需求終端節(jié)能減排發(fā)展現(xiàn)狀與效益分析

張弋寧，汪 穎，肖先勇

(1.四川省電力公司，四川成都 610041;2.智能電網(wǎng)四川省重點實驗室，四川成都 610065;3.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川成都 610065)

2010年3月5日，溫家寶總理在政府工作報告中提出，積極應(yīng)對氣候變化，大力開發(fā)低碳技術(shù)，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強智能電網(wǎng)建設(shè)。代表委員們熱議的智能電網(wǎng)首次寫入政府工作報告，這將極大推動這項龐大節(jié)能低碳減排工程的建設(shè)并促進中國低碳經(jīng)濟發(fā)展［1－2］。智能電網(wǎng)具有低碳節(jié)能特性。據(jù)測算，通過發(fā)展智能電網(wǎng)，到2020年，中國每年可減少煤炭消耗4.7×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳13.8×108t，有利中國實現(xiàn)2020年溫室氣體減排目標(biāo)。

推動全球節(jié)能發(fā)展的主要原因，可分以下四方面:①包括發(fā)達國家和發(fā)展中國家在內(nèi)的人口增長和單位產(chǎn)值的能耗增長;②石化燃料資源是有限的，降低成本，以環(huán)境友好的方式利用這些有限資源已變得越來越重要;③對非本國資源的依賴性威脅著很多國家的國家安全;④惡劣的環(huán)境問題是資源開采、轉(zhuǎn)換和使用的結(jié)果。

不僅各國政府出臺了節(jié)能措施，世界上多個國家也都采用了節(jié)能自愿協(xié)議的政策措施，來激勵企業(yè)自覺節(jié)能和提高能效。日本經(jīng)濟組織聯(lián)盟(凱單仁)由代表1 011個日本公司的37個工業(yè)協(xié)會組成。凱單仁主要由大公司組成，占日本全部工業(yè)能源耗費的80%～90%。凱單仁自愿行動計劃有許多工業(yè)部門參加，包括建筑、外貿(mào)及其他部門。美國政府開展了能源之星、氣候智星、綠色照明、廢物能、電機挑戰(zhàn)等許多由公司或公眾自愿參加的節(jié)能環(huán)保項目。德國的自愿協(xié)議命名為德國工業(yè)氣候保護宣言，是由公司單方面做出的，并不是公司與政府之間正式的約束性協(xié)議，但也要與政府協(xié)商。荷蘭是自愿協(xié)議應(yīng)用最早、覆蓋面最廣、實施效果最好的國家之一。1992年，荷蘭簽署了第一輪自愿協(xié)議即長期協(xié)議(LTA)，共簽署了44份，涉及29個工業(yè)部門，大部分協(xié)議于2000年到期。2000年，荷蘭大部分耗能工業(yè)部門又與政府簽署了新的協(xié)議——基準(zhǔn)協(xié)議，以應(yīng)對國際新變化［9－11］。

智能電網(wǎng)背景下的用戶終端節(jié)能技術(shù)已經(jīng)越來越受到政府、電力公司、電力用戶、研究機構(gòu)等多方的關(guān)注。不同行業(yè)的用戶采用不同的終端節(jié)能技術(shù)。國際能源署和聯(lián)合國基金會等針對能效的改進措施，對未來幾十年電能終端消耗的效益進行了分析。中國也提出了適合中國國情的節(jié)能減排綜合性工作方案及目標(biāo)［4－6］。

1 節(jié)能的成本效益

從工業(yè)用戶的角度來看，采取節(jié)能措施所能得到的期望結(jié)果取決于很多因素，所以就必須進行節(jié)能的成本效益分析。節(jié)能的成本效益問題同時取決于正考慮的節(jié)能計劃和電網(wǎng)特征兩方面因素，節(jié)能計劃和(或)節(jié)能行動是電網(wǎng)所特有的，每個節(jié)能計劃都必須根據(jù)其所處特定電網(wǎng)的實際情況進行經(jīng)濟性評估。對于一些電力系統(tǒng)而言，采取節(jié)能措施也許是最便宜的，但是，每個節(jié)能行動必須根據(jù)節(jié)能計劃能達到的節(jié)能能力，以及可能產(chǎn)生的環(huán)境影響和其他可用節(jié)能措施進行綜合評估，由于氣候特征、負(fù)荷特征、燃料成本、發(fā)電機組合等情況的變化，節(jié)能計劃的總體經(jīng)濟性可能會發(fā)生變化。如果實施節(jié)能計劃，電力系統(tǒng)的收益不能達到足以彌補節(jié)能成本時，節(jié)能計劃的實施結(jié)果可能使節(jié)能成本更高［8，12－13］。

在評估電力需求側(cè)節(jié)能行動的效益和成本時，一個可用的有效指標(biāo)是節(jié)能計劃對總成本的影響。由于終端電力用戶的節(jié)能行動可能會影響很多方面的成本，因此，通常采用的評估方法是通過建模技術(shù)來完成，可通過建立相應(yīng)模型，分別模擬用戶平均電價和參與節(jié)能計劃的電價等。

2 智能電網(wǎng)背景下終端節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 能源供應(yīng)與傳輸行業(yè)

對能源供應(yīng)與傳輸行業(yè)而言，最重要的抑制措施由以下幾部分組成:發(fā)電/輸電/配電效率的提高、燃料轉(zhuǎn)換效率、加大核能發(fā)電所占的比例、可再生能源發(fā)電、發(fā)電機組合中的先進煤燃燒技術(shù)、碳捕獲與儲存技術(shù)等?？稍偕茉窗l(fā)電包括水電、風(fēng)電、生物能源、地?zé)崮艿?。碳捕獲和儲存技術(shù)可望用于天然氣與燃煤混合燃料電廠。

2.2 運輸行業(yè)

運輸行業(yè)的策略主要包括提高道路機動車輛、海運船只、鐵路運輸以及飛機的燃油效率，還包括提高不同運輸方式的運行效率(如與交通運輸調(diào)度和載客量相關(guān)的因素)。由于公路運輸所產(chǎn)生的移動尾氣排放占整個運輸行業(yè)內(nèi)污染排放的很大部分，因而備受關(guān)注。適用于公路運輸?shù)拇胧┌ú捎玫蜏厥覛怏w排放的制冷劑、使用生物質(zhì)能源、或采用混合動力汽車、采用插電式混合動力電動汽車、使用氫動力燃料電池汽車、或純電動汽車，鼓勵從原來使用的單一動力模式向使用混合動力模式的方向發(fā)展，這是運輸行業(yè)提高能源利用效率的另一種選擇。

2.3 居民住宅和商業(yè)建筑物

居民住宅和商業(yè)建筑物的減排策略，可分為三個一般性領(lǐng)域，即:樓宇建筑與系統(tǒng)節(jié)能、燃料切換、控制非二氧化碳溫室氣體的排放。提高建筑物的能源效率有很多種技術(shù)措施，其范圍涉及從大樓外裝飾到內(nèi)部配置的各種系統(tǒng)，如照明系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、空氣加熱系統(tǒng)、空氣制冷系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、冷藏系統(tǒng)以及其他設(shè)備等。

2.4 工 業(yè)

工業(yè)領(lǐng)域的減排措施包括提高工廠和生產(chǎn)過程的能源效率、燃料替代、能量回收(如熱電聯(lián)產(chǎn))、使用可再生能源、循環(huán)使用廢料、廢物最小化和控制其他(其他非二氧化碳溫室氣體)溫室氣體的排放，碳捕獲和儲存是大型工業(yè)設(shè)備可行的減排方式。

2.5 農(nóng) 業(yè)

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域減排途徑同樣有多種選擇，涉及能源與土地利用效率的提高、牲畜與肥料的能效管理，開發(fā)和利用生物質(zhì)燃料等，是橫向緩減農(nóng)村能源供應(yīng)的一個策略。另外，使用厭氧消化池來進行肥料處理也是一種有效措施，該方法也可應(yīng)用于廢氣廢水處理等行業(yè)。

2.6 林 業(yè)

林業(yè)的減排策略是旨在減少污染排放物和防止水土流失等方面的策略，具體減排策略包括保持或增加森林面積、本地碳密度和地區(qū)范圍碳密度，增加外地植樹碳儲備，生物能和燃料替代等。

2.7 廢棄物管理業(yè)

廢棄物管理業(yè)的減排策略由降低溫室氣體排放和避免污染物排放等技術(shù)組成。減排的措施主要包括回收和利用甲烷、改進垃圾填埋方法、廢水管理、生產(chǎn)并使用厭氧消化池燃?xì)?。避免污染物排放的措施包括控制堆置肥料、加強焚化、擴大環(huán)保范圍以及廢料最小化、加強循環(huán)和再利用。

3 節(jié)能效益分析

3.1 國際能源署的評估

國際能源署(International Energy Agency，IEA)在其出版的《世界能源了望2006(World Energy Outlook 2006，WEO)》一書中，討論了世界能源未來發(fā)展的兩方面潛在的設(shè)想:參考性設(shè)想和可選擇的政策設(shè)想(見《世界能源了望2006》)。參考性設(shè)想考慮了從2006年到2030年，未來能源使用模式的發(fā)展趨勢、所有已頒布或采用的政府能源與氣候政策和測度，該設(shè)想沒有考慮未來政策、措施和/或新技術(shù)的發(fā)展。另一方面，可選擇的政策設(shè)想考慮了現(xiàn)在已考慮的所有與能源和氣候有關(guān)的政策與措施，因此，其內(nèi)容刻畫了如果立即實施2006年提出的政策和措施所能達到能源目標(biāo)，在可選擇的政策設(shè)想中，新的措施包括未來節(jié)能技術(shù)發(fā)展、更多非石化燃料、純能源進口國內(nèi)石油和天然氣的維持等，但是，可選擇的政策設(shè)想沒有考慮現(xiàn)已商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)，僅看到了與參考性設(shè)想比較，現(xiàn)有技術(shù)更好地執(zhí)行、提高和快速突破的可能性，沒有包括可能出現(xiàn)的重大技術(shù)突破。

在可選擇的政策設(shè)想中，能源效益的改進對應(yīng)于全球2004—2030年能源密度(單位GDP能源消耗)減少率，采用的能源減少率為2.3%，而在參考性設(shè)想中該減少率為1.7%。在參考性設(shè)想中的許多發(fā)展是在發(fā)展中和轉(zhuǎn)型經(jīng)濟體上獲得的，這些經(jīng)濟體對于能源效率提高更有潛力。

表1對比了所選擇的區(qū)域內(nèi)以上兩種設(shè)想情況下，2030年的電力需求量，對于參考性設(shè)想，需求量下降最大的情況發(fā)生在巴西、歐洲、中國、拉丁美洲，就實際節(jié)能數(shù)量而言，中國在相對參考性政策設(shè)想下的節(jié)能總量為814 TWh。

3.2 聯(lián)合國基金會的評估

在一份公布于2007年的報告中，聯(lián)合國基金會(United Nations Foundation)提出了一項宏偉的提高能源效率的計劃，該計劃規(guī)定，從2012年到2030年，讓八國集團(八國集團包括加拿大、法國、德國、意大利、日本、俄羅斯、英國和美國)的能源效率提高到歷史能效數(shù)據(jù)的兩倍，即達到每年提高2.5%，參考國際能源署2006年的報告，從1973年到1990年，全球能效提高率每年2%;1990年到2004年，下降到0.9%。尤其是，該計劃也呼吁“G8+5國(巴西、中國、印度、墨西哥和南非)”，以及其他發(fā)展中國家，也共同來完成節(jié)能目標(biāo)。八國集團的能源消耗占全球總能耗的46%，經(jīng)濟最發(fā)達的國家應(yīng)首先重視能效的提高，然后其他發(fā)展中國家才能效仿。所有“G8+5國”的能耗占全球一次能源消耗量的70%。

如果上述計劃得以順利實施，隨著能源效率的提高，可使八國集團在2030年的能耗總量相對于國際能源署在參考性設(shè)想中提出的能源需求降低22%，達到這些國家2004年的能耗水平。

表2給出了2010年在節(jié)能措施影響下，年度能量消耗的減少量，該分析忽略了目前正在實施的提高能源效率的相關(guān)計劃，或是根據(jù)歷史趨勢，可能會出現(xiàn)的節(jié)能措施改進所帶來的影響，因此，表2提供的節(jié)能數(shù)據(jù)是基于未執(zhí)行能效政策的，該表最大化地反映了各經(jīng)濟計劃的節(jié)能水平，實際可能沒有這么多。2010年總共可節(jié)能近230 TWh，這相當(dāng)于2010年電力需求預(yù)測總量的5.5%。節(jié)能政策對住宅、商業(yè)和工業(yè)部門都會產(chǎn)生重大影響，1/5的電能是可在住宅領(lǐng)域內(nèi)節(jié)約出來。在住宅項目中，節(jié)能計劃的目標(biāo)超過了當(dāng)前政府規(guī)定的大功率空調(diào)、建筑物保暖措施、高效照明設(shè)備和其他裝置的規(guī)定。通過提高終端用電設(shè)備的性能，強制推行新建筑物保暖標(biāo)準(zhǔn)就能在住宅項目方面實現(xiàn)節(jié)能。商業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能機會最多(商業(yè)領(lǐng)域節(jié)能機會占了近50%)，在商業(yè)項目中，節(jié)能計劃的目標(biāo)主要是高效加熱系統(tǒng)、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)，同時也包括照明系統(tǒng)、大功率設(shè)備，如冷藏設(shè)備和電動機等。通過新舉措的刺激，有望達到更大節(jié)能效果，其余30%的節(jié)能貢獻來自于工業(yè)領(lǐng)域，該領(lǐng)域的節(jié)能計劃主要針對優(yōu)質(zhì)高效電機、產(chǎn)品加工過程效率的提高，也包括照明效率的提高等。

3.3 中國節(jié)能減排綜合性工作方案及目標(biāo)

國務(wù)院關(guān)于節(jié)能減排綜合性工作方案指出，到2010年萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗由2005年的1.22 t標(biāo)準(zhǔn)煤下降到1 t標(biāo)準(zhǔn)煤以下，降低20%左右;單位工業(yè)增加值用水量降低30%。控制高耗能、高污染行業(yè)過快增長，嚴(yán)格控制新建高耗能、高污染項目。加快淘汰落后生產(chǎn)能力，完善促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的政策措施，進一步落實促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整暫行規(guī)定，積極推進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進服務(wù)業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，加快實施重點節(jié)能工程，推動燃煤電廠二氧化硫治理。多渠道籌措節(jié)能減排資金，推進資源綜合利用，促進垃圾資源化利用，全面推進清潔生產(chǎn)。加快節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)，加快節(jié)能減排技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范和推廣，廣泛開展節(jié)能減排國際科技合作，建立政府節(jié)能減排工作問責(zé)制。建立和完善節(jié)能減排指標(biāo)體系、監(jiān)測體系和考核體系，建立健全項目節(jié)能評估審查和環(huán)境影響評價制度，加強節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度和電力需求側(cè)管理等［3］。

表1 2030年所選地區(qū)在WEO參考性和可選擇政策設(shè)想下的電力需求比較(國際能源署，2006)

表2 2010年美國終端用電節(jié)約的能量(Gellings等，2006年)

哥本哈本聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7日召開。溫家寶總理在會上表示，遏制氣候變暖，拯救地球家園，是全人類共同的使命，每個國家和民族，每個企業(yè)和個人，都應(yīng)當(dāng)責(zé)無旁貸地行動起來。中國正處在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的關(guān)鍵階段，能源結(jié)構(gòu)以煤為主，降低排放存在特殊困難。但是，中國始終把應(yīng)對氣候變化作為重要戰(zhàn)略任務(wù)。1990—2005年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放強度下降了46%。在此基礎(chǔ)上，溫總理又提出，到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。中國將進一步完善國內(nèi)統(tǒng)計、監(jiān)測、考核辦法，改進減排信息的披露方式，增加透明度，積極開展國際交流、對話與合作。通過大力發(fā)展可再生能源、積極推進核電建設(shè)等行動，到2020年中國非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右;通過植樹造林和加強森林管理，森林面積比2005年增加4000萬公頃，森林蓄積量比2005年增加13×108m3。這是中國根據(jù)國情采取的自主行動，是中國為全球應(yīng)對氣候變化做出的巨大努力。

4 結(jié)論

受傳統(tǒng)的和新的推動力的驅(qū)動，節(jié)能問題已開始被新的發(fā)電技術(shù)、政策和計劃等所喚醒。全世界已經(jīng)認(rèn)識到節(jié)能對世界能耗有怎樣的影響，已認(rèn)識到了石化燃料的有限性，已推動了高效發(fā)電、輸電和用電技術(shù)的發(fā)展，已不斷形成一種非常重要的國家和國際性資源價值觀念——節(jié)能，在面對新的與能源制約、燃料成本增長、全球努力減少溫室氣體排放等相關(guān)的推動力時，節(jié)能意識正在被提升。

智能電網(wǎng)背景下，終端節(jié)能技術(shù)得到了飛速發(fā)展，能源供應(yīng)與傳輸行業(yè)、運輸行業(yè)、居民住宅和商業(yè)建筑物、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、廢棄物管理業(yè)等的節(jié)能減排技術(shù)層出不窮。國際能源署和聯(lián)合國基金會針對各行業(yè)的節(jié)能效率進行了評估。中國根據(jù)國情，提出了節(jié)能減排的綜合性工作方案及目標(biāo)，在智能電網(wǎng)建設(shè)中，相信會有越來越多的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在各個行業(yè)。

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［3]國發(fā)［2007］15號.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知.

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