（热能工程专业论文）发电企业绩效性评价体系的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 能源工业是国民经济的基础产业，能源高效利用与节能对国民经济的可持续发 展具有重要意义。本文基于能源利用统一化评价方法，提出了发电企业的绩效性评 价体系，针对能源利用的常规性能评价指标存在的不足，通过绩效性评价指标对发 电企业进行评价，可以得到其它研究分析方法所不能提供的决策信息和指标。通过 本课题研究，可以帮助发电企业掌握燃煤效率和环境影响的实际情况，为制定国家 发电企业发展政策和实施污染物总量控制以及发电企业污染治理策略提供决策依 据。 关键词：发电企业，绩效性评价，单耗分析，性能指标 a b s t r a c t e n e r g yi n d u s t r yi st h eb a s i so ft h en a t i o n a le c o n o m yi n d u s t r i e s ，a n de f f i c i e n tu s eo f e n e r g ya n de n e r g ys a v i n go nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m yi so f g r e a ts i g n i f i c a n c e b a s e do nt h ee v a l u a t i o no fe n e r g yu s eu n i f i e da p p r o a c ht ot h e g e n e r a t i o no f e n t e r p r i s ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e mf o rt h eu s eo fc o n v e n t i o n a l e n e r g yp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r so ft h ed e f i c i e n c i e s ，a n dt h r o u g hp e r f o r m a n c e e v a l u a t i o ni n d i c a t o r st oe v a l u a t et h ep o w e re n t e r p r i s e sc a nb eo b t a i n e db yo t h e rr e s e a r c h m e t h o dc a nn o tp r o v i d ed e c i s i o n m a k i n gi n f o r m a t i o na n di n d i c a t o r s t h i sr e s e a r c h ，c a l l h e l pe n t e r p r i s e sc o n t r o lc o a l f i r e dp o w e rg e n e r a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h ee n v i r o n m e n t a l i m p a c to ft h ea c t u a ls i t u a t i o n ，g e n e r a t i n ge n t e r p r i s e sf o rt h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a l d e v e l o p m e n tp o l i c i e sa n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h et o t a lp o l l u t a n tc o n t r o la n dt h e g e n e r a t i o ne n t e r p r i s ep o l l u t i o nc o n t r o ls t r a t e g yf o rd e c i s i o n m a k i n gb a s i s q ih a i b o ( t h e r m a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rz h o us h a o x i a n g k e yw o r d s ：p o w e re n t e r p r i s e s ；p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ；u n i tc o n s u m p t i o na n a l y s i s ； p e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s 华北电力大学硕士学位论文 摘要 能源工业是国民经济的基础产业，能源高效利用与节能对国民经济的可持续发 展具有重要意义。本文基于能源利用统一化评价方法，提出了发电企业的绩效性评 价体系，针对能源利用的常规性能评价指标存在的不足，通过绩效性评价指标对发 电企业进行评价，可以得到其它研究分析方法所不能提供的决策信息和指标。通过 本课题研究，可以帮助发电企业掌握燃煤效率和环境影响的实际情况，为制定国家 发电企业发展政策和实施污染物总量控制以及发电企业污染治理策略提供决策依 据。 关键词：发电企业，绩效性评价，单耗分析，性能指标 a b s t r a c t e n e r g yi n d u s t r yi st h eb a s i so ft h en a t i o n a le c o n o m yi n d u s t r i e s ，a n de f f i c i e n tu s eo f e n e r g ya n de n e r g ys a v i n go nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m yi so f g r e a ts i g n i f i c a n c e b a s e do nt h ee v a l u a t i o no fe n e r g yu s eu n i f i e da p p r o a c ht ot h e g e n e r a t i o no f e n t e r p r i s ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e mf o rt h eu s eo fc o n v e n t i o n a l e n e r g yp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r so ft h ed e f i c i e n c i e s ，a n dt h r o u g hp e r f o r m a n c e e v a l u a t i o ni n d i c a t o r st oe v a l u a t et h ep o w e re n t e r p r i s e sc a nb eo b t a i n e db yo t h e rr e s e a r c h m e t h o dc a nn o tp r o v i d ed e c i s i o n m a k i n gi n f o r m a t i o na n di n d i c a t o r s t h i sr e s e a r c h ，c a l l h e l pe n t e r p r i s e sc o n t r o lc o a l f i r e dp o w e rg e n e r a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h ee n v i r o n m e n t a l i m p a c to ft h ea c t u a ls i t u a t i o n ，g e n e r a t i n ge n t e r p r i s e sf o rt h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a l d e v e l o p m e n tp o l i c i e sa n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h et o t a lp o l l u t a n tc o n t r o la n dt h e g e n e r a t i o ne n t e r p r i s ep o l l u t i o nc o n t r o ls t r a t e g yf o rd e c i s i o n m a k i n gb a s i s q ih a i b o ( t h e r m a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rz h o us h a o x i a n g k e yw o r d s ：p o w e re n t e r p r i s e s ；p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ；u n i tc o n s u m p t i o na n a l y s i s ； p e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文发电企业绩效性评价体系的研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：擞 日期：逊：墨： 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 在2 1 世纪初的2 0 年内，环境与发展仍然是人类共同面临的重大问题，对于中 国电力工业来说，这一问题更为突出。一方面，党的十六大提出的全面建设小康社 会的目标，对电力工业的发展提出了新要求：另一方面，我国一次能源以煤炭为主的 状况对环境产生的污染和生态影响，对电力工业发展产生了新的制约。据有关专家 预测，如果按1 9 8 1 年到2 0 0 0 年的平均电力弹性系数0 8 左右计算，到2 0 2 0 年，电 力装机约达到1 0 亿千瓦，其中6 亿多千瓦为煤电按1 个千瓦煤电的年平均利用小 时和平均煤耗率计算年烧3 吨原煤计算，一年需要1 8 亿吨煤，如果对这1 8 亿吨煤 炭产生的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳以及废水、灰渣和其它有害物质处 理不当，会对全球、区域、局部的大气、水体和生态环境造成重大影响。 因此环境问题越来越引起人们的关注和重视，电力工业污染物的排放对农林业 生产、建筑物和人民的生活与健康均产生了不利影响，造成巨大的经济损失。其中 尤以燃煤电厂的大气污染最为突出。据统计，燃煤电厂s 0 2 排放占我国工业s 0 2 排 放总量的4 3 6 ；燃煤电厂的n o x 、烟尘排放也是我国大气污染的主要来源。所以 无论是国家还是地方对电力企业的环保要求都要高于其它行业，这使得发电企业要 承担更大的环保成本。因此如何应对日益严格环保要求和呼声以趋利避害，并通过 量化评价方法加强发电企业的污染控制，是必须认真加以研究和解决的问题。 从环境保护的角度而言，作为中国环境污染控制的重点行业，在近3 0 年的环 境管理和污染防治实践中，电力行业环境保护已经形成了由政策法规、排放标准、 管理办法和若干规定组成的环境管理体系，形成了一套相对完善的管理体制，在污 染控制方面也取得了显著的成效，但随着电力行业改革的深入，现行的环境管理体 制已经不能够完全适应新的电力行业经济发展和环境保护的要求，需要进一步的完 善。 。 g p s ( g e n e r a t i o np e r f o r m a n c es t a n d a r d ) 是美国为控制大气环境污染，提高环境空 气质量，促进电力行业的可持续发展，对电厂大气污染物排放标准制定的一项新举 措。其含义为发电绩效标准，是以火电厂单位发电量所排放的污染物作为基准的污 染物排放标准。它改变了过去以燃料输入为基础制定的污染物排放标准，而以电能 的产出为基础来制定污染物排放标准，从而将污染物的排放不仅和燃料紧密相连， 丽且和生产工艺、生产效率等密切相关，对于促进清洁能源的使用，提高发电厂的 生产效率，减少污染物排放等发挥了巨大作用，也为制定和实施基于g p s 的新的电 力行业污染控制和环境保护政策提供了可能心1 。g p s 已经在炎闼z 萨诸塞州得以实 华北电力大学硕士学位论文 施，并已取得丰硕成果。 火力发电企业具有技术资金密集型、能源转换型、社会公用性等行业特性。近 几年燃料价格及原材料价格的不断上涨使得火电企业成本不断攀升，对于火电企业 的要求使其经营业绩面临更严峻的考验，厂网分开和竞价上网的改革也将给火力发 电企业的经营业绩带来不小的冲击。因此，构建套适合火力发电企业的绩效评价 体系十分必要。 1 2 国内外研究现状 改革开放以来，随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，作 为能源基础产业的电力工业得到了飞速发展。我国已成为世界上第二大电力生产 国。电力工业的发展给人们带来巨大的经济效益，但同时也带来了一定的负面影响： 火力发电排放的粉尘、废气对大气环境造成极大影响，尤其是废气中的s 0 2 对大气 的污染尤为严重，它不仅危害人类身体健康，更是使农作物颗粒无收的“酸雨”形成 的“元凶” 3 - 5 。 因此对火力发电排放的大气污染物进行有效的控制显得尤为重要，目前通常火 电厂引用的排放标准有三类，即浓度标准、热值标准和发电绩效标准。 浓度标准是根据现有的、最佳实用技术制定的标准。以此来鼓励发电企业淘汰 落后生产工艺、使用最佳实用技术。一般讲，以技术为基础的标准不利于鼓励技术 进步，因为浓度标准不能产生不断的动力和刺激，使企业采取更好的技术。同时浓 度标准与总量控制的联系不紧密，存在所有电厂都达到技术标准，仍会出现排放总 量超过规定的总量控制目标的现象。 热值标准是根据电厂发电耗煤的热值来制定污染物排放标准。由于煤是电厂的 一种投入，也称为以投入为基础的排放标准。热值标准未考虑电厂的能源使用效率 和排污强度。对两个电厂来说，如果它们都需要相同的燃料，但是它们的发电效率 和排污强度不一样，它们最终所产生的发电量和污染物是不一样的。因此以电厂燃 煤热值为基础的排放标准不能反映发电效率和排污强度。 发电绩效标准是根据单位发电量所排放的污染物数量制定，由于发电量对电厂 来说是一种产出，也称基于产出的绩效标准。与热值标准相比，发电绩效标准仅规 定单位电量的排放值，没有规定电厂使用的燃料和采用何种技术，有利于促进电厂 提高发电效率，促进清洁能源使用，建立相对公平的竞争环境。 、 g p s 标准可归纳为以下三个方面的作用：( 1 ) 创造一个公平的竞争平台，使得机 组电厂的环境成本平等，在平均发电绩效值下，发电绩效好的企业将获得更多的 奖励；( 2 ) 有利于促进清洁能源发电，促进机组电厂采用天然气等清洁能源发电， 减少每度电的污染排放强度；( 3 ) 有利于提高机组效率，改进技术，从而减少每度电 的污染排放强度。目前国家环境影响评价与控制j ：要以污染物排放浓j 延为依据，浓 华北电力大学硕士学位论文 度标准与企业对社会的贡献无关，属于非绩效性指标；而g p s 标准尚未在全国范围 内推行应用。 燃煤电厂的污染物除了污水、粉尘和二氧化硫之外，还有氮氧化物和重金属等， 由于不同污染物的危害各不相同，国家环保要求也不尽相同，但有一点是可以肯定 的，那就是随着社会发展，环保要求会随之逐步提高。我国于1 9 9 1 年制定了第一 部火电厂污染物排放标准，在此后的1 2 年问，历经两次修订( 1 9 9 6 版和2 0 0 3 版) ， 排放标准日益严格。2 0 0 3 年版标准严格规定了火电厂烟尘、烟黑浓度、二氧化硫及 氮氧化物的排放浓度标准。随着环境问题的日益突出，排放标准还会更加严格。因 此，如何综合地、客观地评价发电企业的环境影响是一个急需解决的问题。在中国 电力行业引入g p s 机制，对于完善火电厂的污染物排放标准、加快电力行业结构调 整、促进火电厂技术进步、实行污染物排放总量控制以及推行排污交易等都有积极 的作用。目前，国家环保总局正在修订火电厂污染物排放标准。为此，我们建 议国家环保总局应充分利用这一时机进行标准改革创新，制定一个基于排放绩效的 火电厂污染物综合排放标准1 。 排放绩效标准是以火电厂单位发电量所排放的污染物作为基准的新的火电厂 污染物排放标准( 也称发电绩效标准) ，通常以克千瓦时或英磅千瓦时形式表示。 国内华北电力大学周少祥教授提出并建立的统一化能源利用评价体系，其具有 明显的先进性和科学性，并获得美国能源基金会的资助( g 。0 4 0 1 0 7 1 4 6 ) ，完成了“热 电联产环境效益的定量化研究”。其研究成果得到同行专家的好评，中国能源研究会 秘书长鲍云樵先生评价说“该报告是一份很有价值的报告，应作为蓝本，以供进一步 实施推广的依据，建议有关部门予以重视。” 1 3 课题研究的内容 导师周少祥教授根据热力学第二定律，提出并建立了统一化能源利用评价体 系，包括统一化的绩效性评价体系，它能科学合理地评价发电企业尤其是热电企业、 燃机及联合循环发电企业的热力学性能及其环境影响，是能源利用评价理论的一个 发展。 具体课题研究内容： 本文基于能源利用统一化评价方法，提出了发电企业的绩效性评价体系，其特 点在于可以追踪能源利用的生产供应、网络输配以及用户终端使用全过程，从一个 全新的角度开展发电企业污染物排放与治理的策略研究，可以得到其它研究分析方 法所不能提供的决策信息和指标。通过本课题研究，可以帮助发电企业掌握燃煤效 率和环境影响的实际情况，为制定国家发电企业发展政策和实施污染物总量控制以 及发电企业污染治理策略提供决策依据。 本文主要包括四个部分：酋先是能源利f j 绩效评价的理论基础即单耗分析理论 华北电力大学硕士学位论文 的介绍；其次是能源利用的常规性能评价指标的介绍，并指出其优缺点，引出了 下一节的内容；第三部分介绍了发电企业绩效性评价指标体系；最后对文中所提出 的发电企业绩效性评价指标体系进行理论应用。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章能源利用绩效性评价的理论基础 2 1 一般化能源利用系统 能源利用系统可以一般化地表示为生产供应、网络输配和用户使用等三个部分 组成，如图2 1 所示。 图2 1 一般化能源利用系统 天然气、煤、石油等一次能源可以通过铁路、公路和航运等交通网络输运：也 可以通过设置专门的管道输运，如输油管、输气管和输粉管( 燃煤电厂大量采用) 等： 更可以根据需要将这些一次能源转化为电、热( 含热水、蒸汽及冷、热空气) 等二次 能源进行输运。对于那些输配网络很小或没有输配网络的能源利用系统，也可以沿 用一般化能源利用系统的形式，只要将网络输配环节的效率设为l o o 耳p 可。 不同的一次能源开采的能耗不同，不同的输运方式( 铁路、公路、航运及管道) 和输送距离，能耗相差更大，网络输运环节对能源利用效率和经济性的影响极大， 应给予高度的重视。我国能源资源以煤为主，铁路货运能力的5 5 在运煤，而原煤 中含有相当比例的灰份( 约占2 0 4 0 ) ，如果煤的利用是以发电为目的，是运煤， 还是将煤转化为电输送是很值得研究的问题口州。尽管天然气可以用管道输运，但是 由于气体密度相对较小，输运损耗的影响很大，如果仅是针对热电冷联产，是输电 还是输气就变得很值得商榷了。 二次能源如电、热等，也可以通过网络输配，电网、热网和暖通空调的风系统 等都是二次能源的输配系统。不同的输配系统，能耗相差非常大。比较而言，电力 输配的能流密度大，效率最高，因此电网规模最大；热网输配不仅有热损失，还必 然要消耗电( 功) 以克服管道阻力，输配效率较低，即热不适合远距离输配，因此热 网规模远远小于电网。据统计，中央空调系统中冷( 热) 空气输运系统( 风系统) 的能耗 可以占到其总能耗的绝大部分，导致中央空调系统的能耗偏高。同样的问题在水源 热泵系统中也非常突出，值得关注。 一般化能源利用系统的目的就是全面考查从一次能源输入端的生产供应环节， 经网络输配到终端用户使用的全过程，而不是仅仅针对能源利用过程中的某一个环 节。 需要说明的是，一些具体的能源利用系统有时很难直接表示为图2 1 所示的链 式结构系统形式，比如燃煤火电厂热力系统，但是我们可以将这些能源利用系统分 解为多个并列的链式结构系统的线性组合。 5 华北电力大学硕士学位论文 2 2 能源利用的单耗分析 2 2 1 单耗分析方法简介 单耗分析思想是宋之平教授提出的。根据热力学第二定律，对于任一能源利用 过程，其煳平衡关系可以一般性地描述为燃料船产品j 肌媚耗损，即： 锣= 户e p + x b ：。e f 1 ( j 】( 2 1 ) 式中，p 印e 厂分别表示单位产品和单位燃料的姗值；p 表示产品产量；表示燃 料量；b ；为生产过程中各环节的炯耗损所对应的煤耗。 产品是多样的，其煳是不等价的，如电( 功) 与热、不同参数的热量、海水淡化 的产品淡水以及化工产品等。但是，任何产品的煳是一定的。任何的不可逆因素都 必然造成产品产量的减少或单位产量燃料消耗( 简称燃料单耗) 增大。 因此，对于任何能源利用过程，单耗分析模型都可以一般性地表示为： b = b s p = b , , a , , 栅f( 2 2 ) 式中，b r a i n = e p e f 为生产该产品的理论最低燃料单耗，即在无任何炯耗损存在时 的产品燃料单耗，s b ；为系统各子系统设备的炯耗损引起的附加燃料单耗之和。 根据式( 2 2 ) ，我们不难理解产品的理论最低燃料单耗以及生产过程的附加燃料 单耗的分析具有非常重要的理论和工程实际意义，有助于我们了解该产品生产的节 能潜力及最需要改进的环节。 2 2 2 燃料和产品的比媚及产品的理论最低燃料单耗 2 2 2 1 燃料的比娴 根据热力学，炯是工质从所处的状态经可逆过程达到与环境相平衡的状态所作 出的理论最大功量，因此燃料的比炯可以定义为l k g 燃料理论上可能转变成的功量 ( 电量) ： ，：7000 x41868：814e 1 ，= 一2 6 7 3 6 0 0 k w h k g ( 2 3 ) 2 2 2 2 “电 和靠热一的比j ；用及其理论最低燃料单耗 产品的产量和品质是影响个企业发展的关键因素，单纯追求产量而不注重品 质是绝对不行的。从热力学的角度看，不同耗能产品的品质也是各不相同的，如电 ( 功) 与热、不同参数的热量、海水淡化的产品淡水以及化工产品等，因此，基于热 力学第二定律对产品的品质进行界定是一项非常重要的工作。 事实上，反映一个产品品质的重要指标就是产品的比煳。“电”和“热 是国民 经济中两种重要产品，也是能源利用的两种主要形式，几乎所有的实际耗能产品都 是直接或间接地消耗“电”或“热”两种能量转化而来，因此这晕仅讨论“电 和 “热 两种产品的比媚，其他产品的比煳可以此类推。 6 华北电力大学硕士学位论文 “电”在热力学分析中被视为1 0 0 1 拘娴，即电的比堋为e 。= t k w h k w h 。因此， 电力生产的理论最低燃料单耗为： 嶝= e p i e f = 1 8 1 4 = 0 1 2 3 k g k w h q q 对于一定的热量，如果其热力学平均温度为n ，则根据热力学第二定律，其比 娴为： 个 = ( 1 一和 k w h k w h h d ( 2 5 ) 或一翊8 ”务 式中，磊为环境温度。 因此，供暖的理论最低燃料单耗为： k w h g j 】( 2 5 a ) 蟛“= e p e z = 3 4 1 ( 1 一幕2 0 ) k g g j 】( 2 6 ) 显然，不同的用热需求，即热产品不同，其供热过程的理论最低燃料单耗不相 同。对于采暖供热，如果将室内温度五= 2 9 3 1 5 k ，环境温度矗= 2 7 3 1 5 k 的条件为标 准供暖工况，则根据式( 2 7 ) ，其采暖供热的理论最低燃料单耗仅为 妒= 3 4 1 ( 1 2 7 3 1 5 2 9 3 1 5 ) = 2 3 3 k g g j 。 2 2 3 能源利用的第二定律效率 一般来讲，能源利用系统的第二定律效率的计算是比较困难的，但是根据式 ( 2 1 ) ，我们不难得到任一产品生产过程的第二定律效率( 煳效率) 1 0 1 为： r “= p p 。( b 。e e ) = ( e p e ) ( b p ) ( 2 7 ) = 6 咖6 因此，只要我们知道产品的实际燃料单耗，就能很方便地运用上式计算出其生 产过程的第二定律效率( 拥效率) ，而不一定必须进行整个工艺过程的第二定律分析。 本质上，能源利用的效率只能由第二定律效率( 媚效率) 表征，基于第一定律的 热效率不足以反映能源利用的真实情况，因此，式( 2 7 ) 是具有非常重要意义的 第二定律效率表达式。 对于单纯的电能生产，其第二定律效率与第一定律效率是一样的。若电能生产 的燃料单耗为b 甜，有： 释小譬：掣 【嘲 o 秘u 强 对供热，若实际燃料单耗为b ，则由式( 2 6 ) 得供热过程的第二定律效率为： 和等= 券”务 矽”争 7 【k g g j 】 ( 2 9 ) 华北电力大学硕士学位论文 式中，巧埘= 掣旦 【】( 2 1 0 ) 表征的是供热过程的第一定律效率，3 4 1 k g g j 为热效率1 0 0 时的供热燃料单 耗。 显然，供热过程的第二定律效率不仅取决于供热过程的热效率，更主要取决于 用热产品的品位。 进一步地，如果某一个产品生产过程由九个子系统构成图2 1 所示的链式系统 结构，则其燃料单耗可以表示为： b = 6 “n ：l o 刁芦) ( 2 1 1 ) 式中刁罗为子系统，的媚效率。 r 盯= 易b = r j ；, 7 7 ( 2 1 2 ) 单耗分析是基于热力学第二定律的分析方法，最主要的特点就在于研究分析了 能源利用的生产供应、网络输配及终端用户使用之全过程，而不是某一个环节，因 此是最全面的能源利用过程的热力学分析方法。只有掌握了终端产品的燃料单耗， 才能真正回答能源利用系统是否节能的问题，任何其它的分析都是不完整的。 一种产品的比炯是根据热力学第二定律分析计算得出的个确定数值，许多产 品的实际燃料单耗值的计算不一定需要进行能源利用全过程的第二定律分析j 而可 以直接由其标准煤耗与产品产量计算出来，也可以根据行业的统计数据计算。因此 单耗分析具有统计学意义，便于实际应用。有了产品燃料单耗，该产品的第二定律 效率( 炯效率) 可以直接计算出来，也无需进行能源利用系统的详细的第二定律分析。 因此基于单耗分析理论，使热力学第二定律分析用于能源利用的统计分析成为 了可能，对能源利用的科学管理具有非常重要的意义。 2 3 能源利用的评价原则 2 3 1 一次能源口径统一原则 一次能源输运必然要消耗一定的能量，这部分能耗在研究一次能源远距离输运 合理性的时候是必须给予充分考虑的。但是，如果将一次能源输运能耗计入能源利 用系统的分析，则不仅使问题复杂化，更重要的是对实际能源利用系统不公平。而 在“标准煤”的概念下，一次能源开采、输运过程及燃料的某些差异所产生的问题 就被消除了。基于标准煤，能源利用过程热力学分析的资源口径就得到了统一。 2 3 2 “产品 等价原则 能源利用系统的比较与评价必须建立在产品等价的原则基础上，否则它们之间 的横向比较与评价是没有什么意义的。 华北电力大学硕士学位论文 2 3 3 二次能源的等价化原则 众所周知，任何终端用能目的都可以有多种供能方式满足。我们发现任何的能 源终端利用可以归结为热、电两种主要形式，这是能源利用的共性所在。由于热、 电之间存在不等价性，如何处理热、电的不等价性成为目前能源利用系统的分析与 评价的一个难题。 之所以说是一个难题，是因为任何的处理方法都具有人为规定性，完全取决于 研究人员的主观判断和经验，至今没有达成一致意见，这使得针对终端产品的能耗 指标缺乏可比性。那种认为热电联产发电没有冷源损失，就一定存在所谓的“好处”， 因此需要合理分摊，不仅不能解决可比性问题，反而使问题复杂化。 不但如此，由于能量具有可相互转化性，任何终端用能目的都可以用“电”来 驱动和实现。而热电联产供热是以减少机组发电量为代价的，如果我们将这部分实 际减少的发电量视为其供热的当量电耗，这部分电量与机组实际发电量完全等价。 因此，热电厂出口处及电驱动设备的单位产品的二次能源消耗可以用( 当量) 性 能系数或( 当量) 电耗率指标评价，这里统一地用下式表示： e c o p = q e e c rf - 】 ( 2 1 3 ) 或，e e c r = e e c r p( 2 1 4 ) 式中，q 为供热量或制冷量， k w 】；p 为产品产量，【k g h ，朋3 屈，船。k i n ，p 触】； e e c r 为生产q 和p 产品的电耗量或当量电耗量，【k w 】；e c o p 为( 当量) 性能系数， ；e e c r 单位产品产量的( 当量) 电耗量。 值得强调的是，二次能源的这种等价化处理不仅得到式( 2 1 3 ) 和式( 2 1 4 ) 这样 具有可比性的绩效性指标，为计算终端产品的燃料单耗提供了方便；更重要的是热 电联产机组的供电燃料单耗与相同初参数的凝汽式机组持平，因此所有涉及发电的 联产系统的供电燃料单耗都应与其它凝汽机组比较，以进行机组优劣的排序，从而 彻底解决了困扰能源利用分析与评价的难题。 对于直燃型的终端产品生产，所消耗的是一次能源，我们也可以写出式( 2 1 3 ) 或 式( 2 1 4 ) 的型式。方法是将其所消耗的一次能源量吃【k g c e h 送入供电燃料单耗等于 湿冷凝汽机组评价基准值的发电机组( 蟛= o 3 6 5 k g c e k w h ) ，所能发出的电量即为生 产该产品的当量电耗( e e c r ) ： e e c r = 取砝雎明 ( 2 1 5 ) 事实上，上述基于电量将“二次能源进行的等价化处理是使终端产品的评价 指标具有可比性的关键，也是能源利用绩效性分析与评价的一个重要原则。 2 4 能源利用的三个层面与能源利用的评价基准 根据热力学第二定律，能量= 媚+ 域1 ，并且将机械功、电功等看成1 0 0 炯，即 9 华北电力大学硕士学位论文 第二定律将能源利用分成能量与娴量两个层面。但实际上，由于煳不可能1 0 0 转化 为实际的功量( 电量) ，炯量与实际的功量( 电量) 之间是有很大区别的。从技术层面， 仅将能源利用分为能量与炯量二个层面是不够的，应细分为能量、烟量和功l ( e g j t ) 三个层面。 根据一般化能源利用系统，能源利用的热力学分析与评价的根本问题是解决 “可比性”问题，即评价基准问题。能量、烟量与功量( 电量) 是能源利用的三个层 面，能源利用的评价基准必然是三者必居其一。 众所周知，能量与能量之间存在不等价性，如果以能量为基准( 热力学一定律基 准) ，其评价指标之间将缺乏可比性。但是，如果以煳为基准，将各种娴等价处理， 虽然较之能量基准有一定的进步，但本质上没有解决可比性的问题。这里，我们以 多联产系统为例做一个简要的分析。假定多联产系统有两个产品p j ，尸2 ，我们不难 根据式( 2 1 ) 写出其相应的烟平衡方程： 留_ p 1 e p l + p 2 e p 2 + z b i e 【k j 】 ( 2 16 ) 根据式( 2 1 ) 我们知道，不同的产品，其理论最低燃料单耗b r a i n = 咖厂是不同的。 如果忽略两种产品之e p j 与e p 2 的不同，则不仅存在人为规定性，而且还意味着放弃 了烟分析方法所遵循的能量有品位不同的基本原则，从这个意义上讲，煳也不合适 作为评价基准。 根据热力学，炯是体系经可逆过程达到与环境相平衡的状态所作的理论最大功 量，因此也常被称为作功能力。根据炯的定义，我们不难理解在能源利用过程中， 任何的煳耗损本质上都是实际功量的减少，即i ：甩耗损兰功量损失。 综上所述。能量和娴量都不适合作为能源利用的评价基准，那么非功量莫属了。 由于功量与电量基本等价，电量具有良好的输配及计量特性，因此能源利用的评价 基准只能建立电量的基础上。 2 5 能源利用的统一化绩效性评价体系 。 2 5 t 能源利用的统一化绩效性能耗指标体系 根据前文，以电量为基准，能源利用的统一化绩效性能耗指标体系可分为如下 二个层次12 1 ： ( 1 ) 单位产品的二次能源消耗( 当量) 性能系数e c o p ( 式( 2 1 3 ) ) 或单位产品( 当量) 电耗e e e r ( 式( 2 1 4 ) ) ( 2 ) 单位产品的一次能源消耗燃料单耗 或第二定律效率( 煳效率) 与燃料单耗属同一个层次的评价指标 事实上，产品燃料单耗可以作为全局性总能系统评价的决策变量，是微观能源 利用评价与宏观能源决策管理的桥梁，这一点对于能源利用的总量控制非常重要。 l o 华北电力大学硕士学位论文 2 5 2 能源利用的统一化绩效性环评体系 能源利用的环境影响是能源利用系统的一个重要性能指标，能源利用的环境影 响评价应该是统一化能源利用评价体系的一个重要组成部分。同样，建立可比性机 制是建立能源利用环境影响评价指标体系的关键，因此，统一能源利用的评价基准 是进行热电联产环境效益定量化的基础。 所有涉及发电的能源利用过程，其单位供电量的第i 种污染物的排放强度为： c j 名励( 形+ 局咖 m g k w h ( 2 1 7 ) 式中，m ，为第i 种污染物的排放量， k g h ；( w 刀+ e e c r ) 为机组供电量与供热当 量电耗量之和( 非热电联产机组e e c r 为o ) ，【k w l 。 对于供热过程，其单位供热量的污染物排放强度为： e ；= c ； ( e e c r + zw c p ) q h = c ：e c o p 。 或，c = c ( e e c r + z w c p ) p ) = o e e c r 2 5 3 总量控制 m g k j 】( 2 1 8 ) 【m g k j 】( 2 1 9 ) 能耗、环境代价与成本是评价能源利用优劣的三个层次，人们主观上总是希望 三者同时都达到最小，因此，能源利用的总量控制模型为： m 饵= ( 筇形+ 醋q m i1 r a i n m , = ( 形+ 露o h ，) ) ( 2 2 0 ) i- m i n f t = ( 形+ g ，) 由于多目标决策不存在最优方案， 权衡是可持续发展中不可回避的问题， 一特定条件的最优方案。 ， 只存在一系列可行方案，因此，三者之间的 只有确立三者之间的决策权重，才能得到某 事实上，坚持可持续发展的理念，以建设资源节约型社会、环境友好型社会为 目标，是开展总量控制研究和污染治理策略的指导思想。美国发电企业就以最小成 本规划作为决策依据。 2 6 评价基准的特性与选择 2 。6 。1 ，基准的选择 我们不难看出能源利用的评价基准值站在评价能源利用中的基准作用n 羽。尽管 我们很容易明白这种基准作用，但是由于( 1 ) 电网很大，机组型式很多，性能相差很 大：( 2 ) 我们很难弄清所消耗的电量究竟来自哪一台机组；( 3 ) 电网负荷变化很大， 尤其是采暖与空调负荷的增大，加剧了电网负荷的峰谷差。( 4 ) 电网 i 绝大多数机组 华北电力大学硕士学位论文 的负荷不会固定不变，而机组的供电燃料单耗随负荷的变化而变化。电网机组的这 种运行条件及其复杂性，几乎使我们无法确立统一的评价基准。 实际上，大气压不断波动变化，但并不能阻碍人类确立“标准大气压 ，海水 潮长潮落，也未能阻碍人类确立“基准海平面”。如果从确定基准的角度，上述影 响因素就变得很容易处理了。我们可以选择电网平均供电燃料单耗为评价基准，也 可以选择电网主力机组之额定工况下的供电燃料单耗为评价基准，完全可以忽略作 为基准的物理量本身也在变化的问题。 另外，随着电力技术的进步，电网平均供电燃料单耗逐年降低，从1 9 9 8 年的 4 0 4 9 k w h 下降到2 0 0 6 年3 6 6 9 k w h 。从能源科学管理和推进技术进步的角度出发， 所选择的评价基准值应能适应电力技术的发展，并保持一定的稳定性。为此，应选 择电网“主力机组额定工况下的供电燃料单耗为评价基准值。国家发改委2 0 0 7 年发布的火电行业清洁生产评价指标体系( 试行) 提出的评价基准值为 0 3 6 5 k g c e k w h ，只比2 0 0 6 年电网平均o 3 6 6 9 c e k w h 的供电燃料单耗低l g c e k w h 。 尽管发改委称3 5 年修订一次，但可以预计随着_ 小火电机组的关停，2 0 0 7 年 的全国平均供电燃料必将低于0 3 6 5 k g c e k w h 的评价基准值，这使得这一评价基准 值失去作为评价基准的象征意义。因此，以o 3 6 5 k g c e k w h 为评价基准值选得有些 保守，建议以主力机组的供电燃料单耗为评价基准值。 低压中压次高压高压超高压亚临界超临界超超临界联合循环 压力等级 图2 2评价基准值与机组节能的关系 图2 2 展示了不同压力等级的国产燃煤发电机组以及先进的燃气蒸汽联合循环 机组的供电燃料单耗。基于o 3 6 5 k g c e k w h 的评价基准值，超高压及以上压力等级 的燃煤机组是节能的。如果以3 0 0 m w 主力机组3 3 0 9 k w h 的供电燃料单耗为评价 基准值，则只有亚临界及以上压力等缴的燃煤机组是节能的n 们。 事实上，技术的发展和更新换代匙个过程，所使用的技术设备不可能整齐划 o o o 0 o 0 0 o o 踮 砷 的们 ；加 砌 一qjii3耀舟套鬟曾举 华北电力大学硕士学位论文 一，技术更新也不可能一蹴而就。而建立评价基准的目的并不在于就某一技术下节 能与否的结论，而在于为能源利用的优劣排序，节能通过淘汰最落后的技术逐步推 进的。为适应目前国家提出节能减排的要求，也只能在满足能源需求的前提下来实 施，否则必将造成不必要的损失。 2 。6 2 基准的特性 无论是选择电网主力机组的供电燃料单耗为评价基准值，还是基于电网平均供 电燃料单耗为基础确定评价基准值，所选择的评价基准都具有相对性，发展性与区 域性的特点。 众所周知，无论是作为价值基准的2 4 k 黄金，还是作为海拔高度计算的海平面， 以及作为压力度量的标准大气压等，几乎所有的基准都是相对的；它们都是公认的 基准j 均被广泛采用；这些基准的确立是人类长期实践经验的结晶；显然，基准的 相对性不妨碍基准的科学性。基准的相对性从另一个侧面说明“j ：用 不适合作为评 价基准，因为1 0 0 纯度的黄金与“0 炯耗损都是无法实现的，不具有相对性。 基准的相对性、发展性与区域性的特点说明，能源利用的评价应遵循实事求是 原则、与时俱进原则和因地制宜原则n 朝。事实上，电气化已经成为是现代化的一个 标志，单位电量的国民生产总值评价国家经济发展水平的重要指标，人均电量消耗 也反映了不同地区民众生活水平。因此，电量已经成为人类社会的一个重要评价基 准。 建立统一化的能源利用评价基准，也是建立能源利用环境影响的绩效性评价指 标的关键，对于开展全局性污染总量控制机制研究将有非常重要的促进作用。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 第三章能源利用的常规性能评价指标 能源利用领域十分广泛，不同的领域有不同的评价指标体系，这里以几个典型 的能源利用过程为例，进行简要介绍 3 1 热电厂的性能评价指标 无论基于哪一种煤耗( 热耗) 分摊方法，热电厂发电w 的热耗( 煤耗) 可以用q t p ( e ) 尻妒( p ) 表示；供热9 的热耗( 煤耗) 可以用q 印( j 1 1 ) 曰却( ) ) 表示n 引。 3 1 1 总热耗量和总煤耗量 率。 因此，热电厂总热耗量为： 洲2 等5 盟掣 2 q 反e ) + 翰 ) g j h i( 3 1 ) 式中，q o = d o ( h o 一- a , , a q 砌) 为汽轮机热耗量，仉分别为锅炉效率和管道效 热电厂总煤耗量： 磷旷磅吣) + h c g t j q = ( 纵。) + 翰 ) ) q t 3 1 2 总热效率( 燃料利用系数) 与热电比 1 9 9 8 年2 月，原国家计划委员会、国家经济贸易委员会、电力工业部与建设部 联合印发文件(