“雙碳”目標下壓縮機標準體系的建設(shè)與發(fā)展

田旭東，任 芳，王 樂，駱 嘉，李金祿

(合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031)

1 引言

“雙碳”目標是指減少溫室氣體排放，特別是二氧化碳(CO2)的排放，以應(yīng)對氣候變化和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。壓縮機作為工業(yè)領(lǐng)域重點用能設(shè)備，耗電量約占大型工業(yè)設(shè)備(“三機一泵”)總耗電量的20%，占全國用電量的9.4%[1]，其能效水平對工業(yè)領(lǐng)域“雙碳”目標的實現(xiàn)有著重要影響。國內(nèi)外實踐表明，技術(shù)標準是壓縮機行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標不可或缺的技術(shù)基礎(chǔ)，標準體系則為標準制定提供一個框架和路線，是節(jié)能減排的約束手段，是促進綠色低碳技術(shù)推廣應(yīng)用的有效途徑，對“2030碳達峰、2060碳中和”的目標實現(xiàn)發(fā)揮著不可替代的作用。

2 當前壓縮機標準體系

2.1 領(lǐng)域構(gòu)成

壓縮機是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機械，一般作為動力氣源或為工藝流程輸送壓縮氣體。壓縮機專業(yè)主要涵蓋壓縮機和壓縮氣體凈化兩個領(lǐng)域，這也是本領(lǐng)域體系建設(shè)所涉及的范圍：

(1)壓縮機(容積式)：按工作原理主要分為往復(fù)和回轉(zhuǎn)兩大類，其中往復(fù)壓縮機可細分為往復(fù)活塞式、隔膜式等，回轉(zhuǎn)壓縮機可細分為螺桿式、滑片式、渦旋式等；

(2)壓縮氣體凈化：分為壓縮空氣質(zhì)量和凈化設(shè)備，其中凈化設(shè)備按功能主要分為干燥器、過濾器兩大類。

如按用途或壓縮介質(zhì)進行分類，則包括工藝流程用壓縮機、船用壓縮機、核電用壓縮機、空氣壓縮機、天然氣壓縮機、氫氣壓縮機等等。

國內(nèi)容積式壓縮機標準化歸口管理工作由全國壓縮機標準化技術(shù)委員會(下稱“壓標委”)負責(zé)。

2.2 壓縮機標準體系框架

壓縮機和壓縮氣體凈化在國民經(jīng)濟行業(yè)分類中分屬不同的體系類目，因此，壓縮機專業(yè)標準體系也相應(yīng)地分為2個并列的體系，體系結(jié)構(gòu)框圖見圖1和圖2[2]。根據(jù)體系框圖，對應(yīng)建立標準體系表，列出壓縮機專業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)有和計劃要制定的標準項目。

圖1 壓縮機標準體系框圖

圖2 壓縮氣體凈化標準體系框圖

體系框圖中第1層為通用標準，適用于整個專業(yè)(大類)的各類產(chǎn)品，第2層為小類內(nèi)通用的標準，適用于其下各系列的產(chǎn)品，第3層為系列內(nèi)標準，適用本系列的各類產(chǎn)品。如壓縮機術(shù)語和分類、壓縮機性能試驗方法、壓縮機噪聲振動測量等標準列入第1層；往復(fù)壓縮機術(shù)語、回轉(zhuǎn)壓縮機術(shù)語，分別列入第2層的相應(yīng)位置；往復(fù)活塞空壓機、螺桿空壓機標準分列入第3層的對應(yīng)位置。

同樣，凈化術(shù)語標準位列凈化體系第1層；壓縮空氣質(zhì)量等級、凈化設(shè)備型號編制分別列入第2層的壓縮空氣質(zhì)量等級和凈化設(shè)備體系框內(nèi)；吸附式壓縮空氣干燥器、過濾器試驗方法標準則分列入第3層的干燥器和過濾器體系框內(nèi)。

2.3 壓縮機標準現(xiàn)狀

截至2023年6月底，壓標委負責(zé)歸口的標準共121項，其中國家標準35項，機械行業(yè)標準86項，包括1項受委托起草的強制性國家標準(安全標準)。按類別統(tǒng)計，基礎(chǔ)通用標準11項，方法標準24項，產(chǎn)品標準(含零部件)79項，安全標準3項，材料標準4項。其中，基礎(chǔ)通用標準和方法標準涵蓋了所有需要的測試和技術(shù)交流；產(chǎn)品標準涵蓋了活塞、隔膜、螺桿、滑片、渦旋等各類空壓機，覆蓋了空氣、天然氣、石油化工、氫氣、乙炔氣、氦氣、氧氣、二氧化碳等各種介質(zhì)壓縮機，同時配以材料標準、零部件標準等，形成了一個既有通用、又有專用，既有主導(dǎo)產(chǎn)品標準、又有配套的測試方法標準及輔助的零部件和材料標準這樣一個相對齊全、配套的標準體系。

壓標委歸口的現(xiàn)行標準統(tǒng)計如表1所示。

表1 壓縮機專業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)行標準統(tǒng)計 單位：項

3 “雙碳”目標下壓縮機標準體系的建設(shè)

3.1 “雙碳”目標對壓縮機標準體系的影響

我國制定的“雙碳”目標及其實現(xiàn)路徑對壓縮機標準體系產(chǎn)生的重要影響體現(xiàn)在兩方面：

第一是政策層面上?！秶覙藴驶l(fā)展綱要》提出，要完善綠色發(fā)展標準化保障，要求“建立健全碳達峰、碳中和標準。加快節(jié)能標準更新升級，抓緊修訂一批能耗限額、產(chǎn)品設(shè)備能效強制性國家標準，提升重點產(chǎn)品能耗限額要求，擴大能耗限額標準覆蓋范圍，完善能源核算、檢測認證、評估、審計等配套標準。加快完善地區(qū)、行業(yè)、企業(yè)、產(chǎn)品等碳排放核查核算標準。制定重點行業(yè)和產(chǎn)品溫室氣體排放標準，完善低碳產(chǎn)品標準標識制度。完善可再生能源標準，研究制定生態(tài)碳匯、碳捕集利用與封存標準。實施碳達峰、碳中和標準化提升工程?！盵3]

第二是技術(shù)層面上。(1)中國能源結(jié)構(gòu)將會發(fā)生深遠的變化，需要大力發(fā)展清潔能源，比如水電、核電、風(fēng)電、光電、生物質(zhì)能發(fā)電等。由于清潔能源的不穩(wěn)定性，電化學(xué)、抽水、氫能、空氣等儲能技術(shù)將會得到快速發(fā)展。(2)中國需要調(diào)整產(chǎn)業(yè)與能源結(jié)構(gòu)，節(jié)能優(yōu)先。“節(jié)能是第一能源”，大力提升各種耗能設(shè)備的能效，將是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。(3)中國需要積極探索碳匯、碳捕集與封存等碳減排機制和技術(shù)[4]。

因此，“雙碳”目標下壓縮機標準體系的建設(shè)應(yīng)首先關(guān)注國際、國家、組織等制定的政策、行動計劃和落實措施，堅定不移地貫徹我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策方案，從能耗轉(zhuǎn)向碳足跡、碳排放，從單機節(jié)能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、全流程節(jié)能，從工業(yè)化轉(zhuǎn)到數(shù)字化、智能化，從傳統(tǒng)能源擴展到新能源、可再生能源，從產(chǎn)品使用階段擴展至涵蓋原材料獲取、生產(chǎn)、運輸、使用與維護以及回收與處置的產(chǎn)品全生命周期。

3.2 “雙碳”壓縮機標準體系建設(shè)方案

為進一步落實“雙碳”工作目標，壓標委在當前技術(shù)標準體系基礎(chǔ)上，提出了并行的碳達峰碳中和標準體系框架(圖3)，具體包含節(jié)能與綜合利用、綠色低碳兩個一級板塊。結(jié)合當前工作重點領(lǐng)域和方向，對標準體系進行細化，構(gòu)建了三級標準體系框架，建設(shè)內(nèi)容主要包括進一步完善節(jié)能減排、綠色制造、能源清潔低碳利用等標準。

圖3 “雙碳”目標下壓縮機標準體系框圖

3.3 “雙碳”標準進展

3.3.1 節(jié)能標準

(1)《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》

為進一步縮短空壓機能效限定值與國際先進水平的差距，我國于2019年修訂了GB 19153《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，能效指標限定值平均提升9.8%且不低于美國，領(lǐng)跑者1級指標不低于歐盟最佳水平(圖4)。標準的實施促進了行業(yè)節(jié)能技術(shù)進步，淘汰了高能耗產(chǎn)品，開發(fā)、生產(chǎn)高效產(chǎn)品，產(chǎn)品能效整體大幅提升，進一步促進了空壓機產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化升級，為國家節(jié)約了大量的能源。

圖4 我國回轉(zhuǎn)空壓機與歐美能效指標比對

(2)《壓縮空氣 能效 評估》、《空氣壓縮機組及供氣系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測》、《壓縮空氣站能效分級指南》等系統(tǒng)能效標準

為響應(yīng)《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》、《工業(yè)能效提升行動計劃》、《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》等政策關(guān)于“工業(yè)節(jié)能從局部、單體節(jié)能向全流程、系統(tǒng)節(jié)能轉(zhuǎn)變”的要求，上述標準提出了輸功效率，并將其作為考核系統(tǒng)能效指標的新方法，揭示了整個壓縮空氣生產(chǎn)的能源轉(zhuǎn)換效率，銜接起壓縮空氣系統(tǒng)上下游能源效率鏈；提出了綜合評價所有功能和型式的設(shè)備、全壓縮空氣參數(shù)、復(fù)雜能量流、多子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能效分級方法；給出了科學(xué)實用的全系統(tǒng)能效監(jiān)測方法，對壓縮空氣站中空壓機、干燥器、過濾器、冷卻系統(tǒng)、管網(wǎng)輔助設(shè)備、壓縮熱回收利用等整個系統(tǒng)實施監(jiān)測，測量所有壓縮空氣生產(chǎn)有關(guān)的參數(shù)和用能，并進行數(shù)據(jù)評估和分析。

3.3.2 綠色制造標準

(1)《綠色設(shè)計產(chǎn)品評價技術(shù)規(guī)范 一般用噴油回轉(zhuǎn)空氣壓縮機》

該標準作為壓縮機行業(yè)第一個綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標準，首次全面考慮產(chǎn)品在原材料選用、生產(chǎn)、使用、回收和處理等各個環(huán)節(jié)對資源環(huán)境造成的影響，有利于引導(dǎo)一般用噴油回轉(zhuǎn)空氣壓縮機的綠色健康發(fā)展，對在壓縮機領(lǐng)域構(gòu)建綠色制造體系，深入貫徹綠色發(fā)展理念，積極推進空壓機產(chǎn)品綠色設(shè)計工作，推動形成空壓機產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)方式具有重要的引領(lǐng)和推動作用。

(2)《壓縮機行業(yè)綠色工廠評價要求》

該標準從基礎(chǔ)設(shè)施、管理體系、能源與資源投入、產(chǎn)品、環(huán)境排放、績效等工廠建設(shè)和運營方面，根據(jù)壓縮機行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、檢驗的特點，按科學(xué)性、先進性、規(guī)范性和適用性原則，在設(shè)備配置、能耗限額、能量回收、環(huán)境保護、管理體系等多個方面規(guī)定評價指標和評價要求，并通過設(shè)定權(quán)重系數(shù)，以指標加權(quán)綜合評分的方式進行評價。標準的制定和實施有助于按統(tǒng)一的方法和要求在壓縮機行業(yè)全面推行綠色制造，推動制造、環(huán)境、資源和諧發(fā)展，加大壓縮機行業(yè)綠色低碳技術(shù)改造力度，加大綠色產(chǎn)品供給。

3.3.3 清潔能源利用標準

(1)《核電用隔膜壓縮機技術(shù)條件》

我國通用的壓縮機標準體系中的相關(guān)標準不具有核電站特有的專用要求，難以滿足核電壓縮機的技術(shù)需求[5]。因此，該標準的制定統(tǒng)一了我國核電隔膜壓縮機的設(shè)計制造檢驗要求，填補了核電壓縮機標準體系的空缺，保障核電隔膜壓縮機滿足核電站技術(shù)規(guī)范，對逐漸建立和形成適合我國國情的、科學(xué)的、統(tǒng)一的核電壓縮機標準體系具有現(xiàn)實意義。

(2)《加氫站用隔膜氫氣壓縮機》

隔膜壓縮機在加氫站的增壓設(shè)備中有著廣泛應(yīng)用，已成為我國氫能利用領(lǐng)域內(nèi)的重大需求，應(yīng)用前景廣闊。該標準提出的高壓氫壓機測試流程及試驗方法，填補了我國高壓氫壓機測試方法的空白，有利于加快實現(xiàn)加氫站用氫氣隔膜壓縮機產(chǎn)品的自主設(shè)計、設(shè)備國產(chǎn)化，對加快培育和發(fā)展新能源汽車、實施國家節(jié)能減排及環(huán)境保護政策具有重要的意義。

4 未來的工作方向

為實現(xiàn)“雙碳”目標，壓縮機標準體系未來將在以下工作方向上進一步完善和發(fā)展：

(1)制定新型節(jié)能產(chǎn)品與系統(tǒng)技術(shù)的相關(guān)標準。從單機產(chǎn)品節(jié)能向壓縮空氣系統(tǒng)的能效方向深入，逐步完善節(jié)能與綜合利用標準體系。

(2)進一步完善綠色制造標準。以“綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”為方向，實施綠色制造標準化提升為目標，推進壓縮機的綠色設(shè)計與制造。

(3)積極安全有序發(fā)展核電標準。大力發(fā)展清潔能源及碳捕集、利用與封存技術(shù)，制定用于3次氣舉采油技術(shù)、新能源汽車、加氫站、壓縮空氣儲能等領(lǐng)域的標準，以標準推進、加速技術(shù)創(chuàng)新。

(4)制定碳排放量計算與評價標準。為壓縮機及凈化設(shè)備在生命周期各階段碳排放量的計算提供統(tǒng)一準確的指導(dǎo)，為總碳排放量是否達標明確科學(xué)的評價指標，助力企業(yè)完善內(nèi)部的碳排放管理。

(5)標準體系從生產(chǎn)制造延伸至用戶運行，促進“兩化”融合。運用大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)以智能診斷、能效評估、健康管理為中心的遠程運維技術(shù)及系統(tǒng),實現(xiàn)壓縮機故障診斷、故障自愈、精準維修。

(6)環(huán)保和循環(huán)利用相關(guān)標準。采用環(huán)保材料,利用余熱回收減少廢氣排放和降低機器運作成本,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟提高資源回收利用效率,這些均需有新標準或?qū)蠘藴实男抻喭晟平o予支撐。

實現(xiàn)碳達峰、碳中和是國家的重大戰(zhàn)略決策,壓縮機標準體系及標準在國家節(jié)能減排事業(yè)中擔(dān)負、承載著不可或缺的責(zé)任和義務(wù)。壓標委緊緊圍繞我國政策法規(guī)及行業(yè)技術(shù)發(fā)展,設(shè)計的“雙碳”目標下壓縮機標準體系,開展的新體系中節(jié)能、綠色制造、清潔能源利用等相關(guān)標準制定工作,提出的系統(tǒng)節(jié)能、綠色制造、“兩化”融合、碳排放量計算與評價等未來工作方向,必將更好地促進、引領(lǐng)壓縮機行業(yè)轉(zhuǎn)型升級與高質(zhì)量發(fā)展。