基于需求導(dǎo)向的節(jié)能創(chuàng)新方法研究

文 // 魏玉劍 上海市能效中心 鄭莆燕 上海電力學(xué)院 顧水林 上海能發(fā)能源有限公司

基于需求導(dǎo)向的節(jié)能創(chuàng)新方法研究

文 // 魏玉劍 上海市能效中心 鄭莆燕 上海電力學(xué)院 顧水林 上海能發(fā)能源有限公司

1 節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新

節(jié)能的目的是減少能源消耗，在目前可再生能源供應(yīng)不足，成本較高的情況下，節(jié)能是減少化石能源消耗的重要手段，也是減少污染物排放的有效手段。節(jié)能本身是一個相對概念，需要依靠不斷開發(fā)出更高效的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。縱觀世界產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，從18世紀(jì)水力機(jī)械的應(yīng)用，19世紀(jì)蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，20世紀(jì)電力工業(yè)、內(nèi)燃機(jī)、電子、航空航天等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展到目前互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)時代，每一次產(chǎn)業(yè)革命都伴隨著能源效率的大幅提升。當(dāng)下世界范圍內(nèi)新一輪的技術(shù)創(chuàng)新將走向何方，令人期待。但就目前發(fā)展階段來看，節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新仍然是科技創(chuàng)新的重中之重。

隨著用能設(shè)備能效水平的不斷提高，節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新所能帶來的創(chuàng)新動力明顯不足，單純靠某一個專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化式的創(chuàng)新方式不能滿足節(jié)能要求。基于系統(tǒng)性節(jié)能需求為導(dǎo)向的節(jié)能創(chuàng)新是目前發(fā)展方向。

節(jié)能首先要從節(jié)能診斷開始，但從事這個行業(yè)的人員都會感覺到，全面為企業(yè)或產(chǎn)品進(jìn)行“體檢”并挖掘節(jié)能潛力并不容易，涉及的專業(yè)太多，各企業(yè)的情況又不盡相同，需要有一個相對通用的分析診斷方法。

圖1 TERR方法

2 TERR（特耳）方法的提出及原理

TERR（特耳）方法是作者在借鑒國內(nèi)外已有節(jié)能診斷方法的基礎(chǔ)上提煉出來，已經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的一種新的節(jié)能診斷方法。TERR 是英文 Timing sequence control（時序控制）、Energy efficiency grade （能效等級）、Requirement analysis （需求分析）和Recycle waste energy（廢能再利用）的英文字母縮寫，代表節(jié)能診斷要從4方面對用能設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行分析（圖1）。

Timing （時序控制）

基于用戶的實(shí)時需求，以用能設(shè)備（系統(tǒng)）的運(yùn)行時間為坐標(biāo)軸，按照合理的方案實(shí)時控制設(shè)備運(yùn)行，要按照正確的時間去開關(guān)設(shè)備，應(yīng)用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)耗能設(shè)備的實(shí)時測定及智能管理，從而減少生產(chǎn)中的冗余、降低能耗。

圖2 企業(yè)照明系統(tǒng)節(jié)能的TERR（特耳）方法診斷

Efficiency（能效等級）

檢查是否有更高能效等級的設(shè)備（產(chǎn)品）替代原設(shè)備（產(chǎn)品）。盡管傳統(tǒng)耗能產(chǎn)品效率評價標(biāo)準(zhǔn)及方法大多僅關(guān)注了靜態(tài)效率，但這是最基本的節(jié)能手段，可通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，完成對設(shè)備的更新?lián)Q代，進(jìn)一步提高能源的利用率。

Requirement（需求分析）

節(jié)能領(lǐng)域的需求初看起來并不復(fù)雜，使用耗能設(shè)備的目的是非常明確的。如使用照明產(chǎn)品的目的就是獲得合適的亮度；運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)的目的就是控制環(huán)境溫度使人們能夠適應(yīng)環(huán)境。但這些需求并不是一成不變的，是動態(tài)化的需求：即有24小時內(nèi)的短期變化，也有1年內(nèi)的中期變化，還有5年甚至10年的長期變化。因此需要及時掌握變化后的需求，實(shí)時監(jiān)測設(shè)備所產(chǎn)生的效果是否滿足用戶當(dāng)前所需要的，相應(yīng)改變耗能設(shè)備的運(yùn)行，甚至于改變原有設(shè)計。

Recycle（廢能再利用）

判斷設(shè)備所消耗的能源是否可以回收再利用。從能量守恒角度來講，消耗的能量并沒有消失，而僅是由高品位轉(zhuǎn)化為低品位。隨著技術(shù)的進(jìn)步，原來認(rèn)為不能回收的低品位“廢能”變成了可以回收利用的資源。要對每個能耗設(shè)備（系統(tǒng)）進(jìn)行研究，分析消耗的能量能否再利用。如熱電冷三聯(lián)供技術(shù)、空壓機(jī)余熱回收技術(shù)等，就是在實(shí)現(xiàn)發(fā)電、生產(chǎn)壓縮空氣的基本需求的同時，將隨之產(chǎn)生的熱量利用起來，提高了能源的利用率，降低了能耗，減少了排放。

TERR（特耳）方法不但能夠指導(dǎo)節(jié)能工作者對用能企業(yè)開展節(jié)能診斷，挖掘節(jié)能需求；還可以指導(dǎo)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新者對耗能產(chǎn)品進(jìn)行綜合分析，看看是否已經(jīng)融合了這4方面的內(nèi)容，從而指導(dǎo)跨界融合各類技術(shù)打造出智能高效的新產(chǎn)品。

3 TERR（特耳）方法在照明節(jié)能診斷中的應(yīng)用

我們經(jīng)常將節(jié)能比喻成看病，節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品就像治病的藥一樣，只有對癥下藥才有效果。治病首先要診斷，中醫(yī)學(xué)看病有“望聞問切”的“四診”程序，節(jié)能診斷的方法也可以歸納為“四診”，即TERR（特耳）方法。

如圖2所示，按照TERR（特耳）方法的四個步驟，對企業(yè)的照明系統(tǒng)進(jìn)行診斷。

T：是否安裝了計時器和控制傳感器？采用了什么樣的運(yùn)行控制模式？在那些間歇使用照明的房間里安裝有效傳感器以更能自動關(guān)燈，安裝光電控制器來關(guān)閉或打開那些依靠日光大小來決定是否投入使用的電燈，采用更加智能的信息化手段進(jìn)行改造，使照明管理智能化。

E：正在使用何種類型的照明裝置？是否可以用更高效的照明替代？包括“出口”標(biāo)志用的燈在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)照明燈是不是已經(jīng)被更高效的節(jié)能燈所代替？用電子鎮(zhèn)流器T5燈或LED代替電感鎮(zhèn)流器和T8日光燈，用最新的高效節(jié)能燈替換現(xiàn)存的照明裝置。

R：照明的亮度等級是否與工序匹配？燈光的顏色是否嚴(yán)格按照生產(chǎn)對照明條件的要求？是否可以減少照明強(qiáng)度？在車庫和倉庫等對燈光顏色要求不高的地方使用高效冷色節(jié)能燈，重新布置照明設(shè)施的位置以使照明的效果最大化，在照明要求低的倉庫廠房里安裝天窗等。

圖3 焦化廠工藝流程圖

圖4 焦化企業(yè)技術(shù)節(jié)能的TERR（特耳）方法分析

R：照明所產(chǎn)生的熱對環(huán)境有什么影響？是否可以再回收利用？照明產(chǎn)生的熱量會增加空調(diào)的能耗，應(yīng)該合理排出，這些熱量還可以干燥環(huán)境甚至用于引導(dǎo)自然通風(fēng)。

4 TERR（特耳）方法在焦化企業(yè)技術(shù)節(jié)能中的應(yīng)用

某焦化廠工藝流程如圖3所示。

對該廠的生產(chǎn)過程能耗進(jìn)行TERR（特耳）方法分析：

E：甲醇精餾塔采用的是雙效蒸發(fā)工藝，消耗0.6Mpa的蒸汽1.2～1.5t/t甲醇，能耗較高；脫硫工段溶液循環(huán)泵、冷卻塔循環(huán)泵及制冷泵選用的是傳統(tǒng)水泵，工作效率很低，且運(yùn)行遠(yuǎn)小于設(shè)計工況，配置不合理。

T：除了對核心工藝采用自動控制程序外，對水泵等動力輔助設(shè)備沒有采用有效地調(diào)控手段，并列運(yùn)行的水泵常處于全部低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

R：焦?fàn)t同時生產(chǎn)，排出的煙氣有20萬Nm3/h，溫度達(dá)到280℃，浪費(fèi)了大量的余熱；6臺開放式冷卻塔冷卻水從上流下，其勢能沒有被利用。

針對上述存在的問題，為該焦化廠提出了技術(shù)節(jié)能方案，如圖4所示。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上，企業(yè)首先對水泵系統(tǒng)進(jìn)行了改造。傳統(tǒng)水泵改為高效節(jié)能泵，配置改變?nèi)绫?所示。環(huán)境溫度較低時初冷器的運(yùn)行負(fù)荷只有約70%，由1臺循環(huán)水泵來滿足流量需求；高溫季節(jié)，初冷器的負(fù)荷加大到滿載運(yùn)行時，開啟第二臺循環(huán)泵。

通過上述改造，在達(dá)到同樣的工藝需求的前提下，泵的功率大大降低，節(jié)能率達(dá)到23%左右。

5 TERR（特耳）方法在用能產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新方面的應(yīng)用

TERR（特耳）方法還可以用于開發(fā)智能高效的用能產(chǎn)品，成為常規(guī)用能產(chǎn)品升級換代的主要技術(shù)創(chuàng)新路徑。

以日本電飯煲為例，其創(chuàng)新技術(shù)包括多種烹飪模式、智能模塊技術(shù)、IH技術(shù)、精準(zhǔn)控制技術(shù)、壓力可變技術(shù)、研磨成型技術(shù)、密封蒸汽技術(shù)、真空隔熱技術(shù)等。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)都能用TERR（特耳）方法來解釋，這也說明了此方法具有普遍的指導(dǎo)意義。

圖5給出了TERR（特耳）方法對電飯煲節(jié)能技術(shù)的四步分析：從需求（R）出發(fā)，考慮高效均勻加熱技術(shù)和保溫技術(shù)（E），同時利用加熱中產(chǎn)生的蒸汽熱能（R），最終通過智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制（T）。

表1 某焦化廠水泵系統(tǒng)配置改造

圖5 電飯煲技能技術(shù)的TERR（特耳）方法分析

6 結(jié)束語

依靠科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的根本出路，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要( 2006～2020) 》將節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新作為未來十五年科技創(chuàng)新的重中之重。TERR（特耳）方法在節(jié)能診斷中應(yīng)該是一個普遍適用的方法，它能夠指導(dǎo)我們快速、系統(tǒng)、全面、準(zhǔn)確地查找到用能單位的節(jié)能潛力，為節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新提供需求導(dǎo)向。目前一些節(jié)能服務(wù)公司已經(jīng)開始運(yùn)用該方法開展節(jié)能診斷，并取得了一定效果，但還需要在實(shí)際工作中加以完善和推廣。