减污降碳——减污降碳协同增效先要“节能”

2021年4月30日，习近平总书记主持中央政治局第二十九次集体学习时强调：“要把实现减污降碳协同增效作为促进经济社会发展全面绿色转型的总抓手。”

       2022年6月，生态环境部等七部门联合印发的《减污降碳协同增效实施方案》（以下简称《方案》）明确提出了“十四五”时期乃至2030年减污降碳协同增效工作的主要目标、重点任务和政策措施。《方案》相当于减污降碳工作的任务书和施工图，是落实“双碳”目标、促进经济社会发展全面绿色转型的重要抓手，对建设美丽中国具有重要意义。而对于如何落实减污降碳协同增效，笔者认为节能甚为关键。

       节能减污降碳具有高度协同性

       我国的减污降碳工作始于燃煤发电行业。早在2011年7月，我国发布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）已经严于欧美发达国家的现行标准。2012年以后，为应对当时频发的大范围雾霾天气和环境污染问题，煤电行业再次自我加压，提出了“超低排放”等新要求，即在新国标的基础上，将燃煤电厂主要污染物的排放浓度进一步降低至“50、35、5”（氮氧化物不超过50mg/m3、二氧化硫不超过35mg/m3、粉尘不超过5mg/m3），这也是目前世界上最严格的排放标准。

       在此标准下，2021年，我国火电行业氮氧化合物排放总量为86.2万吨、二氧化硫排放总量为54.7万吨、粉尘为12.3万吨，同比均大幅下降。

       煤电行业也是我国碳排放交易工作推进实施的首块试验田。2021年2月1日，《碳排放权交易管理办法（试行）》开施。全国碳市场第一个履约周期的管控年份为2019-2020年，交易履约时间为2021年，涉及2162家发电行业的重点排放单位，覆盖了约45亿吨二氧化碳排放量。截至去年底，碳排放配额累计成交量达到1.79亿吨，累计成交额76.6亿元，成交均价47.16元/吨。

       化石能源的大规模利用促进了工业文明发展，但也成了大气污染和温室气体的主要来源。相关研究表明，我国能源消费产生的二氧化碳排放占二氧化碳排放总量的85%，占全部温室气体排放的70%左右。同时，我国大气污染的80％以上直接或间接地由化石能源燃烧排放造成，这些污染物主要是粉尘、硫氧化物、氮氧化物以及由此形成的二次和三次污染物，比如硫酸盐颗粒和硝酸盐颗粒。

       因此，化石能源消耗与大气污染物和温室气体排放密切相关，高度同源，节能减污降碳具有高度的协同性。

       节能是用更少的能源满足同样的用能

       “既要发展速度，筑牢物质基础以确保人民对美好生活的向往；又要减污降碳显著，确保经济高质量发展的成色和全面建成小康社会的绿色底色”是我国减污降碳工作的难点。国家多次强调，绿色转型是一个过程，不可能一蹴而就。要先立后破，而不能够未立先破。笔者认为，节能的减污降碳协同增效建立在不影响发展的基础上，没有先“破”后“立”的忧虑。

       2021年8月17日，国家发展改革委新闻发布会指出，有些地方、行业、企业在推进碳达峰、碳中和工作中出现了着力点跑偏的情况，采取的措施不符合实事求是、尊重规律、循序渐进、先立后破的要求，并着重强调碳达峰、碳中和与节能减排和应对气候变化变化工作一脉相承，要扎实做好结构节能、技术节能和管理节能，而不是寄希望于某种技术一劳永逸地解决问题。

       经此“纠偏”后，一个基本判断逐渐清晰：转型高质量发展阶段，节能是能源行业实施减污降碳协同增效工作的关键抓手，其底层逻辑是用更少的能源满足同样的生产和生活用能（主要是热、电），就是在不影响发展的情况下达成节能减污降碳协同增效目标。

       事实上，我国能源综合利用效率偏低，节能空间很大。根据《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》，在17个高耗能行业中能效低于基准水平产能约占20%以上的行业有13个，磷铵行业能效低于基准水平的产能约占55%。这些行业普遍存在“行业规模化水平差异较大，先进产能与落后产能并存；用能主要存在中小装置规模占比较大、加热炉热效率偏低、余热利用不足、能量系统优化不足、耗电设备能耗偏大”等问题。

       以笔者之见，存在上述问题的根源源于以下几个方面：首先，我国工业领域的规划设计思想基本成型于装备成本远高于燃料成本时期，天然带有牺牲能源效率换取设备投资节约的基因片段，行业戏称：“投运之日就是技改之时”。

       其次，缺乏系统设计思想。在化石能源消费应用的设计环节多遵循热力学第一定律，对热力学第二定律为基础的效率概念认识不足，片面追求热效率和局部效率，降低了㶲效率和系统效率。比如普遍存在的工商业天然气直接加热、烘干项目，就有热效率较高，但㶲效率和系统效率不理想的情况。

       第三，能源定价体系不合理，难以建立体现能源资源稀缺程度的价格形成机制。例如某些水电消纳区域禁而不止的“双高”产业发展冲动，以及令人费解的虚拟币挖矿产业链。

       再者，节能监察软弱，企业能源管理体系建设不足。如未达到三级能效水平的电动机和变压器仍在市场广泛销售。列入《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》（第一至四批）的设备在重点用能单位仍大量运行，未按要求进行淘汰。

      《方案》指出要注重机制创新。充分利用现有法律、法规、标准、政策体系和统计、监测、监管能力，完善管理制度、基础能力和市场机制，一体推进减污降碳，形成有效激励约束，有力支撑减污降碳目标任务落地实施。相信政策制度的协同创新一定会释放节能减污降碳协同增效的巨大政策红利。

       诸多节能设备技术工艺潜能待释放

       随着我国对低碳循环绿色高质量发展工作的不断重视，产能和用能行业在挖潜增效工作方面的科技投入逐年增加，一大批新型+特效+实证的节能减污降碳新技术、设备和工艺得到开发并推广应用，可极大地提高我国产能和用能效率。

       一是充分利用工业余热。我国是制造业大国，余热资源总量十分丰富。在工业领域，虽然中高品位余热已基本得到利用，但是大量低品位余热还没有得到有效利用。据《工业余热梯级综合利用导则》国家标准编制专家组初步测算，我国工业余热的回收利用率仅为35%左右，每年约有4.6亿吨标准煤当量的能量以各种形式的余热被直接废弃排放。余热梯级综合利用策略配合高效粉粒体换热器、有机朗肯循环发电技术，可以有效地解决窑炉热力系统和灰渣余热的充分高效利用难题，年产千万吨级炼油厂损失的余热足可以驱动5MW装机以提供电能。

       二是冷端优化，其中典型是汽轮机冷端优化。汽轮机是化石能源使用的关键设备，将热能转换成机械能和电能，其冷端热损失深度利用是目前降低能耗的主要技术攻关方向。例如供暖机组在供热期间通过适当提高汽轮机背压，利用乏汽供热，实现了汽轮机冷端80%的余热利用；还可采用空气动力学设计，保证出口乏汽在喉部的扩压和均流效果，提高换热效率的同时减少了汽阻，既提升了供热能力，又显著降低能耗；也可以通过有效避免热交换器结垢、腐蚀和生物粘泥等问题，确保工业冷却循环水的高质量稳定运行，确保热交换率高位运行，如新型亚音频电磁波等物理处理技术，可以有效解决循环水系统的水垢、腐蚀和微生物问题，降低70%以上的运行费用和节约30%以上的排放水量，平均提高能效15%左右。

       三是做好能源的梯级利用。目前大量使用天然气作燃料的回转窑等窑炉仅用于烘干工艺。将高品位能量直接用于低品位，造成无谓的㶲效率损失。如果在系统中加入燃气轮机，再将燃气轮机排烟用于烘干，可以实现系统效率倍增。在电子行业，一方面以电力为能源的制冷机组，一方面又以天然气热水锅炉供应热水。实践证明通过调整工艺参数，完全可以使用制冷机组余热代替热水锅炉实现热水供应。如某MOSFET芯片制造企业以冷水机组冷却水为热源制热水，完全替代2台天然气热水锅炉，节约天然气近500Nm3/h。

       四是优化系统设计。在化工等行业中广泛存在直接通过喷水将高温高压蒸汽进行减温减压，甚至减温减压为饱和蒸汽使用的情况，导致大量工质和热量被无谓损失，严重降低系统效率。此种情况完全可以用背压式汽轮机等方式代替减温减压器拖动生产工艺系统中的水泵或风机。在电力行业普遍存在凝结水泵容量和扬程与设计工况偏差过大的情况，导致泵的运行工况点严重偏离设计工况，不仅会严重降低效率还会导致大量故障。例如某600MW超临界机组，除氧器布置于26m平台，除氧器最高工作压力1.1MPa（a），凝结水泵扬程329m，从机组调试开始凝结水系统就故障不断，多次出现凝结水再循环管拉裂，严重时凝汽器的凝结水再循环进水支座接口被拉断，运行1年后凝结水主管断裂，多处支吊架损毁。

       五是加大技术创新。近年来MVR技术已逐渐成熟并大量应用于化工、制药行业，为大量乏汽余热利用提供了可行高效的技术手段，能极大地提高能源利用效率，但目前多用于高温烟气回收低压饱和蒸汽利用领域，如果解决瓶颈并推广至气、粉分离、管束防磨、吹灰等领域，提高回收蒸汽参数，将大幅提高余热利用效率。

       六是重视基础电力设备的能效提升。我国2021年发电量超过8万亿千瓦时，电能已成为终端能源消费的主体，电能节约的一小步意味着整个节能工作的一大步。母线、变压器是电能输送分配的主干线，其损耗约占输配电电力损耗的40%，其效率的微小提升都可节约巨大电能。据统计，我国在网运行的变压器约1700万台，总容量110亿千伏安，其损耗约2500亿千瓦时，相当于2.4个三峡电站。

       据笔者了解，目前新型节能铜包铝管母线和立体卷铁心变压器均在结构上进行了优化，其结构本身就具备低能耗的优点。新型节能铜包铝管母线的双层复合铜包铝管结构使电流分布更均匀，导体利用率更高，根据SGS节能检测，规格4000A的节能铜包铝管母线相较传统铜排母线，节能率为64.2%，每米母线年节省电能1603kWh/m；立体卷铁心变压器的立体结构具有三相平衡、温度场分布均匀、周边电场磁场强度小、低噪声等特点，使铁心材料利用率接近100%，若将30万台800kVA传统结构变压器改为立体卷铁心干式变压器，年可节约71万吨标准煤。

       由此可见，我国节能空间巨大，节能的“工具箱”也塞满了实用好用的“工具”。化石能源节约对减污降碳协同增效的效果不证自明，尤其是“双碳”“双控”、污染防治攻坚任务如此艰巨，时间如此紧迫的情况下，我们更应该重视节能在减污降碳协同增效工作中的关键作用。（作者：郭云高，曹先常，刘亚德）

来源：中国网