基于需求導向的節能創新方法研究

文 // 魏玉劍 上海市能效中心 鄭莆燕 上海電力學院 顧水林 上海能發能源有限公司

基于需求導向的節能創新方法研究

文 // 魏玉劍 上海市能效中心 鄭莆燕 上海電力學院 顧水林 上海能發能源有限公司

1 節能技術創新

節能的目的是減少能源消耗，在目前可再生能源供應不足，成本較高的情況下，節能是減少化石能源消耗的重要手段，也是減少污染物排放的有效手段。節能本身是一個相對概念，需要依靠不斷開發出更高效的技術來實現。縱觀世界產業化進程，從18世紀水力機械的應用，19世紀蒸汽機的出現，20世紀電力工業、內燃機、電子、航空航天等產業的發展到目前互聯網、大數據時代，每一次產業革命都伴隨著能源效率的大幅提升。當下世界范圍內新一輪的技術創新將走向何方，令人期待。但就目前發展階段來看，節能技術創新仍然是科技創新的重中之重。

隨著用能設備能效水平的不斷提高，節能技術創新所能帶來的創新動力明顯不足，單純靠某一個專業領域進行成果轉化式的創新方式不能滿足節能要求。基于系統性節能需求為導向的節能創新是目前發展方向。

節能首先要從節能診斷開始，但從事這個行業的人員都會感覺到，全面為企業或產品進行“體檢”并挖掘節能潛力并不容易，涉及的專業太多，各企業的情況又不盡相同，需要有一個相對通用的分析診斷方法。

圖1 TERR方法

2 TERR（特耳）方法的提出及原理

TERR（特耳）方法是作者在借鑒國內外已有節能診斷方法的基礎上提煉出來，已經過實踐檢驗的一種新的節能診斷方法。TERR 是英文 Timing sequence control（時序控制）、Energy efficiency grade （能效等級）、Requirement analysis （需求分析）和Recycle waste energy（廢能再利用）的英文字母縮寫，代表節能診斷要從4方面對用能設備及系統進行分析（圖1）。

Timing （時序控制）

基于用戶的實時需求，以用能設備（系統）的運行時間為坐標軸，按照合理的方案實時控制設備運行，要按照正確的時間去開關設備，應用信息化技術實現耗能設備的實時測定及智能管理，從而減少生產中的冗余、降低能耗。

圖2 企業照明系統節能的TERR（特耳）方法診斷

Efficiency（能效等級）

檢查是否有更高能效等級的設備（產品）替代原設備（產品）。盡管傳統耗能產品效率評價標準及方法大多僅關注了靜態效率，但這是最基本的節能手段，可通過不斷的技術創新，完成對設備的更新換代，進一步提高能源的利用率。

Requirement（需求分析）

節能領域的需求初看起來并不復雜，使用耗能設備的目的是非常明確的。如使用照明產品的目的就是獲得合適的亮度；運行空調系統的目的就是控制環境溫度使人們能夠適應環境。但這些需求并不是一成不變的，是動態化的需求：即有24小時內的短期變化，也有1年內的中期變化，還有5年甚至10年的長期變化。因此需要及時掌握變化后的需求，實時監測設備所產生的效果是否滿足用戶當前所需要的，相應改變耗能設備的運行，甚至于改變原有設計。

Recycle（廢能再利用）

判斷設備所消耗的能源是否可以回收再利用。從能量守恒角度來講，消耗的能量并沒有消失，而僅是由高品位轉化為低品位。隨著技術的進步，原來認為不能回收的低品位“廢能”變成了可以回收利用的資源。要對每個能耗設備（系統）進行研究，分析消耗的能量能否再利用。如熱電冷三聯供技術、空壓機余熱回收技術等，就是在實現發電、生產壓縮空氣的基本需求的同時，將隨之產生的熱量利用起來，提高了能源的利用率，降低了能耗，減少了排放。

TERR（特耳）方法不但能夠指導節能工作者對用能企業開展節能診斷，挖掘節能需求；還可以指導節能技術創新者對耗能產品進行綜合分析，看看是否已經融合了這4方面的內容，從而指導跨界融合各類技術打造出智能高效的新產品。

3 TERR（特耳）方法在照明節能診斷中的應用

我們經常將節能比喻成看病，節能技術和產品就像治病的藥一樣，只有對癥下藥才有效果。治病首先要診斷，中醫學看病有“望聞問切”的“四診”程序，節能診斷的方法也可以歸納為“四診”，即TERR（特耳）方法。

如圖2所示，按照TERR（特耳）方法的四個步驟，對企業的照明系統進行診斷。

T：是否安裝了計時器和控制傳感器？采用了什么樣的運行控制模式？在那些間歇使用照明的房間里安裝有效傳感器以更能自動關燈，安裝光電控制器來關閉或打開那些依靠日光大小來決定是否投入使用的電燈，采用更加智能的信息化手段進行改造，使照明管理智能化。

E：正在使用何種類型的照明裝置？是否可以用更高效的照明替代？包括“出口”標志用的燈在內的標準照明燈是不是已經被更高效的節能燈所代替？用電子鎮流器T5燈或LED代替電感鎮流器和T8日光燈，用最新的高效節能燈替換現存的照明裝置。

R：照明的亮度等級是否與工序匹配？燈光的顏色是否嚴格按照生產對照明條件的要求？是否可以減少照明強度？在車庫和倉庫等對燈光顏色要求不高的地方使用高效冷色節能燈，重新布置照明設施的位置以使照明的效果最大化，在照明要求低的倉庫廠房里安裝天窗等。

圖3 焦化廠工藝流程圖

圖4 焦化企業技術節能的TERR（特耳）方法分析

R：照明所產生的熱對環境有什么影響？是否可以再回收利用？照明產生的熱量會增加空調的能耗，應該合理排出，這些熱量還可以干燥環境甚至用于引導自然通風。

4 TERR（特耳）方法在焦化企業技術節能中的應用

某焦化廠工藝流程如圖3所示。

對該廠的生產過程能耗進行TERR（特耳）方法分析：

E：甲醇精餾塔采用的是雙效蒸發工藝，消耗0.6Mpa的蒸汽1.2～1.5t/t甲醇，能耗較高；脫硫工段溶液循環泵、冷卻塔循環泵及制冷泵選用的是傳統水泵，工作效率很低，且運行遠小于設計工況，配置不合理。

T：除了對核心工藝采用自動控制程序外，對水泵等動力輔助設備沒有采用有效地調控手段，并列運行的水泵常處于全部低負荷運行狀態。

R：焦爐同時生產，排出的煙氣有20萬Nm3/h，溫度達到280℃，浪費了大量的余熱；6臺開放式冷卻塔冷卻水從上流下，其勢能沒有被利用。

針對上述存在的問題，為該焦化廠提出了技術節能方案，如圖4所示。在技術經濟分析的基礎上，企業首先對水泵系統進行了改造。傳統水泵改為高效節能泵，配置改變如表1所示。環境溫度較低時初冷器的運行負荷只有約70%，由1臺循環水泵來滿足流量需求；高溫季節，初冷器的負荷加大到滿載運行時，開啟第二臺循環泵。

通過上述改造，在達到同樣的工藝需求的前提下，泵的功率大大降低，節能率達到23%左右。

5 TERR（特耳）方法在用能產品技術創新方面的應用

TERR（特耳）方法還可以用于開發智能高效的用能產品，成為常規用能產品升級換代的主要技術創新路徑。

以日本電飯煲為例，其創新技術包括多種烹飪模式、智能模塊技術、IH技術、精準控制技術、壓力可變技術、研磨成型技術、密封蒸汽技術、真空隔熱技術等。仔細分析發現這些技術都能用TERR（特耳）方法來解釋，這也說明了此方法具有普遍的指導意義。

圖5給出了TERR（特耳）方法對電飯煲節能技術的四步分析：從需求（R）出發，考慮高效均勻加熱技術和保溫技術（E），同時利用加熱中產生的蒸汽熱能（R），最終通過智能技術實現精準控制（T）。

表1 某焦化廠水泵系統配置改造

圖5 電飯煲技能技術的TERR（特耳）方法分析

6 結束語

依靠科技創新是實現節能降耗的根本出路，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要( 2006～2020) 》將節能技術創新作為未來十五年科技創新的重中之重。TERR（特耳）方法在節能診斷中應該是一個普遍適用的方法，它能夠指導我們快速、系統、全面、準確地查找到用能單位的節能潛力，為節能技術創新提供需求導向。目前一些節能服務公司已經開始運用該方法開展節能診斷，并取得了一定效果，但還需要在實際工作中加以完善和推廣。