能源與動力工程中節能減排技術研究

陶競立 胡茂凌 朱穎驍

四川中煙工業有限責任公司成都卷煙廠 四川 成都 610066

引言

前期工業化時期，以粗放型經濟增長方式為主，造成了資源能源過度開發與使用，加劇了能源危機。在新一輪工業化改革浪潮推動下，我國提出了“化危為機”的新思想，通過擴大技術要素配置比例，逐漸推動了經濟增長方式由粗放型向集約型的轉型，同時增強了能源與動力工程在建筑、電力、交通等應用，使新能源、動力機械、熱工設備等在此類產業行業中獲得了推廣應用，產生了較好的節能減排效果。在當前總體經濟高質量發展階段，需要進一步增強對能源與動力工程的應用研究，使其中的節能減排技術優勢發揮更大效用。下面先對能源與動力工程做出說明。

1 能源與動力工程概述

能源與動力工程主要是通過對新能源與動力機械、熱工設備方面的研發設計及其推廣應用，解決各行業諸領域能源利用效率差、自動化水平低、動力不足等問題。例如，當前在各行業使用的新能源中，除了眾所周知的太陽能、風能、地熱能外，還創新了垃圾焚燒發電、清潔燃料發電、燃料電池發電等，同時對于傳統能源的深度開發與利用也產生了前所未有的成果，如“煤煉氣”、“煤煉油”等。再如，動力機械方面，隨著對集成化技術、電氣自動化技術、智能化技術的融合運用，不僅提高了機電、電氣方面的自動化水平，還實現了對內燃機、鍋爐、航空發動機、制冷等各個層面的數據監測、診斷、分析、數據報表利用等，輔助不同的行業企業提高了生產效率，降低了投入成本，從整體上了促進了經濟效益、社會效益、生態效益的綜合產出。

2 能源與動力工程中節能減排技術分析

2.1 變頻調速技術

在現代機電工程中使用的設備規模越來越大，在功耗較大的情況下，應用變頻調速技術可以促進機電設備使用時的合理性，因此在能源與動力工程應用時，通常會配套的應用變頻高速技術。實踐經驗表明，在改變電源輸出頻率后，變頻器設備在電機應用中可以產生較好的整體控制效果[1]。例如，在泵類設備、風機設備的應用過程中，多數處于高頻率使用狀態，功耗大、能耗高，容易增加企業用電成本。應用該技術后，能夠對電能進行收集，有效解決此類問題，擴增企業可營利空間。再如，在電力系統中應用變頻調速技術時，主要是將開關按鈕、變頻器信號、水位信號、智能PID調節器等，與可編程控制系統（PLC）進行關聯，然后通過對變頻器、電機一全泵、水壓、壓力變送器等實施系統性控制等。

2.2 空壓機余熱回收技術

傳統螺桿式空氣壓縮機熱量損失較多，通過加裝余熱回收設備，能夠借助冷熱交換功能，促進其中的能量轉化并收集其中的熱能。從優勢看，空壓余熱回收技術應用成本較低、容易操作，在余熱回收后能夠利用其加熱水，達到對熱能的循環利用，性價比相對較高[2]。例如，在發電廠鍋爐使用時會產生熱量散失現象，可以結合電廠損失容量與余熱恢復過程，應用該技術加裝余熱回收裝置、冷凝裝置等，可以對余熱進行有效回收，但是在此過程中會產生一定量的廢水。因此，在新時期高質量發展過程中，應用該技術時需要配套的增強廢水治理工作，如對OAA工藝（如圖1）的應用等。

圖1 OAA工藝示意

2.3 熱管技術

熱管技術應用時需要劃分出蒸發段、絕熱段、冷凝段，具體應用時，蒸發段在受熱作用條件下，其中的蒸汽流會流向冷凝段，借助冷凝作用蒸汽冷卻、液化后變成液體。由于該過程具有可逆化特點，因此，在蒸發段與冷凝段之間的交互作用下，能夠于循環過程中完成對熱量的有效回收與高效利用。由于熱管技術的投資成本相對較低，利用時的效率較高，在實際的能源與動力工程應用后，迅速受到了市場的青睞。

2.4 其他技術

除以上技術外，當前在能源與動力工程中，一方面加大了對傳統能源的技術開發，另一方面擴大了清潔能源的應用范圍。尤其是進入“十四五”階段后，結合高質量發展主題，在借助擴大數字化技術的配置比例為此類工程“賦能”時，增加了機電一體化技術、電氣自動化技術、人工智能技術的聯合應用。

3 能源與動力工程中節能減排技術的優化應用

3.1 結合系統應用思路，開發利用各類能源

目前，煤炭資源總量下降，開采深度增加，石油天然氣資源對于進口的依賴性較大，加上新能源的利用率不足等情況，亟須在能源與動力工程應用中，增強能源開發力度與利用效率。例如，在煤炭資源開發方面，已經成為實現了二次提煉與資源再開發，然而在配套的市場開發方面存在明顯短板[3]。再如，進原油與天然氣進口后，應對其進行進一步研究，開發此類能源內在的價值并加以利用。尤其在新能源方面，大量的投資集中在太陽能、風能、潮汐能方面，十分需要增強焚燒發電、清潔能源發電、地熱發電等技術的推廣應用。另外，生物能源開發方面缺乏優勢，在當前需要加大該方面的投資比重，促進其研發設計。

3.2 細化節能減排指標，實踐節能環保目標

能源與動力工程應用時，牽涉到土地、水、能源、材料、環境等，建議結合實際情況，將決的節能減排目標，一方面分解到節地、節水、節能、節材方面，另一方面借助環境管理中的環境影響評價、竣工環境保護驗收相關方法，細化能源與動力工程中的節能減排指標，從而使上述的“四節”實現了的同時，促進對生態環境的全面保護，最終保障“四節一環保”目標的有效實踐。

例如，建筑是滿足民眾基本居住需求的必要條件，具有高能耗、高污染特征。新時期民眾的居住需求發生了變化，而且出現了建設用地與耕地之間的矛盾，為了有效解決此類問題，需要將“四節一環保”中的節地指示進行細化，并將其落實到對用地指標的控制、空間與結構設計指標的調整等方面，可以較好地實現達到節約土地與提升土地利用率的目標。再如，當前建筑工程中增強了對太陽能光伏發電系統的應用，但是在實際應用時利用效率不高，為了解決此類問題，一方面可以在屋面可利用面積方面進行精打細化，然后根據建筑所在區域的變電站用電負荷，盡可能選擇適用性較好的分布式并網方式（如圖2），合理地將新能源光伏發電系統并入到變電站用電系統，這樣做可以精準排列光伏電池板，并對其產生的電能進行有效接入，精準利用。另一方面則應該在選型配套的設備時，盡可能以逆變式變壓器為主，細致區分直流式、交流式條件下的各項參數，選擇節能效率高、功能適用性好的配套設備等。

圖2 分布式電源系統結構示意（逆變式并網類型）

3.3 增強技術聯合應用，擴增節能減排效用

在能源與動力工程應用時，重點集中在對各項技術的獨立應用方面，如變頻調速技術、新能源應用技術、空壓余熱回收技術、補水技術等，受到技術本身的應用條件限定，單一化應用相對較多[4]。然而，在高質量發展過程中，強調通過配置數字化技術為此類工程“賦能”。但是，在應用電氣自動化技術、大數據技術、云計算技術、機電一體化技術、人工智能技術時，側重于對各系統的聯合控制，因而在這種大趨勢之下，需要通過增強不同節能減排技術的聯合應用，擴增節能減排效用。

例如，在能源與動力工程中的能量損耗主要為熱能損耗、濕氣損耗。此時，可以將濕氣損失降低技術、廢熱回收技術、熱管技術等進行聯合，并通過電氣自動化技術與機電工程集成化技術之間的資源整合，對各項聯合應用的技術進行聯合控制，確保總系統與子系統之間的系統控制、專項控制、協調控制獲得了有效落實，從而保障能源與動力工程的全過程控制效果。

4 結束語

總之，能源與動力工程屬于前沿技術，應用前景十分廣闊。在熱能回收、電能收集再利用，以及各類機電設備集成化發展方面，對空壓余熱回收技術、變頻調速技術、熱管技術、電氣自動化技術、人工智能技術等應用，已產生了前所未有的節能減排效果。建議在當前階段盡可能利用工業設計思想，借助加大對能源與動力工程相關技術產品研發設計環節的投資比例，促進其快速發展與高效應用。