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温宗国:工业节能技术进展及应用效果

时间:[2017-06-19]  来源:

作为能源消耗大户的工业是我国推进绿色发展的关键领域。随着工业化进程的不断发展,我国工业技术水平已经有了很大提高,单位工业能源强度不断下降,但工业能耗总量在增加并开始趋于稳定。工业节能离不开先进技术的研发和应用,未来节能技术仍将在保证工业能耗达峰、挖掘节能潜力和实现绿色转型发展上发挥重要作用。

一、我国工业能耗及节能技术现状

工业能耗强度持续快速下降,消费总量峰值预期出现在2020年左右且保持高位。随着淘汰落后产能的进一步深入、先进节能减排技术的推广和节能技改项目的实施,工业能效不断提高,单位工业增加值能耗不断下降。2016年全国规模以上工业单位增加值能耗为1.34吨标准煤,与2010年相比下降了30.2%。1980年以来我国工业能源消费总量比重高,绝对量大,“十二五”以来工业能耗比重始终在70%左右,直到2014年能耗增幅开始趋缓甚至停滞。多项研究表明,我国工业部门能耗峰值很可能在2020年左右出现,较早地先于建筑、交通等能源消费部门。而这个“拐点”并不会明显出现在某一年,而是会伴随着能耗的逐渐稳定而略有反复。

工艺技术装备大型化趋势明显,部分行业技术装备达到甚至领先国际水平。近年来,我国主要工业产品中约有40%的产品质量接近或达到国际先进水平,行业节能先进技术开发和应用也取得显著突破,推动产品单位能耗持续下降,已有一大部分大型企业的工艺水平达到国际先进水平。例如,电解铝综合交流电耗、大型钢铁企业技术水平等处于国际先进水平,水泥企业凭借先进技术广泛参与国际工程服务领域竞争,占有国际水泥工程总承包建设市场40%以上份额。统计显示,2016年工业粗铜单位产品综合能耗下降9.45%,单位烧碱综合能耗下降2.08%,吨水泥综合能耗下降1.81%。

企业为主体的节能技术创新体系尚未形成,对工业绿色发展的科技支撑还不够显著。我国重点统计钢铁企业科技研发投入只占主营业务收入的1.1%,远低于发达国家3%的水平。节能技术创新和成果产业化的配套政策不健全,中小型企业数量众多且节能技术研发和应用能力较弱,已有先进节能技术的市场化应用仍然存在障碍。以上原因使得许多高耗能工业产品的单位能耗平均水平比国际先进水平高出15%左右。例如,2014年每吨新型干法水泥熟综合能耗已降至110 kgce,但是企业的能耗水平参差不齐现象突出。以5000t/d水泥生产线为例,部分5000t/d生产线的煤耗测试数据最高值为108.31 kgce/t,最低值达到89.80 kgce/t,两者相差18.51 kgce/t,部分企业能效指标还达不到新的能耗限额标准(GB16780-2012《水泥单位产品能源消耗限额》)要求。

二、工业节能技术进展及节能潜力

随着工业部门技术水平的提升,电力、钢铁、水泥等行业在政策驱动下带来的节能空间在减小,淘汰落后产能等刚性节能措施的潜力愈发有限。清华大学的研究表明,我国工业部门现有节能减排措施已经比较充分,但必须继续保持节能政策的延续性和已有力度,以保障2020年工业节能和总量的控制目标。2025-2030年间工业能耗预计开始下降,将为汽车、建筑等消费部门持续增加的能耗提供发展空间。经核算,随着行业结构调整与技术调整幅度加大,节能技术进一步推广的边际节能量在逐渐下降,能耗强度下降速率也会出现逐渐减慢,迫切需要加大先进、颠覆性节能技术创新和规模化的推广应用。

电力行业。我国燃煤发电强度居世界较先进水平,1GW超超临界机组拥有量为世界最多。燃煤发电技术和装备正不断向高参数、大容量、高效及低排放方向发展,1000MW级和600MW级600℃超超临界燃煤机组数量及装机容量均居世界首位,拥有自主知识产权并已出口国外,机组发电效率可超过45%,已达到国际先进水平;二次再热发电技术具备自主开发和制造的能力,技术水平与国际先进水平相当。一些发电集团已经开始700℃超超临界机组的研究,预计我国在2020年后将完全掌握先进的700℃超超临界机组应用技术,并成为之后20年内最先进的燃煤机组,该型机组效率将达到42%,煤耗将降低到236 g/kWh。此外,正在发展的特高压技术和智能电网,也将显著减少电力输配的能源损耗。

钢铁行业。我国钢铁产业主体技术装备大型化、自动化、高效化取得显著进步,但是随着新增产能增速的减缓,产业整体技术装备水平的进步将主要依靠淘汰落后和技术改造。2015年我国重点钢铁企业的吨钢综合能耗0.572 tce/t,与国际平均水平差距在缩小,与欧美、日韩等先进水平相比仍有差距。钢铁行业工艺仍然以长流程为主,大部分能源消耗集中在焦化-烧结-炼铁等铁前工序,而低能耗的短流程电炉钢占比仅13%左右,远低于国际平均水平。其次,虽然我国宝钢、鞍钢等大型企业技术水平已达到国际先进水平,但行业集中度低,2016年前十企业产能仅占35.9%,行业内技术发展很不均衡,仍有大量的中小型钢厂技术落后,单位产品的能耗水平较高。钢铁行以固体燃料为主,二次能源产生量较大,尽管在余能余热的回收利用上取得很大进步,但占余能余热总量50%以上的大量低品质余热和炉渣显热回收利用技术亟待解决。

水泥行业。我国水泥行业单位产品综合能耗高于国际平均水平,但大型新型干法水泥工艺装备已达世界先进水平,日产万吨的水泥成套装备可以自行设计与制造。我国新型干法水泥熟料产量占水泥熟料总产量的81.38%,日产4000吨及以上新型干法生产线成为主流窑型,其熟料产能占新型干法熟料产能的56.57%。我国新型干法熟料单位煤耗接近国际先进水平,生产工艺结构调整使水泥单位产品能耗持续下降。然而,2030年前水泥单位电耗受限于新型工艺的突破只能稍有改善,在立窑淘汰完成后水泥窑炉的热效改进空间小。化石替代燃料和生物质燃料使用上,国际上发展迅速但我国仅开始示范,远低于世界平均的12.5%。

电解铝行业。我国电解铝新建及改造电解铝项目已全部采用400kA及以上大型预焙槽,主要槽型结构向大型化发展,400kA~500kA槽型的生产线已成为电解铝行业的主流槽型。全球首条全系列600kA铝电解槽研制成功,具有很高的自主创新和产业化应用能力。产业集中度不断提高,2014年产量前10位的铝业集团及大企业占总产量的63.8%。400kA及以上槽型能力占50%,远远高于世界平均水平。当前,我国电解铝工业整体技术装备水平已达到国际先进水平,单位产品能耗比国外平均能耗要低1000 kWh以上,整体技术与装备已实现了出口,具备占领国际市场特别是发展我国家市场的能力。

三、我国工业节能未来展望

工业能耗预计2020年左右达到顶峰。传统工业发展着重于提高技术效率,却很难遏制消费规模和产能的增长,而后者是影响未来能耗水平的关键因素。消费行业(交通、建筑)需求将持续增加拉动工业(钢铁、水泥、电解铝等)产量增长,预期工业产量在“十三五”期间达到峰值且进入平台整理期,并随着工业化后期阶段的出现,工业能耗预计达到峰值。我国制造业能耗拐点的出现,将为消费(交通、建筑)排放增量提供空间。

智能设备与信息化将推进工业节能快速发展。在国际工业发展进程中,智能设备与工业的结合为节能提供了精细化管理和深入挖潜的可能,利用工业能源大数据进行能源诊断、改造和提升是未来工业节能的重要方向。通过信息技术物联网技术、数值模拟、智能体等对工艺流程及能源消耗进行优化,提高组织效率,是未来节能技术的重要突破点。

跨行业协同节能成为未来发展的趋势。随着工业节能工作的不断深入,单一行业内部能源效率的提升逐渐接近瓶颈,边际成本不断提升。同时,越来越多的先进技术研发致力于多行业联产系统的开发和应用。工业部门不同行业之间的联产,如冶金、化工、建材、电力通过物质流、能量流和废物流的优化,提升多联产系统能效和产品产值;工业和农业联产,如利用钢铁、电力等企业的低温余热资源用于海水淡化和生态养殖等。我国工业与各产业之间、工业与其他产业之间的联产节能潜力还值得进一步的深入挖掘。

未来节能技术政策应注重柔性化设计。当前的工业节能政策以淘汰落后、强制能效标准等手段为主,技术改造和技术推广应用为辅,形成了刚性的节能政策环境。地方政府和企业在执行过程中过于强调指标的达成,有可能造成工业能耗的区域转移,造成被动适应节能政策导致数据失真。因此,未来工业节能技术政策应注重柔性设计,不搞一刀切,针对工业行业特点和企业需求制定更有针对性的节能引导政策。

加强企业自主节能和能源系统优化。重视企业节能的自主性的调动,转变思路进一步挖掘系统节能潜力。企业的一线员工往往从局部或自身操作方便,一些传统做法或行为在不知不觉中浪费了能源。例如,工人用压缩空气冷却马达,压缩空气喷嘴超长时间不更换等,因此加强对企业一线员工的系统节能培训并深入挖潜,是提高企业自主节能的有效途径。

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