节能技术发展

节能技术发展典型节能技术介绍我国的能源状况“十五”能源方针：提高能源利用效率和效益为中心的目标。人均拥有能源量不足，寻找适合中国能源发展的道路：改善以煤为主的能源消费结构中国能源储量特征—煤炭资源丰富中国一次能源消费的基本结构中国能源产出及消费以煤炭为支柱，电力为中心2004年我国煤炭消费约为18亿吨，电力工业煤炭消费达9.8亿吨，占50%以上2005年，电力工业煤炭需求为10.8亿吨，比2004年增加1亿吨，增长10.2%；2004年，大面积缺电从夏季高峰或枯水期电力短缺转变为全年持续性缺电和随机性缺电，缺电正在成为中国经济快速发展进程中的切肤之痛我国能源面临的主要问题需求增长迅速，利用效率低下电力供应增长不及需求增长2020年全国能源需求量将达到30亿吨标准煤，其中煤炭23亿吨。中国的能源发展速度并不低，如中国现在一年所建的电厂，相当于半个英国的装机，相当于一个巴西的装机，但即使是这样高的速度，也跟不上能源消耗的速度。能源利用效率低下目前我国综合能源利用效率约为33%，比发达国家低10个百分点。解决途径节能效率优先环境发展协调内外开发并举以煤炭为主体电力为中心油气和新能源全面发展以能源的可持续发展和有效利用支持经济社会的可持续发展电力发展中坚持以下十条方针深化电力体制改革，建立规范的电力市场。加强电网建设，建立全国统一的电网。大力开发水电，充分利用水利资源。优化发展煤电，提高效率，减少污染排放。加快核电发展，实现核电建设国产化。因地制宜发展天然气发电，尽可能调整电力能源结构。积极发展新能源发电，重点发展风力发电。高度重视生态环境保护，实现电力与人、生态的和谐发展。加大技术改造，充分发挥现有的电力资源。努力提高能源利用效率，鼓励热电冷联产，支持分布式能源系统的发展，支持需求侧管理的推广。节能的技术措施加强通用节能技术的研究热机节能技术电力配送节能技术加强新型节能技术研究整体煤气化联合循环发电热电联产分布式能站混合动力系统热机节能技术燃烧改善强化传热技术余热回收技术隔热保温技术热泵技术热管技术空气冷却技术高效燃烧技术气体燃料燃烧油的燃烧煤的燃烧气体燃烧正确选用燃烧器正确选择燃烧器的参数提高火焰的稳定性燃烧器的改进和开发旋流燃烧器高速燃烧器多喷口板式无焰燃烧器油的燃烧提高雾化质量良好的空气旋流配合煤的燃烧煤粉燃烧稳定技术煤粉钝体燃烧器稳燃腔燃烧器开缝钝体燃烧器夹心风燃烧器火焰稳定船式燃烧器双通道自稳定燃烧器煤粉低氮氧化物燃烧技术低过量空气系数空气分级燃烧高浓度煤粉燃烧技术流化床燃烧技术强化传热技术单向介质管内对流换热单向介质管束外对流换热单向介质对流换热的功耗沸腾换热凝结换热余热回收技术热源高温烟气余热可燃废气、废液、废料高温产品和炉渣冷却介质化学反应废气、废水设备余热锅炉凝结水回收系统隔热保温技术保温材料研发、应用设备保温计算新型节能技术整体煤气化联合循环发电热电联产分布式能站混合动力系统其实质都是利用已有的技术进行综合利用和改造，提高全系统的利用率什么是整体煤气化联合循环发电（IGCC）？IGCC:IntegratedGasificationCombinedCycle由两大部分组成：煤的气化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分整体煤气化联合循环发电的优势高转化效率IGCC电厂的发电的净效率可达43-45%；传统火电厂的发电的净效率仅为30%。环境友好脱硫率达98%～99%以上；NOx排放只有常规电站的15%--20%；单位电能排放二氧化碳减少30%；粉尘排放几乎为零；耗水量少。燃料适应性强传统火力发电厂转化效率低我国火力发电行业整体效率在30%左右环境成本高大气污染：中国SO2排放量，世界第一！CO2排放量，世界第二！其中燃煤造成的SO2

、CO2分别约占全国总量的85%和85%水资源浪费：要维持一个120万千瓦的现代化火电厂运行至少需要1立方米/秒的持续水流量，每千瓦装机容量至少需要26.3立方米/年的水资源量IGCC经济性分析投资回报率高：投资回报率可达12%!贷款年利率 电力销售价格（￥/度）10% 0.3308% 0.310

美国德州Wabash河IGCC项目性能No.6煤未使用回流气使用回流气氧气消耗量95%氧气（吨/天）800960666066每吨煤炭耗氧量0.810.860.86水消耗量（gpm）流程用水594545清洁水1248945945总量1307990990热效率%HHV40.04041.4排放物及处理SO2(Ib/MW-hr)0.380.380.31CO(Ib/MW-hr)0.140.140.14NOx(Ib/MW-hr)0.240.240.24硫处理%98.998.998.9占地面积（英亩）626262综合成本（$/KW）1066投资回报率的敏感性分析上升影响下降影响回报率%变动值变动%基准值变动%变动值回报率%产品产量、价格的影响电力5.470.297-10%0.33￥/度+10%0.36317.79硫11.9727￥/t-10%246￥/t+10%33￥/t12.03炉渣11.73-41￥/t0$/t41￥/t12.27原材料价格的影响煤炭13.94139￥/t-23%180￥/t23%221￥/t10.02天然气12.6519￥/MMBtu-10%21.3￥/MMBtu10%23.4￥/MMBtu11.34金融因素的影响投资12.169844.1MM￥-2。510096.7MM￥2.510349.2MM￥11.84投资12.339592.36MM￥-510096.7MM￥510601.8MM￥11.69利息率15.828%-2010%2012%8.07贷款额11.3872%-2080%2088%13.06税率12.4736%-1040%1044%11.49生产性能的影响日电量10.461054MW-2.51081MW2.51108MW13.51日电量8.871027MW-51081MW51135.1MW14.97上网电价变动对投资回报率的影响IGCC电厂常规火电厂投资回报率12%12.3%投煤量338万吨/年300万吨/年水260万立方米/年2630万立方米/年产能1154MW1000MW综合成本8741.2￥/mw4452.6￥/mwSO2排放量0.27万吨/年2.6万吨/年烟灰NONE3500吨/年CO2排放量122.6万吨/年600万吨/年对比分析IGCC项目的SWOT分析SWOT是一种分析方法，用来确定企业本身的竞争优势（strength），竞争劣势（weakness），机会(opportunity)和威胁（threat）热效率高达40%以上污染物排放达标技术可行成本比较高要求的技术高国外技术壁垒煤炭价格投资渠道公民环境意识的觉醒和谐社会的要求京都议定书履约责任SWOTSWOT二十一世纪：多种能源同时使用的时代在当前世界能源面临着结构、效率、安全和环境四大问题时代，分布式能源系统可能是一个有效的解决途径分布式能站（DistributedGeneration，DG）将迅速发展，并改变以电网为主的传统供能模式所谓分布式能站，是指社会的能量和电力供应是由小型的分散的系统来满足，即就地发电，就地消费。（OnSiteGeneration）AdvancedDGDG—DistributedEnergyGenerationCHP—CombinedHeat&PowerHES—HybridEnergySystemRES—RenewableEnergySystemCC—ContinuousCommissioningESS—EnergyStorageSystemTAT—ThermallyActivatedTechnologyHOMER—HybridOptimizationModelforElectricRenewables分布式能站的构成形式DGHESRESCCHOMERESSCHPTAT分布式能源供应系统的特征一是设备的小型化和微型化；二是燃料结构的多元化，可以是燃气管网的天然气、煤层气、地下气化气、生物沼气，也可以是太阳能、地热、风能、水能和核能等；三是能源供应形式的多目标化，如供电、供热、供冷、供气、供水等；四是网络化分散就近供应；五是智能化控制和信息化管理，在因特网和智能计算机的优化运行调度下，进一步与智能化家用电器协同优化，实现一定范围内的优化调度，以及利用低谷燃气资源和低谷电力资源为用户蓄电、储能，实现燃气、电力、供暖、制冷、热水的供需平衡，优化组合；六是高效、清洁，环境污染小。分布式电力供应优越性一是就地供应，具有低的输电、输能的能源损失；二是土建与安装成本低，能量输送投资很少；三是适合于多种热电比的变化，可灵活的根据热、电需求进行调节，设备利用小时高；四是各电站相互独立，不会发生大面积大规模停电、停热，供电、供热，可靠性高；五是分布式电站接入系统的合理规划和运行调度，可为电网的安全运行及调峰、错峰提供重要的手段；六是可为电力、热力、燃气、制冷、环境、交通等多系统实现优化整合提供技术支持。DG的优势它能够极大地提高能量利用效率，大幅度降低CO2排放电网的能量效率，如果单纯的以电为产出，则效率极低，仅相当于33％。即使采用先进的复合循环系统，其效率最高只能达55％左右。因此在中国的城市中广泛应用的电热器，及电源空调器是极大的浪费。采用电、热联产、联供的方式（CombinedHeat&Power，CHP）可以高效率地满足客户需求。电能是一种高品质的能量，它应该只使用在必须的场合，如：运动的需要：驱动泵浦、推进器、分离器等的机械能产生照明各类电子设备：电视、音响等热电联产（CHP）发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式，是指同时生产电、热能的工艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。以热电联产方式运行的火电厂称为热电厂。对外供热的蒸汽源是抽汽式汽轮机的调整抽汽或背式汽轮机的排汽，压力通常分为0.78～1.28兆帕(MPa)和0.12～0.25MPa两等。前者供工业生产，后者供民用采暖。热电联产的蒸汽没有冷源损失，所以能将热效率提高到85％，比大型凝汽式机组(热效率达40％)还要高得多。热电联产不仅大量节能，而且可以改善环境条件，提高居民生活水平。TAT技术热能的品质取决于其温度，高温的热能可被利用来产生机械能（原动机），并通过磁的媒介发电；而低温热虽不能利用来发电，或为原动机所用，却也能满足人类的各种需求。尤其是采用热能活化技术（ThermallyActivatedTechnology，TAT）后，更加扩大了低温热的利用范围，包括：以热制冷（吸收式制冷，AbsorptionChiller）以热去湿（干燥剂去湿，DesiccantDehumidifier）热源空调原则是：温度对口,梯级利用.CHP和TAT的结合采用CHP及TAT技术后，DG的总能量效率可能达到80％以上。在一般情况下，也能达到70％以上显然，热传输要通过输送介质实现，远距离网络不适合采用CHPCHP及TAT其实都是传统技术，传统的技术只要符合时代的要求，也能成为朝阳产业。尤其是采用了系统的集成优化，运行管理优化，其水平更是不可同日而语CombinedHeat&Power，CHPCHP使用较少能量各类系统应用的功率范围CHP原动机之一CHP原动机之二CHP原动机之三CHP原动机之四TAT技术吸收式制冷/LiBr吸收式制冷循环吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。稀混和溶液在发生器中被加热，分离出一定流量的冷剂蒸气进入冷凝器中，蒸气在冷凝器中被冷却，并凝结成液态；液态冷剂经过节流降压，进入蒸发器，在蒸发器内吸热蒸发，产生冷效应，冷剂由液态变为气态，再进入吸收器中；另外，从发生器流出的浓溶液经换热器和节流降压后进入吸收器，吸收来自蒸发器的冷剂蒸气，吸收过程产生的稀溶液由循环泵加压，经换热器吸热升温后，重新进入发生器，如此循环制冷。吸收式制冷的特点吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害；以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热（采暖）的双重目的。整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时，制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制冷技术以其特有的优势已经受到广泛的关注。目前，吸收式制冷正在向着小型化、高效化的方向发展，各国对吸收式技术的开发研究主要集中在联合循环、余热利用、吸收式热泵、吸收和发生过程的机理研究、换热结构和换热表面、界面活性剂及缓蚀剂、机组优化设计及经济性分析、系统的特性仿真等方面。吸收式制冷已经成为制冷技术的主要发展方向之一，有着非常广阔的前景。干燥剂去湿CHP模块式系统CHP市场：75GWCHP的排放CHP的能耗配额德CHP的增长率的预测DG有利于可再生能源的利用除了前面介绍的CHP模式以外，DG还可以使用其他的原动机和能源形式。特别是可再生能源。可再生能源（RenewableEnergy）是一个不太严谨的名词，事实上能量用掉了并不能再生，它只是指用之不竭的能源，即太阳能或因它而生的各种能量如水能、风能、生物质能等。化石能源当然也来源于太阳能，但是大自然化了5亿年方才创造出这种具有高能量密度的物质，人类则化了短短二、三个世纪就把它消耗殆尽。太阳能太阳能是极其巨大的，每一分钟太阳能照在地球上了能量超过了人类一年所消耗的总能量。但它的能量密度与化石能源相比却又非常之低。利用光电池（PhotovoltaicCell，PVCell）可以将太阳光直接转化为电流。太阳能利用硅太阳电池目前的转换效率为15％，一平方米太阳能电池的功率平均约为200W。也可以将太阳光聚焦用以加热和产生蒸汽并用于发电，加利福尼亚的太阳能实验装置SolarⅡ，装于沙漠中，有1800个反射镜和相应的追踪装置，将太阳光聚焦于中间的高塔锅炉，所发的电量可供10，000家庭使用。在夜间锅炉仍用天然气加热。太阳电池作为DG的能源，可以布置在屋顶高楼的幕墙。流经屋顶的太阳电池冷却水也可以综合利用。在一些地方，太阳电池的应用已经达到数千KW的规模。我国广大西部地区有极其充沛的太阳能资源，如果充分开发，完全可以满足本国的能源需求，并成为能源的基地。太阳能薄膜电池PV汽车其他可再生能源除了照射的太阳光能以外，风能、水能以及生物质能也都由太阳能转化而来，是太阳能的另一种形式。这其中水能发电已有悠久的历史和巨大的规模，但是仅靠开发水能还不能满足对能量的需求。中国有丰富的水能资源，有经济开发价值约为400GW，全部开发也只能满足能量需求的1/3.风能的利用技术已经成熟，是一个高速成长的产业，其转化效率达35～45％。2004年全世界已具有46GW的能力，正在以30％的速率增长。中国在96年左右开始发展，至2003年建成能力为0.567GW，但也仅占世界的1.5％左右，风能主要分布在沿海、高原、大漠。我国西部地区有丰富的风力资源风能生物质能生物质能可以制成能量密度较大的燃料，如乙醇、生物柴油等，便于储存及携带，是唯一可直接用于载运工具的燃料，但是由于光合效率较低，占用面积较大。中国由于可种植面积较小，在未来的能源结构中只能起辅助的作用，全部开发每年能产能6～7亿吨标煤当量。DG采用混合能量系统可再生能源是由太阳直接发出的，是一种自然能，它对自然运行规律具有强烈的依赖性。如风能与风速的三次方成正比，具有很大的季节性与随机性。太阳光能则随季节及晴阴变化，在每日之间则随着入射角而变化。两者之间有一定互补性。这种能量供应的变化是独立于负载的，因此如果只将风能或太阳能与负载相联所构成的能量系统是一种无反馈的开式系统，它不可能持续稳定地运行因此可再生能量系统通常只能是一种混合能量系统（HybridEnergySystem）太阳辐射能分布负载的变化混合能量系统所谓混合能量系统是指两种或以上的能源，以及储能器及负载所构成系统，其中至少有一个备用的子系统可控。通常可控系统可以是电网，天然气或石油的原动机发电机组，或可控的电池、储能器及负载（耗能器）。由于风涡轮及热机发电机以及大部分负载的电流是交流电，而太阳电池（PV）及蓄电池均为直流电，因此在系统中还应该有整流、逆变的电流调制设备。在混合能量系统中，也常采用CHP等技术混合能源系统结构混合能量系统示例储能系统（EnergyStorageSystem，ESS）用于季节性供需波动的储能系统：PumpedHydro（HydroBattery）用过剩电能将水泵到高位水库。WelseESS达到135MW，AirPressESS（NumaticBattery）将空气压缩后储于地下盐穴，需要时将压缩空气用于燃气涡轮发电热储存、冰储、热水储等特点：大容量、长周期储能、不能吸收快速波动的能量，多用于电网调峰用于昼夜间供需波动的储能器：各种电池，其中能量密度及功率密度指标最好的是锂电池，但价格十分昂贵飞轮储电，具有较大的容量，效率高，响应快，无充放电衰减燃料电池（储氢）快速储能器：电容器，能吸收瞬间的能量，能量密度低而功率密度大双高的储能器（高能量密度、高功率密度）仍有待突破压缩空气储能蓄电池技术各种电池的能量密度与功率密度车船应用的混合动力除了利用可再生能源的混合能量系统之外，使用燃料的HES也能大幅度地节能。在电力推进船舶和电动车已经成功地使用了混合动力系统，由于HES具有平顺负载峰谷的作用，对于机动性极强的车辆、船舶等能够降低空载和轻载的油耗。由于HES的设计和管理都很复杂，因此成为研究的热门，马里兰大学、麻省理工大学等都开展了风、光、柴油机的混合系统研究，有专门的实验室。连续试运行技术（ContinuousCommissioning）对于已有系统的节能，美国得克萨斯农业与机械大学TexasAM能源系统实验室开发了一种连续试运行技术（ContinuousCommissioning）。通过监测系统的各种热工参数，进行仿真分析，提出优化控制方案，最后测定节能效果（通常以一年为期）。CC的实施通常能节能20％，创造了巨大的经济效益，并获得了联邦及各政府的巨额资助加强DG等新技术的研究和支持化石能源生产量已经见顶，能源供应的紧张将会长期存在。提高能量效率，开发可持续能源，是世界和中国最紧迫的任务。在多种能源同时使用的时代，分布式能站（DG），热电联产（CHP），混合能源系统（HES）将会迅速发展。CHP能利用余热，HES能利用剩余功率二者均使能量效率大幅提高。