世界能源遠景——能源效率技術報告概述

對于生產和消費而言，持續(xù)發(fā)展的技術是任何商業(yè)模式不可分割的一部分。技術是影響全球市場最終產品競爭力的主要因素之一，每一個新一代的產品在默認情況下比上一代更節(jié)能，因為在產品的整個生命周期里，能源效率是一個重要的成本因素。

在能量轉換鏈的各個部分，都可以找到節(jié)能技術：從一次能源資源的開發(fā)和生產，到發(fā)電廠和煉油廠，再到電網，工業(yè)終端用戶，建筑和交通。雖然技術潛力對于成功引進能源效率技術至關重要，但并不是唯一因素。為了評估此項技術的全部潛力并識別成功通往市場導入的路徑，有必要考慮其經濟性、可靠性以及現(xiàn)實性。

這份報告總結了世界能源理事會2011年能源效率技術知識網絡發(fā)起的試點項目的結果。該項工作重點關注技術，更好地補充完善了世界能源理事會在能源效率政策方面的工作，最近的研究項目強調能源三角和未來圖景。

下面的關鍵信息來自試點項目的第一方面，描述了目前最佳可用技術（BAT）的技術潛力：

·油氣開發(fā)：上游電力系統(tǒng)的能源效率大約為20%，是整個能源價值鏈中最低的。通過應用一個全電動系統(tǒng)方法，能源效率將會提高50%。

·發(fā)電廠：世界平均發(fā)電廠能源效率（LHV）是34%，與之相比較，燃煤發(fā)電廠的最佳可用技術為46%，天然氣發(fā)電廠為61%。

·輸配電網：全球平均電力傳輸損失率達到12%；高壓傳輸?shù)淖罴芽捎眉夹g每1000公里低于4%。

·不考慮大小、技術或工藝流程，能源效率管理系統(tǒng)至少增加5%的能耗。

·建筑能耗占全球能源消費總量的40%。建筑節(jié)能的潛力大約在20-40%之間，或者在每年100-200萬噸油當量，這相當于有些國家一年的能源需求量。

下面的關鍵信息描述了當前最佳可用技術（BAT）的經濟性和可實現(xiàn)性：

·許多案例需要一個完善的系統(tǒng)分析，以利用全部的節(jié)能潛力。比如，檢測如何使用絕緣、自動化、加熱和制冷控制或者是幾項技術的組合，提高建筑能源效率。

·對于實現(xiàn)全部節(jié)能潛力而言，對用戶進行培訓和提供信息是必要的。

·考慮到能源投資長期性的本質，金融機構的態(tài)度應該轉變。當前，投資者在尋找短期收益，但能源項目需要很長時間（能源項目是3年的回報，而不是10年）。

·由資本性支出驅動角度轉向全生命周期驅動角度對于獲得一個美國和加拿大項目成本收益的完整和真實的圖景是必要的。

1.全球趨勢

21世紀，特別是與發(fā)端于目前發(fā)達國家的工業(yè)化起始時相比較，我們對能源使用的理解方式發(fā)生了巨大變化。

目前，這些發(fā)達國家的人口占全球人口總量的20%，并且很難再繼續(xù)增長，而發(fā)展中國家人口增長率卻很高。人口遷移至大型中心城市導致巨型城市的出現(xiàn)。建設基礎設施以滿足全球能源、交通、住房的需求，食物供應也面臨巨大挑戰(zhàn)，沒有一項需求能離開能源。

雖然全球能源資源是充裕的，并且可以滿足未來幾十年增長對能源的需求，但其在全世界的分布及對于能源市場的意義，要求一個更加有效地使用資源和能源的體系。當前的不平衡性被大量其他相關問題放大了，包括像北美頁巖氣增長開發(fā)的例子。氣候變化是最嚴重的問題，并驅動向更清潔電力和更高能源效率的方向發(fā)展。

可持續(xù)能源系統(tǒng)有三個主要的驅動力：供應安全、經濟性和環(huán)境保護三者相互平衡的系統(tǒng)，即所謂的能源三角，在世界能源理事會報告《世界能源三角2011——未來的政策：評估國家的能源和氣候政策》中已全面覆蓋。

依據(jù)國際能源署（IEA）的統(tǒng)計，全球電力需求的實際增長已經遠遠高于一次能源消費的預測（圖2）。這表明了能源供應和終端使用中不斷增長的電力的重要性。比如，在國際能源署的報告《新政策圖景》中預計，在2035年前，每年能源需求增長1.3%，低于電力需求每年2.3%的增長。低CO2排放的電力數(shù)量將大幅增長。

在能源部門，應對氣候變化的措施包括三個戰(zhàn)略重點：

·電力供應脫碳；

·增加整個能源價值鏈的節(jié)能；

·使用化石能源的終端的電氣化，如熱泵、電動汽車，這里有巨大的凈節(jié)能和減排潛力。

能源效率是該戰(zhàn)略所有三個方面的關鍵。

依據(jù)國際能源署（IEA）《能源技術展望（ETP）2010藍圖》和《世界能源展望2011》，2050年，相對正常情況，只電力一個部門節(jié)能就將減少CO2排放7.3吉噸（Gt），是人為減排總量的17%。

當談到人類活動各部門的排放，能源相關的CO2排放構成主要部分，占總量的62%，在其中，發(fā)電廠一個部門的排放量就達到13吉噸（Gt）CO2當量。剩下的18吉噸（Gt）與能源相關的人為CO2排放主要集中在幾個工業(yè)部門。

圖4顯示了根據(jù)熱輸入，油氣的上中下游業(yè)務是能源消費最密集的工業(yè)部門。

國際能源署在其450圖景中指出，提升能源效率是成本最低的減緩氣候變化的措施。在2011-2035年間，相當于《新政策圖景》的情況，能源效率占累積全球減排份額的一半，或73吉噸（Gt）（圖5）。

在剩余潛力，能源價格和其他指標方面，每個國家能源效率的作用都不同。在OECD國家，盡管已有顯著的能源效率提升，依據(jù)《新政策圖景》，在450圖景中效率提升仍舊占據(jù)大約42%的減緩潛力。

該份額在非OECD國家為54%，在這些國家中，由于能源效率技術的高成本及能源補貼并未鼓勵提高能源效率，高效的能源生產和使用技術一般沒有被廣泛應用。

許多潛在的節(jié)能方法目前已經可以使用，相關技術也經過了驗證。在發(fā)電廠例子中，超超臨界燃煤技術（650℃，265個大氣壓）和聯(lián)合循環(huán)汽輪機發(fā)電廠是高效生產的典型例子，還有最新的特高壓交流和直流輸電技術。智能計量、高效建筑、熱泵、高效電機、LED燈和其他用能終端，也能夠導致更高的能源效率。

生命周期分析可以幫助定義每個技術的具體貢獻，并分析哪項技術是成本有效的，如減少總能源成本通常帶來正投資回報率提升。電動汽車可能是未來交通解決方案的例子。然而，當考慮到電池成本時，成本效率仍舊有相當大的經濟挑戰(zhàn)。

然而，未來潛在的成本節(jié)約本身往往不足以促進支持能源效率提高的想法，還存在一些障礙，如：

·缺乏辨識和獲得節(jié)能潛力的知識和技能；

·與其他成本比較，優(yōu)越性較低；

·較高的前期成本，較長的回報期，并有預期節(jié)能難以實現(xiàn)的風險；

·能源補貼和目前還沒有取得一致認可的外部性，如氣候變化。

依據(jù)世界能源理事會的研究，在世界范圍內，能源消費增長慢于經濟活動增長，中東地區(qū)除外。因為高油價、技術進步和能源效率技術在諸如燈泡、電機等終端的應用，2004年以來，能源強度減少的趨勢（單位GDP能源消費量）在加速。需要額外的能源政策和能效措施，實現(xiàn)尚未開發(fā)的節(jié)能潛力。由于決策方式的不同，它們的適用性有變化，如：

·潛在能源節(jié)約的性質和位置；

·與能源效率收益有關的觀念和文化；

·關鍵決策者的作用：所有者、租戶、運營商、監(jiān)管機構、用戶；

·電力市場和稅收結構，特別補貼和碳成本。

2.在整個能源價值鏈上整合能源效率

無論什么時候的能源或環(huán)保辯論，能源效率總能夠作為似乎能夠輕易實現(xiàn)的東西而被提及。對許多人來說，這就像“掛得很低的果實”，但時至今日，不論是在公共部門還是在私人部門，這個假設都不成立。

在整個能源價值鏈上，有大量的技術潛力用于能源效率的提升：從像石油、天然氣、煤炭、鈾礦和其他一次能源的開采到把這些能源轉化為熱力或電力，能源的運輸和分銷，設備端的終端使用等。幾乎沒有幾個研究項目或學術研究能夠根據(jù)所需的技術細節(jié)估計能效節(jié)約潛力的要求并生成可靠的估計結果，同時還能以容易理解的方式進行溝通。

權衡投入產出和成本能對整個過程的能效提升有很大好處。它有助于評估能源效率提高的影響和對能效提高背后驅動因素的通用理解；它還能有助于減少燃料的消耗，提高工業(yè)的適用性和盈利能力。

對能效影響的測度

能效技術的影響如何測度和記錄？一種節(jié)能技術的使用或多種設備的使用能夠實現(xiàn)什么樣的節(jié)能？為了能夠回答這些問題，在測度能源效率提高之前有必要定義參考點（基線）?；€的設計還應當考慮正常情況下的能效提高，如不采取任何能效措施下能源效率的自然提高。

從開采生產原材料（一次能源）開始，沿著后續(xù)的一系列工序，到運輸、分銷到使用，能源價值鏈是一個序列的連續(xù)性生產活動。價值鏈越發(fā)達，提高能效就越能夠獲取更多的利益。

工業(yè)部門已經開發(fā)出了大量的不同方法

在過去的幾十年里，對環(huán)境和社會經濟問題的認識已經得到了顯著提升，這不僅僅發(fā)生在相關行業(yè)從業(yè)者之間，同樣發(fā)生在所有利益相關者之間。

所有的評估方法都有其局限性。例如，選擇在本質上和過程開始時所做的假設可能是主觀的。只有在所有假設和上下文環(huán)境相同時，對不同分析（如研究或建模）的結果比較才是可行的。通常，在分析中所衍生的信息只應該用于更復雜決定過程時作為一部分使用，或者用于了解廣泛的或更一般的交易權衡。在這種情況下應該注意，行業(yè)為每個特定的設計開發(fā)能源效率的指導方針。

進行一個評估項目時，有必要做出相應假設，工程評估和決策都是基于涉及其中的利益相關者的價值。每個決策結果都必須包含在最終結果之中并與之溝通，以便全面清晰解釋源自數(shù)據(jù)的結論。這會使得每個替代方案的優(yōu)缺點更加易于理解。

哪些步驟是必需的？

基于能源效率方法的可持續(xù)能源系統(tǒng)，要求對構成能源系統(tǒng)的各個部分進行最優(yōu)的整合。為建立整合的能源系統(tǒng)，有三個任務必需完成：

1.識別和確定自己的能源方面的要求；

2.沿著整個能源轉換鏈評估可能的提高能效的選項，并選擇最合適的來匹配自己的要求；

3.跨部門和沿著能源價值鏈的基礎設施，跨地區(qū)使用信息和通信技術，如控制、實時優(yōu)化和智能電網技術等工具來優(yōu)化能源系統(tǒng)。

考慮到能效提高帶來的諸多好處，如從二氧化碳減排到數(shù)十億美元的潛在能源消費節(jié)省潛力，實施具體的項目評估已經是刻不容緩。為更快實現(xiàn)提高能效的進程，指導方針、信息和溝通應當放在第一位，這甚至比推動力本身更重要。這也是政府可以而且應該采取更主動的方法的地方。所有能源投資和能源效率措施應該基于包括環(huán)境成本的成本/效益分析之上。

3.油氣開采和生產過程的能效

由于油氣行業(yè)是能源最密集的行業(yè)，因此也就有最大的能效改進的潛能。在自身的生產過程中，油氣行業(yè)會消耗大約20%的產出量。此外，以任何標準來看，油氣勘探和開采的能源效率都是非常低的，幾乎為20%。相比發(fā)電效率達60%的最先進技術，很明顯勘探和開采必然有巨大的能耗下降空間。勘探開采的效率如此之低，其原因需要仔細分析。

石油和天然氣工業(yè)價值鏈上最重要的環(huán)節(jié)就是勘探和開采。勘探和開采業(yè)務也被認為是能源價值鏈上最具風險的部分，無論是在經濟領域還是在物理領域。同時，勘探和開采也帶來最高的回報。這有助于公司多元化其活動并帶來多種收入來源。很明顯，這些業(yè)務是由那些能夠承擔長期投資現(xiàn)金流的垂直一體化公司占優(yōu)勢的。

深水區(qū)以及遙遠地區(qū)和北極地區(qū)的設備是全自動的，不需要人員操作。例如，一個公司目前正在運用能效智能網系統(tǒng)技術為深水海底產品開發(fā)概念。這些所謂的海底系統(tǒng)將依賴水面或陸上能源的輸電系統(tǒng)，他們能夠通過電力在2000米深及以下的地方控制完全自動化的開采系統(tǒng)。

石油勘探和生產投資保證了這個估計每年達1600億美元的石油服務市場的流動性。這些服務包括地球物理活動，如鉆井及相關服務、工程、建筑、機械設備的供應和維護。系統(tǒng)性觀點推動了能源價值鏈組件進一步整合，同時考慮到能源對經濟而言不斷增長的重要性，能源也為大量相關業(yè)務活動直接或間接參與到行業(yè)中創(chuàng)造了大量的機會。

4.加工工業(yè)的能效

工業(yè)能源效率在過去十年得到了顯著提高。通過采取最佳技術仍可實現(xiàn)額外的改進。此外，節(jié)能措施提供了一些減少二氧化碳排放的低成本選項。然而，需要更廣泛地部署被熟知的成本有效的政策工具來實現(xiàn)這種潛力。碳捕獲和封存，熔態(tài)還原、分離膜和黑液氣化等技術，將有助于應對這些挑戰(zhàn)。

行業(yè)研究、開發(fā)、示范和部署廣泛的有前途的新技術，都需要更大的投資，識別和完成實現(xiàn)長期碳零排放生產的材料新工藝也需要大量投資，如感應（潛在的行業(yè)：冶金，食品行業(yè)）、工業(yè)熱泵（潛在的行業(yè)：食品、化學、紙漿和造紙、鋼鐵）。

在油氣工業(yè)，由于能源價格對國民經濟的巨大影響，特別是在發(fā)展中國家，下游業(yè)務受到以下因素的強烈限制：原油高成本，所需的投資，增長的業(yè)務流程的復雜性和對產品價格的嚴格管制。這可以歸因于煉油活動有著嚴謹?shù)墓芾磉\營成本。

為了評估煉油廠和石化廠的能源性能，需要分析其性能趨勢并與其他工廠相比，重要的是要考慮表征系統(tǒng)的復雜性及其操作的性能指標，并允許管理人員對結果的批判性分析，以便拉小實際結果和期望目標之間的差距。

一般來說，煉油廠能源管理是基于由Solomon Associates開發(fā)的能源強度指數(shù)(EII)，考慮其影響，復雜性，技術先進性和卓越運營的良好實踐，對于每個煉油工藝裝置設置了標準消費值。能源強度指數(shù)的計算是通過標準消費量除實際消費量，也是基于每個工序的單位供應和特定標準消費的標準消費值的加總。另一個計算方法是能源特定消費（ESC），用所有煉油廠考慮每個工序的復雜性因素后的總和除實際消費量。

為了對相應報告和驗證的結果進行批判性分析，能源強度指數(shù)和能源特定消費必須完成以下三個步驟：a)測量b)分層c)熱平衡優(yōu)化。

測量和分層的重要性在于他們能夠過濾出有用的信息和溝通通向高層管理人員的渠道，也向操作員顯示主要變量影響的結果。熱功率平衡的優(yōu)化也扮演一個非常重要的角色。因為它是調整能源生產和需求考慮經濟、進料流率和維護時不可或缺的。

作為商業(yè)指數(shù)，EII也影響燃料質量、流通率和系統(tǒng)可靠性,因為它考慮了作為標準消費單位的操作能力。能源經理不僅要有廣闊的商業(yè)視野，也應該關心維護的質量和重點，以及工廠的最大利用率。指數(shù)的分析及結果，糾正行為的影響，應該成為能源經理的日常工作。設計指南也必須作為一個煉油廠和石化企業(yè)能源管理的首要任務,因為工廠在進入運轉之后就很難實現(xiàn)較大的改變。

基于以上的幾個主題的說明，下面的設計和操作行為通常被認為是工廠的工序過程中良好的能源管理工程實踐：

·優(yōu)化熱交換網絡，主要是在蒸餾單元部分，使用諸如夾點技術等；

·應用整體站點分析，尋找工廠整合的機會以及蒸汽水平的優(yōu)化；

·優(yōu)化氫氣產量、尋找新的催化劑，研究可再生原料，壓力分析，過程控制以減少氫氣損失等；

·采用低壓下降分析氣缸內部，采用熱交換網絡分析整合；

·在加熱器和蒸汽發(fā)生器方面，評估燃燒空氣預熱、煙氣廢熱回收和煤灰清潔器分布，并考慮氮氧化物的排放；

·考慮廢熱回收及聯(lián)合生產；

·評估變速驅動泵和空氣冷卻器；

·實現(xiàn)高級控制和實時優(yōu)化；

·設計混合動力和Hijet真空系統(tǒng)；

·評估制冷劑液體和冷凝器等冷卻裝置，以減少燃燒消耗；

·用電機替代大冷凝器式汽輪機；

·安裝流體透平膨脹機的和加氫催化裂化、加氫處理；

·以精心的行動計劃防止蒸汽泄漏和實現(xiàn)冷凝回收；

·提高保溫效力，減少電力損失；

·優(yōu)化服務并優(yōu)化儀表的空氣系統(tǒng)。

5.熱力發(fā)電的效率

載能資源像硬煤、褐煤、石油和天然氣等的熱能轉換有著悠久的歷史。這一切都起源于木材的燃燒。由于高熱量和機械功率的需求，在19世紀末和20世紀，電力、煤炭成為主要的燃料選擇。此外，水能和20世紀下半葉的核能也用于發(fā)電。隨著聯(lián)合循環(huán)模式中天然氣的使用增加，從1980年開始發(fā)電效率明顯地得到提高。

高操作效率以及更高效的二氧化碳捕獲和存儲(CCS)技術是中期內技術發(fā)展的主要方向，并最終向化石燃料發(fā)電中二氧化碳零排放發(fā)展。例如，西門子已經在德國Irsching為E.ONAG建立了一個聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，功率達到570兆瓦，發(fā)電效率為60.75%。這是世界上第一個超過60%大關的發(fā)電站，而與目前現(xiàn)存的設計效率為58%的最好的發(fā)電站相比，每年將減排超過40000噸的二氧化碳。

在燃煤發(fā)電領域，當前效率已經達到46%以上，在未來幾年正朝50%的水平接近。雖然先進的技術已經處在如此高的水平了，但天然氣和燃煤工廠的平均效率在世界各地大約是41%和34%。燃煤電廠行業(yè)明顯有一個巨大的效率改進潛能。歐洲蒸汽發(fā)電廠總裝機容量約2300吉瓦(2011)，其中的40%將在未來20年內淘汰。這意味著大約1000吉瓦的產能需要更換。在美國，由于頁巖氣的可用性和低成本，高效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電可以代替舊燃煤發(fā)電。

碳捕獲和封存(CCS)是大規(guī)模緩解化石燃料發(fā)電廠產生的溫室氣體的排放的唯一技術。在化石燃料發(fā)電廠整合碳捕獲和儲存將導致目前水平上6%至10%的效率損失。

由于源自風能和光伏等可再生能源的波動性發(fā)電份額的增加，考慮到電網負載的控制能力，需要給電網留下一定的靈活性。在未來，傳統(tǒng)的發(fā)電廠必須有足夠容量能夠通過迅速改變發(fā)電廠輸出的上升或下調以應對負載的變化。

同時，在負荷側需要更大的靈活性以更具彈性的方式做出反應，即“負荷跟隨發(fā)電”。這需要終端到終端的詳細的數(shù)據(jù)，并通過網絡從發(fā)電端傳遞到負載。這些要求如何以高效率同時滿足可以通過西門子的FACY（快速循環(huán)）技術進行演示。與熱啟動相比，該技術提高了燃氣聯(lián)合循環(huán)電廠約14%的啟動效率。

此外，還有進一步降低化石燃料的用量和增加整體電力生產效率的可能性，如聯(lián)合熱電工廠（CHP），通過煤炭發(fā)電廠共燃生物質或使用甘蔗渣和乙醇加工工業(yè)的殘渣。

提高電廠的可靠性是實現(xiàn)更高的整體發(fā)電效率的另一個可能的途徑。據(jù)計算，如果世界上所有的發(fā)電廠可以操作的可靠性達到今天的世界前25%發(fā)電廠的相同程度，全世界至少可以節(jié)約800億美元，每年可以避免10億噸二氧化碳和相應數(shù)量的其他污染物的排放。

6.能效和電網

電網在向消費者輸送電力方面扮演著重要角色。電網在輸電系統(tǒng)（直流或者交流電）中使用最高電壓輸送大量電力，在分配系統(tǒng)中以中低電壓輸送，在此輸送過程中，會有電力損失，目前，全球電力損失平均值是12%。所以，應用最新技術建立一套優(yōu)化的電網結構以降低損耗尤為關鍵。

風力和太陽能發(fā)電能力大幅提升，但產能不穩(wěn)定，促使現(xiàn)有電網已趨于最大負荷，例如在德國和美國，因為不穩(wěn)定的可再生能源占比較高，導致的電網容量不足造成了越來越難在發(fā)電和負載間取得平衡。為保持電網的穩(wěn)定性，只能斷開新能源發(fā)電機。因此，新的挑戰(zhàn)是在電力儲存、高壓輸送線、更大范圍內優(yōu)化等眾多選項中確定和實施一個最好的選擇。

另一個結果是電力現(xiàn)貨市場的價格不穩(wěn)定，在強風和低負荷需求條件下越來越頻繁出現(xiàn)極低甚至負利潤。目前一些地方的電網已負擔不起任何投入。國際原子能機構預測，到2030年電網投資需求將高達6.5萬億美元。

歐洲風能協(xié)會預計，到2030年歐盟27國總發(fā)電量將達到3000-5000億瓦。風力發(fā)電機一般建在陸地上，但有越來越多建在公海。這意味著，有必要用最少的損耗完成長距離大量電力輸送，所以高壓直流輸電技術將成為重要的備選方案。

全球最高載荷的電力高速通道在中國已建成，其他國家也在積極規(guī)劃：電力從國內的水電站輸出，經過成千上萬公里路程到達沿海城市，損耗非常小。使用+/-800千伏輸電電壓是可行的——這是世界范圍內首次使用這個級別的輸電電壓。采用高壓直流電技術進行遠距離電力輸送，更高的電壓水平如1000千伏同樣可行，傳輸損耗每千公里僅有3-4%。

高壓直流電技術可以成為整體解決方案的一部分：與高壓交流電技術相比，高效直流電技術在超過100公里輸電方面更為經濟。但是這項技術也有缺點，比如需要建立一個網絡，現(xiàn)在高壓直流電技術主要用于解決點對點傳輸。

除了輸電網的升級和擴展，使分配網絡結構適應新的挑戰(zhàn)也很有必要。過去的單向網絡需要配置為雙向電流。這需要增加電力網絡尤其是分配網絡信息的使用。換言之，就是智能電網。在未來，能源系統(tǒng)中發(fā)電/載荷依賴將被改變。以前“發(fā)電看載荷”的法則將不再適用，新的原則變?yōu)椤拜d荷看發(fā)電”。

智能電網是發(fā)電、傳輸、分配發(fā)展的下一階段。在老的電網中，電力從發(fā)電到最后的傳輸是單向流動的。智能電網允許信息在電力供應商和消費者之間雙向交互流動，甚至可以實現(xiàn)電力從可以提供發(fā)電的用戶向電網的輸送。

運用先進的計算設備，賬單的準確性和效率大大提高，同時消除了錯誤和人工讀測產生的大量勞動力成本。通信設施也能實現(xiàn)新的先進功能，如智慧家庭設施，電動汽車充電，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等等。建設智慧電網使電網可以節(jié)能運行，分散的能源以最佳方式整合，這將直接減少溫室氣體排放。

同時，建設智慧電網將為消費者提供準確的價格信號并引入激勵機制，此次促進消耗的全面降低：消費者成為力求節(jié)能和消耗降低的主力。

智慧電網日益復雜的運行機制對能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展至關重要。對現(xiàn)有流量的監(jiān)測和控制，是智慧電網的核心功能。沒有這些數(shù)據(jù)，未來的供電系統(tǒng)就不能獲取大量的可再生能源，同時在發(fā)電量波動和載荷之間保持最佳平衡。

除此之外，智慧電網在運行中斷后能夠更快復位，減少非技術損失。隨著信息技術在電網監(jiān)測、控制方面的應用，智慧電網成為現(xiàn)實。智慧電網的要素包括：

·智慧儀表，用于小型能源生產商、消費者及電動車基礎設施；

·覆蓋全能源產業(yè)鏈的有效信息、通信技術和傳感器。

這將使電力消費更加透明和易于控制，最終有助于節(jié)能。引進智能控制系統(tǒng)將各種發(fā)電機設備互聯(lián)，或者將單個供電區(qū)域從整個網絡中獨立出來，就是所謂微電網。這些采用分散發(fā)電機的微電網像PV,風電，生物發(fā)電或者微熱電聯(lián)合可以在獨立的系統(tǒng)中運行，與電網的連接僅用于后臺支持。

7.工業(yè)節(jié)能

工業(yè)使用大量能源支持各種生產和資源開采。很多工業(yè)生產需要大量熱能和機械能量，其中大部分源自天然氣、石油和電。一些工業(yè)生產產生的廢氣可以被再次利用，提供額外能量。

由于工業(yè)生產中的低溫生產和高溫生產過程迥異，工業(yè)節(jié)能空間不能一概而論。一些生產程序和能源服務廣泛應用于很多行業(yè)，其中很多依賴特有技術和工藝。然而，不論生產規(guī)模、技術或者生產程序如何，工業(yè)節(jié)能管理可以將能源消耗降低至少5%。

在很多國家，實施熱電聯(lián)產、減少生產熱能或者利用生產中的廢熱為節(jié)能提供了很大空間。

熱電聯(lián)產產生的蒸汽和電在工廠內部得到利用。發(fā)電時，作為副產品生成的熱能可以收集起來，為生產提供蒸汽、熱等。熱電聯(lián)產將90%的燃料轉化為可用能量。

先進的鍋爐和熔爐高溫運行能減少燃料使用。這些技術既節(jié)能，產生的污染物也少。美國生產廠中超過45%的燃料用于生成蒸汽，典型的工業(yè)生產廠通過收集蒸汽、減少泄露、建設冷凝回路充分利用蒸汽，將能源消耗降低20%（根據(jù)美國能源局）。

目前，電動機是最主要的耗電設備，約占耗電總量的70%。在第三產業(yè)，電動機耗電量約占耗電總量的三分之一。

電動機通常勻速運轉，但變速驅動可以所需載荷控制電動機能量輸出，這樣可以節(jié)能3-60%，具體取決于電動機如何使用。由超導材料制成的發(fā)動機線圈也可以降低能量損耗。電壓優(yōu)化配置也有利于節(jié)能。

工業(yè)中會大量使用各種型號的泵和壓縮機。泵和壓縮機的效率取決于許多因素，一般實施更好的過程控制和維護措施可以提高節(jié)能效果。壓縮機一般用于為噴砂、噴漆等提供壓縮空氣。據(jù)美國能源部稱，通過采用變速驅動和防止空氣泄露的措施優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)，可以將節(jié)能效率提高20-50%。

8.交通部門的節(jié)能

一輛機動車的節(jié)能效率約為280兆Btu/乘客英里。提高機動車節(jié)能效率的方法有：改用流線型車身減少阻力，降低車身重量（這也是合成材料廣泛用于車身的原因）。

先進的輪胎通過減少路面摩擦力和滾動阻力省油。保持合理的輪胎壓力可以將燃料效率提高3.3%，替換阻塞的空氣過濾器可以將舊車燃油效率提高10%。在配有燃料噴射器和電腦控制發(fā)動機的新車（1980年及以后生產）上，阻塞的空氣過濾器對百公里耗油沒有影響，但是替換它可以提速6-10%。

節(jié)能汽車的燃油效率是普通汽車的兩倍，最先進的車如奔馳仿生學概念車的燃油效率高達百公里2.8L，是現(xiàn)有常規(guī)車輛平均的4倍。

機動車節(jié)能的主流趨勢是增加電動車（全電動或者混合動力）。混合動力如Toyota Prius使用再生制動可以重新收集普通車輛中浪費的能量，城市間駕駛效果更為明顯。插電式混合動力車能提高電池效率，在不用汽油的情況下也可行駛一段距離。

這樣看來，任何產能方式（如燒煤、混合動力、可再生能源）都可以節(jié)能。插電式混合動力僅依靠電力可以行駛約40英里（64公里），如果電池電量低，汽車發(fā)動機可以繼續(xù)使用。當然，純電動車也很受歡迎。

9.商業(yè)和民用建筑節(jié)能

一座建筑的位置和周邊環(huán)境對調節(jié)其溫度和照明起著重要作用。例如，樹、綠色景觀和山能提供陰涼，也能擋風。在較冷的環(huán)境中，設計窗戶朝南的建筑增加了進光量（最終轉化為熱能），減少了能源使用，最大限度利用了太陽能。緊湊的建筑設計包括節(jié)能窗戶、密封很好的門、墻體額外的保溫層、地下室底板和地基可以減少25-50%熱能損失。

黑色房頂比反射效果最好的白色房頂溫度高，這部分多余的熱能可以轉化用于建筑內部。美國研究表明，房間降溫時，顏色淺的房頂比顏色深的房頂用能少40%。白色房頂在陽光充足的環(huán)境中節(jié)能更多。先進的電力加熱和冷卻系統(tǒng)減少了能源消耗，改善了建筑內人群的舒適感。

利用窗戶和天窗合理的位置以及建筑的特點，將光反射進建筑物可以減少人造光的需求。一項研究表明，自然光和工作照明使用增加，將提高學校和辦公室的生產率。節(jié)能燈可以節(jié)省2/3能源，壽命比普通白熾燈泡長6-8倍。新型熒光燈可以發(fā)出自然光，在大多數(shù)情況下，它們更節(jié)約成本，雖然初始購置配用較高，但是成本回收期僅有數(shù)月。

節(jié)能建筑一般會利用低成本的紅外傳感器，在衛(wèi)生間、走廊以及非工作時間的辦公區(qū)域等無人使用時關掉照明。利用與建筑照明系統(tǒng)相連的日光傳感器可以監(jiān)測照明的照度（照明單位），根據(jù)自然光的多少關閉或減弱照明亮度，以此減少能源消耗。建筑管理系統(tǒng)通過中央計算機將所有這些連接起來，控制整棟建筑的照明和能源需求。

建筑內取暖和制冷技術的選擇對能源利用和節(jié)約有重要影響，有的區(qū)域取暖和制冷系統(tǒng)會利用城市垃圾。例如，用一個新的燃燒效率為95%的天然氣爐替換一個舊的燃燒效率50%的將大大節(jié)約能源使用、二氧化碳排放和冬天取暖費賬單。地熱泵可以更節(jié)能更節(jié)省成本。該系統(tǒng)使用泵和壓縮機推動冷凍液沿著熱動力循環(huán)系統(tǒng)，改變熱能從熱向冷的自然流向，將熱能從儲備在附近地下的大型熱能庫輸送到建筑中。

事實證明，通過熱泵輸送等量熱能比使用電加熱器節(jié)約4倍電能。地熱泵的另一個優(yōu)勢是它在夏季可以轉換功能，通過把熱量從建筑傳送到地下達到制冷效果。地熱泵的缺點是初始購置費用較高，但是由于低能耗5-10年就能收回成本。

商業(yè)部門通過引入智能儀表希望引起員工對能源問題的重視，并用這種生動活潑的方式達到監(jiān)測建筑內能源使用的目的，但進度緩慢。現(xiàn)在的建筑利用能源質量分析師評估使用、諧波失真、峰值和干擾因素以最終實現(xiàn)建筑節(jié)能。通常這些儀表通過無線傳感網絡互通。

結論

有時節(jié)能被認為是能夠迅速實現(xiàn)能源節(jié)約的比較簡單的方法，很多有效的技術解決方案已在應用。技術進步在現(xiàn)今和未來都將為節(jié)能提供很多技術解決方案，但是也有一些組織、經濟、實施方面的障礙，需要統(tǒng)籌考慮：

·技術解決方案的成本節(jié)約。投資節(jié)能技術的收益通常不為人知或被質疑。政府部門應該推進對收益進行公正的綜合研究，包括成本/收益評估。

·融資。節(jié)能是一項長期使命，融資問題需要考慮進去。貸款時限應該覆蓋整個解決方案的持續(xù)期。

·接受現(xiàn)實。能源節(jié)約不一定總能達到預期（反彈效應）。接受現(xiàn)實并愿意適應新的能源消耗類型對政策和措施成功實施非常必要。

·創(chuàng)新。技術路線圖是做未來設計非常有用的工具，可以幫助決策者在短期方案達成共識。

·環(huán)境影響評估應該基于一個完整的生命周期分析，要現(xiàn)實可達成的。

注：

譯自：2014年3月【英國】www.worldenergy.org