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能源效率与节能
中国城市低碳经济网   2012-11-15 作者: 来源:厦门公共服务网 文字大小:[][][]

  目前,国际上普遍用“能源效率”(energy efficiency)来替代20世纪70年代能源危机后提出的“节能”(energy conservation)一词。

  实际上,从国际权威机构对“节能”和“能源效率”给出的定义来看,两者的涵义是一致的。按照世界能源委员会1979年提出的定义,节能是“采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施,来提高能源资源的利用效率。”这就是说,节能是旨在降低能源强度(单位产值能耗)的努力,应在能源系统的所有环节,包括开采、加工、转换、输送、分配到终端利用,从经济、技术、法律、行政、宣传、教育等方面采取有效措施,来消除能源的浪费。

  世界能源委员会在1995年出版的“应用高技术提高能效”中,把“能源效率”定义为:减少提供同等能源服务的能源投入。一个国家的综合能源效率指标是增加单位GDP的能源需求,即单位产值能耗;部门能源效率指标分为经济指标和物理指标,前者为单位产值能耗,物理指标工业部门为单位产品能耗,服务业和建筑物为单位面积能耗和人均能耗。

  之所以用“能源效率”替代“节能”,是由于观念的转变。早期节能的目的,是为了通过节约和缩减来应付能源危机,现在则强调通过技术进步提高能源效率,以增加效益,保护环境。

  物理能源效率指标通常用热效率来表示。联合国欧洲经济委员会的定义是:在使用能源(开采、加工转换、储运和终端利用)的活动中所得到的起作用的能源量与实际消耗的能源量之比。

  根据联合国欧洲经济委员会的物理指标能源效率评价和计算方法,能源系统的总效率由三部分组成:

  开采效率,能源储量的采收率。

  中间环节效率,包括加工转换效率和储运效率,后者用能源输送、分配和储存过程中的损失来衡量。

  终端利用效率,即终端用户得到的有用能与过程开始时输入的能源量之比。

  中间环节效率与终端利用效率的乘积称为“能源效率。”把终端利用效率混同于“能源效率”是错误的。例如,有人说:“中国的能源利用效率约为30%左右,日本和美国在50%以上。”实际上,前者是“能源效率”,后者是“终端利用效率。”

  按照上述定义计算能源效率(热效率)相当复杂,需要大量的动态数据,而且终端利用效率难以精确计算,特别是没有考虑价格和环境因素的影响。

  第一定律效率 first law efficiency by thermodynamics

  热力学第一定律表述为能量既不能产生也不会消失,只会由一种形式转变为另一种形式。据此,能源转换效率通常定义为由系统提供的功或者能量与输入到系统中的能量之比。

  第二定律效率 second law efficiency by thermodynamics

  热力学第二定律表述为系统中的熵总是增加的,也就是说,能量在转换过程中损失了它的“品位”,或者做某种作业的能力。因此,转换效率既要考虑数量又要考虑“品位”的损失。据此,第二定律效率ε定义为完成某种作业所需的有用功消耗的功之比,即: , Amin是完成该作业的最小能耗。

  按照第二定律效率,大多数耗能括动的转换效率小于10%,而第一定律效率则已达到很高的水平。典型的例子是家用燃油炉,第二定律效率只有5%,而第一定律效率高达60%。根据第一定律效率,似乎提高能效的潜力有限,但第二定律效率表明还有很大的潜力。

  直接节能 direct energy saving

  采取各种措施减少生产和生活中直接消耗的能源。直接节能的主要途径是:改进能源管理;采用节能的技术、工艺、设备等措施。

  间接节能 indirect energy saving

  减少商品生产或服务所间接消的能源量而实现的节能,如降低工料、辅助原材料、零部件及其他消耗品的消耗,提高产品质量、合理延长设备和产品的使用寿命,改变经济结构和产品结构等。

  技术节能 technical energy saving

  采取技术措施而实现的节能。技术节能措施主要有:通过能耗监测,改进操作和维护,提高现有设备或系统的运行效率;采用成熟的节能技术,对设备或系统进行技术改造;采用先进技术,更新设备和工艺等。

  结构节能 structural energy saving

  经济结构是国民经济中各种指标因素的纵向或横向的数量比例关系的总和。结构节能系指经济结构合理变化而少用的能源量。具体地说,是计算年为完成基准年的相同产值或产量,靠合理改变经济结构而减少的能耗总量,或是相同数量的总能耗,由于经济结构变化而解决了许算年部分产值或产量增长所需要的能源。通常,结构节能是间接节能的主要方面。对结构节能计算分析,一般按五个层次进行:部门结构、工业结构、行业结构、企业结构、产品结构。通过工业产值结构模式的理论计算得出,整个工业产品产值结构节能量基本等于全国工业产值结构节能量,可见工业其他层次结构节能量均反映在产品层次的结构节能量之中。

  系统节能 system energy saving

  利用系统工程的原理,全面考虑能源转换、传递和利用整个系统的用能,使之整体优化,以达到整个系统的节能。按照系统划分的范围不同,有企业系统节能、行业系统节能、城市或地区系统节能和国家系统节能等。

  能源强度 energy intensity

  亦称单位产值能耗。是指一个国家或地区、部门或行业单位产值一定时间内消耗的能源量,通常以吨(或公斤)油当量(或煤当量)/美元来表示。一个国家或地区的能源强度,通常以单位国内生产总值耗能量来表示。它反映经济对能源的依赖程度,受一系列因素的影响,包括经济结构、经济体制、技术水平、能源结构、人口等。

  能源消费弹性系数 elasticity of energy consumption

  一个国家或地区某一年度一次能源消费量增长率与经济增长率之比。经济增长率通常采用国民生产总值或国内生产总值、国民收入的增长率。它反映能源与经济增长的相互关系。由于产值和能耗都是综合性指标,涉及经济结构、管理体制、资源状况、技术水平、人口多寡、气候条件以至国际关系等许多因素。因此在一个国家的年度之间以及不同国家之间有很大的差异。第一次石油危机以来,能源来源和品种趋于多样化,节能取得很大发展,各种能源之间的相互替代复杂多变,能源市场更加灵活,国际化更为突出,电气化进程加速。这些因素使得能源与经济的相互关系发生畸变,总的趋向是从紧密相关变得没有规律,甚至相互脱节。因此,能源消费弹性系数不宜用作预测能源需求的依据。

  能源效率的回弹效应 rebound effect of energy efficiency

  是指依靠技术进步提高能源效率的幅度与一家公司、一个部门或一个国家的能源强度(单位产值能耗)的下降率不等同的现象。这是因为:只要价格保持不变,对效率更高的能源的需求就会增加,用户会适应更低的能源服务价格。另外,高能源含量的产品的价格会下降,消费者会购买更多的这类产品。结果是能源效率提高不会完全转为能源强度下降。

  回弹效应的实质是用户、家庭、公司关注的是能源服务(如照明、采暖、耗能器具的运行等),而不是能源的使用。技术效率的提高,即一种燃料或电源转换成电力或能源服务的效率更高,会使能源服务量增加。如果燃料价格不变,能效提高会使能源服务价格下降,促使能源服务需求增加,从而产生燃料消费减少的反效应。

  回弹效应不是消极的。公司、家庭转向更有效的消费,意味着更多、价格更低的能源服务,从而促进经济不断增长。提高能效的作用,一部分转为经济增长,一部分转为能源消费减少。在价格不变的条件下,若能效提高一倍,燃料消费的减少不到50% ,研究表明,民用部门约减少20%~50%。如果价格上升,在短期内,能源用户采取的调整措施,会阻止回弹效应;随着时间的推移,回弹效应越来越明显。

  能源效率的“松脱”效应 “ratchet effect” of energy efficiency

  通常认为提高能源效率是可逆的过程,即它会随着能源价格的升降而起伏。但实际上提高能效在不断进行,这与提高能效的不可逆性或“松脱”效应有关。因为有关能效技术的知识不会因能源价格的下降而被忽略。例如当能源价格下降时,人们不会去掉既有住房的绝热层,但如果预期能源价格将持续走低,人们可能建造不采取特别绝热措施的新住房。

  随着技术的进步,能源强度趋于下降是显而易见的。有两个因素使能源强度下降的趋势产生偏离:(1)回弹效应使技术改进的作用降低,并影响有效的节能。(2)能源价格的变化使用能行为和其他要素变得更为重要,但不规则地偏离能源强度下降的趋向。

  节能率 energy saving rate

  节能量与比较基准期的相应能源消费量之比。常用的数学表达式有以下几种:

  (1) 以单位产品(产值)能耗表示

  式中 —节能率;

  △e—单位产品(产值)能耗的降低数量;

  e1—比较基准期的单位产品(产值)能耗量。

  (2)以能源利用效率表示

  式中 —节能率;

  —比较期末的能源利用效率比期初的提高值;

  —比较期末的能源利用效率。

  (3)用能源消费弹性系数表示

  j=1-D

  式中 j—节能率;

  D-能源消费弹性系数

  节能率用能源利用效率来表示时,如果原来的效率值较高,进一步提高难度较大,与原来的效率值较低的情况相比,同样提高一个 值,要付出更大的努力。

  如计算一个时期内的年平均节能率,计算公式为:

  式中的单位能源消耗量可按产值(产品)能耗等计算,n为基期与报告期间隔的年份数。

  节能建筑 energy-saving building

  设计和建造采用节能型结构、材料、器具和产品的建筑物。主要包括:(1)围护结构。外墙和屋面,采用复合隔热保温结构,墙体材料采用加气混凝土、多孔砖、空心砌块、膨胀珍珠岩、岩棉、聚苯乙烯、聚氨酯泡沫塑料等;窗采用低导热系数材料、热反射或低发射率镀膜中空玻璃。与中国常规建筑相比,采暖空调能耗可减少50%~80%;(2)采暖空调。采用燃气热电冷联供系统;其中供热采用高效锅炉、双管系统和调控装置,热表到户,计量收费。节能潜力30%~35%;(3)采用高效燃气和电热水器,可节能15%。热泵热水器替代电阻热水器,节能潜力50%;(4)照明。用紧凑型荧光灯替代白炽灯,可节能70%以上;细管荧光灯替代粗管荧光灯,可节能10% ;日光集光和分配照明系统,可节能 50%;(5)采用建筑用能计算机控制系统(采暖、通风、空调、照明等),可节能10%以上;(6)利用可再生能源。被动太阳房,一个采暖季可节能30kgce/m2;太阳热水器,年节能120kgce/m2(集热面积);先进太阳能建筑,光伏电池发电系统,热泵,控制系统,高性能隔热保温材料,蓄热林料和窗玻璃,可节能85%;地热水供暖,一个采暖季可节煤40kg/m2;地源热泵采暖空调,可节能30%以上。

  智能建筑 intellectual building

  智能建筑是建筑技术与电子信息技术相结合的产物,主要是指建筑物的信息管理和信息的综合利用,包括信息的收集和综合,信息的分析与处理,信息的交换与共享,楼宇设备的自动化控制是信息处理的一种形态。环境生态学、生物工程学、生物电子学、仿生学、生物气候学、新材料学等正在渗透到建筑智能化领域中,实现人类聚居环境的可持续发展。

  智能建筑可提高生活质量和工作效率,节约能源。美国西本德共同保险公司智能化大楼,人员工作效率比该地区同类常规建筑提高16% ,能耗减少38%。

  节能汽车 energy-saving vehicles

  是指消耗更少的燃料完成给定的运输工作量的汽车。节能汽车的措施主要有:提高发动机燃料利用率;采用电子装置自动调节,使发动机经常处于最佳工况;降低汽车整车质量;改进车身外形,降低风阻;车体结构的优化;采用节能的子午线轮胎等。美国正在开发的新一代汽车(PNGV),采用压缩点火、直接喷射内燃机,每升汽油行驶里程可达34km,为现有汽车的3倍。

  等离子点火技术 plasma ignition technique

  是电站煤粉锅炉的一种无油点火和低负荷稳燃技术,可节省燃料油和运行费用。等离子点火系统是由等离子发生器产生大功率等离子体(电弧,用于22t/h比锅炉的功率为50~150kw)直接点燃煤粉,其中心温度可达6000℃。一次风送入等离子燃烧器,经浓淡分离后,浓煤粉进入电弧核心,在约1/10s内迅速着火,并稳定燃烧;淡煤粉在补入二次风后借助已燃煤粉火焰燃烧;燃烧器向炉内喷出煤粉炬,待达到一定的炉膛温度时,投入主燃烧器启动锅炉。

  能源定额管理 quota management of energy

  是在规定生产单位产品消耗能源的限额的基础上,实行能源定量供应,对企业能源使用状况进行考核、监督和奖惩。

  中国从1978年开始实行能源定量用1t废纸,可节约烧碱 300~450kg,节煤400~600kg,并减少污染物排放。利用1t废纸,可产纸浆0.8t,节约木材3m3时,节能1.2tce,节水100m3。

  回收的废纸经打浆后,可直接生产低档纸,如卫生纸、瓦楞纸、包装纸等。如果再进行脱黑处理,可生产中、高档纸,如文化用纸、新闻纸、计算机纸、照像纸等,生产成本仅为用新原料浆造纸的50%~60%。

  美国能源分析与诊断中心 Energy Analysis and Diagnostic Center in USA

  美国能源部1976年成立能源分析与诊断中心(EADC)为制造业中小企业无偿提供能源审计服务,由政府出资,26所州立大学和4个民间研究机构负责实施。1981年以来已完成8000个审计项目。

  节能诊断

  组织有关专家,深入企业现场,记实取样,调查研究,分析对比,发现问题,实际操作,预测节能潜力,提出解决办法与实施方案的过程。

  合同能源管理 contract energy management, CEM

  是一种基于市场的、全新的节能项目投资机制。20世纪70年代中期以来,这种节能投资新机制,首先在市场经济国家中逐步发展起来。

  合同能源管理机制的实质是以实施节能项目取得的节能收益来支付项目全部费用的节能筹资方式。合同能源管理的实施是通过节能服务公司来运作的。中国已引进这种节能新机制,正在进行示范。

  能源效率标准 energy-efficiency standards

  能效标准是指规定产品能源性能的程序或法规。有时能效标准禁止能效值低于最低规定值的产品在市场上销售。按照规定的测试程序确定产品的能源性能(通常指最大能耗或最低能效)的目标限定值。在欧洲和拉丁美洲,有时用“限额”(norm)代替“标准”(standard)表示目标限定值。能效标准可分为指令性标准、最低能源性能标准和平均能效标准三类。能效标准都可以是强制性的,也可以是自愿性的。

  指令性标准要求在所有新产品上增加一个特殊的性能或安装一个独特的装置。对指令性标准确定符合性是最简单的,仅需对产品进行检测。

  性能标准主要规定最低能效(或最大能耗)指标,要求制造商在一个规定日期以后生产的所有产品都必须达到标准的规定。性能标准仅规定产品的能源性能,而不对技术或设计提出要求。性能标准允许创新和具有竞争性的设计,其符合性由实验室确定。例如,一些电冰箱的性能标准要求每台冰箱每年所消耗的能源不能超过实验条件下的能耗最高值。

  标准中的能效指标也可以按某种产品的年平均能效为基础来确定。美国的汽车燃油效率标准即采用此法。日本有几种产品的标准也采用此方法,要求制造商所生产的产品的能效达到或超过按销售量加权计算的平均效率。销售加权方法对推动技术进步尤其适用(例如,从白炽灯到紧凑型荧光灯,从储水式电阻热水器到热泵热水器)。提高平均能效水平可以增加新技术的市场份额,但并不完全淘汰旧技术。平均能效标准比其他标准需要更多的数据,符合性验证也更困难。但在满足提高产品能效目标方面,这种标准比其他标准赋予制造商更多的灵活性和创新性。与前两种标准不同的是,平均能效标准要求制造商或政府采取措施吸引消费者购买足够的高能效产品,以实现销售加权平均能效的目标。

  大多数能效标准(如北美)都是强制性的最低能源性能标准。一些国家(如日本、巴西和瑞士)则建立并实施自愿性或目标性协议。自愿性协议通常是在政府和制造商之间达成共识。在某些情况下(如瑞士),为了达到自愿性标准的要求,要给制造商留出一段改进的时间。如果制造商没有遵守自愿性标准,有关机构可以用强制性标准代替。

  IEA国家的能效标准如下表。

  能效标准交易 energy-efficiency standards trade

  在美国,新轿车达不到燃料效率标准要罚款。但标准的实施有一定的灵活性。借鉴SQ2排放权交易的经验,实行新轿车燃料效率标准交易,即新车燃料效率比标准高的厂商,可将其节余的额度出售给未达标的厂商。

  能源效率标识 energy-efficiency labels

  能效标识是附在产品上的信息标签,用来表示产品的能源性能(通常以能耗量、能源效率和/或能源成本的形式给出),以便在消费者购买产品时,向消费者提供必要的信息。能效标识可分为保证标识、比较标识和单一信息标识三类。

  保证标识实质上是根据特定的标准所做的“认可标志”。比较标识是一种为消费者提供信息的标识,可以让消费者通过性能等级或标尺对同类产品的性能进行比较。单一信息标识只提供与产品性能有关的数据。

  能效标识可以单独使用,也可以作为能效标准的补充。能效标识提供的信息可以使消费者选择能效更高的产品型号。同时,标识也提供了一个公认的能效基准,使电力公司和政府节能机构能够更容易地鼓励消费者购买能效高的产品。能效标识的实施效果在很大程度上依赖于电力公司和政府节能机构向消费者提供信息的方式。

  中国无氟冰箱能效项目 energy-efficiency project of nonfluorine refrigerator in China

  无氟冰箱能效项目是中国第一个着眼于提高具有巨大国内市场的普通消费产品能效的综合性市场转换,该市场每年销售的电冰箱大约为1000万台。项目于1989年开始,由美国环保国国家环保局共同发起,目的是为了终止以CFC为制冷剂的电冰箱的使用并提高中国电冰箱的能效,该项目开发的无氟冰箱的能耗可减少45%。全球环境基金(GEF)对消费者态度、市场趋势、能效标准、销售渠道、定价、压缩机效率以及其他方面的研究提供了资金。开展这些研究的目的是为了找到一个清除市场障碍的综合性方法。分析显示:如果10年以后这种高效冰箱的市场占有率达到20%,则这些冰箱在其寿命周期内将为中国减少1 亿吨以上的二氧化碳排放量。

  1999年,CEI 开始向市场转换项目提供资金,预计总金额为4000万美元。该项目包括修订能效标准强制性的电器能效标识、经销商培训及消费者教育、制造商的电冰箱设计和模型制造培训,以及基于美国“金胡萝卜”项目的制造商奖励。

[中国城市低碳经济网编辑:陈关升]

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