基于需求导向的节能创新方法研究

文 // 魏玉剑 上海市能效中心 郑莆燕 上海电力学院 顾水林 上海能发能源有限公司

基于需求导向的节能创新方法研究

文 // 魏玉剑 上海市能效中心 郑莆燕 上海电力学院 顾水林 上海能发能源有限公司

1 节能技术创新

节能的目的是减少能源消耗，在目前可再生能源供应不足，成本较高的情况下，节能是减少化石能源消耗的重要手段，也是减少污染物排放的有效手段。节能本身是一个相对概念，需要依靠不断开发出更高效的技术来实现。纵观世界产业化进程，从18世纪水力机械的应用，19世纪蒸汽机的出现，20世纪电力工业、内燃机、电子、航空航天等产业的发展到目前互联网、大数据时代，每一次产业革命都伴随着能源效率的大幅提升。当下世界范围内新一轮的技术创新将走向何方，令人期待。但就目前发展阶段来看，节能技术创新仍然是科技创新的重中之重。

随着用能设备能效水平的不断提高，节能技术创新所能带来的创新动力明显不足，单纯靠某一个专业领域进行成果转化式的创新方式不能满足节能要求。基于系统性节能需求为导向的节能创新是目前发展方向。

节能首先要从节能诊断开始，但从事这个行业的人员都会感觉到，全面为企业或产品进行“体检”并挖掘节能潜力并不容易，涉及的专业太多，各企业的情况又不尽相同，需要有一个相对通用的分析诊断方法。

图1 TERR方法

2 TERR（特耳）方法的提出及原理

TERR（特耳）方法是作者在借鉴国内外已有节能诊断方法的基础上提炼出来，已经过实践检验的一种新的节能诊断方法。TERR 是英文 Timing sequence control（时序控制）、Energy efficiency grade （能效等级）、Requirement analysis （需求分析）和Recycle waste energy（废能再利用）的英文字母缩写，代表节能诊断要从4方面对用能设备及系统进行分析（图1）。

Timing （时序控制）

基于用户的实时需求，以用能设备（系统）的运行时间为坐标轴，按照合理的方案实时控制设备运行，要按照正确的时间去开关设备，应用信息化技术实现耗能设备的实时测定及智能管理，从而减少生产中的冗余、降低能耗。

图2 企业照明系统节能的TERR（特耳）方法诊断

Efficiency（能效等级）

检查是否有更高能效等级的设备（产品）替代原设备（产品）。尽管传统耗能产品效率评价标准及方法大多仅关注了静态效率，但这是最基本的节能手段，可通过不断的技术创新，完成对设备的更新换代，进一步提高能源的利用率。

Requirement（需求分析）

节能领域的需求初看起来并不复杂，使用耗能设备的目的是非常明确的。如使用照明产品的目的就是获得合适的亮度；运行空调系统的目的就是控制环境温度使人们能够适应环境。但这些需求并不是一成不变的，是动态化的需求：即有24小时内的短期变化，也有1年内的中期变化，还有5年甚至10年的长期变化。因此需要及时掌握变化后的需求，实时监测设备所产生的效果是否满足用户当前所需要的，相应改变耗能设备的运行，甚至于改变原有设计。

Recycle（废能再利用）

判断设备所消耗的能源是否可以回收再利用。从能量守恒角度来讲，消耗的能量并没有消失，而仅是由高品位转化为低品位。随着技术的进步，原来认为不能回收的低品位“废能”变成了可以回收利用的资源。要对每个能耗设备（系统）进行研究，分析消耗的能量能否再利用。如热电冷三联供技术、空压机余热回收技术等，就是在实现发电、生产压缩空气的基本需求的同时，将随之产生的热量利用起来，提高了能源的利用率，降低了能耗，减少了排放。

TERR（特耳）方法不但能够指导节能工作者对用能企业开展节能诊断，挖掘节能需求；还可以指导节能技术创新者对耗能产品进行综合分析，看看是否已经融合了这4方面的内容，从而指导跨界融合各类技术打造出智能高效的新产品。

3 TERR（特耳）方法在照明节能诊断中的应用

我们经常将节能比喻成看病，节能技术和产品就像治病的药一样，只有对症下药才有效果。治病首先要诊断，中医学看病有“望闻问切”的“四诊”程序，节能诊断的方法也可以归纳为“四诊”，即TERR（特耳）方法。

如图2所示，按照TERR（特耳）方法的四个步骤，对企业的照明系统进行诊断。

T：是否安装了计时器和控制传感器？采用了什么样的运行控制模式？在那些间歇使用照明的房间里安装有效传感器以更能自动关灯，安装光电控制器来关闭或打开那些依靠日光大小来决定是否投入使用的电灯，采用更加智能的信息化手段进行改造，使照明管理智能化。

E：正在使用何种类型的照明装置？是否可以用更高效的照明替代？包括“出口”标志用的灯在内的标准照明灯是不是已经被更高效的节能灯所代替？用电子镇流器T5灯或LED代替电感镇流器和T8日光灯，用最新的高效节能灯替换现存的照明装置。

R：照明的亮度等级是否与工序匹配？灯光的颜色是否严格按照生产对照明条件的要求？是否可以减少照明强度？在车库和仓库等对灯光颜色要求不高的地方使用高效冷色节能灯，重新布置照明设施的位置以使照明的效果最大化，在照明要求低的仓库厂房里安装天窗等。

图3 焦化厂工艺流程图

图4 焦化企业技术节能的TERR（特耳）方法分析

R：照明所产生的热对环境有什么影响？是否可以再回收利用？照明产生的热量会增加空调的能耗，应该合理排出，这些热量还可以干燥环境甚至用于引导自然通风。

4 TERR（特耳）方法在焦化企业技术节能中的应用

某焦化厂工艺流程如图3所示。

对该厂的生产过程能耗进行TERR（特耳）方法分析：

E：甲醇精馏塔采用的是双效蒸发工艺，消耗0.6Mpa的蒸汽1.2～1.5t/t甲醇，能耗较高；脱硫工段溶液循环泵、冷却塔循环泵及制冷泵选用的是传统水泵，工作效率很低，且运行远小于设计工况，配置不合理。

T：除了对核心工艺采用自动控制程序外，对水泵等动力辅助设备没有采用有效地调控手段，并列运行的水泵常处于全部低负荷运行状态。

R：焦炉同时生产，排出的烟气有20万Nm³/h，温度达到280℃，浪费了大量的余热；6台开放式冷却塔冷却水从上流下，其势能没有被利用。

针对上述存在的问题，为该焦化厂提出了技术节能方案，如图4所示。在技术经济分析的基础上，企业首先对水泵系统进行了改造。传统水泵改为高效节能泵，配置改变如表1所示。环境温度较低时初冷器的运行负荷只有约70%，由1台循环水泵来满足流量需求；高温季节，初冷器的负荷加大到满载运行时，开启第二台循环泵。

通过上述改造，在达到同样的工艺需求的前提下，泵的功率大大降低，节能率达到23%左右。

5 TERR（特耳）方法在用能产品技术创新方面的应用

TERR（特耳）方法还可以用于开发智能高效的用能产品，成为常规用能产品升级换代的主要技术创新路径。

以日本电饭煲为例，其创新技术包括多种烹饪模式、智能模块技术、IH技术、精准控制技术、压力可变技术、研磨成型技术、密封蒸汽技术、真空隔热技术等。仔细分析发现这些技术都能用TERR（特耳）方法来解释，这也说明了此方法具有普遍的指导意义。

图5给出了TERR（特耳）方法对电饭煲节能技术的四步分析：从需求（R）出发，考虑高效均匀加热技术和保温技术（E），同时利用加热中产生的蒸汽热能（R），最终通过智能技术实现精准控制（T）。

表1 某焦化厂水泵系统配置改造

图5 电饭煲技能技术的TERR（特耳）方法分析

6 结束语

依靠科技创新是实现节能降耗的根本出路，《国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2006～2020) 》将节能技术创新作为未来十五年科技创新的重中之重。TERR（特耳）方法在节能诊断中应该是一个普遍适用的方法，它能够指导我们快速、系统、全面、准确地查找到用能单位的节能潜力，为节能技术创新提供需求导向。目前一些节能服务公司已经开始运用该方法开展节能诊断，并取得了一定效果，但还需要在实际工作中加以完善和推广。