛力，市科委2007年底已經針對冶金等五個重點耗能行業，開展節能潛力研究，日前部分項目正式啟動，相信項目完成后，將全面準確地掌握本市工業領域重點耗能行業的節能潛力（見表1）。

表1 上海市十大通用性用能系統的能源消費利用及潛力統計表

3 上海市通用性用能系統節能科技攻關重點與政策建議

3.1 上海市通用性用能系統節能科技攻關重點

通用性用能系統涉及范圍廣，節能減排共性技術多，應用領域存在不少交叉，為了分類總結，本文將其分為四種，包括節電技術、高效燃燒與余熱利用技術、優化能源結構技術、可再生能源技術。

從技術的發展現狀、成熟度、實現市場化所需政府支持的水平等因素考慮，對節能減排技術進行分類匯總如表2所示。

在上述關鍵技術中，基本上是已經商業化的競爭性技術，需要在推廣機制上創新能夠大面積推廣應用的；部分是新興技術，還需政府的引導和扶持；少數是待突破技術，還沒有驗證，結果尚不確定，需要研發和示范支持。

從發展路徑看，競爭性技術目前可以大力推廣，新興技術需加強產學研合作，力爭1～2年內解決推廣障礙；待突破技術要加強自主研發，攻克關鍵核心技術，3～5年內得到推廣應用。按照這些共性技術研發和應用基礎、與國內外先進水平的差距和技術發展路徑，以時間序列繪制出通用性用能系統節能減排技術路線圖（見圖1）。

3.2 上海市通用性用能系統節能政策標準建議

為了推進上海市通用性用能系統節能工作，需要在節能的科技政策、金融政策、產業政策方面開展創新，把節能技術進步放在優先位置，建立節能激勵和約束機制，培育發展節能服務市場，推動節能技術的研發與推廣應用。

圖1 通用性能系統節能減排技術路線圖

表2 通用性用能系統節能減排技術綜合表

1）加強對通用性用能系統節能共性技術研發力度

針對通用性用能系統節能共性技術組織攻關，形成示范，帶動推廣應用。同時在編制各類節能發展規劃和專項規劃時，重視通用性用能系統節能，把節能技術進步放在優先位置，結合企業技改，淘汰落后的高耗能工藝和設備，禁止工藝裝備落后、能耗高項目的建設。

2）加大政府對通用性用能系統節能的支持力度

加大通用性用能系統節能技術與產品、重大節能項目示范、試點和推廣的支持力度。對鼓勵發展的節能新產品和新技術應用給予相應的財政、稅收優惠政策。開辟多種融資渠道，鼓勵企業和民間資本進行節能投資，解決節能項目融資難題。

3）加強節能標準規范制定

通過科技攻關和示范，形成技術上可行、經濟性合理的節能方案，制定并適時修訂通用產品和系統的節能標準及相關規范，在編制、發布相關《節能產品目錄》、《淘汰高耗能工藝與落后用能設備（產品）目錄》和高耗能產品單位能源消耗定額標準時，將通用設備及系統納入編制、規范的范圍，納入管理體系。

4）培育發展節能技術服務市場

加強節能技術創新體系建設，尤其重視對節能交叉學科、集成技術體系建設，建立完善通用性用能系統節能技術重點實驗室和工程研究中心。發展節能服務產業，促進節能技術服務機構轉換機制、創新模式和拓寬領域。

組織開展技術交流、技術推廣、技術咨詢、信息發布、宣傳培訓等活動，多渠道、多形式推廣節能技術與產品。

開展節能審計（診斷），推行合同能源管理、自愿協議、電力需求側管理等節能新機制，促進節能技術進步。

積極推動節能技術國際交流與合作，引進國外先進的節能技術、產品，重視消化吸收再創新，加快發展具有自主知識產權的節能技術和產品。