世界能源遠(yuǎn)景——能源效率技術(shù)報(bào)告概述

對(duì)于生產(chǎn)和消費(fèi)而言，持續(xù)發(fā)展的技術(shù)是任何商業(yè)模式不可分割的一部分。技術(shù)是影響全球市場(chǎng)最終產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素之一，每一個(gè)新一代的產(chǎn)品在默認(rèn)情況下比上一代更節(jié)能，因?yàn)樵诋a(chǎn)品的整個(gè)生命周期里，能源效率是一個(gè)重要的成本因素。

在能量轉(zhuǎn)換鏈的各個(gè)部分，都可以找到節(jié)能技術(shù)：從一次能源資源的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，到發(fā)電廠和煉油廠，再到電網(wǎng)，工業(yè)終端用戶，建筑和交通。雖然技術(shù)潛力對(duì)于成功引進(jìn)能源效率技術(shù)至關(guān)重要，但并不是唯一因素。為了評(píng)估此項(xiàng)技術(shù)的全部潛力并識(shí)別成功通往市場(chǎng)導(dǎo)入的路徑，有必要考慮其經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及現(xiàn)實(shí)性。

這份報(bào)告總結(jié)了世界能源理事會(huì)2011年能源效率技術(shù)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的試點(diǎn)項(xiàng)目的結(jié)果。該項(xiàng)工作重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)，更好地補(bǔ)充完善了世界能源理事會(huì)在能源效率政策方面的工作，最近的研究項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)能源三角和未來(lái)圖景。

下面的關(guān)鍵信息來(lái)自試點(diǎn)項(xiàng)目的第一方面，描述了目前最佳可用技術(shù)（BAT）的技術(shù)潛力：

·油氣開(kāi)發(fā)：上游電力系統(tǒng)的能源效率大約為20%，是整個(gè)能源價(jià)值鏈中最低的。通過(guò)應(yīng)用一個(gè)全電動(dòng)系統(tǒng)方法，能源效率將會(huì)提高50%。

·發(fā)電廠：世界平均發(fā)電廠能源效率（LHV）是34%，與之相比較，燃煤發(fā)電廠的最佳可用技術(shù)為46%，天然氣發(fā)電廠為61%。

·輸配電網(wǎng)：全球平均電力傳輸損失率達(dá)到12%；高壓傳輸?shù)淖罴芽捎眉夹g(shù)每1000公里低于4%。

·不考慮大小、技術(shù)或工藝流程，能源效率管理系統(tǒng)至少增加5%的能耗。

·建筑能耗占全球能源消費(fèi)總量的40%。建筑節(jié)能的潛力大約在20-40%之間，或者在每年100-200萬(wàn)噸油當(dāng)量，這相當(dāng)于有些國(guó)家一年的能源需求量。

下面的關(guān)鍵信息描述了當(dāng)前最佳可用技術(shù)（BAT）的經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)現(xiàn)性：

·許多案例需要一個(gè)完善的系統(tǒng)分析，以利用全部的節(jié)能潛力。比如，檢測(cè)如何使用絕緣、自動(dòng)化、加熱和制冷控制或者是幾項(xiàng)技術(shù)的組合，提高建筑能源效率。

·對(duì)于實(shí)現(xiàn)全部節(jié)能潛力而言，對(duì)用戶進(jìn)行培訓(xùn)和提供信息是必要的。

·考慮到能源投資長(zhǎng)期性的本質(zhì)，金融機(jī)構(gòu)的態(tài)度應(yīng)該轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，投資者在尋找短期收益，但能源項(xiàng)目需要很長(zhǎng)時(shí)間（能源項(xiàng)目是3年的回報(bào)，而不是10年）。

·由資本性支出驅(qū)動(dòng)角度轉(zhuǎn)向全生命周期驅(qū)動(dòng)角度對(duì)于獲得一個(gè)美國(guó)和加拿大項(xiàng)目成本收益的完整和真實(shí)的圖景是必要的。

1.全球趨勢(shì)

21世紀(jì)，特別是與發(fā)端于目前發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)化起始時(shí)相比較，我們對(duì)能源使用的理解方式發(fā)生了巨大變化。

目前，這些發(fā)達(dá)國(guó)家的人口占全球人口總量的20%，并且很難再繼續(xù)增長(zhǎng)，而發(fā)展中國(guó)家人口增長(zhǎng)率卻很高。人口遷移至大型中心城市導(dǎo)致巨型城市的出現(xiàn)。建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施以滿足全球能源、交通、住房的需求，食物供應(yīng)也面臨巨大挑戰(zhàn)，沒(méi)有一項(xiàng)需求能離開(kāi)能源。

雖然全球能源資源是充裕的，并且可以滿足未來(lái)幾十年增長(zhǎng)對(duì)能源的需求，但其在全世界的分布及對(duì)于能源市場(chǎng)的意義，要求一個(gè)更加有效地使用資源和能源的體系。當(dāng)前的不平衡性被大量其他相關(guān)問(wèn)題放大了，包括像北美頁(yè)巖氣增長(zhǎng)開(kāi)發(fā)的例子。氣候變化是最嚴(yán)重的問(wèn)題，并驅(qū)動(dòng)向更清潔電力和更高能源效率的方向發(fā)展。

可持續(xù)能源系統(tǒng)有三個(gè)主要的驅(qū)動(dòng)力：供應(yīng)安全、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)三者相互平衡的系統(tǒng)，即所謂的能源三角，在世界能源理事會(huì)報(bào)告《世界能源三角2011——未來(lái)的政策：評(píng)估國(guó)家的能源和氣候政策》中已全面覆蓋。

依據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的統(tǒng)計(jì)，全球電力需求的實(shí)際增長(zhǎng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一次能源消費(fèi)的預(yù)測(cè)（圖2）。這表明了能源供應(yīng)和終端使用中不斷增長(zhǎng)的電力的重要性。比如，在國(guó)際能源署的報(bào)告《新政策圖景》中預(yù)計(jì)，在2035年前，每年能源需求增長(zhǎng)1.3%，低于電力需求每年2.3%的增長(zhǎng)。低CO2排放的電力數(shù)量將大幅增長(zhǎng)。

在能源部門，應(yīng)對(duì)氣候變化的措施包括三個(gè)戰(zhàn)略重點(diǎn)：

·電力供應(yīng)脫碳；

·增加整個(gè)能源價(jià)值鏈的節(jié)能；

·使用化石能源的終端的電氣化，如熱泵、電動(dòng)汽車，這里有巨大的凈節(jié)能和減排潛力。

能源效率是該戰(zhàn)略所有三個(gè)方面的關(guān)鍵。

依據(jù)國(guó)際能源署（IEA）《能源技術(shù)展望（ETP）2010藍(lán)圖》和《世界能源展望2011》，2050年，相對(duì)正常情況，只電力一個(gè)部門節(jié)能就將減少CO2排放7.3吉噸（Gt），是人為減排總量的17%。

當(dāng)談到人類活動(dòng)各部門的排放，能源相關(guān)的CO2排放構(gòu)成主要部分，占總量的62%，在其中，發(fā)電廠一個(gè)部門的排放量就達(dá)到13吉噸（Gt）CO2當(dāng)量。剩下的18吉噸（Gt）與能源相關(guān)的人為CO2排放主要集中在幾個(gè)工業(yè)部門。

圖4顯示了根據(jù)熱輸入，油氣的上中下游業(yè)務(wù)是能源消費(fèi)最密集的工業(yè)部門。

國(guó)際能源署在其450圖景中指出，提升能源效率是成本最低的減緩氣候變化的措施。在2011-2035年間，相當(dāng)于《新政策圖景》的情況，能源效率占累積全球減排份額的一半，或73吉噸（Gt）（圖5）。

在剩余潛力，能源價(jià)格和其他指標(biāo)方面，每個(gè)國(guó)家能源效率的作用都不同。在OECD國(guó)家，盡管已有顯著的能源效率提升，依據(jù)《新政策圖景》，在450圖景中效率提升仍舊占據(jù)大約42%的減緩潛力。

該份額在非OECD國(guó)家為54%，在這些國(guó)家中，由于能源效率技術(shù)的高成本及能源補(bǔ)貼并未鼓勵(lì)提高能源效率，高效的能源生產(chǎn)和使用技術(shù)一般沒(méi)有被廣泛應(yīng)用。

許多潛在的節(jié)能方法目前已經(jīng)可以使用，相關(guān)技術(shù)也經(jīng)過(guò)了驗(yàn)證。在發(fā)電廠例子中，超超臨界燃煤技術(shù)（650℃，265個(gè)大氣壓）和聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)發(fā)電廠是高效生產(chǎn)的典型例子，還有最新的特高壓交流和直流輸電技術(shù)。智能計(jì)量、高效建筑、熱泵、高效電機(jī)、LED燈和其他用能終端，也能夠?qū)е赂叩哪茉葱省?/p>

生命周期分析可以幫助定義每個(gè)技術(shù)的具體貢獻(xiàn)，并分析哪項(xiàng)技術(shù)是成本有效的，如減少總能源成本通常帶來(lái)正投資回報(bào)率提升。電動(dòng)汽車可能是未來(lái)交通解決方案的例子。然而，當(dāng)考慮到電池成本時(shí)，成本效率仍舊有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。

然而，未來(lái)潛在的成本節(jié)約本身往往不足以促進(jìn)支持能源效率提高的想法，還存在一些障礙，如：

·缺乏辨識(shí)和獲得節(jié)能潛力的知識(shí)和技能；

·與其他成本比較，優(yōu)越性較低；

·較高的前期成本，較長(zhǎng)的回報(bào)期，并有預(yù)期節(jié)能難以實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)；

·能源補(bǔ)貼和目前還沒(méi)有取得一致認(rèn)可的外部性，如氣候變化。

依據(jù)世界能源理事會(huì)的研究，在世界范圍內(nèi)，能源消費(fèi)增長(zhǎng)慢于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)增長(zhǎng)，中東地區(qū)除外。因?yàn)楦哂蛢r(jià)、技術(shù)進(jìn)步和能源效率技術(shù)在諸如燈泡、電機(jī)等終端的應(yīng)用，2004年以來(lái)，能源強(qiáng)度減少的趨勢(shì)（單位GDP能源消費(fèi)量）在加速。需要額外的能源政策和能效措施，實(shí)現(xiàn)尚未開(kāi)發(fā)的節(jié)能潛力。由于決策方式的不同，它們的適用性有變化，如：

·潛在能源節(jié)約的性質(zhì)和位置；

·與能源效率收益有關(guān)的觀念和文化；

·關(guān)鍵決策者的作用：所有者、租戶、運(yùn)營(yíng)商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、用戶；

·電力市場(chǎng)和稅收結(jié)構(gòu)，特別補(bǔ)貼和碳成本。

2.在整個(gè)能源價(jià)值鏈上整合能源效率

無(wú)論什么時(shí)候的能源或環(huán)保辯論，能源效率總能夠作為似乎能夠輕易實(shí)現(xiàn)的東西而被提及。對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，這就像“掛得很低的果實(shí)”，但時(shí)至今日，不論是在公共部門還是在私人部門，這個(gè)假設(shè)都不成立。

在整個(gè)能源價(jià)值鏈上，有大量的技術(shù)潛力用于能源效率的提升：從像石油、天然氣、煤炭、鈾礦和其他一次能源的開(kāi)采到把這些能源轉(zhuǎn)化為熱力或電力，能源的運(yùn)輸和分銷，設(shè)備端的終端使用等。幾乎沒(méi)有幾個(gè)研究項(xiàng)目或?qū)W術(shù)研究能夠根據(jù)所需的技術(shù)細(xì)節(jié)估計(jì)能效節(jié)約潛力的要求并生成可靠的估計(jì)結(jié)果，同時(shí)還能以容易理解的方式進(jìn)行溝通。

權(quán)衡投入產(chǎn)出和成本能對(duì)整個(gè)過(guò)程的能效提升有很大好處。它有助于評(píng)估能源效率提高的影響和對(duì)能效提高背后驅(qū)動(dòng)因素的通用理解；它還能有助于減少燃料的消耗，提高工業(yè)的適用性和盈利能力。

對(duì)能效影響的測(cè)度

能效技術(shù)的影響如何測(cè)度和記錄？一種節(jié)能技術(shù)的使用或多種設(shè)備的使用能夠?qū)崿F(xiàn)什么樣的節(jié)能？為了能夠回答這些問(wèn)題，在測(cè)度能源效率提高之前有必要定義參考點(diǎn)（基線）?；€的設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)考慮正常情況下的能效提高，如不采取任何能效措施下能源效率的自然提高。

從開(kāi)采生產(chǎn)原材料（一次能源）開(kāi)始，沿著后續(xù)的一系列工序，到運(yùn)輸、分銷到使用，能源價(jià)值鏈?zhǔn)且粋€(gè)序列的連續(xù)性生產(chǎn)活動(dòng)。價(jià)值鏈越發(fā)達(dá)，提高能效就越能夠獲取更多的利益。

工業(yè)部門已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了大量的不同方法

在過(guò)去的幾十年里，對(duì)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)已經(jīng)得到了顯著提升，這不僅僅發(fā)生在相關(guān)行業(yè)從業(yè)者之間，同樣發(fā)生在所有利益相關(guān)者之間。

所有的評(píng)估方法都有其局限性。例如，選擇在本質(zhì)上和過(guò)程開(kāi)始時(shí)所做的假設(shè)可能是主觀的。只有在所有假設(shè)和上下文環(huán)境相同時(shí)，對(duì)不同分析（如研究或建模）的結(jié)果比較才是可行的。通常，在分析中所衍生的信息只應(yīng)該用于更復(fù)雜決定過(guò)程時(shí)作為一部分使用，或者用于了解廣泛的或更一般的交易權(quán)衡。在這種情況下應(yīng)該注意，行業(yè)為每個(gè)特定的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能源效率的指導(dǎo)方針。

進(jìn)行一個(gè)評(píng)估項(xiàng)目時(shí)，有必要做出相應(yīng)假設(shè)，工程評(píng)估和決策都是基于涉及其中的利益相關(guān)者的價(jià)值。每個(gè)決策結(jié)果都必須包含在最終結(jié)果之中并與之溝通，以便全面清晰解釋源自數(shù)據(jù)的結(jié)論。這會(huì)使得每個(gè)替代方案的優(yōu)缺點(diǎn)更加易于理解。

哪些步驟是必需的？

基于能源效率方法的可持續(xù)能源系統(tǒng)，要求對(duì)構(gòu)成能源系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行最優(yōu)的整合。為建立整合的能源系統(tǒng)，有三個(gè)任務(wù)必需完成：

1.識(shí)別和確定自己的能源方面的要求；

2.沿著整個(gè)能源轉(zhuǎn)換鏈評(píng)估可能的提高能效的選項(xiàng)，并選擇最合適的來(lái)匹配自己的要求；

3.跨部門和沿著能源價(jià)值鏈的基礎(chǔ)設(shè)施，跨地區(qū)使用信息和通信技術(shù)，如控制、實(shí)時(shí)優(yōu)化和智能電網(wǎng)技術(shù)等工具來(lái)優(yōu)化能源系統(tǒng)。

考慮到能效提高帶來(lái)的諸多好處，如從二氧化碳減排到數(shù)十億美元的潛在能源消費(fèi)節(jié)省潛力，實(shí)施具體的項(xiàng)目評(píng)估已經(jīng)是刻不容緩。為更快實(shí)現(xiàn)提高能效的進(jìn)程，指導(dǎo)方針、信息和溝通應(yīng)當(dāng)放在第一位，這甚至比推動(dòng)力本身更重要。這也是政府可以而且應(yīng)該采取更主動(dòng)的方法的地方。所有能源投資和能源效率措施應(yīng)該基于包括環(huán)境成本的成本/效益分析之上。

3.油氣開(kāi)采和生產(chǎn)過(guò)程的能效

由于油氣行業(yè)是能源最密集的行業(yè)，因此也就有最大的能效改進(jìn)的潛能。在自身的生產(chǎn)過(guò)程中，油氣行業(yè)會(huì)消耗大約20%的產(chǎn)出量。此外，以任何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，油氣勘探和開(kāi)采的能源效率都是非常低的，幾乎為20%。相比發(fā)電效率達(dá)60%的最先進(jìn)技術(shù)，很明顯勘探和開(kāi)采必然有巨大的能耗下降空間?？碧介_(kāi)采的效率如此之低，其原因需要仔細(xì)分析。

石油和天然氣工業(yè)價(jià)值鏈上最重要的環(huán)節(jié)就是勘探和開(kāi)采?？碧胶烷_(kāi)采業(yè)務(wù)也被認(rèn)為是能源價(jià)值鏈上最具風(fēng)險(xiǎn)的部分，無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域還是在物理領(lǐng)域。同時(shí)，勘探和開(kāi)采也帶來(lái)最高的回報(bào)。這有助于公司多元化其活動(dòng)并帶來(lái)多種收入來(lái)源。很明顯，這些業(yè)務(wù)是由那些能夠承擔(dān)長(zhǎng)期投資現(xiàn)金流的垂直一體化公司占優(yōu)勢(shì)的。

深水區(qū)以及遙遠(yuǎn)地區(qū)和北極地區(qū)的設(shè)備是全自動(dòng)的，不需要人員操作。例如，一個(gè)公司目前正在運(yùn)用能效智能網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)為深水海底產(chǎn)品開(kāi)發(fā)概念。這些所謂的海底系統(tǒng)將依賴水面或陸上能源的輸電系統(tǒng)，他們能夠通過(guò)電力在2000米深及以下的地方控制完全自動(dòng)化的開(kāi)采系統(tǒng)。

石油勘探和生產(chǎn)投資保證了這個(gè)估計(jì)每年達(dá)1600億美元的石油服務(wù)市場(chǎng)的流動(dòng)性。這些服務(wù)包括地球物理活動(dòng)，如鉆井及相關(guān)服務(wù)、工程、建筑、機(jī)械設(shè)備的供應(yīng)和維護(hù)。系統(tǒng)性觀點(diǎn)推動(dòng)了能源價(jià)值鏈組件進(jìn)一步整合，同時(shí)考慮到能源對(duì)經(jīng)濟(jì)而言不斷增長(zhǎng)的重要性，能源也為大量相關(guān)業(yè)務(wù)活動(dòng)直接或間接參與到行業(yè)中創(chuàng)造了大量的機(jī)會(huì)。

4.加工工業(yè)的能效

工業(yè)能源效率在過(guò)去十年得到了顯著提高。通過(guò)采取最佳技術(shù)仍可實(shí)現(xiàn)額外的改進(jìn)。此外，節(jié)能措施提供了一些減少二氧化碳排放的低成本選項(xiàng)。然而，需要更廣泛地部署被熟知的成本有效的政策工具來(lái)實(shí)現(xiàn)這種潛力。碳捕獲和封存，熔態(tài)還原、分離膜和黑液氣化等技術(shù)，將有助于應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

行業(yè)研究、開(kāi)發(fā)、示范和部署廣泛的有前途的新技術(shù)，都需要更大的投資，識(shí)別和完成實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期碳零排放生產(chǎn)的材料新工藝也需要大量投資，如感應(yīng)（潛在的行業(yè)：冶金，食品行業(yè)）、工業(yè)熱泵（潛在的行業(yè)：食品、化學(xué)、紙漿和造紙、鋼鐵）。

在油氣工業(yè)，由于能源價(jià)格對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大影響，特別是在發(fā)展中國(guó)家，下游業(yè)務(wù)受到以下因素的強(qiáng)烈限制：原油高成本，所需的投資，增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)流程的復(fù)雜性和對(duì)產(chǎn)品價(jià)格的嚴(yán)格管制。這可以歸因于煉油活動(dòng)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾磉\(yùn)營(yíng)成本。

為了評(píng)估煉油廠和石化廠的能源性能，需要分析其性能趨勢(shì)并與其他工廠相比，重要的是要考慮表征系統(tǒng)的復(fù)雜性及其操作的性能指標(biāo)，并允許管理人員對(duì)結(jié)果的批判性分析，以便拉小實(shí)際結(jié)果和期望目標(biāo)之間的差距。

一般來(lái)說(shuō)，煉油廠能源管理是基于由Solomon Associates開(kāi)發(fā)的能源強(qiáng)度指數(shù)(EII)，考慮其影響，復(fù)雜性，技術(shù)先進(jìn)性和卓越運(yùn)營(yíng)的良好實(shí)踐，對(duì)于每個(gè)煉油工藝裝置設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)值。能源強(qiáng)度指數(shù)的計(jì)算是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)量除實(shí)際消費(fèi)量，也是基于每個(gè)工序的單位供應(yīng)和特定標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)值的加總。另一個(gè)計(jì)算方法是能源特定消費(fèi)（ESC），用所有煉油廠考慮每個(gè)工序的復(fù)雜性因素后的總和除實(shí)際消費(fèi)量。

為了對(duì)相應(yīng)報(bào)告和驗(yàn)證的結(jié)果進(jìn)行批判性分析，能源強(qiáng)度指數(shù)和能源特定消費(fèi)必須完成以下三個(gè)步驟：a)測(cè)量b)分層c)熱平衡優(yōu)化。

測(cè)量和分層的重要性在于他們能夠過(guò)濾出有用的信息和溝通通向高層管理人員的渠道，也向操作員顯示主要變量影響的結(jié)果。熱功率平衡的優(yōu)化也扮演一個(gè)非常重要的角色。因?yàn)樗钦{(diào)整能源生產(chǎn)和需求考慮經(jīng)濟(jì)、進(jìn)料流率和維護(hù)時(shí)不可或缺的。

作為商業(yè)指數(shù)，EII也影響燃料質(zhì)量、流通率和系統(tǒng)可靠性,因?yàn)樗紤]了作為標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)單位的操作能力。能源經(jīng)理不僅要有廣闊的商業(yè)視野，也應(yīng)該關(guān)心維護(hù)的質(zhì)量和重點(diǎn)，以及工廠的最大利用率。指數(shù)的分析及結(jié)果，糾正行為的影響，應(yīng)該成為能源經(jīng)理的日常工作。設(shè)計(jì)指南也必須作為一個(gè)煉油廠和石化企業(yè)能源管理的首要任務(wù),因?yàn)楣S在進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)之后就很難實(shí)現(xiàn)較大的改變。

基于以上的幾個(gè)主題的說(shuō)明，下面的設(shè)計(jì)和操作行為通常被認(rèn)為是工廠的工序過(guò)程中良好的能源管理工程實(shí)踐：

·優(yōu)化熱交換網(wǎng)絡(luò)，主要是在蒸餾單元部分，使用諸如夾點(diǎn)技術(shù)等；

·應(yīng)用整體站點(diǎn)分析，尋找工廠整合的機(jī)會(huì)以及蒸汽水平的優(yōu)化；

·優(yōu)化氫氣產(chǎn)量、尋找新的催化劑，研究可再生原料，壓力分析，過(guò)程控制以減少氫氣損失等；

·采用低壓下降分析氣缸內(nèi)部，采用熱交換網(wǎng)絡(luò)分析整合；

·在加熱器和蒸汽發(fā)生器方面，評(píng)估燃燒空氣預(yù)熱、煙氣廢熱回收和煤灰清潔器分布，并考慮氮氧化物的排放；

·考慮廢熱回收及聯(lián)合生產(chǎn)；

·評(píng)估變速驅(qū)動(dòng)泵和空氣冷卻器；

·實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化；

·設(shè)計(jì)混合動(dòng)力和Hijet真空系統(tǒng)；

·評(píng)估制冷劑液體和冷凝器等冷卻裝置，以減少燃燒消耗；

·用電機(jī)替代大冷凝器式汽輪機(jī)；

·安裝流體透平膨脹機(jī)的和加氫催化裂化、加氫處理；

·以精心的行動(dòng)計(jì)劃防止蒸汽泄漏和實(shí)現(xiàn)冷凝回收；

·提高保溫效力，減少電力損失；

·優(yōu)化服務(wù)并優(yōu)化儀表的空氣系統(tǒng)。

5.熱力發(fā)電的效率

載能資源像硬煤、褐煤、石油和天然氣等的熱能轉(zhuǎn)換有著悠久的歷史。這一切都起源于木材的燃燒。由于高熱量和機(jī)械功率的需求，在19世紀(jì)末和20世紀(jì)，電力、煤炭成為主要的燃料選擇。此外，水能和20世紀(jì)下半葉的核能也用于發(fā)電。隨著聯(lián)合循環(huán)模式中天然氣的使用增加，從1980年開(kāi)始發(fā)電效率明顯地得到提高。

高操作效率以及更高效的二氧化碳捕獲和存儲(chǔ)(CCS)技術(shù)是中期內(nèi)技術(shù)發(fā)展的主要方向，并最終向化石燃料發(fā)電中二氧化碳零排放發(fā)展。例如，西門子已經(jīng)在德國(guó)Irsching為E.ONAG建立了一個(gè)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，功率達(dá)到570兆瓦，發(fā)電效率為60.75%。這是世界上第一個(gè)超過(guò)60%大關(guān)的發(fā)電站，而與目前現(xiàn)存的設(shè)計(jì)效率為58%的最好的發(fā)電站相比，每年將減排超過(guò)40000噸的二氧化碳。

在燃煤發(fā)電領(lǐng)域，當(dāng)前效率已經(jīng)達(dá)到46%以上，在未來(lái)幾年正朝50%的水平接近。雖然先進(jìn)的技術(shù)已經(jīng)處在如此高的水平了，但天然氣和燃煤工廠的平均效率在世界各地大約是41%和34%。燃煤電廠行業(yè)明顯有一個(gè)巨大的效率改進(jìn)潛能。歐洲蒸汽發(fā)電廠總裝機(jī)容量約2300吉瓦(2011)，其中的40%將在未來(lái)20年內(nèi)淘汰。這意味著大約1000吉瓦的產(chǎn)能需要更換。在美國(guó)，由于頁(yè)巖氣的可用性和低成本，高效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電可以代替舊燃煤發(fā)電。

碳捕獲和封存(CCS)是大規(guī)模緩解化石燃料發(fā)電廠產(chǎn)生的溫室氣體的排放的唯一技術(shù)。在化石燃料發(fā)電廠整合碳捕獲和儲(chǔ)存將導(dǎo)致目前水平上6%至10%的效率損失。

由于源自風(fēng)能和光伏等可再生能源的波動(dòng)性發(fā)電份額的增加，考慮到電網(wǎng)負(fù)載的控制能力，需要給電網(wǎng)留下一定的靈活性。在未來(lái)，傳統(tǒng)的發(fā)電廠必須有足夠容量能夠通過(guò)迅速改變發(fā)電廠輸出的上升或下調(diào)以應(yīng)對(duì)負(fù)載的變化。

同時(shí)，在負(fù)荷側(cè)需要更大的靈活性以更具彈性的方式做出反應(yīng)，即“負(fù)荷跟隨發(fā)電”。這需要終端到終端的詳細(xì)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從發(fā)電端傳遞到負(fù)載。這些要求如何以高效率同時(shí)滿足可以通過(guò)西門子的FACY（快速循環(huán)）技術(shù)進(jìn)行演示。與熱啟動(dòng)相比，該技術(shù)提高了燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電廠約14%的啟動(dòng)效率。

此外，還有進(jìn)一步降低化石燃料的用量和增加整體電力生產(chǎn)效率的可能性，如聯(lián)合熱電工廠（CHP），通過(guò)煤炭發(fā)電廠共燃生物質(zhì)或使用甘蔗渣和乙醇加工工業(yè)的殘?jiān)?/p>

提高電廠的可靠性是實(shí)現(xiàn)更高的整體發(fā)電效率的另一個(gè)可能的途徑。據(jù)計(jì)算，如果世界上所有的發(fā)電廠可以操作的可靠性達(dá)到今天的世界前25%發(fā)電廠的相同程度，全世界至少可以節(jié)約800億美元，每年可以避免10億噸二氧化碳和相應(yīng)數(shù)量的其他污染物的排放。

6.能效和電網(wǎng)

電網(wǎng)在向消費(fèi)者輸送電力方面扮演著重要角色。電網(wǎng)在輸電系統(tǒng)（直流或者交流電）中使用最高電壓輸送大量電力，在分配系統(tǒng)中以中低電壓輸送，在此輸送過(guò)程中，會(huì)有電力損失，目前，全球電力損失平均值是12%。所以，應(yīng)用最新技術(shù)建立一套優(yōu)化的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以降低損耗尤為關(guān)鍵。

風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電能力大幅提升，但產(chǎn)能不穩(wěn)定，促使現(xiàn)有電網(wǎng)已趨于最大負(fù)荷，例如在德國(guó)和美國(guó)，因?yàn)椴环€(wěn)定的可再生能源占比較高，導(dǎo)致的電網(wǎng)容量不足造成了越來(lái)越難在發(fā)電和負(fù)載間取得平衡。為保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性，只能斷開(kāi)新能源發(fā)電機(jī)。因此，新的挑戰(zhàn)是在電力儲(chǔ)存、高壓輸送線、更大范圍內(nèi)優(yōu)化等眾多選項(xiàng)中確定和實(shí)施一個(gè)最好的選擇。

另一個(gè)結(jié)果是電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格不穩(wěn)定，在強(qiáng)風(fēng)和低負(fù)荷需求條件下越來(lái)越頻繁出現(xiàn)極低甚至負(fù)利潤(rùn)。目前一些地方的電網(wǎng)已負(fù)擔(dān)不起任何投入。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2030年電網(wǎng)投資需求將高達(dá)6.5萬(wàn)億美元。

歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，到2030年歐盟27國(guó)總發(fā)電量將達(dá)到3000-5000億瓦。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般建在陸地上，但有越來(lái)越多建在公海。這意味著，有必要用最少的損耗完成長(zhǎng)距離大量電力輸送，所以高壓直流輸電技術(shù)將成為重要的備選方案。

全球最高載荷的電力高速通道在中國(guó)已建成，其他國(guó)家也在積極規(guī)劃：電力從國(guó)內(nèi)的水電站輸出，經(jīng)過(guò)成千上萬(wàn)公里路程到達(dá)沿海城市，損耗非常小。使用+/-800千伏輸電電壓是可行的——這是世界范圍內(nèi)首次使用這個(gè)級(jí)別的輸電電壓。采用高壓直流電技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離電力輸送，更高的電壓水平如1000千伏同樣可行，傳輸損耗每千公里僅有3-4%。

高壓直流電技術(shù)可以成為整體解決方案的一部分：與高壓交流電技術(shù)相比，高效直流電技術(shù)在超過(guò)100公里輸電方面更為經(jīng)濟(jì)。但是這項(xiàng)技術(shù)也有缺點(diǎn)，比如需要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在高壓直流電技術(shù)主要用于解決點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。

除了輸電網(wǎng)的升級(jí)和擴(kuò)展，使分配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適應(yīng)新的挑戰(zhàn)也很有必要。過(guò)去的單向網(wǎng)絡(luò)需要配置為雙向電流。這需要增加電力網(wǎng)絡(luò)尤其是分配網(wǎng)絡(luò)信息的使用。換言之，就是智能電網(wǎng)。在未來(lái)，能源系統(tǒng)中發(fā)電/載荷依賴將被改變。以前“發(fā)電看載荷”的法則將不再適用，新的原則變?yōu)椤拜d荷看發(fā)電”。

智能電網(wǎng)是發(fā)電、傳輸、分配發(fā)展的下一階段。在老的電網(wǎng)中，電力從發(fā)電到最后的傳輸是單向流動(dòng)的。智能電網(wǎng)允許信息在電力供應(yīng)商和消費(fèi)者之間雙向交互流動(dòng)，甚至可以實(shí)現(xiàn)電力從可以提供發(fā)電的用戶向電網(wǎng)的輸送。

運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算設(shè)備，賬單的準(zhǔn)確性和效率大大提高，同時(shí)消除了錯(cuò)誤和人工讀測(cè)產(chǎn)生的大量勞動(dòng)力成本。通信設(shè)施也能實(shí)現(xiàn)新的先進(jìn)功能，如智慧家庭設(shè)施，電動(dòng)汽車充電，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等等。建設(shè)智慧電網(wǎng)使電網(wǎng)可以節(jié)能運(yùn)行，分散的能源以最佳方式整合，這將直接減少溫室氣體排放。

同時(shí)，建設(shè)智慧電網(wǎng)將為消費(fèi)者提供準(zhǔn)確的價(jià)格信號(hào)并引入激勵(lì)機(jī)制，此次促進(jìn)消耗的全面降低：消費(fèi)者成為力求節(jié)能和消耗降低的主力。

智慧電網(wǎng)日益復(fù)雜的運(yùn)行機(jī)制對(duì)能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。對(duì)現(xiàn)有流量的監(jiān)測(cè)和控制，是智慧電網(wǎng)的核心功能。沒(méi)有這些數(shù)據(jù)，未來(lái)的供電系統(tǒng)就不能獲取大量的可再生能源，同時(shí)在發(fā)電量波動(dòng)和載荷之間保持最佳平衡。

除此之外，智慧電網(wǎng)在運(yùn)行中斷后能夠更快復(fù)位，減少非技術(shù)損失。隨著信息技術(shù)在電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、控制方面的應(yīng)用，智慧電網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)。智慧電網(wǎng)的要素包括：

·智慧儀表，用于小型能源生產(chǎn)商、消費(fèi)者及電動(dòng)車基礎(chǔ)設(shè)施；

·覆蓋全能源產(chǎn)業(yè)鏈的有效信息、通信技術(shù)和傳感器。

這將使電力消費(fèi)更加透明和易于控制，最終有助于節(jié)能。引進(jìn)智能控制系統(tǒng)將各種發(fā)電機(jī)設(shè)備互聯(lián)，或者將單個(gè)供電區(qū)域從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立出來(lái)，就是所謂微電網(wǎng)。這些采用分散發(fā)電機(jī)的微電網(wǎng)像PV,風(fēng)電，生物發(fā)電或者微熱電聯(lián)合可以在獨(dú)立的系統(tǒng)中運(yùn)行，與電網(wǎng)的連接僅用于后臺(tái)支持。

7.工業(yè)節(jié)能

工業(yè)使用大量能源支持各種生產(chǎn)和資源開(kāi)采。很多工業(yè)生產(chǎn)需要大量熱能和機(jī)械能量，其中大部分源自天然氣、石油和電。一些工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣可以被再次利用，提供額外能量。

由于工業(yè)生產(chǎn)中的低溫生產(chǎn)和高溫生產(chǎn)過(guò)程迥異，工業(yè)節(jié)能空間不能一概而論。一些生產(chǎn)程序和能源服務(wù)廣泛應(yīng)用于很多行業(yè)，其中很多依賴特有技術(shù)和工藝。然而，不論生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)或者生產(chǎn)程序如何，工業(yè)節(jié)能管理可以將能源消耗降低至少5%。

在很多國(guó)家，實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)、減少生產(chǎn)熱能或者利用生產(chǎn)中的廢熱為節(jié)能提供了很大空間。

熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的蒸汽和電在工廠內(nèi)部得到利用。發(fā)電時(shí)，作為副產(chǎn)品生成的熱能可以收集起來(lái)，為生產(chǎn)提供蒸汽、熱等。熱電聯(lián)產(chǎn)將90%的燃料轉(zhuǎn)化為可用能量。

先進(jìn)的鍋爐和熔爐高溫運(yùn)行能減少燃料使用。這些技術(shù)既節(jié)能，產(chǎn)生的污染物也少。美國(guó)生產(chǎn)廠中超過(guò)45%的燃料用于生成蒸汽，典型的工業(yè)生產(chǎn)廠通過(guò)收集蒸汽、減少泄露、建設(shè)冷凝回路充分利用蒸汽，將能源消耗降低20%（根據(jù)美國(guó)能源局）。

目前，電動(dòng)機(jī)是最主要的耗電設(shè)備，約占耗電總量的70%。在第三產(chǎn)業(yè)，電動(dòng)機(jī)耗電量約占耗電總量的三分之一。

電動(dòng)機(jī)通常勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，但變速驅(qū)動(dòng)可以所需載荷控制電動(dòng)機(jī)能量輸出，這樣可以節(jié)能3-60%，具體取決于電動(dòng)機(jī)如何使用。由超導(dǎo)材料制成的發(fā)動(dòng)機(jī)線圈也可以降低能量損耗。電壓優(yōu)化配置也有利于節(jié)能。

工業(yè)中會(huì)大量使用各種型號(hào)的泵和壓縮機(jī)。泵和壓縮機(jī)的效率取決于許多因素，一般實(shí)施更好的過(guò)程控制和維護(hù)措施可以提高節(jié)能效果。壓縮機(jī)一般用于為噴砂、噴漆等提供壓縮空氣。據(jù)美國(guó)能源部稱，通過(guò)采用變速驅(qū)動(dòng)和防止空氣泄露的措施優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)，可以將節(jié)能效率提高20-50%。

8.交通部門的節(jié)能

一輛機(jī)動(dòng)車的節(jié)能效率約為280兆Btu/乘客英里。提高機(jī)動(dòng)車節(jié)能效率的方法有：改用流線型車身減少阻力，降低車身重量（這也是合成材料廣泛用于車身的原因）。

先進(jìn)的輪胎通過(guò)減少路面摩擦力和滾動(dòng)阻力省油。保持合理的輪胎壓力可以將燃料效率提高3.3%，替換阻塞的空氣過(guò)濾器可以將舊車燃油效率提高10%。在配有燃料噴射器和電腦控制發(fā)動(dòng)機(jī)的新車（1980年及以后生產(chǎn)）上，阻塞的空氣過(guò)濾器對(duì)百公里耗油沒(méi)有影響，但是替換它可以提速6-10%。

節(jié)能汽車的燃油效率是普通汽車的兩倍，最先進(jìn)的車如奔馳仿生學(xué)概念車的燃油效率高達(dá)百公里2.8L，是現(xiàn)有常規(guī)車輛平均的4倍。

機(jī)動(dòng)車節(jié)能的主流趨勢(shì)是增加電動(dòng)車（全電動(dòng)或者混合動(dòng)力）?；旌蟿?dòng)力如Toyota Prius使用再生制動(dòng)可以重新收集普通車輛中浪費(fèi)的能量，城市間駕駛效果更為明顯。插電式混合動(dòng)力車能提高電池效率，在不用汽油的情況下也可行駛一段距離。

這樣看來(lái)，任何產(chǎn)能方式（如燒煤、混合動(dòng)力、可再生能源）都可以節(jié)能。插電式混合動(dòng)力僅依靠電力可以行駛約40英里（64公里），如果電池電量低，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)使用。當(dāng)然，純電動(dòng)車也很受歡迎。

9.商業(yè)和民用建筑節(jié)能

一座建筑的位置和周邊環(huán)境對(duì)調(diào)節(jié)其溫度和照明起著重要作用。例如，樹(shù)、綠色景觀和山能提供陰涼，也能擋風(fēng)。在較冷的環(huán)境中，設(shè)計(jì)窗戶朝南的建筑增加了進(jìn)光量（最終轉(zhuǎn)化為熱能），減少了能源使用，最大限度利用了太陽(yáng)能。緊湊的建筑設(shè)計(jì)包括節(jié)能窗戶、密封很好的門、墻體額外的保溫層、地下室底板和地基可以減少25-50%熱能損失。

黑色房頂比反射效果最好的白色房頂溫度高，這部分多余的熱能可以轉(zhuǎn)化用于建筑內(nèi)部。美國(guó)研究表明，房間降溫時(shí)，顏色淺的房頂比顏色深的房頂用能少40%。白色房頂在陽(yáng)光充足的環(huán)境中節(jié)能更多。先進(jìn)的電力加熱和冷卻系統(tǒng)減少了能源消耗，改善了建筑內(nèi)人群的舒適感。

利用窗戶和天窗合理的位置以及建筑的特點(diǎn)，將光反射進(jìn)建筑物可以減少人造光的需求。一項(xiàng)研究表明，自然光和工作照明使用增加，將提高學(xué)校和辦公室的生產(chǎn)率。節(jié)能燈可以節(jié)省2/3能源，壽命比普通白熾燈泡長(zhǎng)6-8倍。新型熒光燈可以發(fā)出自然光，在大多數(shù)情況下，它們更節(jié)約成本，雖然初始購(gòu)置配用較高，但是成本回收期僅有數(shù)月。

節(jié)能建筑一般會(huì)利用低成本的紅外傳感器，在衛(wèi)生間、走廊以及非工作時(shí)間的辦公區(qū)域等無(wú)人使用時(shí)關(guān)掉照明。利用與建筑照明系統(tǒng)相連的日光傳感器可以監(jiān)測(cè)照明的照度（照明單位），根據(jù)自然光的多少關(guān)閉或減弱照明亮度，以此減少能源消耗。建筑管理系統(tǒng)通過(guò)中央計(jì)算機(jī)將所有這些連接起來(lái)，控制整棟建筑的照明和能源需求。

建筑內(nèi)取暖和制冷技術(shù)的選擇對(duì)能源利用和節(jié)約有重要影響，有的區(qū)域取暖和制冷系統(tǒng)會(huì)利用城市垃圾。例如，用一個(gè)新的燃燒效率為95%的天然氣爐替換一個(gè)舊的燃燒效率50%的將大大節(jié)約能源使用、二氧化碳排放和冬天取暖費(fèi)賬單。地?zé)岜每梢愿?jié)能更節(jié)省成本。該系統(tǒng)使用泵和壓縮機(jī)推動(dòng)冷凍液沿著熱動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，改變熱能從熱向冷的自然流向，將熱能從儲(chǔ)備在附近地下的大型熱能庫(kù)輸送到建筑中。

事實(shí)證明，通過(guò)熱泵輸送等量熱能比使用電加熱器節(jié)約4倍電能。地?zé)岜玫牧硪粋€(gè)優(yōu)勢(shì)是它在夏季可以轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)把熱量從建筑傳送到地下達(dá)到制冷效果。地?zé)岜玫娜秉c(diǎn)是初始購(gòu)置費(fèi)用較高，但是由于低能耗5-10年就能收回成本。

商業(yè)部門通過(guò)引入智能儀表希望引起員工對(duì)能源問(wèn)題的重視，并用這種生動(dòng)活潑的方式達(dá)到監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)能源使用的目的，但進(jìn)度緩慢?，F(xiàn)在的建筑利用能源質(zhì)量分析師評(píng)估使用、諧波失真、峰值和干擾因素以最終實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。通常這些儀表通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)互通。

結(jié)論

有時(shí)節(jié)能被認(rèn)為是能夠迅速實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的比較簡(jiǎn)單的方法，很多有效的技術(shù)解決方案已在應(yīng)用。技術(shù)進(jìn)步在現(xiàn)今和未來(lái)都將為節(jié)能提供很多技術(shù)解決方案，但是也有一些組織、經(jīng)濟(jì)、實(shí)施方面的障礙，需要統(tǒng)籌考慮：

·技術(shù)解決方案的成本節(jié)約。投資節(jié)能技術(shù)的收益通常不為人知或被質(zhì)疑。政府部門應(yīng)該推進(jìn)對(duì)收益進(jìn)行公正的綜合研究，包括成本/收益評(píng)估。

·融資。節(jié)能是一項(xiàng)長(zhǎng)期使命，融資問(wèn)題需要考慮進(jìn)去。貸款時(shí)限應(yīng)該覆蓋整個(gè)解決方案的持續(xù)期。

·接受現(xiàn)實(shí)。能源節(jié)約不一定總能達(dá)到預(yù)期（反彈效應(yīng)）。接受現(xiàn)實(shí)并愿意適應(yīng)新的能源消耗類型對(duì)政策和措施成功實(shí)施非常必要。

·創(chuàng)新。技術(shù)路線圖是做未來(lái)設(shè)計(jì)非常有用的工具，可以幫助決策者在短期方案達(dá)成共識(shí)。

·環(huán)境影響評(píng)估應(yīng)該基于一個(gè)完整的生命周期分析，要現(xiàn)實(shí)可達(dá)成的。

注：

譯自：2014年3月【英國(guó)】www.worldenergy.org