試論能源與動力工程的節能技術

摘 要：當代社會飛速發展，能源與動力工程功不可沒，但在全新的發展理念下，傳統工程能源消耗過高的問題逐漸暴露出來。能源與動力工程的節能技術研究，是從根本上降低社會運轉過程中的能源消耗。本文首先闡述了能源及動力工程的相關概念，然后從煤炭資源和石油資源兩個角度分析在節能方面存在的不足，最后對我國能源與動力工程節能技術的應用進行探究。

關鍵詞：能源;動力工程;節能技術

中圖分類號：TK018文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）13-0142-03

On Energy Saving Technology of Energy and Power Engineering

YANG Shiming

（Hebei Agricultural University，Baoding Hebei 071000）

Abstract： With the rapid development of contemporary society， energy and power engineering have made great contributions， but under the new development concept， the problem of high energy consumption of traditional engineering gradually exposed. Energy saving technology research of energy and power engineering is to fundamentally reduce energy consumption in the process of social operation. In this paper， the related concepts of energy and power engineering were first described， then the shortcomings in energy conservation were analyzed from the perspectives of coal resources and oil resources. Finally， the application of energy conservation technology in energy and power engineering in China was explored.

Keywords： energy;power engineering;energy saving technology

能源和現代科技是社會發展的核心動力，因此，我國對能源與動力工程的建設和管理尤為重視。當前，能源短缺已經已經成為世界性難題，且傳統能源利用率不高，污染物質排放量過高，造成不可再生資源大量消耗和環境污染的雙重難題。因此，在能源與動力工程中研究和應用節能技術，是降低能源消耗、維持可持續發展的關鍵。

1 能源與動力工程概述

1.1 能源

能源是向自然界提供能量轉化的物質，是人類活動的物質基礎。人類通過探測、開采、加工和使用能源，推動了社會生產力的進步，因此可以說能源是現代社會發展的基礎。隨著工業和科技社會發展到全新階段，人們越來越意識到，傳統的能源使用方式快要將地球的各類珍貴能源消耗殆盡，同時粗放式的能源開發模式，也對生態環境造成了巨大破壞。無論是從維持社會生產力的角度，還是從保護和拯救大自然的角度，研究節能技術都十分有必要。

1.2 動力工程

簡單來說，動力工程就是將開采和加工出來的能源通過能源轉換，產生人類工業活動所需動力的相關技術。在新的歷史時期，動力工程除了要推動生產力進一步發展，還承擔著提高能源利用率、減少污染物質排放的重要任務[1]。近幾十年來，我國經濟發展迅速，但也付出了自然生態遭到破壞的代價，積極推動動力工程研究和發展，是降低社會發展能源消耗、促進生態環境恢復的關鍵，也是構建可持續社會發展體系的必然途徑。

1.3 能源與動力工程

具體來講，能源與動力工程的研究，一方面是對傳統能源利用方式進行優化，另一方面是尋求新能源。對煤、石油等傳統能源，主要研究方向是提高利用率，降低能源消耗，降低有害物質排放;在新能源研究方面，目前在風能、核能等能源的利用方面取得了一定的成就，在太陽能、生物能源方面的研究和實踐也在逐步進行[2]。從動力工程角度來講，研究方向主要是基于對傳統能源及新能源的深入分析，對內燃機、發動機、鍋爐等動力設備進行改造，以便提升能源利用率，減少能源消耗，降低污染。能源與動力工程是一個綜合工程體系，與國家經濟、社會運轉和生態保護息息相關。

2 傳統能源與動力工程相關技術存在的不足

2.1 煤炭資源的應用

煤炭是一種經典的傳統能源，在我國儲量極高，我國各個地區都有悠久的煤炭資源利用歷史。在我國近年來的工業發展過程中，煤炭成為主要應用資源之一，也是我國能源與動力工程的核心資源。但是，煤炭資源的一大弊端就是污染性極強，其硫含量極高。而傳統動力工程對煤炭的使用普遍采用比較粗放的燃燒方式，在能源轉化過程中，會產生大量的有毒物質，對空氣造成嚴重污染，酸雨就是因煤炭能源的大量使用而產生的典型的不正常的自然現象[3]。

2.2 石油資源的應用

石油資源是目前全球最為重要的能源。通過對石油資源的開發和使用，人類社會在第二次科技革命之后飛速發展。我國對石油資源的研究和使用十分重視，其推動了工業和現代科技的發展。但是，隨著人類社會對石油資源的依賴性越來越強，這種不可再生資源的消耗量不斷增加。隨著石油資源儲量越來越少，人們開始對傳統能源與動力工程的運行方式進行反思，急需改善工藝，研究新能源，以應對將來石油資源枯竭的難題。

3 能源與動力工程節能技術的應用

能源與動力工程節能技術的關鍵在于提升煤炭、石油等傳統能源的利用率，減少因為工藝和管理問題導致的能源浪費問題，同時還需要對可再生、污染性較低的新能源進行研究。能源與動力工程節能技術的研究，實際上是為了逐步構建一個兼顧社會經濟發展、自然生態保護的可持續發展體系[4]。目前，在我國能源與動力工程研究中，主要有以下幾種典型的節能技術。

3.1 空氣壓縮機余熱回收技術

傳統的能源與動力工程能源系統中，空氣壓縮機是比較常見且關鍵的設備，其在系統中承擔轉化能源動力的關鍵任務。空氣壓縮機的工作原理是空氣通過進氣過濾器將大氣中的灰塵或雜質濾除后，由進氣控制閥進入壓縮機主機，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，經壓縮后的混合氣體從壓縮腔排入油氣分離罐，此時壓縮排出的含油氣體通過碰撞、攔截、重力作用，絕大部分的油介質被分離下來，然后進入油氣精分離器進行二次分離，得到含油量很少的壓縮空氣，當空氣被壓縮到規定的壓力值時，最小壓力閥開啟，排出壓縮空氣到冷卻器進行冷卻，最后送入使用系統。在傳統空氣壓縮機中，所消耗的電能僅有10%轉換為壓縮空氣，而90%轉化為熱能，而這部分熱能中有一部分會隨著設備散發到空氣中，被直接浪費掉。目前，在行業內出現了一種新型的節能技術，即空氣壓縮機余熱回收技術，通過相應裝置，可以將部分被浪費的能量回收，然后通過回收系統在水箱中以約60 ℃左右熱水的形式儲存。通過該技術，可以收集傳統機械系統運行中浪費的熱能并進行二次利用，進一步提高了能源利用率。

3.2 變頻調速技術

變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。作為電能消耗量巨大的設備，電機在工作過程中也會浪費大量的能源。一方面受傳統工藝制約，設備在運行中存在摩擦力過大的問題，導致電能消耗量過大;另一方面，多數電機運行速度可調控的幅度小，無法根據相應的生產需求靈活調整能源消耗量。為此，業界專門開發了一款變頻調速技術，通過靈活調整電源輸出頻率，不僅能有效降低電機運行過程中的能源消耗，而且有助于降低電機損耗，提高電機使用壽命。目前，我國工業工程及民用系統中都在逐步普及變頻調速技術，提高了電機運行智能化水平，優化了能源消耗機制，提高了能源利用率。同時，為了適應交流驅動機在機器人、自動化處理、加工工具、傳輸設備等方面的綜合運用，變頻調速技術不斷發展，針對復雜的觀測和算法的綜合性控制，持續優化系統，提高對復雜任務的同時性處理和對簡單任務的快速控制。

3.3 流體機械與動力機械的結合

目前，動力機械是將自然界中的能量轉換為機械能而做功的機械裝置;而流體機械是指以流體為工質進行能量轉換的機械。以流體動力學設計航空發動機諸部件為例，采用三維黏性作為設計的基本原則，尤其是在葉輪機械設計方面，在二維、準三維設計以及其他設計過渡方面學科研究不斷深入，未來的燃氣輪機不僅要結合熱機動力學的相關理論和技術，而且要在能源轉化過程中，結合氣動熱力學對設計方案進行調整，使大型設備及工程的動力需求得到滿足。例如，在我國西氣東輸、南水北調、三峽工程等國家重大工程中，熱機氣動熱力學和流體機械的結合，能夠進一步降低系統能耗。同時，結合動熱力學的能源動力補充能力，在水電動力工程設計、制造、運營、實驗的過程中，為高級工程技術提供先進的理論支撐和研究創新。

3.4 新能源技術

目前，我國新能源技術的研究和實踐應用取得了一定的成就，逐步形成了以風能、潮汐能、太陽能為主體的新能源動力工程體系。其中，風能發電即利用風力帶動風車轉動，通過風車系統中的增速機，提高風車轉速，帶動發電機組產生電能。在我國風力資源比較豐富的內蒙古、吉林等地，已經建成了多個風力發電廠，尤其是東北部分地區，通過風力發電所產生的電能，替代了大量來自火力發電廠的電能，在較大程度上降低了煤炭資源消耗，減少了碳排放。數據表明，隨著東北地區風力發電產業逐步形成規模，該地區冬季供暖系統所需能源正逐步向清潔化的方向發展，對持續改善東北地區空氣污染問題具有至關重要的積極意義，但僅僅依靠東北地區部分風力發電還難以實現整體技術水平的發展，在保證產創結合的動力探索時，還需要對技術落后和實驗設備落后等方面的問題進行研究，保證整體研究水平和產業建設的同步性。

4 推動能源與動力技術的持續性發展

4.1 接力國家和社會支持

近年來，隨著能源與動力技術的不斷發展，在產能轉換技術方面，動力工程技術持續發展。為了提高能源與動力技術的應用價值，國家和社會各界需要通力合作。首先，國家要為推動能源動力技術的更新換代提供政策支持，并逐步將能源產業廢物排放、環境污染等相關管理內容納入國家環境保護法律體系中;同時，國家要對動力能源產業的健康發展提供指導，不斷敦促企業進行新型能源技術研發，逐步向清潔能源方向發展。其次，鼓勵民間的企業團體和科學研究所等單位進行通力合作，結合跨國境、跨地區的技術資源合作，加速研究成果的市場化發展。例如，華科的能源與動力工程學院，與歐美、日本、澳大利亞等國家和地區的科研機構都建立起了長期合作關系，在機構的支持下，學者和專家進行境外的訪學交流，不斷聯合培養學生，推動了動力能源技術在國際上交流與合作[5]。為此，國家要對實驗室研究成果及相關技術技術進行獎勵，幫助提高研究和生產之間產能轉換的效率。

4.2 推動動力工程被其他行業借鑒

動力工程與工程熱物理的研究成果，不僅能在能源清潔化方面得到應用，還能在熱力發電、發動機制造及換熱設備的制造中進行運用。在研究過程中，能源及動力工程技術和信息化技術進行結合，將會進一步提高應用水平。例如，動力工程和電子研究技術能作為電子技術進行發展，在動力工程實驗數據的基礎上，電子研究技術能提供數據支撐和模擬實驗。尤其是在熱力學技術研究方面，熱力學和分子模擬領域離不開“熱身理論”的電子化模擬和設備支持。目前在華東理工大學化學系的研究過程中，已經有專門的動力學模型被學術界廣泛認可，“分子溶液的計算機模擬和分子熱力學模型”重點研究了固液界面區不同吸附構型密度分布、大小和數量等微觀信息，幫助專項研究取得了較大的條件基礎。除此之外，可再生能源與溫室氣體控制演示等主題能夠為太陽能發電形式的技術研究提供支持，并且能為我國和世界都面臨的溫室氣體控制問題提供真實動態的數據參考。

5 結語

能源和動力工程是維持當代國家經濟、社會工業發展的基礎，但該類工程本身對自然資源消耗較大，加上傳統工藝在污染物排放方面存在的不足，導致能源短缺、生態污染成為一個抑制社會持續發展的重要難題。為此，有必要對傳統能源與動力工程應用和發展中存在的不足進行全面分析，通過優化傳統能源技術、開發新能源的節能技術，降低能源消耗、提高能源利用率、減少環境污染。只有這樣，才能構建科學的能源技術體系，維持社會可持續發展。

參考文獻：

[1]于宏智，楊杰，劉鑫炎， 等.淺談能源與動力工程的節能技術[J].數碼設計（下），2019（12）：211.

[2]陶松哲.關于淺談能源與動力工程節能技術的探討[J].商情，2019（6）：199.

[3]劉丹琳.探析能源與動力工程的節能技術[J].建材與裝飾，2018（50）：151-152.

[4]程軍軼，高靖添，于灝.關于能源與動力工程的節能技術分析[J].信息記錄材料，2018（9）：34-35.

[5]韓雨沖.探討節能技術在能源與動力工程中的應用研究[J].中國戰略新興產業，2019（8）：155.

收稿日期：2020-04-05

作者簡介：楊世明（1997—），男，本科，研究方向：工程熱物理。