能源與動(dòng)力工程中節(jié)能減排技術(shù)研究

陶競(jìng)立 胡茂凌 朱穎驍

四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司成都卷煙廠 四川 成都 610066

引言

前期工業(yè)化時(shí)期，以粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式為主，造成了資源能源過(guò)度開發(fā)與使用，加劇了能源危機(jī)。在新一輪工業(yè)化改革浪潮推動(dòng)下，我國(guó)提出了“化危為機(jī)”的新思想，通過(guò)擴(kuò)大技術(shù)要素配置比例，逐漸推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式由粗放型向集約型的轉(zhuǎn)型，同時(shí)增強(qiáng)了能源與動(dòng)力工程在建筑、電力、交通等應(yīng)用，使新能源、動(dòng)力機(jī)械、熱工設(shè)備等在此類產(chǎn)業(yè)行業(yè)中獲得了推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了較好的節(jié)能減排效果。在當(dāng)前總體經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展階段，需要進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)能源與動(dòng)力工程的應(yīng)用研究，使其中的節(jié)能減排技術(shù)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮更大效用。下面先對(duì)能源與動(dòng)力工程做出說(shuō)明。

1 能源與動(dòng)力工程概述

能源與動(dòng)力工程主要是通過(guò)對(duì)新能源與動(dòng)力機(jī)械、熱工設(shè)備方面的研發(fā)設(shè)計(jì)及其推廣應(yīng)用，解決各行業(yè)諸領(lǐng)域能源利用效率差、自動(dòng)化水平低、動(dòng)力不足等問(wèn)題。例如，當(dāng)前在各行業(yè)使用的新能源中，除了眾所周知的太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芡猓€創(chuàng)新了垃圾焚燒發(fā)電、清潔燃料發(fā)電、燃料電池發(fā)電等，同時(shí)對(duì)于傳統(tǒng)能源的深度開發(fā)與利用也產(chǎn)生了前所未有的成果，如“煤煉氣”、“煤煉油”等。再如，動(dòng)力機(jī)械方面，隨著對(duì)集成化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)的融合運(yùn)用，不僅提高了機(jī)電、電氣方面的自動(dòng)化水平，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)燃機(jī)、鍋爐、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、制冷等各個(gè)層面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、診斷、分析、數(shù)據(jù)報(bào)表利用等，輔助不同的行業(yè)企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，降低了投入成本，從整體上了促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益的綜合產(chǎn)出。

2 能源與動(dòng)力工程中節(jié)能減排技術(shù)分析

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)

在現(xiàn)代機(jī)電工程中使用的設(shè)備規(guī)模越來(lái)越大，在功耗較大的情況下，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以促進(jìn)機(jī)電設(shè)備使用時(shí)的合理性，因此在能源與動(dòng)力工程應(yīng)用時(shí)，通常會(huì)配套的應(yīng)用變頻高速技術(shù)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在改變電源輸出頻率后，變頻器設(shè)備在電機(jī)應(yīng)用中可以產(chǎn)生較好的整體控制效果[1]。例如，在泵類設(shè)備、風(fēng)機(jī)設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程中，多數(shù)處于高頻率使用狀態(tài)，功耗大、能耗高，容易增加企業(yè)用電成本。應(yīng)用該技術(shù)后，能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行收集，有效解決此類問(wèn)題，擴(kuò)增企業(yè)可營(yíng)利空間。再如，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，主要是將開關(guān)按鈕、變頻器信號(hào)、水位信號(hào)、智能PID調(diào)節(jié)器等，與可編程控制系統(tǒng)（PLC）進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后通過(guò)對(duì)變頻器、電機(jī)一全泵、水壓、壓力變送器等實(shí)施系統(tǒng)性控制等。

2.2 空壓機(jī)余熱回收技術(shù)

傳統(tǒng)螺桿式空氣壓縮機(jī)熱量損失較多，通過(guò)加裝余熱回收設(shè)備，能夠借助冷熱交換功能，促進(jìn)其中的能量轉(zhuǎn)化并收集其中的熱能。從優(yōu)勢(shì)看，空壓余熱回收技術(shù)應(yīng)用成本較低、容易操作，在余熱回收后能夠利用其加熱水，達(dá)到對(duì)熱能的循環(huán)利用，性價(jià)比相對(duì)較高[2]。例如，在發(fā)電廠鍋爐使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量散失現(xiàn)象，可以結(jié)合電廠損失容量與余熱恢復(fù)過(guò)程，應(yīng)用該技術(shù)加裝余熱回收裝置、冷凝裝置等，可以對(duì)余熱進(jìn)行有效回收，但是在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的廢水。因此，在新時(shí)期高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需要配套的增強(qiáng)廢水治理工作，如對(duì)OAA工藝（如圖1）的應(yīng)用等。

圖1 OAA工藝示意

2.3 熱管技術(shù)

熱管技術(shù)應(yīng)用時(shí)需要?jiǎng)澐殖稣舭l(fā)段、絕熱段、冷凝段，具體應(yīng)用時(shí)，蒸發(fā)段在受熱作用條件下，其中的蒸汽流會(huì)流向冷凝段，借助冷凝作用蒸汽冷卻、液化后變成液體。由于該過(guò)程具有可逆化特點(diǎn)，因此，在蒸發(fā)段與冷凝段之間的交互作用下，能夠于循環(huán)過(guò)程中完成對(duì)熱量的有效回收與高效利用。由于熱管技術(shù)的投資成本相對(duì)較低，利用時(shí)的效率較高，在實(shí)際的能源與動(dòng)力工程應(yīng)用后，迅速受到了市場(chǎng)的青睞。

2.4 其他技術(shù)

除以上技術(shù)外，當(dāng)前在能源與動(dòng)力工程中，一方面加大了對(duì)傳統(tǒng)能源的技術(shù)開發(fā)，另一方面擴(kuò)大了清潔能源的應(yīng)用范圍。尤其是進(jìn)入“十四五”階段后，結(jié)合高質(zhì)量發(fā)展主題，在借助擴(kuò)大數(shù)字化技術(shù)的配置比例為此類工程“賦能”時(shí)，增加了機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用。

3 能源與動(dòng)力工程中節(jié)能減排技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用

3.1 結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用思路，開發(fā)利用各類能源

目前，煤炭資源總量下降，開采深度增加，石油天然氣資源對(duì)于進(jìn)口的依賴性較大，加上新能源的利用率不足等情況，亟須在能源與動(dòng)力工程應(yīng)用中，增強(qiáng)能源開發(fā)力度與利用效率。例如，在煤炭資源開發(fā)方面，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)了二次提煉與資源再開發(fā)，然而在配套的市場(chǎng)開發(fā)方面存在明顯短板[3]。再如，進(jìn)原油與天然氣進(jìn)口后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究，開發(fā)此類能源內(nèi)在的價(jià)值并加以利用。尤其在新能源方面，大量的投資集中在太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能方面，十分需要增強(qiáng)焚燒發(fā)電、清潔能源發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等技術(shù)的推廣應(yīng)用。另外，生物能源開發(fā)方面缺乏優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前需要加大該方面的投資比重，促進(jìn)其研發(fā)設(shè)計(jì)。

3.2 細(xì)化節(jié)能減排指標(biāo)，實(shí)踐節(jié)能環(huán)保目標(biāo)

能源與動(dòng)力工程應(yīng)用時(shí)，牽涉到土地、水、能源、材料、環(huán)境等，建議結(jié)合實(shí)際情況，將決的節(jié)能減排目標(biāo)，一方面分解到節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材方面，另一方面借助環(huán)境管理中的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收相關(guān)方法，細(xì)化能源與動(dòng)力工程中的節(jié)能減排指標(biāo)，從而使上述的“四節(jié)”實(shí)現(xiàn)了的同時(shí)，促進(jìn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的全面保護(hù)，最終保障“四節(jié)一環(huán)保”目標(biāo)的有效實(shí)踐。

例如，建筑是滿足民眾基本居住需求的必要條件，具有高能耗、高污染特征。新時(shí)期民眾的居住需求發(fā)生了變化，而且出現(xiàn)了建設(shè)用地與耕地之間的矛盾，為了有效解決此類問(wèn)題，需要將“四節(jié)一環(huán)保”中的節(jié)地指示進(jìn)行細(xì)化，并將其落實(shí)到對(duì)用地指標(biāo)的控制、空間與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)的調(diào)整等方面，可以較好地實(shí)現(xiàn)達(dá)到節(jié)約土地與提升土地利用率的目標(biāo)。再如，當(dāng)前建筑工程中增強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)利用效率不高，為了解決此類問(wèn)題，一方面可以在屋面可利用面積方面進(jìn)行精打細(xì)化，然后根據(jù)建筑所在區(qū)域的變電站用電負(fù)荷，盡可能選擇適用性較好的分布式并網(wǎng)方式（如圖2），合理地將新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)并入到變電站用電系統(tǒng)，這樣做可以精準(zhǔn)排列光伏電池板，并對(duì)其產(chǎn)生的電能進(jìn)行有效接入，精準(zhǔn)利用。另一方面則應(yīng)該在選型配套的設(shè)備時(shí)，盡可能以逆變式變壓器為主，細(xì)致區(qū)分直流式、交流式條件下的各項(xiàng)參數(shù)，選擇節(jié)能效率高、功能適用性好的配套設(shè)備等。

圖2 分布式電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意（逆變式并網(wǎng)類型）

3.3 增強(qiáng)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，擴(kuò)增節(jié)能減排效用

在能源與動(dòng)力工程應(yīng)用時(shí)，重點(diǎn)集中在對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)立應(yīng)用方面，如變頻調(diào)速技術(shù)、新能源應(yīng)用技術(shù)、空壓余熱回收技術(shù)、補(bǔ)水技術(shù)等，受到技術(shù)本身的應(yīng)用條件限定，單一化應(yīng)用相對(duì)較多[4]。然而，在高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)通過(guò)配置數(shù)字化技術(shù)為此類工程“賦能”。但是，在應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、人工智能技術(shù)時(shí)，側(cè)重于對(duì)各系統(tǒng)的聯(lián)合控制，因而在這種大趨勢(shì)之下，需要通過(guò)增強(qiáng)不同節(jié)能減排技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，擴(kuò)增節(jié)能減排效用。

例如，在能源與動(dòng)力工程中的能量損耗主要為熱能損耗、濕氣損耗。此時(shí)，可以將濕氣損失降低技術(shù)、廢熱回收技術(shù)、熱管技術(shù)等進(jìn)行聯(lián)合，并通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)與機(jī)電工程集成化技術(shù)之間的資源整合，對(duì)各項(xiàng)聯(lián)合應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合控制，確保總系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的系統(tǒng)控制、專項(xiàng)控制、協(xié)調(diào)控制獲得了有效落實(shí)，從而保障能源與動(dòng)力工程的全過(guò)程控制效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，能源與動(dòng)力工程屬于前沿技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣闊。在熱能回收、電能收集再利用，以及各類機(jī)電設(shè)備集成化發(fā)展方面，對(duì)空壓余熱回收技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、熱管技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)等應(yīng)用，已產(chǎn)生了前所未有的節(jié)能減排效果。建議在當(dāng)前階段盡可能利用工業(yè)設(shè)計(jì)思想，借助加大對(duì)能源與動(dòng)力工程相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的投資比例，促進(jìn)其快速發(fā)展與高效應(yīng)用。