能源与动力工程中节能减排技术研究

陶竞立 胡茂凌 朱颖骁

四川中烟工业有限责任公司成都卷烟厂 四川 成都 610066

引言

前期工业化时期，以粗放型经济增长方式为主，造成了资源能源过度开发与使用，加剧了能源危机。在新一轮工业化改革浪潮推动下，我国提出了“化危为机”的新思想，通过扩大技术要素配置比例，逐渐推动了经济增长方式由粗放型向集约型的转型，同时增强了能源与动力工程在建筑、电力、交通等应用，使新能源、动力机械、热工设备等在此类产业行业中获得了推广应用，产生了较好的节能减排效果。在当前总体经济高质量发展阶段，需要进一步增强对能源与动力工程的应用研究，使其中的节能减排技术优势发挥更大效用。下面先对能源与动力工程做出说明。

1 能源与动力工程概述

能源与动力工程主要是通过对新能源与动力机械、热工设备方面的研发设计及其推广应用，解决各行业诸领域能源利用效率差、自动化水平低、动力不足等问题。例如，当前在各行业使用的新能源中，除了众所周知的太阳能、风能、地热能外，还创新了垃圾焚烧发电、清洁燃料发电、燃料电池发电等，同时对于传统能源的深度开发与利用也产生了前所未有的成果，如“煤炼气”、“煤炼油”等。再如，动力机械方面，随着对集成化技术、电气自动化技术、智能化技术的融合运用，不仅提高了机电、电气方面的自动化水平，还实现了对内燃机、锅炉、航空发动机、制冷等各个层面的数据监测、诊断、分析、数据报表利用等，辅助不同的行业企业提高了生产效率，降低了投入成本，从整体上了促进了经济效益、社会效益、生态效益的综合产出。

2 能源与动力工程中节能减排技术分析

2.1 变频调速技术

在现代机电工程中使用的设备规模越来越大，在功耗较大的情况下，应用变频调速技术可以促进机电设备使用时的合理性，因此在能源与动力工程应用时，通常会配套的应用变频高速技术。实践经验表明，在改变电源输出频率后，变频器设备在电机应用中可以产生较好的整体控制效果[1]。例如，在泵类设备、风机设备的应用过程中，多数处于高频率使用状态，功耗大、能耗高，容易增加企业用电成本。应用该技术后，能够对电能进行收集，有效解决此类问题，扩增企业可营利空间。再如，在电力系统中应用变频调速技术时，主要是将开关按钮、变频器信号、水位信号、智能PID调节器等，与可编程控制系统（PLC）进行关联，然后通过对变频器、电机一全泵、水压、压力变送器等实施系统性控制等。

2.2 空压机余热回收技术

传统螺杆式空气压缩机热量损失较多，通过加装余热回收设备，能够借助冷热交换功能，促进其中的能量转化并收集其中的热能。从优势看，空压余热回收技术应用成本较低、容易操作，在余热回收后能够利用其加热水，达到对热能的循环利用，性价比相对较高[2]。例如，在发电厂锅炉使用时会产生热量散失现象，可以结合电厂损失容量与余热恢复过程，应用该技术加装余热回收装置、冷凝装置等，可以对余热进行有效回收，但是在此过程中会产生一定量的废水。因此，在新时期高质量发展过程中，应用该技术时需要配套的增强废水治理工作，如对OAA工艺（如图1）的应用等。

图1 OAA工艺示意

2.3 热管技术

热管技术应用时需要划分出蒸发段、绝热段、冷凝段，具体应用时，蒸发段在受热作用条件下，其中的蒸汽流会流向冷凝段，借助冷凝作用蒸汽冷却、液化后变成液体。由于该过程具有可逆化特点，因此，在蒸发段与冷凝段之间的交互作用下，能够于循环过程中完成对热量的有效回收与高效利用。由于热管技术的投资成本相对较低，利用时的效率较高，在实际的能源与动力工程应用后，迅速受到了市场的青睐。

2.4 其他技术

除以上技术外，当前在能源与动力工程中，一方面加大了对传统能源的技术开发，另一方面扩大了清洁能源的应用范围。尤其是进入“十四五”阶段后，结合高质量发展主题，在借助扩大数字化技术的配置比例为此类工程“赋能”时，增加了机电一体化技术、电气自动化技术、人工智能技术的联合应用。

3 能源与动力工程中节能减排技术的优化应用

3.1 结合系统应用思路，开发利用各类能源

目前，煤炭资源总量下降，开采深度增加，石油天然气资源对于进口的依赖性较大，加上新能源的利用率不足等情况，亟须在能源与动力工程应用中，增强能源开发力度与利用效率。例如，在煤炭资源开发方面，已经成为实现了二次提炼与资源再开发，然而在配套的市场开发方面存在明显短板[3]。再如，进原油与天然气进口后，应对其进行进一步研究，开发此类能源内在的价值并加以利用。尤其在新能源方面，大量的投资集中在太阳能、风能、潮汐能方面，十分需要增强焚烧发电、清洁能源发电、地热发电等技术的推广应用。另外，生物能源开发方面缺乏优势，在当前需要加大该方面的投资比重，促进其研发设计。

3.2 细化节能减排指标，实践节能环保目标

能源与动力工程应用时，牵涉到土地、水、能源、材料、环境等，建议结合实际情况，将决的节能减排目标，一方面分解到节地、节水、节能、节材方面，另一方面借助环境管理中的环境影响评价、竣工环境保护验收相关方法，细化能源与动力工程中的节能减排指标，从而使上述的“四节”实现了的同时，促进对生态环境的全面保护，最终保障“四节一环保”目标的有效实践。

例如，建筑是满足民众基本居住需求的必要条件，具有高能耗、高污染特征。新时期民众的居住需求发生了变化，而且出现了建设用地与耕地之间的矛盾，为了有效解决此类问题，需要将“四节一环保”中的节地指示进行细化，并将其落实到对用地指标的控制、空间与结构设计指标的调整等方面，可以较好地实现达到节约土地与提升土地利用率的目标。再如，当前建筑工程中增强了对太阳能光伏发电系统的应用，但是在实际应用时利用效率不高，为了解决此类问题，一方面可以在屋面可利用面积方面进行精打细化，然后根据建筑所在区域的变电站用电负荷，尽可能选择适用性较好的分布式并网方式（如图2），合理地将新能源光伏发电系统并入到变电站用电系统，这样做可以精准排列光伏电池板，并对其产生的电能进行有效接入，精准利用。另一方面则应该在选型配套的设备时，尽可能以逆变式变压器为主，细致区分直流式、交流式条件下的各项参数，选择节能效率高、功能适用性好的配套设备等。

图2 分布式电源系统结构示意（逆变式并网类型）

3.3 增强技术联合应用，扩增节能减排效用

在能源与动力工程应用时，重点集中在对各项技术的独立应用方面，如变频调速技术、新能源应用技术、空压余热回收技术、补水技术等，受到技术本身的应用条件限定，单一化应用相对较多[4]。然而，在高质量发展过程中，强调通过配置数字化技术为此类工程“赋能”。但是，在应用电气自动化技术、大数据技术、云计算技术、机电一体化技术、人工智能技术时，侧重于对各系统的联合控制，因而在这种大趋势之下，需要通过增强不同节能减排技术的联合应用，扩增节能减排效用。

例如，在能源与动力工程中的能量损耗主要为热能损耗、湿气损耗。此时，可以将湿气损失降低技术、废热回收技术、热管技术等进行联合，并通过电气自动化技术与机电工程集成化技术之间的资源整合，对各项联合应用的技术进行联合控制，确保总系统与子系统之间的系统控制、专项控制、协调控制获得了有效落实，从而保障能源与动力工程的全过程控制效果。

4 结束语

总之，能源与动力工程属于前沿技术，应用前景十分广阔。在热能回收、电能收集再利用，以及各类机电设备集成化发展方面，对空压余热回收技术、变频调速技术、热管技术、电气自动化技术、人工智能技术等应用，已产生了前所未有的节能减排效果。建议在当前阶段尽可能利用工业设计思想，借助加大对能源与动力工程相关技术产品研发设计环节的投资比例，促进其快速发展与高效应用。