节能技术改造项目节能量与经济效益的评价方法

郁东青 浙江云碳科技有限公司

2022年国家发布《工业能效提升行动计划》，表明工业节能是一条重要的碳中和途径，工业节能技术改造目前是国家、各省重点开展的行动，有利于推进节能降耗。节能技术改造即以提高能源利用效率、降低能源消耗为目的，在保证设备及系统安全、稳定运行的前提下，采用先进、适用的技术，对现有用能设备或工艺进行改进。决定一个节能改造项目是否成功的关键包括技术能力、节能效果和经济效益等。

本文从节能技术改造项目实施前后节能效果和产生的经济效益角度入手，以某企业的循环冷却水系统改造项目为实例，进行分析、计算和评价，助力国家节能降碳。

1 某企业循环冷却水系统

1.1 系统现状

某企业现有1套循环冷却水系统，母管制供水，配有7台循环水泵，均为工频泵，单台水泵额定流量6500m³/h、额定扬程45m、额定功率1250kW、额定效率84%。水泵配套电动机型号YKK710-6-8，额定电压10kV、额定功率1250kW。实际运行方式为5用2备。根据该企业实际运行数据，循环冷却水系统实际运行5台水泵，母管总循环水量为28723m³/h，瞬时总有功功率为5706kW，循环水泵系统出水母管平均压力0.368MPa。

1.2 系统存在的问题

由该循环冷却水系统运行状态数据可知，系统实际运行5台水泵，实际水泵平均负荷约为88.37%（5台总额定流量32500m³/h），实际扬程约为32.43m，电动机效率按90%计，传动效率按98%计，实际泵的运行效率只有60%左右，因此系统存在多方面的问题：

①循环冷却水泵运行状态不佳，水泵额定扬程与实际循环水管网不匹配，额定扬程过大。②现有水泵运行5台可满足装置需求，但同样造成运行负荷不高，平均实际单台流量只有5744m³/h，远低于额定流量6500m³/h，造成水泵未在额定工况点运行。③由于实际扬程和流量与泵额定参数偏离，水泵实际运行效率大幅下降。④所有水泵均为工频泵，无法及时根据生产设备负荷变化需求调整水泵的运行工况，只能通过阀门调节或改变水泵运行数量来调节总循环水量，且长期阀门处于未100%开启状态，造成一定的节流损失。⑤水泵投用时间早，受早期技术条件的限制，水泵额定效率整体偏低。

2 节能技术改造方案

某企业循环冷却水系统共配置有7台水泵，其中5用2备。从经济性考虑，可对在用的5台进行改造。5台水泵中，4台更换为高效水泵，额定流量8100m³/h，额定扬程37m，额定功率1000kW，额定效率91.5%，另外1台更换为高效变频水泵，额定流量6800～9800m³/h，额定扬程37m，额定功率1250kW，额定效率91.2%。正常运行期间，保证水泵出门阀门100%全开，变频水泵采用变频调节措施以此来根据生产设备负荷调节循环水量。根据改造内容，预计需投入资金370万元。

3 节能技术改造原理

选用高效水泵替换低效水泵，在满足生产设备循环水量需求前提下，进一步降低循环水系统用电量。按实际循环水管网工况设计选定新水泵的参数，其中扬程按实际管网扬程需求量的1.1倍计算，选择水泵额定扬程约为37m。通过重新对水泵进行选型，使得循环水泵组运行在高效率区间。采用多台工频水泵+1台变频水泵的组合方式，保证工频水泵实际运行工况在额定设计点，同时变频水泵可满足负荷变化需求，减少节流损失。

4 节能量前评估及经济效益预测评估

在改造项目实施前，需对项目产生的节能效果和经济效益进行测算评估，以保证项目经济上可行。

4.1 节能效果预测评估

首先，按照《节能量前评估计算方法》（GB/T 39965-2021），在节能项目实施前应确认基准能耗，基准能耗指节能措施实施前既有能源措施的实际能耗，本项目改造的基准能耗即为项目实施前循环冷却水系统1年的总用电量。首先，根据某企业的运行数据，该循环冷却水系统全年总用约量为4471万kWh。再次，计算出项目实施的预测节能率，现有循环冷却水泵额定效率84%，实际运行效率60%。新型高效循环水泵额定效率91.2%，新型水泵按实际循环水管网工况设计，预计实际运行效率与额定效率差异不大。因此,预测节能率根据现有循环冷却水泵实际运行效率和新型高效循环水泵额定效率差值确定为30%。最后，根据《节能量前评估计算方法》中的公式，即式（1）计算前评估期节能量。经测算，本项目实施预计年可节电1341万kWh。

式中ESp—前评估期节能量；Eb—基准能耗；εp—预测节能率。

4.2 经济效益预测评估

项目实施主要节约电力消耗，电力成本按0.83元/kWh计算，预计年可产生经济效益1113万元。项目预计投资额为370万元，综合税率、贴现率分别依15%和10%计算，设备折旧年限按10a，经粗略计算，方案的投资偿还期0.39a，内部收益率257.19%，方案的经济效益显著。综合上述节能量前评估及经济效益预测，项目节能效果好，节能量大，经济效益显著。

5 项目实施后实际节能量及经济效益计算

项目实施后，应按照《用能单位节能量计算方法》（GB/T 13234-2018）中的方法对实际产生的节能效果进行测算，同时分析其实际的经济效益。根据标准，确定用能系统的边界、能源基准、基期和报告期，之后对基期或报告期的能源消耗进行归一化，并根据归一化后的基期能源消耗和报告期能源消耗之差计算用能系统的节能量，必要时可进行非常规调整。评价节能技术改造项目实施后的节能效果，可以选择后推校准法或前推校准法进行归一化，以下以前推校准法为例。

5.1 项目边界描述

根据节能技术改造内容，项目边界为循环水系统。边界内相关参数包括循环水泵总用电量、出水母管压力、回水母管压力和循环水总流量。

5.2 能源基准

所谓的能源基准指用作比较能源绩效的定量参考依据，在本项目中可以将循环冷却水系统的循环水量作为基准，即循环冷却水系统的产品—循环冷却水。

5.3 基期及基期能源消耗

基期即用以比较和确定节能量的，能源绩效改进措施实施前的时间段。基期选择时间为项目实施前一年。项目改造时间为2019年11月至2020年5月，2018年12月至2019年1月装置检修，因此项目基期时间为2018年8月至11月、2019年2月至9月。某企业循环冷却水系统所有循环水泵配备电力计量表，循环水出口母管配有压力表和流量计总表，循环水回水母管配有压力表。

5.4 报告期及报告期能源消耗

报告期即用以比较和确定节能量的，能源绩效改进措施实施后的时间段。依据标准要求，报告期选择时间为项目实施后一年，即2020年6月至2021年5月。循环冷却水系统基期及报告期相关运行数据如表1所示。

表1 循环冷却水系统基期和报告期相关运行数据表

5.5 循环冷却水系统运行参数归一化（前推校准法）

循环冷却水系统通过消耗电力将冷却水输送至生产设备，其电力消耗量与循环水量成一定的关联性，另外出水母管压力和回水母管压力可能对电力消耗产生一定的影响，因此需考虑相关影响节能量的因素，对可能的因素进行分析，分析采用Pearson相关系数方法。

通过收集报告期12个月的循环水泵总用电量、循环水总流量、出水母管压力、回水母管压力数据，将总用电量与其他参数两两之间进行相关性计算发现，循环水泵总用电量与出水母管压力相关性系数0.727，中度相关；与回水母管压力相关性系数0.209，极弱相关；与循环水总流量相关性系数0.947，高度相关。按照对项目循环水泵总用电量的影响方式和大小，确定该项目主要影响因素为循环水总流量、出水母管压力。

再将报告期12组数据的循环水泵总用电量和循环水总流量、出水母管压力进行线性回归，回归采用Minitab软件，响应值为循环水泵总用电量（kWh），连续预测变量为循环水总流量（m³）、出水母管压力（kPa），得到回归方程（即报告期校准能耗公式）。为保证回归方程有效，设回归模型不确定性标准为R2≥80%，显著性检验标准为F≥30，显著性水平为Sig＜0.05。循环水泵总用电量=15475320+0.0934×循环水总流量-39757×出水母管压力。通过计算，该回归模型拟合优度R2=91.38%，显著性检验标准F=47.72，显著性水平Sig=0.000，回归模型满足显著性假设检验要求。

将表1中基准期实际数据（循环水流量和出水母管压力）代入回归方程算得前推校准后的报告期循环水泵总用电量。项目实施节电量=基期总用电量-前推校准后的报告期总用电量=4471万kWh-3144万kWh=1327万kWh，基本接近节能量前评估预测的年节电量1341kWh。电力成本按0.83元/kWh计算，实际年可产生经济效益1101万元。

项目实际投资额按366.75万元计，综合税率、贴现率分别依15%和10%计算，设备折旧年限按10a，经粗略计算，方案的投资偿还期0.39a，内部收益率256.67%，实际经济效益可观。

6 结语

本文以节能改造实例，从节能技术改造原理，节能项目实施前节能量前预测评估和经济效益预测评估，项目实际实施后节能量计算和经济效益计算等整个流程完整阐述了节能技术改造项目的实施效果评价方法，为节能改造项目实施前、后节能量和经济效益预测、认定提出了切实可行的操作方法，助力工业企业践行绿色发展理念，持续提升能源资源利用效率，加快实现节能提效与绿色低碳转型。