綠色照明視角下的湖南省農村節能減排工程測算

1 引言

針對少數地區為突擊完成節能減排目標，采取限制企業正常生產用電特別是居民生活用電以及強制性停止火電機組發電等錯誤做法，國務院辦公廳發布了《關于確保居民生活用電和正常發用電秩序的緊急通知》［1］，要求立即恢復供電，不得非法干預電網調度和發電生產，切實維護正常的電力生產供應秩序。實現節能減排目標需要通過全面貫徹落實科學發展觀、加快轉變經濟發展方式、大力調整經濟結構、不斷提高能源利用效率來實現。而照明用電的電能消耗不是一個小數目，綠色照明被提上日程。研究表明，使用節能燈，淘汰白熾燈，是提高能源利用效率、實現節能減排的一個重要舉措。

據有關資料顯示［2］，目前我國白熾燈使用量約有30億只，如果4成能調換成節能燈，以每天使用4h計算，一年可節電858億kW·h，相當于省下一個三峽電站。可見節能燈的節能效益非常明顯。但調查表明，節能燈在我國的推廣使用并未見成效，特別是在廣大的農村地區，節能減排意識淡薄，節能燈的推廣和應用存在種種障礙［3］。本文將在前期對湖南省不同地區調研的基礎上，探討湖南省的節能減排容量，為政府和相關單位制定相應的策略提供科學依據，促進湖南省“兩型社會”的建設。

2 湖南省綠色照明現狀

依據湖南省有關經濟發展、實力排行現狀，課題組在選擇了具有代表意義的4個地市：代表經濟欠發達地區的邵陽，代表發達地區的湘潭，代表中游地區的常德和衡陽。調研組分別在4地市的多個村鎮，通過挨戶走訪調查。共發出1 500份調查問卷，實際回收有效問卷1 269份。問卷涉及農村照明用電的各種參數，包括農村家庭每戶的用電平均支出，電費價格，現使用燈具總數以及節能燈盞數，節能燈購買單價，白熾燈購買單價，照明燈具每天工作的小時數，節能燈的平均使用壽命，白熾燈的平均使用壽命。

調研所得數據如表1所示。表中重要的指標定義如下，用每戶的總燈具數比家庭總人數為人均燈具數；每戶節能燈總數比家庭總人數為人均節能燈數；人均節能燈盞數比人均燈具數為節能燈推廣率。用節能燈的購買單價、白熾燈購買單價、電費價格的家庭人數平均值，定義節能燈平均單價、白熾燈平均單價、平均電費價格。燈具每天的平均工作小時數乘以365定義年工作總時數。

表1 湖南省照明用電狀況分布

3 綠色照明視角下的節能減排工程測算

在理想的情況下，如果將白熾燈全部換成節能燈，那么，從表1可得知4個地市都有很大的轉換空間，常德、邵陽、衡陽和湘潭4個地市相應的節能燈推廣空間依次為62．7%、51．8%、48．2%和57%。通過計算說明，湖南省的照明節電空間非常大，實施綠色照明工程能有效地實現節能減排，形成客觀的社會與經濟效益。

3．1 節能燈推廣改造項目回收期計算

劉虹在《綠色照明概論》［4］中提出了一種有關綠色照明投資回收期的計算模型。投資回收期表示項目累計收入和累計支出達到平衡所需要的時間，可解釋為凈收益償還投資所需的時間，投資回收期越短意味著項目投資者獲得回報等待的時間越短，投資收獲期將越長。投資回收期評價法通常用于比較一些周期較短的產品替代項目，在這里用來評價節能燈替代白熾燈的改造項目。通過計算用戶的“節能燈投資工程”的盈利最短時間長度，以證明“推廣節能燈、淘汰白熾燈”是切實可行的。用節能燈替代低效白熾燈的改造項目投資回收期可采用公式（1）計算，每盞節能燈年節電量計算用公式（2）。

Pt為改造項目回收期／年；PL為節能燈的平均單價，意義如表1中的數據；Pb為白熾燈的平均單價，意義如表1中的數據；P為燈具的標準功率，本研究取燈具的標準功率為25W；t為燈具每年工作的小時數，意義如表1中的數據；α為節能系數，即節能燈的能耗與普通燈具的能耗比，取α；t1為白熾燈的平均壽命，根據本研究調研所得和其他統計資料，白熾燈的壽命約1年。考慮實際工作電壓和開啟次數等影響白熾燈壽命的因數，本研究取 為0．5年；t2為節能燈的平均壽命，各項資料顯示節能燈的壽命 約為4年；R為平均電費價格，意義如表1中的數據。為增加可比性，電費單價為4個地區的平均值R＝0．72元／kW·h；PT為每盞節能燈年節電量／kW·h。

關于每盞燈的年節電量，可先用燈具每年工作的小時數乘以燈具標準功率得出每盞節能燈的年節電量，然后把數據代入式公（1）中計算得出改造項目的回收期。各個地市的年節電量以及投資回收期如表2所示。

表2 4地市的節能燈節電量與投資回收期情況

通過表2的具體數據不難看出，用節能燈替代白熾燈在不到0．9年的時間內就可以收回投資的成本，在投資回收期以后的時間里則為純益利，實現社會效益與經濟效益雙豐收。計算加入銀行利息等因素，投資回收期通常不會超過1年。

3．2 節能燈節電節能減排效果分析

照明節電工程項目除了具有一定經濟效益外，重要的是它的社會環境效益，由于用電量減少，將相應減少排放，各種有害氣體的排放量和煙塵的排放量將明顯減少。下面將面向湖南省農村地區，計算節電空間、減排規模，希望為政府和企業在決策時提供分析基礎。

3．2．1 節電能力的計算

計算的思路是：首先計算一個節能燈替代白熾燈，一年的節電能力；然后再乘上所有用戶所擁有的燈具盞數得出用戶端年節電量，進而求出一個地區的農村總節電量。具體的算法按公式（3）、公式（4）進行：

DS為用戶端年節電量；人均節能燈盞數；N1為每盞節能燈年節電量／kW·h；PT為農村人口總數，具體數據詳見表4；N為供電端年節電量；SS為廠用電率，m1＝0．08；m1為電網輸配電損失數，m2＝0．07；m2為終端配電損失系數，m3＝0．04。

依據表1所列出的湖南省4地市（常德、邵陽、衡陽、湘潭）農村地區的每盞節能燈年節電量、人均節能燈盞數和人均燈具盞數狀況，利用層級（發達、中等和欠發達）模型與均值方法，求取整個湖南省農村地區的每盞節能燈年節電量、人均節能燈盞數和人均燈具盞數，進而推算出整個湖南省的用戶照明節電總量和供電端的照明供電總量。表3描述了各個地市農村地區目前的節電水平。

表3 湖南省4地市農村地區節已有節電水平

假設經過政府部門、企業和消費者共同努力，對現有白熾燈進行節能燈改造，把所有還在使用中的白熾燈都換成節能燈，依據前面的（3）和（4）式可求得實施改造項目后的節電能力，稱為節電潛能，4地市農村地區與湖南省農村整體地區的可能節電潛能狀況分布如表4所示。

計算表明，節能燈替換白熾燈以后，終端用戶年節電總量翻了一倍多。實施項目改造前整個湖南省農村地區實現用戶年節電總量約15億kW·h，供電端年照明節電總量約18億kW·h。實施改造項目后整個湖南省實現用戶年節電總量約32．4億kW·h，供電端年照明節電總量39．5億kW·h，總節電量約為實施改造前的2．2倍。計算說明，如果政府能在現有基礎上進行節能等改造項目，節能成效將非常可觀。

3．2．2 有害氣體排量減少量計算

我國電力供應基本以燃煤為主，約占70%的比例。燃煤發電向大氣排放大量煙塵和CO、CO2、SO2、SO2、CnHm、NOX等有害氣體，因而會加重溫室效應并產生酸雨、光化學煙霧和煙塵，嚴重污染大氣和環境，造成了各種對人和動物的危害。

表4 4地市農村地區節能水平與節能潛力分布

燃煤發電廠燃料燃燒產生有害氣體排放量的計算是根據化學反應式和具體燃料成分、分析數據的基礎上進行的。根據專家估計，目前我國電站鍋爐每生產1kW·h的電能，平均需燃煤0．36kg。在實施綠色照明后，由于照明用電量的減少從而減少了CO、CO2、SO2、SO2、CnHm、NOX等各種有害氣體排放量。減少有害氣體的排放量大致可按式（5）計算。

ΔIi為照明節電項目致使某種有害氣體減排量（kg）；i為有害排放物質的種類；b為電力類別系數，其值取1～0．82。取1時為只考慮有火電是的情況，取0．82為同時考慮核電和水電時的情況，湖南省火電與水電約53∶47，所以電力類別系數取0．92；g為燃煤系數，取值為0．36kg／（kW·h）；E 為開展照明節電項目供電端照明節電總量，可用表5中數據；Ni為排放系數（指每燃燒一噸煤所排放的有害氣體質量，單位為kg／t）；NCO＝0．23、NCO2＝0．82、NCnH＝0．09、NNOX、NSO2＝16．72Sai（Sar為燃料中含硫量的質量的百分數）。

表5描述了主要有害氣體的減排現實水平與減排潛能。

表5 主要有害氣體的減排水平與潛能

3．2．3 煙塵排放減少量的計算

燃煤產生的煙塵主要為高溫熔融和化學反應過程中形成的。節電項目節省的電能所減少煙塵的排放量按式（6）計算，4地市農村地區的煙塵減排量現有水平與減排潛能情況如表6所示。

式中ΔP為減少煙塵的排放量（噸）；A為煤含灰量的質量百分數（%），按飛灰90%，爐渣10%計算，則取A＝0．9；dfn為煙氣中煙塵占灰分量的百分比（%）。對電站鍋爐取0．4～0．6，我們課題取dfn＝0．5；g為燃煤系數，取值為0．36kg／（kW·h）；E為開展照明節電項目中，供電端照明節電總量，E可用表5中數據；N為火力發電所占比例系數，取N＝0．53。

表6 綠色照明情況的煙塵減排水平與潛能情況 t

4 結語

我國幅員遼闊，農村地區在節能減排上一直都沒有給予重視。但是，實際上，農村地區具有巨大的節能潛力和減排空間，特別是照明用電方面，節能減排的潛能巨大。湖南省正在建設“四化兩型”社會，節能減排是其中重要的一個目標，實施綠色照明無疑能促進節能與減排目標的實現。然而，大量調研表明，農村地區目前對于節能燈缺少概念，應用普及面窄，節能意識堪憂。通過廣泛地推廣節能燈，替代白熾燈，以實現農村地區的節能減排工作，還有相當長的路要走。

［1］國務院辦公廳．國務院辦公廳關于確保居民生活用電和正常發

用電秩序的緊急通知［DB／OL］．［2010－11－23］．http：／／www．gov．cn／zwgk／2010－11／23／content＿1751457．html．

［2］科技網創新周刊．締造一個光明與綠色世界［DB／OL］．［2010－11－23］．http：／／www．stdaily．com／oldweb／gb／innovation／2005－11／07／content＿451463．html．

［3］曾祥素．揭開節能燈“節能不省錢”之謎［N］．中國質量報，2005－06－02（16）．

［4］劉 虹．綠色照明概論［M］．北京：中國電力出版社，2009．