节能技改项目特殊情况下节能量计算方法分析

当前，国家和地方政府对实施节能技改项目是依据项目实施后可产生的节能量为基础进行资金补助的。这种补贴原则，以有限的资金为杠杆，有力促进节能技改工作的开展，准确的节能量计算成为实施补贴的核心，是判断节能技改项目节能效果的重要参考值。而中国的节能量计算标准《企业节能量计算方法》 GBT 13234—2009 给出的计算公式[1]无法完全适应千变万化的节能技改项目[2-4]。本文提出，应根据节能量定义和计算原则，并采用《国际节能效果测量与验证规程》(IPMVP) 给出的4种方法来计算节能量。希望能够对节能量的计算方法选用提供参考。

1 节能量计算方法

1.1 中国节能量计算的一般依据

中国在进行节能量计算时，是依据 GBT 13234—2009 《企业节能量计算方法》进行计算的。给出的计算基准是报告周期内和统计周期内单位产量产品能耗和产品产量[1]。其计算方法为：

△Eu=(eth-etq)Pth ， (1)

式(1)中，△Eu为技术改造项目节能量，tce;eth为项目实施后其产品的单位产品能源消耗量，tce;etq为项目实施前其产品的单位产品能源消耗量，tce;Pth为项目实施后产品产量，t。

1.2 国际节能量计算方法介绍

《国际节能效果测量与验证规程》(IPMVP) 给出了4种通用节能量验证计算方法[5]：

方法A：即隔离改造部分。通过现场测量关键参数来确定节能量。其计算方法见式(2)：

节能量=改造前能耗量-改造后能耗量±调整量 ; (2)

方法B：即隔离改造部分。通过现场测量所有影响耗能量的参数以确定节能量;

方法C：通过测量耗能设施整体或子耗能设施来确定节能量。测量时间需要在改造后对设施整体的能耗量进行长期测量。其计算方法见式(3)：

节能量=改造前能耗量-改造后能耗量±常规调整量±非常规调整量 ; (3)

方法D：通过计算机软件模拟耗能设施整体或子耗能设施来确定耗能量。其计算方法见式(4)：

节能量=改造前经校准后模拟出的能耗量-改造后经校正模拟出的能耗量。 (4)

1.3 两种节能量计算方法的对比

对比1.1节与1.2节的节能量计算方法可知，式(1)具有很大的局限性，仅仅适用于改造前后产品定位清晰、外界影响因素较小和产品产量未发生巨大变化(技术改造本身会产生生产效率提高的除外)的情况下节能技术改造项目节能量计算。在下列特殊情况下的节能量计算将存在问题：a) 产品产量在实际中无法测量和验证;b) 工艺目的并不是获得实际中的产品产量，而是某一个理想范围，确认过程复杂或无法确认;c) 无法对所有参数在长期或特定周期内进行确认;d) 确认产品模糊或确认的产品产量与进行了节能技术改造的工艺过程没有可以确认的关联数据公式;e) 报告期和统计期产品产量变化对能耗产生了巨大影响。IPMVP所给出的方法更加灵活，需要根据具体项目的情况对节能量进行调整。因此，应根据《企业节能量计算方法》中规定的节能量计算四条基本原则和节能量的定义选择比较基准的计算方法，或参考IPMVP给出的四类通用方法计算。

2 节能量计算案例

2.1 案例1

西安轧钢分厂轧钢炉冷却系统安装冷却循环泵两台，工艺要求冷却循环水进出口温度不高于45 ℃和35 ℃，采用一用一备运行方式，经诊断发现在实际运行中，冷却循环水进出口温度远低于工艺要求，富余量过大。该公司聘请有测试资格的第三方单位测得改造前水泵实际输入功率385 kWh，改造后输入功率192 kWh。

节能量审核单位秋季在现场收集数据得到，轧钢炉冷却水进口温度41 ℃，出水温度32 ℃，符合工艺要求，夏季也未出现冷却不足问题。水泵改造前一年总耗电2 556 995 kWh，改造后通过安装的时间计数器得出，改造后一年运行共计6 500 h，耗电1 250 997 kWh，由于改造前未安装计数器，审核组查阅轧钢炉在水泵改造前一年运行时间为6 640 h。

2.1.1 方法一

采用《企业节能量计算方法》计算节能量。

a) 划分边界：由于在达到工艺要求的范围内，均能满足冷却要求，此时冷却水量和温度与轧钢产量、轧钢工序能耗基本没有关联，因此，计算该项目节能量边界划分为：循环水泵、配套电器、冷却塔;

b) 用能和产品的确定：该项目用能为循环水泵和配套电器消耗的电力。产品为冷却塔散热即从轧钢炉带出的热量;

c) 测量参数的确定：统计期和报告期消耗的电能，进入轧钢炉冷却系统的水量和进出口平均水温(即冷却塔出口水温和水泵进口水温);

d) 确定测量设备：耗电量采用电度表计量，循环水量采用水表计量，水温采用热电阻测量。

若根据式(1)，则无法计算节能量，原因如下：a) 该项目在改造前后均未安装水表，无法得到完全基于统计上的循环水量也即冷却热量;b) 即便是有报告期和统计期的循环水量和水温，可以计算冷却热量，但将实际冷却的热量作为该产品产量是不准确的，排出轧钢工序需要冷却的最小热量(即理论上达到进出轧钢炉冷却系统要求水温的情况下带出的热量)才是产品产量，此时循环水量达到最低要求;c) 按照该方法计算，由于将所有排除热量作为有效热量计算，会出现改造前由于循环水量大于改造后循环水量，理论上改造前系统带出热量大于改造后带出热量，etq偏小，加之改造前水泵效率有可能高于改造后，在某种特定条件下甚至会产生etq小于eth，计算结果不符合要求。

实际上，对节能量的定义是满足同等需要或达到同等目的的条件下，能源消费减少的数量，同时在节能量计算的基本原则中，规定应根据不同目的和要求，采用相应的比较基准[1]。由上可知，式(1)在本案例中与节能量的定义有相矛盾的地方，需要依据节能量计算的基本原则重新确定合适的比较基准。在本案例中可以考虑的基准有：

a) 将理论最小排热量作为产品产量。即将能够保证达到工艺限定的保持循环冷却水进出口温度分别为45 ℃和35 ℃的情况下需要排出的热量，此时循环水量是工艺限定的最小水量;

b) 由于在该项目中，水泵常年处于稳定运行状态，因此可以认为改造前后各自全年水泵运行的扬程和流量基本不变，均能够满足工艺的冷却要求，可以将时间作为计算基准。即改造前后每单位时间耗电量的差值与改造后年运行时间的乘积作为节能量。

鉴于第1种方法往往无法溯源，环境温度和轧钢炉运行状态对其均有较大影响，计算较为复杂。在本案例中由于设备运行工况处于稳定状态，采用第2种计算方法简单合理。

计算结果如下：

△Eu=(1 250 997/6 500-2 556 995/6 640)×6 500=-1 252 085 kWh 。

2.1.2 方法二

采用IPMVP给出的参考公式进行计算。

采用方法A进行计算。水泵始终处于稳定运行状态，可将水泵改造前后单位时间体系内耗电量作为关键参数进行现场测量来确定节能量，计算过程和结果如下：

△Eu=(385-192)×6 500±0=1 254 500 kWh ;

采用方法C进行计算。在本案例中，可以通过统计数据计算节能量：

△Eu=2 556 995-1 250 997-(6 640-6 500)×2 556 995÷6 640±0=1 252 085 kWh。

采用方法C与采用方法A误差0.2%。主要是因为改造前统计时间有一定误差和全年运行与测试状态下水泵运行功率有一定的误差，但是可以看出误差很小。

由上可知，利用IPMVP给出的4种通用节能量验证计算方法相对《企业节能量计算方法》中给出的公式更易理解、适用性更好、更符合节能量的定义。

2.2 案例2

西安科技大学对采暖系统进行自动控制改造，每栋建筑物增设了电动控制阀门、室内温度传感器和计算机控制系统。改造后的系统能够由计算机自动将室内温度控制在合理范围，并能够根据不同建筑物的性质进行分时供暖，分时控温，减少了无效供暖损失并解决了部分建筑物供暖不足。

该项目改造前后运行统计数据为：改造前采暖面积10.25×104 m2，一个采暖季共消耗热量61 467×103 GJ，锅炉房耗标煤3 000 t;改造后采暖面积9.35×104 m2，一个采暖季共消耗热量45 105×103 GJ，锅炉房耗标煤2 300 t。改造后各建筑物温度均能够达到国家标准要求，改造前后运行时间均为120 d，外界环境平均温度分别为0 ℃、0.5 ℃。改造后3号楼拆除无采暖，其改造前采暖消耗热量6 533×103 GJ。同时发现改造前2号楼采暖平均室温仅为14 ℃达不到规定的平均18 ℃室温，消耗热量为18 560×103 GJ，改造后该楼消耗热量为23 200×103 GJ(消耗热量均为建筑物入口计量值)。

不考虑电耗变化、建筑物单位面积能耗不同的情况下，计算该项目节能量。

按照式(1)计算，产品定义十分困惑，应该是全部采暖面积下的热耗量，单位产品能耗是单位面积单位时间热耗量。实际上，由于技术改造热耗的变化也影响了锅炉负荷的改变，整个系统最终能耗的变化还应考虑锅炉效率的变化。所以在此种情况下，由于计算公式未考虑能耗调整，所以完全按照公式计算显然不合适。如果考虑锅炉房效率的变化，将锅炉房纳入边界体系，按照式(1)，计算过程和结果如下：

△Eu=(2 300÷9.35-3 000÷10.25)×9.35=-46 tce。

而如果利用IPMVP采用方法C进行计算：按照该计算要求，边界划分是：锅炉房、管网、终端采暖(包括改造前后所有的采暖建筑物)。

所谓调整量就是将改造前后除已改造的内容外其余项目运行状态调整到理论上完全一样的情况。根据情况的不同，可以调整到改造前也可以调整到改造后，主要看调整的可行性和哪种状态为常态。在本案例中，将改造前的状态调整为改造后。

常规调整量包括环境温度造成的能耗变化，包括由于采暖建筑物面积降低、环境温度变化造成锅炉和输送管网负荷降低引起效率降低增加能耗的调整。非常规调整包括2号楼由于改造前后采暖温度不同引起的能耗改变和建筑面积改变引起的能耗变化。常规调整量可用下式修正：

a) 常规调整量1=改造前能耗×(采暖室内温度-改造前环境温度)÷(室内温度-改造后还进温度)-改造前能耗=3 000×(18-0.5)÷(18-0)-3 000=-83 tce。

负荷造成的能耗变化可用改造后锅炉及管网输送效率来修正，实际上即以改造后的单位热量耗标煤来修正;

b) 常规调整量2=改造前耗热量×(改造后煤耗÷改造后建筑物热耗)-改造前能耗=61 467×2 300÷45 105-3 000=134 tce;

c) 非常规调整量1=改造前2号楼理论上应消耗的量=改造后2号楼能耗-改造前能耗量×环境温度修正=

23 200×2 300÷45 105-18 560×3 000÷61 476×(18-0.5)÷(18-0)=881 tce;

d) 非常规调整量2=改造前经上述调整后单位面积能耗×(改造后采暖面积-

改造前采暖面积)=(3 000-83+134+881)÷10.25×(9.35-10.25)=-345 tce。

通过以上调整可以得到该项目节能量为：

△Eu=(3 000-2 00)+(-83+134)+(881-345)=1 287 tce。

与公式(1)进行计算产生的误差为1 241 tce，显然，误差巨大。

3 结语

实际上，在政府实施的对节能技改项目节能量奖励政策执行中，对节能量的计算方法已进行了部分修正，提出了以产品或工序能耗为基准，并要求进行能量泄露修正及调整，使得计算适应的范围加大，计算的准确度和合理性提高。在进行技术改造节能量计算过程中，对于一些特例，应以节能量的定义和计算原则，并可以参考IPMVP给出四类通用方法，切不可照本宣科，完全按照《企业节能量计算方法》给出的公式计算。