清潔能源技術(shù)路徑與能效優(yōu)化

工業(yè)領(lǐng)域?qū)η鍧嵞茉醇夹g(shù)的實踐探索，正在重塑生產(chǎn)端的能源消耗模式。以冶金行業(yè)為例，電弧爐替代燃煤加熱爐的技術(shù)革新，既解決了高溫工藝的碳排放痛點，又通過余熱回收系統(tǒng)實現(xiàn)了能源的梯級利用。商業(yè)建筑中，空氣源熱泵與光伏儲能的耦合應(yīng)用，展示了多能互補體系在空間用能場景中的適應(yīng)性。這些實證表明，清潔能源技術(shù)的價值已從單一環(huán)保指標擴展到全生命周期能效管理的維度。

1.清潔能源技術(shù)的應(yīng)用

1.1天然氣分布式能源技術(shù)應(yīng)用

天然氣分布式能源系統(tǒng)在“煤改氣”工程中采用小型化、模塊化設(shè)計，通過燃氣發(fā)電機組實現(xiàn)能源梯級利用。系統(tǒng)通過配置余熱回收裝置，將發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱用于供熱或制冷，形成冷熱電三聯(lián)供模式。根據(jù)用戶負荷需求，可靈活調(diào)整設(shè)備運行策略，匹配不同時段的能源需求[1]。熱交換環(huán)節(jié)采用高效板式換熱器提升熱能傳遞效率，控制系統(tǒng)集成負荷預(yù)測算法，實現(xiàn)供能側(cè)與用能側(cè)的動態(tài)平衡。

1.2空氣源熱泵技術(shù)應(yīng)用

空氣源熱泵系統(tǒng)基于逆卡諾循環(huán)原理，通過壓縮機驅(qū)動制冷劑循環(huán)，吸收環(huán)境空氣中的低溫?zé)崃坑糜诮ㄖ┡?。系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，根據(jù)室外溫度變化自動調(diào)整運行頻率，保持最佳能效狀態(tài)。換熱器優(yōu)化翅片間距和流道設(shè)計，提升傳熱效率并減少結(jié)霜影響。在低溫環(huán)境下，系統(tǒng)通過補氣增焓技術(shù)維持制熱能力，確保極端氣候條件下的穩(wěn)定運行。水力模塊采用變頻水泵調(diào)節(jié)流量，與室內(nèi)末端設(shè)備形成匹配的供熱網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)按需供暖。

1.3地源熱泵技術(shù)應(yīng)用

地源熱泵系統(tǒng)利用地下土壤溫度穩(wěn)定的特性，通過地下埋管換熱器實現(xiàn)與大地的熱交換。系統(tǒng)設(shè)計前需進行地質(zhì)勘測和熱響應(yīng)測試，確定合理的鉆孔深度與間距。熱泵主機采用高效渦旋壓縮機，搭配板式換熱器實現(xiàn)制冷劑與循環(huán)介質(zhì)的熱量傳遞。系統(tǒng)具備雙工況運行能力，可切換供暖與制冷模式。地下?lián)Q熱器采用耐腐蝕聚乙烯管道，通過優(yōu)化回填材料確保長期換熱性能[2]。水力系統(tǒng)采用變流量調(diào)節(jié)，結(jié)合溫度分層蓄熱技術(shù)，提高系統(tǒng)整體能效。

1.4太陽能光熱技術(shù)應(yīng)用

太陽能光熱系統(tǒng)通過集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，用于建筑供暖或生活熱水供應(yīng)。系統(tǒng)設(shè)計采用真空管或平板式集熱器，根據(jù)安裝條件選擇最優(yōu)類型。儲熱裝置采用分層蓄熱技術(shù)，減少冷熱水混合導(dǎo)致的熱損失。輔助熱源與太陽能系統(tǒng)智能聯(lián)動，根據(jù)輻照強度自動調(diào)節(jié)補充熱量。防過熱設(shè)計通過熱泄放裝置和散熱器保障系統(tǒng)安全運行。在區(qū)域供熱項目中，太陽能集熱場可結(jié)合季節(jié)性蓄熱技術(shù)，實現(xiàn)跨季節(jié)熱能存儲與利用，提升太陽能貢獻率。

2.能效優(yōu)化策略的實踐

2.1系統(tǒng)智能控制策略實踐

在“煤改氣”“煤改電”項目中，系統(tǒng)智能控制策略，通過先進算法實現(xiàn)對能源系統(tǒng)的精細化管控?；谪摵深A(yù)測模型控制系統(tǒng)能夠提前24小時預(yù)測建筑熱需求變化，并據(jù)此制定最優(yōu)設(shè)備啟停計劃。多變量協(xié)調(diào)控制技術(shù)同步調(diào)節(jié)熱源出力、管網(wǎng)流量和末端設(shè)備狀態(tài)，確保系統(tǒng)整體運行在最佳工況點[3]。自適應(yīng)PID 控制算法，根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)特性實時調(diào)整控制參數(shù)，有效應(yīng)對室外溫度突變等干擾因素。群控策略協(xié)調(diào)多個分布式能源單元的協(xié)同運行，實現(xiàn)負荷的動態(tài)分配與平衡。故障診斷模塊通過特征提取和模式識別技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)備異常狀態(tài)的早期預(yù)警。遠程監(jiān)控平臺集成GIS功能，可視化管理區(qū)域內(nèi)所有能源設(shè)備的運行狀態(tài)。

2.2設(shè)備節(jié)能運行策略實踐

設(shè)備節(jié)能運行策略致力于最大化能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的運行效率。變頻調(diào)速技術(shù)廣泛應(yīng)用于水泵、風(fēng)機等輔助設(shè)備，通過精確匹配實際負荷需求來降低電力消耗。燃氣設(shè)備的空燃比控制系統(tǒng)采用氧傳感器閉環(huán)調(diào)節(jié)，確保燃燒過程始終處于最佳效率區(qū)間。熱泵系統(tǒng)實施溫度自適應(yīng)控制，根據(jù)蒸發(fā)器和冷凝器的最佳工作溫差動態(tài)調(diào)整運行參數(shù)。蓄熱裝置的運行策略采用谷電時段優(yōu)先蓄熱原則，充分利用電價差降低運行成本。設(shè)備組合運行策略通過能效特性曲線分析，確定不同負荷條件下最優(yōu)的設(shè)備啟停組合。余熱回收系統(tǒng)實施熱量梯級利用策略，按照溫度對口原則分配余熱資源。

2.3能源綜合利用策略實踐

能源綜合利用策略構(gòu)建多能互補的能源供應(yīng)體系。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)實現(xiàn)能源的梯級利用，高溫段發(fā)電、中溫段供熱、低溫段制冷。太陽能輔助供熱系統(tǒng)與常規(guī)熱源形成互補關(guān)系，優(yōu)先利用太陽能滿足基礎(chǔ)負荷需求[4]。地源-空氣源復(fù)合熱泵系統(tǒng)根據(jù)季節(jié)特點切換運行模式，夏季以地源為主，冬季以空氣源輔助。工業(yè)余熱回收系統(tǒng)將工藝過程產(chǎn)生的廢熱接入?yún)^(qū)域供熱管網(wǎng)，實現(xiàn)跨行業(yè)能源協(xié)同利用。建筑內(nèi)部實施能量總線技術(shù)，統(tǒng)一管理各類能源的轉(zhuǎn)換、存儲和分配。儲能系統(tǒng)采用相變材料與顯熱儲熱相結(jié)合的方式，提高能源系統(tǒng)的時空調(diào)配能力。

2.4節(jié)能管理模式策略實踐

建立能源管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對能耗數(shù)據(jù)的實時采集、分析和報告。標準化操作流程規(guī)范設(shè)備啟停、調(diào)節(jié)和維護的全過程操作要求。能源審計機制定期評估系統(tǒng)能效表現(xiàn)，識別節(jié)能潛力環(huán)節(jié)?？冃Э己梭w系將能效指標納入崗位責(zé)任，建立節(jié)能獎懲制度。培訓(xùn)體系針對不同崗位人員開展節(jié)能知識和技能培訓(xùn)，提升全員節(jié)能意識。標桿管理法選取行業(yè)先進案例作為參照，持續(xù)改進本地能效水平。合同能源管理模式引入專業(yè)節(jié)能服務(wù)公司，采用節(jié)能效益分享機制推動技術(shù)改造。用戶互動平臺提供能耗可視化展示和節(jié)能建議，引導(dǎo)終端用能行為優(yōu)化。

3.清潔能源與能效結(jié)合的發(fā)展方向

3.1多能互補融合發(fā)展方向

系統(tǒng)設(shè)計將突破單一能源限制，建立基于能源品位匹配的多能優(yōu)化模型。儲能技術(shù)的進步使不同能源之間的時空轉(zhuǎn)換更加靈活，形成相互備份的可靠供能結(jié)構(gòu)。能源路由器技術(shù)實現(xiàn)不同形式能源的高效轉(zhuǎn)換與定向輸送，提升系統(tǒng)整體能源利用率。區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)將分布式能源單元通過智能微電網(wǎng)互聯(lián)，實現(xiàn)能源的共享與互濟。運行策略將從簡單的優(yōu)先級控制升級為基于人工智能的多目標優(yōu)化決策，動態(tài)調(diào)整各能源的貢獻比例。系統(tǒng)配置將發(fā)展標準化接口模塊，便于新增能源類型的快速接入。氣象預(yù)測技術(shù)與能源調(diào)度深度結(jié)合，提前預(yù)判可再生能源的波動性并作好應(yīng)對準備。

3.2能源梯級利用發(fā)展方向

高溫段能源優(yōu)先滿足發(fā)電、工業(yè)工藝等需求，中溫段用于建筑供暖和生活熱水，低溫段服務(wù)于泳池加熱、土壤保溫等用途。新型熱泵技術(shù)將突破傳統(tǒng)溫升限制，實現(xiàn)更寬工作范圍的梯級提升。余熱回收網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展跨行業(yè)、跨區(qū)域的集成方案，建立工業(yè)、商業(yè)、民用之間的熱能協(xié)同利用機制。相變儲熱材料的技術(shù)進步使得不同溫度段的熱能儲存與釋放更加精準。系統(tǒng)設(shè)計將采用夾點分析方法，精確匹配熱源與熱阱的溫位需求。換熱設(shè)備將向微型化、高效化發(fā)展，提高小溫差換熱的經(jīng)濟性。

3.3與建筑一體化發(fā)展方向建筑圍護結(jié)構(gòu)將集成光伏-光熱一體化組件，實現(xiàn)建筑表皮的多功能能源轉(zhuǎn)換。地源熱泵系統(tǒng)將與建筑地基工程協(xié)同設(shè)計，利用樁基埋管等方式優(yōu)化地下?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)。建筑內(nèi)部將發(fā)展嵌入式能源系統(tǒng)，將設(shè)備管道與建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件有機結(jié)合。建筑能源管理系統(tǒng)將與樓宇自動化系統(tǒng)深度融合，實現(xiàn)照明、空調(diào)、通風(fēng)等系統(tǒng)的協(xié)同控制。建筑設(shè)計階段將采用建筑信息模型技術(shù)進行能源系統(tǒng)的可視化設(shè)計與性能模擬。預(yù)制裝配式技術(shù)將推動能源設(shè)備的模塊化集成，提高施工效率和質(zhì)量。建筑運維階段將應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的實時監(jiān)測與預(yù)測性維護。

4.結(jié)束語

清潔能源技術(shù)的深化應(yīng)用，標志著人類能源利用方式從粗放式消耗向精密化管理的質(zhì)變。無論是燃氣技術(shù)的燃燒效率突破，還是電力系統(tǒng)的動態(tài)負荷響應(yīng)，其本質(zhì)都是通過技術(shù)創(chuàng)新重構(gòu)能源價值鏈。未來技術(shù)發(fā)展將持續(xù)聚焦于系統(tǒng)能效的邊際提升，在能源轉(zhuǎn)化、傳輸、存儲等環(huán)節(jié)形成閉環(huán)優(yōu)化，最終實現(xiàn)能源體系從替代到進化的跨越式發(fā)展。

參考文獻：

[1]侯倩倩、顏坤坤。淺析煤化工清潔能源技術(shù)的研究進展[J].氮肥技術(shù)，2024， 45（04）：8-10+15 業(yè)

[2]劉剛。清潔能源技術(shù)廣泛應(yīng)用加速碳減排[N].人民日報，2024-03-12（015）.

[3]李鵬宇。多舉措穩(wěn)妥推進清潔能源技術(shù)投資[J].中國石化，2024，（02）：33-35.

[4]馬忠法、趙鶴翔。論雙碳背景下的清潔能源技術(shù)強制許可[J].大理大學(xué)學(xué)報，2024，9（01）：53-63.作者單位：山東省濟寧市金鄉(xiāng)縣高河街道辦事處