第三章 能源有效利用的分析方法

第一節(jié) 能源有效利用的評(píng)價(jià)指標(biāo)

一、概述

能源的有效利用是能源利用中最重要的問(wèn)題。對(duì)能源利用的分析評(píng)價(jià)常常包括兩方面，即對(duì)能源利用過(guò)程進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和對(duì)能源消耗效果的分析評(píng)價(jià)。能量系統(tǒng)的分析方法主要有能量平衡法、?分析法、熵分析法、能級(jí)分析法及?經(jīng)濟(jì)分析法等。而能源消耗效果的分析評(píng)價(jià)主要有全能耗分析法、凈能量分析法、價(jià)值分析法和能量審計(jì)法等。

目前主要有三類(lèi)基于熱力學(xué)各種定律的評(píng)價(jià)能量系統(tǒng)的方法。

(1)以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的能量平衡分析法。這種分析法簡(jiǎn)單易行，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展成熟，并且廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程的分析評(píng)價(jià)之中。但是，這種方法只是建立在“量”的守恒上，而忽視了能量品質(zhì)的變化，因而在系統(tǒng)分析中常常忽視各種不可逆性造成的損失，而無(wú)法正確分析系統(tǒng)節(jié)能和優(yōu)化的潛力。

(2)綜合運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和第二定律，并在西方國(guó)家稱(chēng)為“熱力學(xué)第二定律分析法”的?分析法、熵分析法和能級(jí)分析法。熱力學(xué)第二定律分析法能夠分析、量化生產(chǎn)過(guò)程中的不可逆損失，辨識(shí)系統(tǒng)中不可逆損失的原因以及產(chǎn)生的部位。其中，?分析法的發(fā)展尤為突出。?分析法是以?效率為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，既可以作系統(tǒng)分折，又可以作優(yōu)化綜合，目前已廣泛應(yīng)用于能源有效利用和節(jié)能分析工作中。但是，?分析法在對(duì)復(fù)雜能量系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析和優(yōu)化改造時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些工程中不容許的誤差或出現(xiàn)“節(jié)能不省錢(qián)”等局限性。

(3)將熱力學(xué)分析與經(jīng)濟(jì)因素統(tǒng)一考慮的?經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法，或稱(chēng)為熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法(Thermo-economy)。這種方法融合了熱力學(xué)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)工程、最優(yōu)化技術(shù)以及決策理論等基本思想，同時(shí)考慮能量的“質(zhì)”和“量”，并將系統(tǒng)中的?流價(jià)格化，來(lái)追求經(jīng)濟(jì)效益的最佳效果。尤其是在對(duì)復(fù)雜能量系統(tǒng)的分析、優(yōu)化、診斷、改進(jìn)以及設(shè)計(jì)中，?經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯，是分析優(yōu)化工程系統(tǒng)的強(qiáng)力工具。

在能源利用中，能源有效利用的評(píng)價(jià)指標(biāo)是十分重要的。它包括能源消費(fèi)系數(shù)、能源的利用效率和用能效益。

二、能源消費(fèi)系數(shù)

從宏觀上評(píng)價(jià)能源有效利用的優(yōu)劣，通常采用能源消費(fèi)系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。能源消費(fèi)系數(shù)是指一年或某一時(shí)期，為實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值平均消耗的能源量，即

由此可見(jiàn)能源消費(fèi)系數(shù)是一個(gè)從整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益去考察能源有效利用的指標(biāo)。

三、能源利用效率

能源利用效率是衡量能量利用技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。通過(guò)對(duì)能源利用效率的分析，可以有助于改進(jìn)企業(yè)的工藝和設(shè)備，挖掘節(jié)能的潛力，提高能量利用的經(jīng)濟(jì)效果。

能源利用效率是指能量被有效利用的程度，通常以n表示，其計(jì)算公式為

對(duì)不同的對(duì)象，計(jì)算能源利用效率的方法也不盡相同。通常有以下幾種計(jì)算方法。

1.按產(chǎn)品能耗計(jì)算法

一個(gè)國(guó)家或一個(gè)地區(qū)可能生產(chǎn)多種產(chǎn)品，對(duì)主要的耗能產(chǎn)品，如電力、化肥、水泥、鋼鐵、煉油、制堿等，按單位產(chǎn)品的有效利用能量和綜合供給能量加權(quán)平均，即可求得總的能源利用效率n0，即

上述綜合能耗量包括兩部分：一部分為直接能耗，即生產(chǎn)該種產(chǎn)品所直接消耗的能量;另一部分是間接能耗，它是指生產(chǎn)該種產(chǎn)品所需的原料、材料及耗用的水、壓縮空氣、氧等及設(shè)備投資所折算的能耗。

2.按部門(mén)能耗計(jì)算法

將國(guó)家和地區(qū)所消耗的一次能源，按發(fā)電、工業(yè)、運(yùn)輸、商業(yè)和民用四大部門(mén)，分別按技術(shù)資料及統(tǒng)計(jì)資料，計(jì)算各部門(mén)的有效利用能量和損失能量，求得部門(mén)的能量利用效率啪，然后再求得全國(guó)或地區(qū)的總的能源利用效率n，即

3.按能量使用的用途計(jì)算法

一次能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)使用，除了少數(shù)作為原料外，絕大部分是作為燃料使用。其中一類(lèi)是直接燃燒，如各種窯爐、內(nèi)燃機(jī)、炊事和采暖等;另一類(lèi)轉(zhuǎn)換為二次能源后再使用，如電、蒸汽、煤氣等。因此按用途計(jì)算便可分為發(fā)電、鍋爐、窯爐、蒸汽動(dòng)力、內(nèi)燃動(dòng)力、炊事、采暖等。先求得某項(xiàng)用途的n，然后再將各種用途的琊相加平均，即可求得總的能量利用效率，即

4.按能量開(kāi)發(fā)到利用的計(jì)算法

把能源從開(kāi)采、加工、轉(zhuǎn)換、運(yùn)輸、儲(chǔ)存到最終使用，分為四個(gè)過(guò)程，分別計(jì)算出各個(gè)過(guò)程的效率，然后相乘求得總的能源利用率，即