需求終端節能減排發展現狀與效益分析

張弋寧，汪 穎，肖先勇

(1.四川省電力公司，四川成都 610041;2.智能電網四川省重點實驗室，四川成都 610065;3.四川大學電氣信息學院，四川成都 610065)

2010年3月5日，溫家寶總理在政府工作報告中提出，積極應對氣候變化，大力開發低碳技術，推廣高效節能技術，積極發展新能源和可再生能源，加強智能電網建設。代表委員們熱議的智能電網首次寫入政府工作報告，這將極大推動這項龐大節能低碳減排工程的建設并促進中國低碳經濟發展［1－2］。智能電網具有低碳節能特性。據測算，通過發展智能電網，到2020年，中國每年可減少煤炭消耗4.7×108t標準煤，減排二氧化碳13.8×108t，有利中國實現2020年溫室氣體減排目標。

推動全球節能發展的主要原因，可分以下四方面:①包括發達國家和發展中國家在內的人口增長和單位產值的能耗增長;②石化燃料資源是有限的，降低成本，以環境友好的方式利用這些有限資源已變得越來越重要;③對非本國資源的依賴性威脅著很多國家的國家安全;④惡劣的環境問題是資源開采、轉換和使用的結果。

不僅各國政府出臺了節能措施，世界上多個國家也都采用了節能自愿協議的政策措施，來激勵企業自覺節能和提高能效。日本經濟組織聯盟(凱單仁)由代表1 011個日本公司的37個工業協會組成。凱單仁主要由大公司組成，占日本全部工業能源耗費的80%～90%。凱單仁自愿行動計劃有許多工業部門參加，包括建筑、外貿及其他部門。美國政府開展了能源之星、氣候智星、綠色照明、廢物能、電機挑戰等許多由公司或公眾自愿參加的節能環保項目。德國的自愿協議命名為德國工業氣候保護宣言，是由公司單方面做出的，并不是公司與政府之間正式的約束性協議，但也要與政府協商。荷蘭是自愿協議應用最早、覆蓋面最廣、實施效果最好的國家之一。1992年，荷蘭簽署了第一輪自愿協議即長期協議(LTA)，共簽署了44份，涉及29個工業部門，大部分協議于2000年到期。2000年，荷蘭大部分耗能工業部門又與政府簽署了新的協議——基準協議，以應對國際新變化［9－11］。

智能電網背景下的用戶終端節能技術已經越來越受到政府、電力公司、電力用戶、研究機構等多方的關注。不同行業的用戶采用不同的終端節能技術。國際能源署和聯合國基金會等針對能效的改進措施，對未來幾十年電能終端消耗的效益進行了分析。中國也提出了適合中國國情的節能減排綜合性工作方案及目標［4－6］。

1 節能的成本效益

從工業用戶的角度來看，采取節能措施所能得到的期望結果取決于很多因素，所以就必須進行節能的成本效益分析。節能的成本效益問題同時取決于正考慮的節能計劃和電網特征兩方面因素，節能計劃和(或)節能行動是電網所特有的，每個節能計劃都必須根據其所處特定電網的實際情況進行經濟性評估。對于一些電力系統而言，采取節能措施也許是最便宜的，但是，每個節能行動必須根據節能計劃能達到的節能能力，以及可能產生的環境影響和其他可用節能措施進行綜合評估，由于氣候特征、負荷特征、燃料成本、發電機組合等情況的變化，節能計劃的總體經濟性可能會發生變化。如果實施節能計劃，電力系統的收益不能達到足以彌補節能成本時，節能計劃的實施結果可能使節能成本更高［8，12－13］。

在評估電力需求側節能行動的效益和成本時，一個可用的有效指標是節能計劃對總成本的影響。由于終端電力用戶的節能行動可能會影響很多方面的成本，因此，通常采用的評估方法是通過建模技術來完成，可通過建立相應模型，分別模擬用戶平均電價和參與節能計劃的電價等。

2 智能電網背景下終端節能技術現狀

2.1 能源供應與傳輸行業

對能源供應與傳輸行業而言，最重要的抑制措施由以下幾部分組成:發電/輸電/配電效率的提高、燃料轉換效率、加大核能發電所占的比例、可再生能源發電、發電機組合中的先進煤燃燒技術、碳捕獲與儲存技術等。可再生能源發電包括水電、風電、生物能源、地熱能等。碳捕獲和儲存技術可望用于天然氣與燃煤混合燃料電廠。

2.2 運輸行業

運輸行業的策略主要包括提高道路機動車輛、海運船只、鐵路運輸以及飛機的燃油效率，還包括提高不同運輸方式的運行效率(如與交通運輸調度和載客量相關的因素)。由于公路運輸所產生的移動尾氣排放占整個運輸行業內污染排放的很大部分，因而備受關注。適用于公路運輸的措施包括采用低溫室氣體排放的制冷劑、使用生物質能源、或采用混合動力汽車、采用插電式混合動力電動汽車、使用氫動力燃料電池汽車、或純電動汽車，鼓勵從原來使用的單一動力模式向使用混合動力模式的方向發展，這是運輸行業提高能源利用效率的另一種選擇。

2.3 居民住宅和商業建筑物

居民住宅和商業建筑物的減排策略，可分為三個一般性領域，即:樓宇建筑與系統節能、燃料切換、控制非二氧化碳溫室氣體的排放。提高建筑物的能源效率有很多種技術措施，其范圍涉及從大樓外裝飾到內部配置的各種系統，如照明系統、熱水系統、空氣加熱系統、空氣制冷系統、通風系統、冷藏系統以及其他設備等。

2.4 工 業

工業領域的減排措施包括提高工廠和生產過程的能源效率、燃料替代、能量回收(如熱電聯產)、使用可再生能源、循環使用廢料、廢物最小化和控制其他(其他非二氧化碳溫室氣體)溫室氣體的排放，碳捕獲和儲存是大型工業設備可行的減排方式。

2.5 農 業

農業領域減排途徑同樣有多種選擇，涉及能源與土地利用效率的提高、牲畜與肥料的能效管理，開發和利用生物質燃料等，是橫向緩減農村能源供應的一個策略。另外，使用厭氧消化池來進行肥料處理也是一種有效措施，該方法也可應用于廢氣廢水處理等行業。

2.6 林 業

林業的減排策略是旨在減少污染排放物和防止水土流失等方面的策略，具體減排策略包括保持或增加森林面積、本地碳密度和地區范圍碳密度，增加外地植樹碳儲備，生物能和燃料替代等。

2.7 廢棄物管理業

廢棄物管理業的減排策略由降低溫室氣體排放和避免污染物排放等技術組成。減排的措施主要包括回收和利用甲烷、改進垃圾填埋方法、廢水管理、生產并使用厭氧消化池燃氣。避免污染物排放的措施包括控制堆置肥料、加強焚化、擴大環保范圍以及廢料最小化、加強循環和再利用。

3 節能效益分析

3.1 國際能源署的評估

國際能源署(International Energy Agency，IEA)在其出版的《世界能源了望2006(World Energy Outlook 2006，WEO)》一書中，討論了世界能源未來發展的兩方面潛在的設想:參考性設想和可選擇的政策設想(見《世界能源了望2006》)。參考性設想考慮了從2006年到2030年，未來能源使用模式的發展趨勢、所有已頒布或采用的政府能源與氣候政策和測度，該設想沒有考慮未來政策、措施和/或新技術的發展。另一方面，可選擇的政策設想考慮了現在已考慮的所有與能源和氣候有關的政策與措施，因此，其內容刻畫了如果立即實施2006年提出的政策和措施所能達到能源目標，在可選擇的政策設想中，新的措施包括未來節能技術發展、更多非石化燃料、純能源進口國內石油和天然氣的維持等，但是，可選擇的政策設想沒有考慮現已商業化應用的技術，僅看到了與參考性設想比較，現有技術更好地執行、提高和快速突破的可能性，沒有包括可能出現的重大技術突破。

在可選擇的政策設想中，能源效益的改進對應于全球2004—2030年能源密度(單位GDP能源消耗)減少率，采用的能源減少率為2.3%，而在參考性設想中該減少率為1.7%。在參考性設想中的許多發展是在發展中和轉型經濟體上獲得的，這些經濟體對于能源效率提高更有潛力。

表1對比了所選擇的區域內以上兩種設想情況下，2030年的電力需求量，對于參考性設想，需求量下降最大的情況發生在巴西、歐洲、中國、拉丁美洲，就實際節能數量而言，中國在相對參考性政策設想下的節能總量為814 TWh。

3.2 聯合國基金會的評估

在一份公布于2007年的報告中，聯合國基金會(United Nations Foundation)提出了一項宏偉的提高能源效率的計劃，該計劃規定，從2012年到2030年，讓八國集團(八國集團包括加拿大、法國、德國、意大利、日本、俄羅斯、英國和美國)的能源效率提高到歷史能效數據的兩倍，即達到每年提高2.5%，參考國際能源署2006年的報告，從1973年到1990年，全球能效提高率每年2%;1990年到2004年，下降到0.9%。尤其是，該計劃也呼吁“G8+5國(巴西、中國、印度、墨西哥和南非)”，以及其他發展中國家，也共同來完成節能目標。八國集團的能源消耗占全球總能耗的46%，經濟最發達的國家應首先重視能效的提高，然后其他發展中國家才能效仿。所有“G8+5國”的能耗占全球一次能源消耗量的70%。

如果上述計劃得以順利實施，隨著能源效率的提高，可使八國集團在2030年的能耗總量相對于國際能源署在參考性設想中提出的能源需求降低22%，達到這些國家2004年的能耗水平。

表2給出了2010年在節能措施影響下，年度能量消耗的減少量，該分析忽略了目前正在實施的提高能源效率的相關計劃，或是根據歷史趨勢，可能會出現的節能措施改進所帶來的影響，因此，表2提供的節能數據是基于未執行能效政策的，該表最大化地反映了各經濟計劃的節能水平，實際可能沒有這么多。2010年總共可節能近230 TWh，這相當于2010年電力需求預測總量的5.5%。節能政策對住宅、商業和工業部門都會產生重大影響，1/5的電能是可在住宅領域內節約出來。在住宅項目中，節能計劃的目標超過了當前政府規定的大功率空調、建筑物保暖措施、高效照明設備和其他裝置的規定。通過提高終端用電設備的性能，強制推行新建筑物保暖標準就能在住宅項目方面實現節能。商業領域的節能機會最多(商業領域節能機會占了近50%)，在商業項目中，節能計劃的目標主要是高效加熱系統、通風和空調(HVAC)，同時也包括照明系統、大功率設備，如冷藏設備和電動機等。通過新舉措的刺激，有望達到更大節能效果，其余30%的節能貢獻來自于工業領域，該領域的節能計劃主要針對優質高效電機、產品加工過程效率的提高，也包括照明效率的提高等。

3.3 中國節能減排綜合性工作方案及目標

國務院關于節能減排綜合性工作方案指出，到2010年萬元國內生產總值能耗由2005年的1.22 t標準煤下降到1 t標準煤以下，降低20%左右;單位工業增加值用水量降低30%。控制高耗能、高污染行業過快增長，嚴格控制新建高耗能、高污染項目。加快淘汰落后生產能力，完善促進產業結構調整的政策措施，進一步落實促進產業結構調整暫行規定，積極推進能源結構調整，促進服務業和高技術產業加快發展，加快實施重點節能工程，推動燃煤電廠二氧化硫治理。多渠道籌措節能減排資金，推進資源綜合利用，促進垃圾資源化利用，全面推進清潔生產。加快節能減排技術研發，加快節能減排技術產業化示范和推廣，廣泛開展節能減排國際科技合作，建立政府節能減排工作問責制。建立和完善節能減排指標體系、監測體系和考核體系，建立健全項目節能評估審查和環境影響評價制度，加強節能環保發電調度和電力需求側管理等［3］。

表1 2030年所選地區在WEO參考性和可選擇政策設想下的電力需求比較(國際能源署，2006)

表2 2010年美國終端用電節約的能量(Gellings等，2006年)

哥本哈本聯合國氣候變化大會于2009年12月7日召開。溫家寶總理在會上表示，遏制氣候變暖，拯救地球家園，是全人類共同的使命，每個國家和民族，每個企業和個人，都應當責無旁貸地行動起來。中國正處在工業化、城鎮化快速發展的關鍵階段，能源結構以煤為主，降低排放存在特殊困難。但是，中國始終把應對氣候變化作為重要戰略任務。1990—2005年，單位國內生產總值二氧化碳排放強度下降了46%。在此基礎上，溫總理又提出，到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。中國將進一步完善國內統計、監測、考核辦法，改進減排信息的披露方式，增加透明度，積極開展國際交流、對話與合作。通過大力發展可再生能源、積極推進核電建設等行動，到2020年中國非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右;通過植樹造林和加強森林管理，森林面積比2005年增加4000萬公頃，森林蓄積量比2005年增加13×108m3。這是中國根據國情采取的自主行動，是中國為全球應對氣候變化做出的巨大努力。

4 結論

受傳統的和新的推動力的驅動，節能問題已開始被新的發電技術、政策和計劃等所喚醒。全世界已經認識到節能對世界能耗有怎樣的影響，已認識到了石化燃料的有限性，已推動了高效發電、輸電和用電技術的發展，已不斷形成一種非常重要的國家和國際性資源價值觀念——節能，在面對新的與能源制約、燃料成本增長、全球努力減少溫室氣體排放等相關的推動力時，節能意識正在被提升。

智能電網背景下，終端節能技術得到了飛速發展，能源供應與傳輸行業、運輸行業、居民住宅和商業建筑物、工業、農業、林業、廢棄物管理業等的節能減排技術層出不窮。國際能源署和聯合國基金會針對各行業的節能效率進行了評估。中國根據國情，提出了節能減排的綜合性工作方案及目標，在智能電網建設中，相信會有越來越多的節能技術應用在各個行業。

［1]田廓，鄢帆，薛松，等.建設中國特色堅強智能電網技術經濟關鍵問題框架研究［J］.華東電力，2010，38(1):1 －5.

［2]姚建國，賴業寧.智能電網的本質動因和技術需求［J］.電力系統自動化，2010，34(2):1 －5.

［3]國發［2007］15號.國務院關于印發節能減排綜合性工作方案的通知.

［4]Chris Marnay，Julie Osborn，Carrie Webber.End － Use Efficiency to Lower Carbon Emissions［J］.IEEE Power Engineering Review，2001，3:10－18.

［5]P.Ravi Babu，V.P.Sree Divya，K.Venkatesh.Application of ANN and DSM Techniques for Peak Load Management a Case Study［J］.IEEE Region＆ Sibircon，2008:169－174.

［6]Masanet E.，Kramer K.J.，Homan G..Assessment of Supply Chain Energy Efficiency Potentials:A U.S.Case Study［C］.Sustainable System and Technology，2009:1 －6.

［7]Greg Wikler，Ahmad Faruqui，Clark W.Gellings.The Potential for Energy Efficiency in Electric End Use Technologies［J］.IEEE Transactions on Power Systems，1993，8(3):1351 －1357.

［8]崔硯宏.工業能源消費問題研究——以鎮江市為例［D］.南京:江蘇大學，2008.

［9]竇義粟，于麗英.國外節能政策比較及對中國的借鑒［J］.節能環保，2007(1):26 －29.

［10]Norma Anglani，Alfio Consoli，Giovanni Petrecca.Energy Efficiency Technologies for Industry and Tertiary Sectors:the European Experience and Perspective for the Furture［C］.Energy 2030 Conference，2008:1 －7.

［11]Ghaddar，N.K..Economic and Environmental Assessment of Improving Energy Efficiency in Lebanese Industrial Sector［C］.Environment and Solar，2000 Mediterranean Conference，2000:48 －55.

［12]Arai，J.，Iba，K.，Funabashi，T..Power Electronics and Its Application to Renewable Energy in Japan［J］.IEEE Circuits and Systems Magazine，2008.8(3):52 －66.

［13]M.Elbuluk，N.R.N.Idris.The Role Power Electronics in Future Energy Systems and Green Industrialization［C］.2nd IEEE International Conference on Power and Energy(PECon 08)，2008:1－6.