企业能量平衡

1,企业能量平衡清华大学孟昭利,一、企业能量平衡模式,3,1.目的企业能量平衡是以企业为对象，研究各类能源的收入与支出平衡、消耗与有效利用及损失之间的数量平衡，进行能量平衡与分析。企业能量平衡的目的是掌握企业的能耗情况， 分析企业用能水平，查找企业节能潜力，明确企业节能方向，为改进能源管理，实行节能技术改造，提高企业能源利用率和进行企业用能的技术经济评价提供科学依据。企业能量平衡是对企业用能过程进行定量分析的一种科学方法与手段，也是企业能源管理中一项基础性工作和重要内容。企业能量平衡是我国开创的一种企业能源管理方法，为提高我国企业能源科学管理水平，节能降耗工作做出了重要贡献。,4,企业能量平衡作为企业能源管理的基础性工作，也是一种科学管理方法。它自身也在不断地发展、完善与提高，其应用范围也在不断地扩展，我们开展企业能源审计、企业能源监测，建立企业能源管理信息系统等项工作，都要以企业能量平衡为基础。直接研究企业用能系统内部各用能环节和单元之间的能量平衡关系。对各用能单元、环节的能源投入量、有效利用能和损失量之间的平衡关系。进行综合分析与评价，掌握企业的耗能情况，分析企业用能水平，查找企业的节能潜力，明确节能方向。1997年7月1日开始实施的国家标准企业能源平衡统计方法（GB/T166141996）。,5,2.企业能量平衡模式任何企业用能系统都可简化成这样一种标准形式，系统由能源供入企业，按照能源流向依次划分为购入贮存、加工转换、输送分配和最终使用四个环节，以外供能和各类能量损失流出系统。,图3.1企业能量平衡系统图,6,其中： Q0供入系统能源总量等价值； Q供入系统能源总量当量值； k企业用能环节k的能源利用率（k1,2,3,4）； k,i企业用能环节k中第i单元能源利用率（i1,2,I）； Xk,i供入企业用能环节k中第i单元能源量占投入系统能源总量 Q的比重； Xk供入企业用能环节k能源量占投入系统能源总量Q的比重：即：同时,7,显然，企业用能系统的能量流，是一个以各用能环节串联，各用能单元并联的混合联结系统。从这个系统可以直接求出企业能源利用率0和企业能量利用率分别为：3.企业能量平衡系统（1）购入贮存能源的购入贮存环节是企业能源的进口，一般包括企业的供销、计划、财务、储运等部门，是了解企业能源消耗总量的关键环节。企业购入贮存的能源种类一般包括一次能源和二次能源，即煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、蒸汽、煤气、石油制品等。,8,首先必须搞清真正投入系统的能源总量，并折算它们的等价值与当量值，这样便可能对不同种类的能源量进行综合平衡。其等价值反映国家对企业投入的能源资源量；目前，我国大力开展企业能源审计，其目标是将我国能源总需求量降下来，减少对企业投入能源量，要取等价值；而在企业能量平衡工作是依据热力学第一定律，对企业用能过程做能量平衡与分析，因此，在企业能量平衡中，一切能源量只能取其当量值，而不可取其等价值，这是我们建议的企业能量平衡模式中最基本的一点。企业的影响很大，同时也增加了节能效益。特别是企业购入、贮存能源要占用很大一笔流动资金，企业为了加速资金周转，合理使用购入能源费用，必须强化企业购入贮存环节的统计分析与管理。为了讨论方便，我们将外购电力的进厂变电站看作企业能源购入贮存环节中一个用能单元，这样可以为今后编制企业能量平衡表带来许多方便，这是要特别提醒大家注意的，企业内部的自备电站是作为加工转换环节的用能单元处理。,9,（2）加工转换加工转换是企业工艺所需直接消耗的能源转换环节，包括一次转换和二次转换。一次转换部门有发电站（或热电站）、锅炉房、炼焦厂、煤气站等；二次转换部门有变电站、空气压缩站、制冷站等。要特别注意，一次转换部门是一个企业耗能大的部门，是企业能量平衡与节能工作的重点。加工转换环节中重大耗能设备多，也是节能潜力大的环节，应注意它们的负荷、运行，加强计量与管理是很重要的。（3）输送分配输送分配是将企业用能送到各终端用能部门的一个重要环节，如各种输电线路，蒸汽、煤气管网等，均可列入输送分配系统。对大多数企业来说，能源的输送分配损失并不构成企业总能量损失的主要部分，因此，在考察企业能源利用的过程中，输送分配系统是一个相对次要部门。但是，热力管网保温是十分重要的节能部分。,10,我国企业管道漏失现象严重，特别是对水资源重视不够。这些年由于水资源严重短缺，资源费用增加，有些企业开展无泄漏活动十分有效。各企业应该加强这方面的计量与考核。（4）最终使用最终使用是企业能源系统最为复杂的一个环节，对不同的企业，特别是不同部门之间的企业构成差异很大。一般地说，可以将企业的最终用能环节划分为如下几个主要部分：主要生产，辅助生产，采暖（制冷），照明，运输，生活及其他。更进一步细分，还可将主要生产和辅助部门细分成各生产车间，生产车间又可按重大用能设备细分。如钢厂可以按烧结、球团、炼铁、炼钢、轧钢来分；电厂可以按锅炉、汽轮发电机组、厂内用电，外供电来划分。与日常考核格局一致，指标一致，使于取得数据，便于管理。,11,4.企业能量平衡方法以统计计算为主的企业能量平衡方法，是采用系统工程的方法，将企业划定为一个用能系统作为研究对象，而不是以耗能设备的能量平衡作为研究重点。即将企业能量平衡系统划分为能源购入贮存、加工转换、输送分配直至最终使用四个环节，沿着企业用能的流程进行系统平衡与分析；企业能量平衡期选为企业用能的全部期间，而不是测试时间；选用统计数据是全部运行期间的数据，而不是测试期间的典型、抽样数据；把企业能量平衡工作与企业日常能源管理工作结合起来，更准确地反映出企业用能状况。,12,5.技术评价指标通过能量平衡来改善能源利用，目前有三类技术指标：能耗、利用率和回收率。其最重要的是单位综合能耗，主要设备效率和系统能源利用率。（1）能耗 它是考核生产单位产量产品或单位产值产品所消耗的能源量。能耗分为单项能耗、综合能耗、可比能耗三类。单项能耗：,13,综合能耗可比能耗：式中各种能源的总消耗量是指所消耗的各种能源，按等价热值折算成相当于一次能源的能量。这里强调一次单位综合能耗，是考核能源利用水平的重要指标，不断地降低单位综合能耗是能源管理的中心环节，在计算时要注意三个问题:产值计算应取净产值，而不是总产值；产量计算时应是合格品，而不包括次品、等外品和废品；对于生产多种产品的企业应考虑实际情况，合理分摊能源消耗量。这样才能有力地推动能源的节约和合理使用。,14,综合能耗与单项能耗比较： 更全面地反映企业能源利用水平；反映出能源互相替代的影响；便于同类产品能耗的互相比较。总之，采用综合能耗指标便于能源的定额管理，又便于能源的统计和计划管理。但是也要注意到单项能耗指标的优点和作用，它可以直观地反映出所用的能源种类、品位和结构，又可了解企业能源的消费构成，节省优质能源，发现耗能过大的环节。单项能耗是制定综合能耗的基础，综合能耗又是各项单项能耗的综合反映，因此，它们在企业能源管理中，是相辅相成的两个方面。（2）能源利用率设备热效率：即,15,对于用能设备：Q有效为工艺有效热；Q供入为供入设备的所有能量；Q损失损失能量。（2） 企业能源利用率：即其中： 企业总综合能耗量QQ1Q2Q3Q4Q5；Q1一次能源消耗量；Q2二次能源消耗量；Q3耗能工质的能源消耗量；Q4生活用能消耗量；Q5非能源转换企业自产外销的二次能源消耗量。,16,企业能源利用率是一项综合性技术指标，它不仅是每个设备状况的反映 而且反映了包括管理、运行、操作、负荷、工艺、原料、产品、环境等 多种因素与环节的情况，它是企业真正用能水平和实际能力的集中表现。系统效率购入（贮存）效率转换效率传输效率使用效率串联系统效率：系统购入转换输送利用1234i并联系统效率：其中： 用能单元i的能源消耗总量；i用能单元i的能源利用率。由上述可以看出，和i大的单元对系统影响显著。,17,（3）回收率 回收率表示企业由于采取余热回收和重复利用所带来的节能效果。综合起来，这些技术指标各有特点，是从不同角度来反映企业用能水平。能耗直观性强，适用于考核产品的耗能水平，还便于比较；利用率体现企业和设备用能水平，通过对它的测试分析，可找出节能潜力与方向；回收率则反映企业余热利用程度。可以初步衡量一个企业的能源管理水平，为制订节能技术改造措施提供科学的依据。,18,6.有效利用能计算 企业有效利用能量系指企业实际消耗的各种能源中，终端利用所必需的能量。它的计算十分复杂，这里不详细讨论。通常要计算主要生产、辅助生产、采暖（制冷）、照明、运输、生活及其他几项的有效利用能量，也可以有其他的分类方法，综合起来就是企业的有效利用能量。,19,7.主要结果整理 我们通过企业能量平衡工作，取得了大量的统计与测试数据和资料，我们用什么办法去整理、分析这些能源数据呢？又要用什么方法把它们集中表示出来呢？要做到对企业能源系统进行简明、科学地描述用能状况，方法简单、概念清楚、结构灵活、使用方便，同时也为进一步使用电子计算机技术，建立企业能源管理信息系统提供方便。建议采用国家标准GBT348493企业能量平衡通则所规定表格以外，再增加两个图形和一个表格，即企业能源网络图、企业能流图和企业能量平衡表，它们的绘制原则和编制方法将在下面几节专门讨论。,二、企业能量平衡表,21,1.用途 企业能量平衡表是企业能源系统进行综合分析的一种有用工具，也为改进企业能源管理，编制企业能源计划提供科学依据。 （ 1） 分析企业能源系统状况、能量平衡关系，为企业能源管理、编制能源计划提供科学依据。 （2）分析企业节能潜力，明确节能方向，能源相互替代，确定节能技术改造方案。 （3） 计算企业能源利用率。 （4） 为绘制企业能源网络图与企业能流图提供了详细、可靠的数据。 1997年开始实施的国家标准企业能量平衡表编制方法（GB/T166151996）。,22,2.编制原则 （ 1） 企业能量平衡表采用矩阵形式表示，大部分是纵向排列（栏）表示能源项，横向各行表示能源的流向（来源去向）。 （2） 企业用能包括一次能源、二次能源和耗能工质，特别是要区分购入能源、自产能源与耗能工质。 （3） 平衡表内数据关系应符合能量守恒定律，即热力学第一定律。不得漏项，不得重复计算。对企业自产的二次能源与耗能工质应特别注意这一点。 （4） 设计企业能量平衡表的内容应尽可能详细，如因数据不足，暂时不能考虑的项目在以后加进表格时，应不改变平衡表的基本结构与布局。 （5） 企业能量平衡表格应和国家标准（GB/T166151996）、上级主管部门统计口径一致。 （6） 在企业能量平衡表内，要对某一局部做详细填写时，可以编制企业能量平衡表分表，作为总表的补充与说明。,23,3.填写说明 由于受表格的限制，企业能量平衡表不能填写许多文字来说明复杂的用能过程，它必须附有一些必要的解释与说明，甚至要加一些附表。 （1） 说明企业能量平衡表的填写方法与表中各项的意义； （2） 说明原始数据来源与数据处理； （3） 说明平衡表正、负号的含义； （4） 说明库存量变化； （5） 企业平衡表的每一纵列应保持平衡，当出现不平衡时，把不平衡部分放入统计误差项，并加以说明； （6） 标明能量折算系数表； （7） 标明统计期。,24,4.企业能量平衡表格式 （ 1） 企业能量平衡表的横行划分为购入贮存、加工转换、输送分配、最终使用四个环节。纵行是能源的供入能量、有效能量和损失能量、回收能量和能量利用率等项。 （2） 具有购入贮存、加工转换、输送分配与最终使用四个环节，并填有实际数据的企业能量平衡表格式见表3.4。 （3） 最终使用划分为主要生产系统、辅助生产系统、采暖（空调）、照明、运输及其他等六个用能单元。 （4） 企业能量平衡中只在购入贮存环节中有等价值栏和当量值栏，企业能量平衡表中其他环节只采用当量值。,25,5.编制企业能量平衡表的数据 （1） 企业能量平衡表的基础数据来源于企业能源统计资料。 （2） 企业能量平衡表的数据，除标明的各种能源的实物量及等价值栏外，均是能源的当量值。 （3） 企业能量平衡表的结果应符合能量守恒定律。各种能源的当量值收支总量应保持平衡；供入能量与有效能量及损失能量之和保持平衡。 （4） 非平衡项数值应使用方括号括住。 （5） 购入贮存栏内数据，已扣除库存增量及外销量。 （6） 各种能源的折算应符合国家标准GB258981。 （7） 能源利用率按下式计算：,26,6.文字说明 （1） 说明原始数据来源。 （2） 计算结果出现不平衡时，应说明原因。 （3） 标明能源折算为标准当量的折算系数。 （4） 标明统计期。 （5） 计算出企业能量利用率，按下式计算：,27,表3.1某（毛纺）企业能量平衡表 统计期1989年单位：tce,三、企业能源网络图,29,它是用网络的形式描述企业能源系统的图形，我们根据企业能源管理国家标准规定，运用网络的形式，由左向右描述企业能源系统的能源流动过程；其中包括物质流和信息流，而且满足热力学第一定律。企业能源网络中，每一个用能单元的能源都假定从左侧流入，其数据中上面标注的数字表示投入能源量，下面括号内的数字表示占投入企业能源总量的百分比。从用能单元右侧出的箭头上方数字表示该单元的有效能量。下面括弧内数字表示占投入企业能源总量的百分比。1.企业能源网络图的作用它和企业能量平衡表一样，也是企业能源管理的基础性工作，和它配套的有企业能量平衡表和企业能源网络图数据表，它在企业能源管理工作中的作用如下：,30,（1） 形象直观地描述了本企业能源系统的基本平衡关系，集中了企业能源物流和信息流；（2） 反映企业使用的各类能源在各节点上的流入量与流出量平衡关系；（3） 反映了企业能源系统各环节、各用能单元的能源量平衡关系；（4） 标明各用能量占投入企业总能源量的比例，可以看出这份能量在企业用能系统的重要性；（5） 系统地表明企业能源体系各环节、各用能单元的能源消费结构；（6） 根据各环节的能源投入产出平衡关系，可以计算出各环节的能源利用率，直至推算出企业能源利用率和企业能量利用率；（7） 通过能源网络图各环节、各用能单元的能源利用分析，可以摸清企业节能潜力，明确节能技改方向；（8） 能源网络图本身就是能源系统的一种描述模型，它可以发展成为各种能源数学模型以及建立能源数据库，为利用计算机技术建立企业能源管理信息系统打下了基础。,31,图3.2某厂能源网络图（1989年）,某（毛纺）企业能源网络图统计期1989 单位:tce,32,2.企业能源网络图绘制方法(1) 遵照国家标准企业能源网络图绘制方法（GB/T166161996）。(2)企业能源网络图把企业的用能系统划分为购入贮存、加工转换、输送分配与最终使用四个环节，按网络的形式由左向右绘制，每个环节又可划分为一个或几个用能单元，其中购入贮存、加工转换与最终使用各环节内的用能单元分别以圆形、方形和矩形表示；在能源系统中回收的可利用能源单元可用菱形表示，以示区分。(3) 能源网络图中能源流向规定由左向右。购入贮存环节的各种能源，在圆形图上半部标注能源名称，下半部标注供入能源实物量的数字和单位。圆形图左侧的箭头方向，指向圆形图表示购入或期初库存，离开圆形图表示外供或期末库存，箭头上方数字表示购入、外供或出入库存数量和单位。从圆形图右侧绘出的箭头上方数字表示供入能源的等价值和当量值的标准煤量，箭头下方括号内数字表示占供入企业总能量的百分数。等价值和当量值之间用双线隔开，左侧数字为供入企业能源的等价值，右侧数字为当量值。购入贮存环节下部列出供入企业能源的总量。,33,加工转换环节中，在方形图上部标注转换单元名称，下部表示其加工转换效率。左侧的箭头表示供入的能源，右侧表示供出的能源。箭头上方的数字表示供入或供出能源的标准煤当量值，下方括号内数字表示占供入企业总能量的百分数。每个用能单元左侧箭头上方标注投入能源的数量，下方括号内数字表示占供入企业能源总量的百分数。从右侧绘出的箭头上方数字表示该单元的有效能量，数字右侧括号内数字表示该有效能量占供入企业总能量的百分数。从用能单元右侧流出向下的箭头表示损失能量数字，括号内数字表示该损失能量占供入企业总能量的百分数。用矩形图表示的用能单元，其中标注用能单元名称，括号内数字是该用能单元的能量利用率。(4)表示在生产过程中回收可利用能源的菱形框图，上部标注回收能源名称，下部标注回收能源实物量的数字及单位。菱形框图右侧绘出的箭头上方的方括号内标注回收能源的标准煤当量数值。,34,(5) 在各用能环节右方向下的箭头表示各环节的损失能量，并标注出该环节的能源损失总量，括号内数字表示占供入企业总能量的百分数。(6) 网络图右侧绘出箭头表示总有效能量，并标注表示有效能源总量的数值，括号内标注总有效能量占供入企业总能量的百分数。(7) 绘制网络图的数据 绘制企业能源网络图的基本数据，来自企业能量平衡表。 企业能源网络图中各类能源（如煤、燃料油、焦炭、煤气、电力、蒸汽等）由实物量折算为等价值和当量值，应按国家标准GB2589综合能耗计算通则计算。,35,根据企业能量平衡结果，列出绘制企业能源网络图数据表，本标准推荐采用附录A的表格格式。各类能源的流入量与流出量应当平衡；各过程相互衔接的节点处，流入能量总和应等于流出能量的总和；各用能单元的流入能量与流出能量应当平衡。图中方括号内标注的数据，不参与总量的平衡计算。（8）文字说明标明统计期和计量单位填写必要的文字（9）附录,四、企业能流图,37,1.企业能流图及其用途企业能源图是表示企业内部能量流向与平衡的图形，它直观、简洁、形象地概括企业能源系统的全貌。国家技术监督局1986年5月27日发布了国家标准GB642186流图绘制方法。2.企业能流图绘制原则（1）企业能流图由图形、数据和必要的文字构成。（2）企业能流图的基本数据来源于企业能量平衡表。（3）按照企业能量流程特点，分成能源的购入贮存、加工转换、输送分配和最终使用等环节；每个环节由一个或几个独立的能源使用单位（称为