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現代節能原理 版權信息
- ISBN：9787030736079
- 條形碼：9787030736079 ; 978-7-03-073607-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
現代節能原理 本書特色
本書是現代節能理論的基礎性讀物，核心內容是能源利用的單耗分析方法。
現代節能原理 內容簡介
本書是現代節能理論的基礎性讀物，核心內容是能源利用的單耗分析方法。主要研究影響能源利用效率的不可逆因素及其大小和分布，能源利用正反平衡效率的分析與審計方法，節能潛力分析及節能量計算方法，以及統一化能源利用評價指標體系等。并針對燃煤火力發電系統、供熱系統、制冷系統以及高爐煉鐵等，開展了詳細的單耗分析。為了便于讀者理解和掌握現代節能理論，本書還簡要介紹了工程熱力學的基礎知識以及各種實際熱力學過程的熵產分析方法。為避免低碳概念的誤導，本書*后對大氣熱力學的問題進行了初步分析，用事實揭露了碳排放導致全球變暖的謬論。
現代節能原理 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 能源簡況 1
1.1.1 世界化石能源探明儲量 1
1.1.2 中國能源簡況 1
1.2 能量與能源 2
1.2.1 能量 2
1.2.2 能源 3
1.3 節能工作要點 4
1.3.1 管理節能 4
1.3.2 規劃與設計節能 5
1.4 能效評價體系及評價基準 8
1.4.1 節能的理論限度 8
1.4.2 能源利用的分析決策與評價基準 8
1.4.3 建立統一化能源利用評價體系的重要性和緊迫性 9
第2章 熱力學基礎知識 12
2.1 熱力狀態與狀態參數 12
2.1.1 狀態參數的類型與性質 13
2.1.2 熱力學第零定律 15
2.1.3 熱力學**定律——能量守恒定律 15
2.1.4 內能等其他狀態參數 16
2.1.5 狀態參數之間的關系——熱力學一般關系式 17
2.1.6 比熱容 18
2.1.7 狀態參數的計算 19
2.2 理想氣體及其熱力學性質 20
2.2.1 理想氣體狀態方程 20
2.2.2 理想氣體的內能和焓 20
2.2.3 理想氣體熵 21
2.2.4 理想氣體比熱容及計算 21
2.2.5 理想氣體混合物的熱力學性質 22
2.3 濕空氣及其熱力學性質 25
2.4 熱力學參考環境與狀態參數 27
2.4.1 環境、參考環境及其熱力學特性 27
2.4.2 物理和化學 29
2.4.3 工質的圖示 32
2.5 熱力過程 34
2.5.1 功的定義及其熱力學意義 34
2.5.2 熱力過程 35
2.5.3 熱力過程的功量 38
2.5.4 熱力過程的熱量 39
2.5.5 熱力過程的熱量 39
2.5.6 理想氣體熱力過程 40
2.6 熱力循環 41
2.6.1 卡諾循環 41
2.6.2 蘭金循環 43
2.6.3 布雷頓循環及聯合循環 44
2.6.4 斯特林循環 46
2.7 化學反應過程 47
2.7.1 化學反應的表示方法 47
2.7.2 化學反應的熱力學分析 48
2.7.3 蓋斯定律 51
2.7.4 絕熱燃燒溫度 51
2.8 化學勢 52
2.8.1 吉布斯函數與化學勢 52
2.8.2 化學勢的定義 53
2.8.3 化學勢的計算 55
2.9 熱力學分析方法簡介 59
2.9.1 熱力學**定律分析 59
2.9.2 分析方法 60
2.9.3 熵平衡方法 61
2.9.4 熵產與不可逆損失的關系 62
第3章 能源利用的單耗分析理論 63
3.1 能源利用與轉化的化學背景 63
3.2 能源利用的單耗分析方法 63
3.2.1 能源利用的單耗分析模型 63
3.2.2 能源利用的第二定律效率 65
3.3 理論節能潛力與現實節能潛力 67
3.4 一般化節能量計算方法 68
3.5 燃料分析與能源利用效率評價 69
3.5.1 燃料分析的經典方法 69
3.5.2 能源利用系統效率評價及存在的主要問題 72
3.5.3 燃料的化學的確定 74
3.5.4 能源利用系統總熵產及能源利用第二定律效率 76
3.5.5 燃料的化學分析產生的余差 77
3.5.6 能源利用第二定律效率正反平衡核算示例 79
3.6 耗能產品的比及其理論*低燃料單耗 81
3.6.1 電的比及其理論*低燃料單耗 81
3.6.2 供熱產品的比及其理論*低燃料單耗 81
3.6.3 物質性產品的比及其理論*低燃料單耗 82
3.7 能源利用單耗分析示例 83
第4章 典型不可逆過程的熱力學分析 85
4.1 有限溫差傳熱過程的不可逆性分析 85
4.1.1 有限溫差傳熱過程的分析 85
4.1.2 有限溫差傳熱過程的熵分析 87
4.2 節流過程的不可逆性分析 88
4.2.1 定焓過程的熱力學實質 88
4.2.2 節流過程的熵產計算 90
4.3 余熱排放及散熱損失的不可逆性分析 90
4.3.1 余熱排放的不可逆性分析 90
4.3.2 散熱損失的不可逆性分析 92
4.4 實際傳熱過程的不可逆性分析 93
4.4.1 流動阻尼的影響 93
4.4.2 流動阻尼和散熱損失的共同影響 95
4.5 考慮散熱損失的節流過程 96
4.6 摩擦與擾動的不可逆性分析 98
4.7 擴散現象的不可逆性分析 98
4.8 壓縮與膨脹過程的不可逆性分析 100
4.8.1 壓縮過程的不可逆性分析 100
4.8.2 膨脹過程的不可逆性分析 102
4.9 流體混合動量傳遞過程的不可逆性分析 102
4.10 化學過程的第二定律分析 105
4.10.1 化學功與燃料電池 105
4.10.2 等溫等壓化學反應過程的不可逆性分析 106
4.10.3 絕熱燃燒過程的熵產 108
4.11 非平衡熱力學過程的解析與節能對策 109
第5章 能效評價基準及統一化能源利用指標體系 112
5.1 能源利用的評價原則 112
5.2 終端產品燃料單耗的統一化計算方法 114
5.2.1 火電機組的供電燃料單耗 114
5.2.2 基準電、電網網損與電網平均供電燃料單耗 114
5.2.3 耗電產品的燃料單耗 115
5.2.4 聯產型產品生產的燃料單耗 116
5.2.5 直燃型產品生產的燃料單耗 118
5.2.6 熱網網損問題 119
5.3 基于終端產品生產的節能評價方法 119
5.3.1 發電技術的節能評價 119
5.3.2 終端產品生產的節能評價 120
5.3.3 輸配系統及其節能評價 120
5.4 供熱成本與熱價問題 121
5.5 能源利用之環境影響評價方法 122
5.5.1 發電設備的污染物排放強度指標 122
5.5.2 電驅動設備的污染物排放強度指標 122
5.5.3 聯產型設備的污染物排放強度指標 123
5.5.4 直燃型設備的污染物排放強度指標 123
5.6 能效評價的基準問題 124
5.6.1 能源利用的三個層面與評價基準 124
5.6.2 熱電聯產機組的節能條件 124
5.6.3 能效評價基準的特性與選擇 125
5.6.4 熱電聯產機組節能評價案例 126
第6章 燃煤火電機組的單耗分析 129
6.1 火電機組的供電燃料單耗構成分析方法 129
6.1.1 火電機組的平衡式 129
6.1.2 燃料比 129
6.1.3 不可逆損失導致的附加煤耗 129
6.1.4 不可逆損失導致的附加煤耗率 129
6.1.5 發、供電理論*低燃料單耗 130
6.1.6 機組供電燃料單耗及構成 130
6.2 火電機組主要性能指標 130
6.2.1 鍋爐熱負荷 130
6.2.2 鍋爐熱效率 130
6.2.3 熱量的比及其理論*低燃料單耗 131
6.2.4 鍋爐的第二定律效率 131
6.2.5 汽輪機熱力系統的循環吸熱量 132
6.2.6 汽輪機熱力系統的循環熱效率 132
6.2.7 汽輪機熱力系統的內功率 132
6.2.8 汽輪機熱力系統的循環吸熱平均溫度 132
6.2.9 機爐管道系統的第二定律效率 133
6.2.10 汽輪機熱力系統的第二定律效率 134
6.2.11 機組的機械損耗和機械效率 134
6.2.12 發電機的電機損耗和電機效率 134
6.2.13 機組發電煤耗率(發電燃料單耗) 134
6.2.14 機組發電效率 135
6.2.15 機組廠用電量和廠用電率 135
6.2.16 機組供電效率 135
6.2.17 機組供電煤耗率(供電燃料單耗) 135
6.2.18 機組供電效率 135
6.3 火電機組供電燃料單耗(供電煤耗率)構成分析 136
6.3.1 鍋爐系統熵產分析 136
6.3.2 汽輪機熱力系統熵產分析 143
6.3.3 機爐管道系統熵產分析 147
6.3.4 機械損耗造成的熵產 148
6.3.5 電機損耗造成的熵產 148
6.3.6 廠用電造成的熵產 148
6.3.7 機組總熵產 149
6.4 火電機組單耗分析案例 149
6.4.1 1000MW超超臨界機組概況 149
6.4.2 鍋爐系統熱平衡分析 151
6.4.3 汽輪機熱力系統熱平衡分析 157
6.4.4 機組的第二定律分析 163
6.4.5 機組的單耗分析 167
6.4.6 不同壓力等級火電機組單耗分析 169
6.4.7 鍋爐各受熱面熱(煤)耗分攤及分析 170
6.4.8 鍋爐傳遞特性 174
6.5 鍋爐省煤器的問題及三管制鍋爐概念的提出 178
6.5.1 鍋爐尾部熱力學問題分析 178
6.5.2 省煤器概念的問題 180
6.5.3 三管制鍋爐概念的提出 182
6.5.4 熱風溫度的設計選取問題 184
第7章 余熱資源價值的定量分析方法 188
7.1 引言 188
7.2 余熱資源的熱力學定量分析方法 188
7.2.1 基于熱力學**定律的定量分析方法 188
7.2.2 基于熱力學第二定律的定量分析方法 189
7.3 余熱回收利用節煤量的定量計算方法及評價 191
7.3.1 基于熱力學**定律的方法及評價 191
7.3.2 基于熱力學第二定律的方法及評價 191
7.4 余熱發電效率 192
7.5 案例分析 193
7.5.1 燃氣輪機排氣余熱資源的熱力學分析 193
7.5.2 水泥窯爐煙氣余熱資源的熱力學分析 193
7.5.3 電廠鍋爐煙氣余熱資源的熱力學分析 194
7.5.4 余熱發電的節能評述 194
7.5.5 鍋爐煙氣余熱引入電廠熱力系統的熱經濟性分析 195
7.5.6 實際案例 200
7.6 結論與建議 201
第8章 制冷及其單耗分析 203
8.1 制冷過程的基礎熱力學分析 203
8.1.1 制冷過程及其分析 203
8.1.2 制冷傳熱過程的不可逆損失分析 204
8.1.3 制冷產品及其理論*低燃料單耗 205
8.2 壓縮式制冷系統的單耗分析 208
8.2.1 實際壓縮式制冷循環的熵產分析 208
8.2.2 壓縮式制冷系統的平衡及效率 213
8.2.3 壓縮式制冷系統耗電量所攜帶的不可逆損失及熵產 214
8.2.4 壓縮式制冷系統的燃料單耗構成分析 215
8.2.5 案例分析 216
8.3 直燃型吸收式制冷系統的單耗分析 224
8.3.1 吸收式制冷循環 224
8.3.2 吸收式制冷循環的熵產分析 226
8.3.3 吸收式制冷系統的平衡分析 229
8.3.4 直燃型吸收式制冷系統的燃料單耗構成分析 230
8.3.5 直燃型吸收式制冷
前言
第1章 緒論 1
1.1 能源簡況 1
1.1.1 世界化石能源探明儲量 1
1.1.2 中國能源簡況 1
1.2 能量與能源 2
1.2.1 能量 2
1.2.2 能源 3
1.3 節能工作要點 4
1.3.1 管理節能 4
1.3.2 規劃與設計節能 5
1.4 能效評價體系及評價基準 8
1.4.1 節能的理論限度 8
1.4.2 能源利用的分析決策與評價基準 8
1.4.3 建立統一化能源利用評價體系的重要性和緊迫性 9
第2章 熱力學基礎知識 12
2.1 熱力狀態與狀態參數 12
2.1.1 狀態參數的類型與性質 13
2.1.2 熱力學第零定律 15
2.1.3 熱力學**定律——能量守恒定律 15
2.1.4 內能等其他狀態參數 16
2.1.5 狀態參數之間的關系——熱力學一般關系式 17
2.1.6 比熱容 18
2.1.7 狀態參數的計算 19
2.2 理想氣體及其熱力學性質 20
2.2.1 理想氣體狀態方程 20
2.2.2 理想氣體的內能和焓 20
2.2.3 理想氣體熵 21
2.2.4 理想氣體比熱容及計算 21
2.2.5 理想氣體混合物的熱力學性質 22
2.3 濕空氣及其熱力學性質 25
2.4 熱力學參考環境與狀態參數 27
2.4.1 環境、參考環境及其熱力學特性 27
2.4.2 物理和化學 29
2.4.3 工質的圖示 32
2.5 熱力過程 34
2.5.1 功的定義及其熱力學意義 34
2.5.2 熱力過程 35
2.5.3 熱力過程的功量 38
2.5.4 熱力過程的熱量 39
2.5.5 熱力過程的熱量 39
2.5.6 理想氣體熱力過程 40
2.6 熱力循環 41
2.6.1 卡諾循環 41
2.6.2 蘭金循環 43
2.6.3 布雷頓循環及聯合循環 44
2.6.4 斯特林循環 46
2.7 化學反應過程 47
2.7.1 化學反應的表示方法 47
2.7.2 化學反應的熱力學分析 48
2.7.3 蓋斯定律 51
2.7.4 絕熱燃燒溫度 51
2.8 化學勢 52
2.8.1 吉布斯函數與化學勢 52
2.8.2 化學勢的定義 53
2.8.3 化學勢的計算 55
2.9 熱力學分析方法簡介 59
2.9.1 熱力學**定律分析 59
2.9.2 分析方法 60
2.9.3 熵平衡方法 61
2.9.4 熵產與不可逆損失的關系 62
第3章 能源利用的單耗分析理論 63
3.1 能源利用與轉化的化學背景 63
3.2 能源利用的單耗分析方法 63
3.2.1 能源利用的單耗分析模型 63
3.2.2 能源利用的第二定律效率 65
3.3 理論節能潛力與現實節能潛力 67
3.4 一般化節能量計算方法 68
3.5 燃料分析與能源利用效率評價 69
3.5.1 燃料分析的經典方法 69
3.5.2 能源利用系統效率評價及存在的主要問題 72
3.5.3 燃料的化學的確定 74
3.5.4 能源利用系統總熵產及能源利用第二定律效率 76
3.5.5 燃料的化學分析產生的余差 77
3.5.6 能源利用第二定律效率正反平衡核算示例 79
3.6 耗能產品的比及其理論*低燃料單耗 81
3.6.1 電的比及其理論*低燃料單耗 81
3.6.2 供熱產品的比及其理論*低燃料單耗 81
3.6.3 物質性產品的比及其理論*低燃料單耗 82
3.7 能源利用單耗分析示例 83
第4章 典型不可逆過程的熱力學分析 85
4.1 有限溫差傳熱過程的不可逆性分析 85
4.1.1 有限溫差傳熱過程的分析 85
4.1.2 有限溫差傳熱過程的熵分析 87
4.2 節流過程的不可逆性分析 88
4.2.1 定焓過程的熱力學實質 88
4.2.2 節流過程的熵產計算 90
4.3 余熱排放及散熱損失的不可逆性分析 90
4.3.1 余熱排放的不可逆性分析 90
4.3.2 散熱損失的不可逆性分析 92
4.4 實際傳熱過程的不可逆性分析 93
4.4.1 流動阻尼的影響 93
4.4.2 流動阻尼和散熱損失的共同影響 95
4.5 考慮散熱損失的節流過程 96
4.6 摩擦與擾動的不可逆性分析 98
4.7 擴散現象的不可逆性分析 98
4.8 壓縮與膨脹過程的不可逆性分析 100
4.8.1 壓縮過程的不可逆性分析 100
4.8.2 膨脹過程的不可逆性分析 102
4.9 流體混合動量傳遞過程的不可逆性分析 102
4.10 化學過程的第二定律分析 105
4.10.1 化學功與燃料電池 105
4.10.2 等溫等壓化學反應過程的不可逆性分析 106
4.10.3 絕熱燃燒過程的熵產 108
4.11 非平衡熱力學過程的解析與節能對策 109
第5章 能效評價基準及統一化能源利用指標體系 112
5.1 能源利用的評價原則 112
5.2 終端產品燃料單耗的統一化計算方法 114
5.2.1 火電機組的供電燃料單耗 114
5.2.2 基準電、電網網損與電網平均供電燃料單耗 114
5.2.3 耗電產品的燃料單耗 115
5.2.4 聯產型產品生產的燃料單耗 116
5.2.5 直燃型產品生產的燃料單耗 118
5.2.6 熱網網損問題 119
5.3 基于終端產品生產的節能評價方法 119
5.3.1 發電技術的節能評價 119
5.3.2 終端產品生產的節能評價 120
5.3.3 輸配系統及其節能評價 120
5.4 供熱成本與熱價問題 121
5.5 能源利用之環境影響評價方法 122
5.5.1 發電設備的污染物排放強度指標 122
5.5.2 電驅動設備的污染物排放強度指標 122
5.5.3 聯產型設備的污染物排放強度指標 123
5.5.4 直燃型設備的污染物排放強度指標 123
5.6 能效評價的基準問題 124
5.6.1 能源利用的三個層面與評價基準 124
5.6.2 熱電聯產機組的節能條件 124
5.6.3 能效評價基準的特性與選擇 125
5.6.4 熱電聯產機組節能評價案例 126
第6章 燃煤火電機組的單耗分析 129
6.1 火電機組的供電燃料單耗構成分析方法 129
6.1.1 火電機組的平衡式 129
6.1.2 燃料比 129
6.1.3 不可逆損失導致的附加煤耗 129
6.1.4 不可逆損失導致的附加煤耗率 129
6.1.5 發、供電理論*低燃料單耗 130
6.1.6 機組供電燃料單耗及構成 130
6.2 火電機組主要性能指標 130
6.2.1 鍋爐熱負荷 130
6.2.2 鍋爐熱效率 130
6.2.3 熱量的比及其理論*低燃料單耗 131
6.2.4 鍋爐的第二定律效率 131
6.2.5 汽輪機熱力系統的循環吸熱量 132
6.2.6 汽輪機熱力系統的循環熱效率 132
6.2.7 汽輪機熱力系統的內功率 132
6.2.8 汽輪機熱力系統的循環吸熱平均溫度 132
6.2.9 機爐管道系統的第二定律效率 133
6.2.10 汽輪機熱力系統的第二定律效率 134
6.2.11 機組的機械損耗和機械效率 134
6.2.12 發電機的電機損耗和電機效率 134
6.2.13 機組發電煤耗率(發電燃料單耗) 134
6.2.14 機組發電效率 135
6.2.15 機組廠用電量和廠用電率 135
6.2.16 機組供電效率 135
6.2.17 機組供電煤耗率(供電燃料單耗) 135
6.2.18 機組供電效率 135
6.3 火電機組供電燃料單耗(供電煤耗率)構成分析 136
6.3.1 鍋爐系統熵產分析 136
6.3.2 汽輪機熱力系統熵產分析 143
6.3.3 機爐管道系統熵產分析 147
6.3.4 機械損耗造成的熵產 148
6.3.5 電機損耗造成的熵產 148
6.3.6 廠用電造成的熵產 148
6.3.7 機組總熵產 149
6.4 火電機組單耗分析案例 149
6.4.1 1000MW超超臨界機組概況 149
6.4.2 鍋爐系統熱平衡分析 151
6.4.3 汽輪機熱力系統熱平衡分析 157
6.4.4 機組的第二定律分析 163
6.4.5 機組的單耗分析 167
6.4.6 不同壓力等級火電機組單耗分析 169
6.4.7 鍋爐各受熱面熱(煤)耗分攤及分析 170
6.4.8 鍋爐傳遞特性 174
6.5 鍋爐省煤器的問題及三管制鍋爐概念的提出 178
6.5.1 鍋爐尾部熱力學問題分析 178
6.5.2 省煤器概念的問題 180
6.5.3 三管制鍋爐概念的提出 182
6.5.4 熱風溫度的設計選取問題 184
第7章 余熱資源價值的定量分析方法 188
7.1 引言 188
7.2 余熱資源的熱力學定量分析方法 188
7.2.1 基于熱力學**定律的定量分析方法 188
7.2.2 基于熱力學第二定律的定量分析方法 189
7.3 余熱回收利用節煤量的定量計算方法及評價 191
7.3.1 基于熱力學**定律的方法及評價 191
7.3.2 基于熱力學第二定律的方法及評價 191
7.4 余熱發電效率 192
7.5 案例分析 193
7.5.1 燃氣輪機排氣余熱資源的熱力學分析 193
7.5.2 水泥窯爐煙氣余熱資源的熱力學分析 193
7.5.3 電廠鍋爐煙氣余熱資源的熱力學分析 194
7.5.4 余熱發電的節能評述 194
7.5.5 鍋爐煙氣余熱引入電廠熱力系統的熱經濟性分析 195
7.5.6 實際案例 200
7.6 結論與建議 201
第8章 制冷及其單耗分析 203
8.1 制冷過程的基礎熱力學分析 203
8.1.1 制冷過程及其分析 203
8.1.2 制冷傳熱過程的不可逆損失分析 204
8.1.3 制冷產品及其理論*低燃料單耗 205
8.2 壓縮式制冷系統的單耗分析 208
8.2.1 實際壓縮式制冷循環的熵產分析 208
8.2.2 壓縮式制冷系統的平衡及效率 213
8.2.3 壓縮式制冷系統耗電量所攜帶的不可逆損失及熵產 214
8.2.4 壓縮式制冷系統的燃料單耗構成分析 215
8.2.5 案例分析 216
8.3 直燃型吸收式制冷系統的單耗分析 224
8.3.1 吸收式制冷循環 224
8.3.2 吸收式制冷循環的熵產分析 226
8.3.3 吸收式制冷系統的平衡分析 229
8.3.4 直燃型吸收式制冷系統的燃料單耗構成分析 230
8.3.5 直燃型吸收式制冷
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現代節能原理 節選
第1章 緒論 1.1 能源簡況 1.1.1 世界化石能源探明儲量 根據2021年《BP世界能源統計年鑒》，截止到2020年底，全球石油剩余探明儲量2444×108t，儲產比(儲量與年開采量的比值)53.5年；天然氣剩余探明儲量188.1×1012m3，儲產比48.8年；煤炭剩余探明儲量10741.08×108t，儲產比139年；化石能源的總體儲產比達百余年。根據目前的能源供需情況，今后很長一個時期不大可能出現能源短缺的危機。但是，地球上化石能源的儲量總體來講是十分有限的，人類進行如此巨大的消費，可能會在今后某個時期遭遇能源危機。在找到安全可靠、經濟可行的替代能源之前，節能的重要性是不言而喻的。 化石能源剩余探明儲量居世界前五位的國家及其儲量見表1.1。 表1.1 化石能源剩余探明儲量居世界前五位的國家及其儲量 1.1.2 中國能源簡況 根據《中國統計年鑒2021》，截至2020年底，我國石油剩余探明技術可采儲量36.19×108t，天然氣剩余探明技術可采儲量62665.78×108m3，煤炭證實儲量與可信儲量之和1622.88×108t。 2020年我國一次能源生產總量40.8×108t標準煤，其中原煤產量占67.6%，原油產量占6.8%，天然氣產量占6.0%，一次電力及其他能源占19.6%。其中，電力折算標準煤的系數根據當年平均發電煤耗計算。 另據中華人民共和國自然資源部編寫的《中國礦產資源報告2022》，截至2021年底，我國石油剩余探明技術可采儲量36.89×108t，天然氣剩余探明技術可采儲量63392.67×108m3，煤炭證實儲量與可信儲量之和2078.85×108t，煤層氣剩余探明技術可采儲量5440.62×108m3，頁巖氣剩余探明技術可采儲量3659.68×108m3。 2021年一次能源生產總量43.3×108t標準煤，較上年增長6.2%；消費總量52.4×108t標準煤，增長5.2%，能源自給率82.6%。2021年能源消費結構中煤炭占56%，石油占18.5%，天然氣等能源占8.9%，水電、核電、風電等非化石能源占16.6%。 根據國家能源局《水電發展“十三五”規劃(2016-2020年)》，我國水能資源可開發裝機容量約6.6×108kW，年發電量約3×1012kW h，按利用100年計算，相當于1000×108t標準煤，在常規能源資源剩余可開采總量中僅次于煤炭。根據國家能源局《2020年全國水利發展統計公報》、國家能源局2020年全國電力工業統計數據及國家統計局網站，截止到2020年底，我國常規水電裝機容量3.6972×108kW，占全國全口徑發電設備容量的16.8%；2020年全國水電生產電力量13552.1×108kW h，占全國電力生產量的17.42%。我國水能資源總量、投產裝機容量和年發電量均居世界首位。 1.2 能量與能源 1.2.1 能量 20世紀90年代末，筆者所在學校的一位老先生給了筆者一份題為“技術能量系統——基本概念”的國際標準(ISO13600—1997)的復印件，說：“太讓人震驚了，國際專家竟然定義‘能量是遵守熱力學定律的物理量’。”筆者也很吃驚，不能理解為什么會這樣定義能量。另外，該標準還給了一個注釋：與所有其他物理量一樣，能量是一個抽象概念。事實上，在人類從事的各種社會生活及生產實踐中，能量被賦予了太多的意義及使命。對于能量的認識，可謂仁者見仁，智者見智。也許正是因為概念定義上的問題，這份標準后來被廢止。 關于能量這一概念，更多的是將其定義為系統做功的能力，如國際標準(ISO 17741—2016)的定義：能量是系統產生外部影響或做功的能力。但這樣的定義其實也不夠嚴謹，因為根據熱力學第二定律，熱能只有一部分有做功能力，取決于其載體與環境的溫度差，這部分的做功能力稱為(exergy)。剩余的那一部分則稱為(anergy) (宋之平和王加璇，1985)，表示這一部分能量沒有做功能力。二者之和為能量。熱能的做功能力(E)也稱為熱量，用公式表示為 (1.1) 式中，Q為熱量；和T分別為環境和承載熱量Q的物質所處的熱力學溫度。 (A)為 (1.2) 能量(熱量)等于熱量+，即 (1.3) 這里的環境是指地球環境。環境溫度隨地理位置和時間變化，因此熱量的大小隨之變化。所謂的，也只是相對于地球環境的。能源利用系統排入地球環境的熱量，以及地氣系統接受的太陽能及地熱能等，在地球上都可稱為。但相對于宇宙2.7K的背景環境，它們不再是，而有巨大的做功能力，只是人們無法構建“太空型”熱機利用這一巨大的溫差進行熱功轉化而已。這里值得一提的是，地氣系統中水的蒸發、升遷、凝結及降水，會形成巨大的風能資源和水能資源，其本質就是地氣系統的環境熱量()相對于宇宙環境之做功能力的一種釋放，即地氣系統可以視為一個熱機，以水及蒸汽為媒介，以地表為高溫熱源、天空為低溫熱源，不斷地蒸發(膨脹)、升遷、凝結(收縮)和降水，完成“熱能動力循環”，不斷提供風能資源。降水落到地表，從高原向海洋進發，輸出水能資源。與此同時，海水蒸發而形成的降水，是太陽能作用下的海水淡化過程。 歸結起來，能量有動能、勢能、電能、熱能及輻射能和物質的化學能等幾種形式。一切自然的過程及人類所做的一切事情都不可避免地與一種或多種形式的能量有關。能源動力設備(如燃煤火電機組)的一個重要功能就是把燃料的化學能轉化為流體的熱能，繼而轉化為流體動能和機械動能，*后轉化為電能，以方便人們使用。能量不僅存在形式的不同，還存在品質上的差異，因此，能量是極為復雜的物理量。 能量可以在形式上相互轉化，但不能創造或毀滅，這一性質稱為能量守恒，為無數實踐所證實，任何違反能量守恒定律的嘗試都以失敗而告終。能量守恒定律無法通過理論推導證明，屬于公理性定律。它表明除非有能量進入或排出系統，否則該系統的總能量保持不變。 1.2.2 能源 能源不僅是一種自然資源，它還是現代社會有序運轉的重要支撐。能源問題是涉及民眾生活品質、社會穩定、經濟增長和國家安全的重大問題。 能源及技術具有顯著的時代特征。火的使用是人類從茹毛飲血的原始狀態走向文明的一個標志。工業化是煤炭作為能源的大規模使用所帶來的一場技術革命，創造了建立現代社會制度的物質基礎。而電氣化和智能化時代的到來，更與能源技術的進步息息相關。 為便于管理，《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2020)對能源進行了分類。一般說來，一次能源主要包括煤炭、石油、天然氣、水能、風能、太陽能、生物質能等；二次能源主要包括熱力、電力及由一次能源轉化生產而來的其他種類的能源，如煤氣、焦炭、汽油、柴油、液化石油氣和氫能等。 一次能源中的煤炭、石油和天然氣等也稱化石能源，化石能源是一經燃燒就不可能再生的能源。當然，核能也是一種不可再生能源。與此對應的是可再生能源，包括水能、風能、太陽能、生物質能、潮汐能和波浪能等。 能源與能量有十分緊密的關系。但是，能量的內涵比能源的內涵要大很多。作為能量形式之一的化學能比作為能源的煤炭、石油及天然氣等的意義廣泛很多，比如，能夠燃燒的物質都具有化學能，但并不都適合作為能源。因此，比較而言，能量具有更為一般的意義，能源則在一定程度上反映著科學技術的現狀及局限性，因為所有的物質都具有能量，但并不一定能夠成為合適的能源。因此，現代科學技術的一個重要使命就是開發和利用新能源。 1.3 節能工作要點 1.3.1 管理節能 生活工作在現代電氣化時代，人們幾乎所有行為或多或少涉及能源問題。小到居家生活、手機通信、購物休閑、駕車旅行、乘坐飛機等，大到電廠發電、鋼廠煉鋼、石油化工、燃氣輸運等，無不與能源相關。 而關于如何實現節能，人們往往首先想到的是能源高效利用。其實，正確的節能理念及節能要點是：能不用的不用、能少用的少用以及在此基礎上的能源高效利用。事實上，在能源利用環節，*重要的節能就是不讓能源在不經意之間浪費了，無論所使用的能源屬于誰，每一個人都應該成為這一科學節能理念的自覺踐行者。管理節能是**位的，能源高效利用的理論與技術則是實施管理節能的一種技術支撐。 一般來講，管理節能的關鍵是盡可能縮短能源浪費的時間，實現“能不用的不用，能少用的少用”的節能理念，不讓能源在不經意之間被白白地浪費掉是管理節能的根本。相比高效節能技術，管理節能是簡單實用的節能方式，在節能工作中占有舉足輕重的地位，甚至比節能技術本身更重要。事實上，無論采用了多么高效的節能技術，當沒有必要開啟時，都要讓設備處于停機狀態；或者當實際負荷需求減小時，一定要讓設備減負荷，盡管低負荷時設備的效率往往低于額定負荷下的效率。當然，實施管理節能有時是舉手之勞，非常簡單，只需扳動開關即可，有時則需要一定的技術手段作為保障。比如，針對各種照明燈設施、計算機等的長時間待機，需要的只是節能意識和責任心；而對于火電機組的調峰以及泵與風機的調速等，則需要根據實際運行特性選擇合適的技術手段。以泵與風機變負荷調速為例，如果負荷變化不大且相對穩定，宜選擇經濟實用的雙速電機，若負荷變化相對頻繁，則可選擇變頻技術或永磁渦流傳動技術等。當然，采用何種調速技術，還應該考慮設備的運行安全，避免出現急速猛烈調整對設備的損害。火電機組調峰，則是眾多的泵與風機、磨煤機、調節閥等熱工設備的協調聯動，技術要求之高不言而喻。 當然，管理節能并不限于上述這些內容，科學的調度和決策也是管理節能的一部分。比如，交通運輸是國民經濟的重點耗能行業，科學合理地組織運力、運量及路徑等對于降低運輸能耗至關重要。城鎮交通網絡建設以及交通管理等對于交通運輸節能也非常重要。 管理節能工作的重點在于加強能源管理系統建設和維護管理人員的責任意識，杜絕一切“跑、冒、滴、漏”現象，把設備和管道的泄漏率降到*低限度。加強能源管理系統設備建設，促進管理節能的信息化、自動化和智能化，對保障管理節能取得實效具有舉足輕重的作用。當然，即便系統設備再先進、再智能，管理節能也離不開有責任感的維護管理人員，這是其得以執行的根本保障。 實施管理節能的首要任務是對管理職責范圍內的用能情況做準確的計量和分析，在此基礎上，才能搭建管理節能的框架和智能化能源管理系統。對一般企事業單位來說，應對各個用能設備及各種能源消耗做深入細致的審計計量，掌握它們的負荷特性。具體來講，就是要針對水、電、煤、油、氣、冷、熱等各種能源消耗，掌握它們的總消耗量及負荷變化特性，并針對各工藝設備或功能等做必要的分解，然后開展綜合分析，并制定切實可行的能源管理方案和實施細則，有條件的要建設智能化的能源管理系統。 但是，由于能源系統的多樣性和復雜性、企事業單位的規模和效益情況不同，以及管理人員素質參差不齊和能源管理標準的不完善等，管理節能還存在諸多的問題。其中**位的就是能源管理的標準體系還不夠健全和合理。事實上，從國家和地區以及國民經濟各個行業的角度看，管理節能需要有科學的技術指標來制定相應的標準，以此來指導和規范企事業單位的管理節能，這需要建立科學的統一化能源利用評價體系。而要使節能管理行之有效，必須有制度保障。 需要特別指出的是，一臺能源利用設備，一旦建好投產，如果沒有設計和制造上的缺陷，原則上在新的一段時期，其性能是*好的。而隨著使用，設備會發生磨損及老化，它的性能只會越來越差，不可能越來越好，這應該是一項基本規律，不可抗拒。管理節能必須尊重這一規律。 1.3.2 規劃與設計節能 從能源高效利用的節能角度看，規劃與設計節能的目標就是建設一個在其服役的全壽期內能高效、可靠、安全運行的系統設備。要滿足這樣的要求，就必須對擬投資建設的設備及系統所應用的領域有充分的了
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