SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 11 期

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

the main and auxiliary machines in the refrigeration room were discovered. At the same time, an energy saving potential analysis was conducted for the existing system operation problems, and corresponding energy saving optimization control strategies were proposed. By adding a set of Internet of

Things intelligent control energy saving optimization control system to the refrigeration room, the comprehensive energy saving rate of the renovated refrigeration room system was 19.1%, providing an efficient and feasible solution for energy saving and consumption reduction of the air conditioning system

in existing buildings.

Key words: Refrigeration Room; Energy Saving; Building; Internet of Things Intelligent Control

0 引言

清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心發(fā)布的《中國建筑

節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告（2021）》顯示，中國建筑運(yùn)

行能耗占全社會(huì)總能耗的23%［1］

。建筑能耗和碳排

放主要來源于用電最多的季節(jié)性空調(diào)，空調(diào)能耗是

建筑運(yùn)行能源消耗中最主要的組成部分，約占建筑

運(yùn)行能耗的50%左右，超過了照明、電梯、辦公設(shè)備

的總能耗［2-3］

。制冷機(jī)房作為空調(diào)系統(tǒng)的源頭，它的

節(jié)能與否是判斷建筑是否節(jié)能的關(guān)鍵。因此，制冷

機(jī)房節(jié)能的意義非常重大，診斷與分析制冷機(jī)房的

節(jié)能問題也顯得尤為重要與迫切。

1 工程概況

工程為上海某 5A 甲級(jí)辦公樓，總建筑面積

達(dá) 2.8萬m2

，地上18層，地下1層，標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積

1 639 m2

，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.3 m，物業(yè)管理方式為第三

方公司管理。辦公樓主要能源消耗類型為電力、天

然氣。

大廈中央空調(diào)制冷機(jī)房設(shè)置于 B1 層，空調(diào)冷

源為3臺(tái)螺桿式水冷機(jī)組，輔機(jī)包括4臺(tái)一次冷凍

泵、4臺(tái)二次冷凍泵、4臺(tái)冷卻泵、3臺(tái)冷卻塔。制冷

機(jī)房設(shè)備清單見表1所示。

2 制冷機(jī)房系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

針對(duì)項(xiàng)目制冷機(jī)房部分安裝物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)，并于9月25日正式上線，現(xiàn)截取采集周期內(nèi)

數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

2.1 冷機(jī)運(yùn)行規(guī)律

冷機(jī)本地模式下開關(guān)記錄如表3。

可知：為迅速使大樓降溫，工作日早晨通常先

開啟兩臺(tái)冷機(jī)1~3 h，隨后切換為單機(jī)運(yùn)行；除加班

等特殊情況外，冷機(jī)每天6:30左右開啟，全天運(yùn)行

表1 制冷機(jī)房設(shè)備清單

設(shè)備類型

螺桿式冷機(jī)組

一次冷凍泵

二次冷凍泵

冷卻泵

冷卻塔

數(shù)量（臺(tái)）

3

4

4

4

3

功率（kW）

264.5

15

18.5

37

15

備注

已配置變頻器

雙速電機(jī)

表2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集情況表

采集周期

9月25日-10月11日

采集天數(shù)（天）

17

采集頻率（min/次）

3

采集點(diǎn)位數(shù)量

42

數(shù)據(jù)類型

末端溫濕度，水系統(tǒng)溫度、壓力，各用電

設(shè)備實(shí)時(shí)電流，功率等

采集數(shù)據(jù)量（萬）

34.3

上海某大廈制冷機(jī)房系統(tǒng)節(jié)能診斷分析

1669

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上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

時(shí)長為 11 至 12.5 h；節(jié)假日冷機(jī)開關(guān)時(shí)間較為靈

活，根據(jù)大樓辦公需求和工程部人員響應(yīng)情況而有

所不同。

根據(jù)平臺(tái)溫度數(shù)據(jù)可知（如圖 1 所示）：1 號(hào)冷

機(jī)冷凍出水溫度設(shè)定值為9 ℃，2號(hào)冷機(jī)冷凍出水

溫度設(shè)定值為7 ℃。

根據(jù)平臺(tái)功率數(shù)據(jù)可知（如圖 2 所示）：1 號(hào)冷

機(jī)及2號(hào)冷機(jī)9月28日當(dāng)天，在冷凍水出水溫度小

于設(shè)定值時(shí)仍保持全天未卸載，可知冷機(jī)加卸載受

回水溫度控制；采集階段的數(shù)據(jù)反映，大部分工作

日，冷機(jī)基本保持加載運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 輔機(jī)運(yùn)行規(guī)律

2.2.1 一次冷凍泵

根據(jù)一次冷凍泵本地模式開關(guān)記錄可知（如

表 4 所示）：一次冷凍泵運(yùn)行時(shí)段基本與冷機(jī)運(yùn)行

表3 螺桿式水冷機(jī)組本地模式開關(guān)記錄表

9月25日

9月26日

9月27日

9月28日

9月29日

9月30日

10月1日

10月2日

10月3日

10月4日

10月5日

10月6日

10月7日

10月8日

10月9日

10月10日

10月11日

1號(hào)冷機(jī)

開機(jī)時(shí)間

8:27

6:39

6:33

6:30

6:45

6:48

8:49;13:00;

15:24

9:18

11:39

7:00;9:39;

12:09;14:42

9:36

6:42

6:57

8:45;11:00;

14:36

7:36

1號(hào)冷機(jī)

關(guān)機(jī)時(shí)間

15:57

7:24

18:30

18:00

18:15

9:00

10:51;13:42

16:06

16:24

12:48

8:33;10:57;

13:42;15:39

16:51

8:00

8:00

9:30;11:39;

15:18

17:45

2號(hào)冷機(jī)

開機(jī)時(shí)間

6:39

6:33

5:45

6:45

6:48

6:54

6:42

6:54

2號(hào)冷機(jī)

關(guān)機(jī)時(shí)間

22:18

9:33

18:00

9:15

17:30

19:24

17:39

18:42

冷機(jī)運(yùn)行

最長時(shí)長（h）

7:30

15:39

11:57

12:15

11:30

10:42

3:26

12:30

7:06

0:00

1:09

5:21

7:15

10:57

11:48

2:06

10:09

最高溫

（℃）

29

30

33

32

34

29

30

31

30

31

31

30

27

30

30

30

最低溫

（℃）

20

23

22

23

22

19

20

22

23

23

23

24

23

24

24

23

注：有底色填充部分為節(jié)假日數(shù)據(jù)，無底色填充部分為工作日數(shù)據(jù)（下同）；在數(shù)據(jù)采集階段僅啟用過1號(hào)冷機(jī)及2號(hào)冷機(jī)。

圖1 9月28日冷機(jī)冷凍水出水溫度

1670

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節(jié)

能

技

術(shù)

時(shí)段相吻合，略長于冷機(jī)運(yùn)行時(shí)段。單臺(tái)冷機(jī)運(yùn)

行時(shí)，開啟兩臺(tái)一次冷凍水泵；雙臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，

開啟三臺(tái)一次冷凍水泵。一次冷凍水泵無變頻器，

運(yùn)行頻率為50 Hz，額定功率為15 kW。

2.2.2 二次冷凍泵

根據(jù)二次冷凍泵開關(guān)記錄可知（如表5所示）：

二次冷凍水泵運(yùn)行時(shí)間基本與冷機(jī)運(yùn)行時(shí)段相吻

合，工作日常開三臺(tái)二次冷凍水泵；所有二次冷凍

水泵均配置有變頻器，運(yùn)行頻率設(shè)置為48.9 Hz，額

定功率均為18.5 kW。

2.2.3 冷卻泵

根據(jù)冷卻泵本地模式開關(guān)記錄可知（如表6所

示）：冷卻泵運(yùn)行時(shí)段與冷機(jī)運(yùn)行時(shí)段基本吻合，單

臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，開啟兩臺(tái)冷卻泵；雙臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，

開啟三臺(tái)冷卻泵。冷卻泵無變頻器，運(yùn)行頻率為

50 Hz，額定功率為37 kW。

圖2 9月28日冷機(jī)功率

表4 一次冷凍泵本地模式開關(guān)記錄

9月25日

9月26日

9月27日

9月28日

9月29日

9月30日

10月1日

10月2日

10月3日

10月4日

10月5日

10月6日

10月7日

10月8日

10月9日

10月10日

10月11日

1號(hào)一次冷凍泵

開啟時(shí)段

8:24-16:12

6:48-10:12

6:36-18:51

6:45-18:33

6:45-17:42

9:18-16:42

11:36-13:06

7:03-8:51;

9:42-11:15;

14:45-15:57

6:42-17:54

8:48-9:48;

11:03-11:57;

14:39-15:33

7:42-18:03

2號(hào)一次冷凍泵

開啟時(shí)段

6:42-22:36

5:48-18:18

6:45-18:33

8:33-11:09

6:57-19:42

14:45-15:57

6:42-17:54

6:57-8:15

3號(hào)一次冷凍泵

開啟時(shí)段

8:24-16:12

6:36-18:51

5:48-18:18

6:45-17:42

13:00-13:57;

15:27-16:24

9:18-16:42

11:36-13:06

7:03-8:51;

12:09-14:00

9:36-17:06

6:45-8:18

6:57-19:03

4號(hào)一次冷凍泵

開啟時(shí)段

6:39-22:36

6:36-9:45

5:48-18:18

6:48-9:33

6:51-9:21

8:33-11:09;

13:00-13:57;

15:27-16:24

6:57-19:42

9:42-11:15;

12:09-14:00

9:36-17:06

6:57-19:03

上海某大廈制冷機(jī)房系統(tǒng)節(jié)能診斷分析

1671

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節(jié)能技術(shù)

表5 二次冷凍泵本地模式開關(guān)記錄

9月25日

9月26日

9月27日

9月28日

9月29日

9月30日

10月1日

10月2日

10月3日

10月4日

10月5日

10月6日

10月7日

10月8日

10月9日

10月10日

10月11日

2號(hào)二次冷凍泵

開啟時(shí)段

0:00-8:21

6:39-18:15

5:45-19:03

6:42-18:36

6:42-17:30

6:03-20:21

6:45-18:09

7:39-18:42

3號(hào)二次冷凍泵

開啟時(shí)段

0:00-17:21

6:39-22:57

6:30-18:51

5:45-19:03

6:42-17:30

8:30-18:00

6:03-21:57

8:30-17:18

11:36-16:51

6:42-17:00

9:36-17:39

6:42-18:09

6:51-18:57

8:45-17:00

4號(hào)二次冷凍泵

開啟時(shí)段

0:00-17:21

6:39-22:57

6:30-18:51

5:45-19:03

6:42-18:36

6:42-17:30

8:30-18:00

6:03-21:57

8:30-17:18

11:36-16:51

6:42-17:00

9:36-17:39

8:30-18:09

6:51-18:57

8:45-17:00

注：在數(shù)據(jù)采集階段僅啟用過2號(hào)二次冷凍泵、3號(hào)二次冷凍泵及4號(hào)二次冷凍泵。

表6 冷卻泵本地模式開關(guān)記錄

9月25日

9月26日

9月27日

9月28日

9月29日

9月30日

10月1日

10月2日

10月3日

10月4日

10月5日

10月6日

10月7日

10月8日

10月9日

10月10日

10月11日

1號(hào)冷卻泵

開啟時(shí)段

8:24-16:12

6:48-10:12

6:36-9:57

5:48-18:18

6:48-9:33

6:45-17:42

11:36-13:06

7:03-8:51;

9:42-11:05;

14:45-15:57

6:42-17:54

7:42-18:03

2號(hào)冷卻泵

開啟時(shí)段

6:36-18:51

5:48-18:18

6:51-9:21

13:00-13:57;

15:27-16:24

9:18-16:42

12:09-14:00

9:36-17:06

6:57-8:15;

10:18-10:57

8:48-9:48;

11:03-11:57;

14:39-15:33

3號(hào)冷卻泵

開啟時(shí)段

9:36-18:51

5:48-18:18

6:45-18:33

6:45-17:42

8:33-11:09;

13:00-13:57;

15:27-16:24

6:57-19:42

9:18-16:42

11:36-13:06

7:03-8:51;

9:42-11:05;

12:09-14:00;

14:45-15:57

9:36-17:06

6:42-17:54

6:57-19:03

8:48-9:48;

11:03-11:57;

14:39-15:33

7:42-18:03

4號(hào)冷卻泵

開啟時(shí)段

6:42-22:36

6:45-18:33

8:33-11:09

6:57-19:42

6:45-8:18

6:57-19:03

1672

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節(jié)

能

技

術(shù)

2.2.4 冷卻塔

冷卻塔風(fēng)機(jī)根據(jù)冷卻水供回水溫度進(jìn)行啟停

控制，同時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)配置的雙速電機(jī)會(huì)根據(jù)相

應(yīng)條件進(jìn)行高低速切換。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，冷卻塔高

低速運(yùn)行功率如下所述：1號(hào)冷卻塔風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行

時(shí)段平均功率為14.41 kW，低速運(yùn)行時(shí)段平均功率

為4.64 kW；2號(hào)冷卻塔風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)段平均功率

為 13.95 kW，低速運(yùn)行時(shí)段平均功率為 4.18 kW；

3 號(hào) 冷 卻 塔 風(fēng) 機(jī) 高 速 運(yùn) 行 時(shí) 段 平 均 功 率 為

13.06 kW，低速運(yùn)行時(shí)段平均功率為4.30 kW。

2.3 管路特性

根據(jù)采集階段的平臺(tái)溫度數(shù)據(jù)可知（如圖 3

所示）：冷機(jī)出水溫度與二次側(cè)供水溫度存在較

大溫差。以 9 月 26 日和 9 月 27 日為例，系統(tǒng)平

穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，冷機(jī)出水溫度與二次側(cè)供水溫度溫差

在4 ℃以上。

根據(jù)采集階段的平臺(tái)溫度數(shù)據(jù)可知（如圖4所

示）：二次側(cè)供回水溫差較小。以 9 月 26 日和 9 月

27日為例，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)供回水溫差在

0.8 ℃ 以下。

根據(jù)采集階段的平臺(tái)溫度數(shù)據(jù)可知（如圖5所

示）：冷卻水供回水溫差較小。以9月27日為例，系

統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，冷卻水供回水溫差在3 ℃以下。

2.4 系統(tǒng)能耗情況

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)各用電設(shè)備進(jìn)行了用

電量計(jì)量，現(xiàn)將9月25日-10月11日采集數(shù)據(jù)匯總

如表7所示。

圖3 冷機(jī)出水溫度與二次側(cè)供水溫度

圖4 二次側(cè)供水溫與二次側(cè)回水溫

圖5 9月27日冷卻水出水溫與冷卻水回水溫

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1673

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節(jié)能技術(shù)

根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)可知（如表7、圖6所示）：各設(shè)備

用能結(jié)構(gòu)相對(duì)合理。

圖6 制冷機(jī)房系統(tǒng)設(shè)備用能占比

3 系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

3.1 冷凍水側(cè)

現(xiàn)象一：冷機(jī)出水溫度與二次側(cè)供水溫度溫差

較大，二次冷凍泵設(shè)定頻率較高，二次側(cè)供回水溫

差較小。

節(jié)能潛力分析：二次側(cè)流量過大，導(dǎo)致一次側(cè)、二

次側(cè)流量配比不平衡，冷機(jī)制冷量無法完全釋放［4］

。

通過優(yōu)化一次冷凍泵及二次冷凍泵開啟數(shù)量、調(diào)整

二次冷凍泵運(yùn)行頻率，從而使一次冷凍泵、二次冷

凍泵流量達(dá)到相對(duì)平衡，冷機(jī)產(chǎn)生的高品質(zhì)冷量得

以輸配至二次側(cè)。

現(xiàn)象二：冷機(jī)出水溫度設(shè)定值較低，長時(shí)間處

于加載狀態(tài)。

節(jié)能潛力分析：由于回水溫度高，供回水溫差

大，冷機(jī)長時(shí)間保持加載狀態(tài)，在系統(tǒng)管路輸配問

題得到解決后，在保證二次側(cè)供水溫度的前提下，

可以動(dòng)態(tài)優(yōu)化出水溫度設(shè)定值［5］

，從而提升冷機(jī)效

率并且減小冷機(jī)供回水溫差，使冷機(jī)可進(jìn)入待機(jī)狀

態(tài)，達(dá)到節(jié)能效果。

現(xiàn)象三：冷機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，相同參數(shù)冷機(jī)耗電

量不一致。

節(jié)能潛力分析：冷機(jī)內(nèi)部運(yùn)行邏輯設(shè)定及效率

存在差異，同時(shí)冷機(jī)之間的管路連接特性存在一定

差異，對(duì)冷機(jī)進(jìn)行設(shè)備尋優(yōu)，盡量多開啟效率較高

的主機(jī)，可減少冷機(jī)能耗。

3.2 冷卻水側(cè)

現(xiàn)象一：冷卻水供回水溫差較小，冷卻泵運(yùn)行

功率大。

節(jié)能潛力分析：冷卻水供回水溫差較小，是

表7 制冷機(jī)房設(shè)備用電量計(jì)量表(單位：kWh)

9月25日

9月26日

9月27日

9月28日

9月29日

9月30日

10月1日

10月2日

10月3日

10月4日

10月5日

10月6日

10月7日

10月8日

10月9日

10月10日

10月11日

合計(jì)

總能耗

1 344.33

4 354.63

3 987.82

6 054.52

3 885.80

3 450.49

1 007.48

2 350.43

1 086.30

17.54

360.79

1 249.35

1 269.35

4 377.61

4 606.32

529.46

2 960.05

42 982.36

冷機(jī)

349.38

2 436.05

2 222.97

3 581.29

2 065.10

1 875.31

330.36

694.58

211.71

0.00

76.85

380.81

382.92

2 598.70

2 780.84

42.73

1 773.23

21 802.83

一次冷凍泵

189.44

421.81

333.60

442.87

308.18

294.93

113.14

308.28

179.28

0.16

37.30

158.74

181.16

287.40

316.51

71.90

249.23

3 893.93

二次冷凍泵

500.35

591.14

335.00

510.75

324.76

428.08

233.62

500.15

202.38

0.00

131.57

254.66

196.72

427.60

340.61

188.74

184.00

5 350.13

冷卻泵

271.47

689.12

805.38

1 191.06

814.45

753.65

289.73

791.08

453.77

0.00

92.20

399.08

461.34

732.11

828.39

183.21

629.20

9 385.24

冷卻塔

33.69

216.51

290.87

328.55

373.31

188.52

40.63

56.34

39.16

17.38

22.87

56.06

47.30

331.80

339.97

42.88

124.39

2 550.23

1674

SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 11 期

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

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2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

由于冷卻水流量存在過供應(yīng)問題，調(diào)整冷卻水流

量［6-7］

，加裝冷卻泵變頻器，降低冷卻泵運(yùn)行頻率，改

善冷卻水過供應(yīng)問題，減少冷卻泵能耗。

現(xiàn)象二：冷卻泵未及時(shí)關(guān)閉，啟停時(shí)間與冷機(jī)

不一致，導(dǎo)致浪費(fèi)。

節(jié)能潛力分析：由于人力管理的缺陷，導(dǎo)致了

冷卻泵未能及時(shí)停機(jī)，引入智能管控，與冷機(jī)關(guān)聯(lián)

啟動(dòng)，防止工作人員忘記或者未及時(shí)關(guān)泵等誤操

作，及時(shí)停止冷卻泵運(yùn)行，可減少冷卻泵能耗。

現(xiàn)象三：冷機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷波動(dòng)受冷卻塔

啟停及風(fēng)機(jī)電機(jī)高低速切換影響。

節(jié)能潛力分析：冷機(jī)能效受冷卻塔控制影響較

大，冷卻塔控制不合理，需根據(jù)冷機(jī)效率變化，重新

確定冷卻塔控制邏輯，使冷機(jī)效率始終維持在高效

區(qū)間，冷卻塔控制存在優(yōu)化空間。

4 節(jié)能優(yōu)化方案及節(jié)能分析

基于上述第3章的節(jié)能潛力分析，采取以下節(jié)

能控制策略。

4.1 冷機(jī)節(jié)能

優(yōu)化方案1：動(dòng)態(tài)調(diào)整冷機(jī)出水溫度設(shè)定值

鑒于目前二次側(cè)供水溫12 ℃仍能匹配末端需

求的現(xiàn)狀，冷量輸配問題解決后，冷機(jī)設(shè)定溫度可

由7~9 ℃調(diào)整至10 ℃及以上，減小供回水溫差，使

冷機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，增加待機(jī)時(shí)長，達(dá)到節(jié)能效果。

優(yōu)化方案2：冷機(jī)尋優(yōu)

根據(jù)目前采集階段數(shù)據(jù)可知冷機(jī)之間存在效

率差異，引入智控手段可調(diào)整冷機(jī)設(shè)定，根據(jù)數(shù)據(jù)

分析冷機(jī)性能，完成冷機(jī)尋優(yōu)。

預(yù)計(jì)實(shí)施以上措施，冷機(jī)節(jié)能率可達(dá)15%。根

據(jù)分項(xiàng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)，冷機(jī)年用電量34.8萬kWh，節(jié)電

量約5.2萬kWh。

4.2 冷凍泵節(jié)能

優(yōu)化方案1：一次冷凍泵與冷機(jī)關(guān)聯(lián)啟停

根據(jù)采集階段數(shù)據(jù)可知，在冷機(jī)由雙臺(tái)切換為

單臺(tái)時(shí)，一次冷凍泵會(huì)減少運(yùn)行臺(tái)數(shù)，本操作受工

作人員影響較大，往往停泵不及時(shí)（9月26日、9月

30日）。引入智能管控，使一次泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)與冷機(jī)

運(yùn)行臺(tái)數(shù)關(guān)聯(lián)，對(duì)冷機(jī)、冷凍泵進(jìn)行啟停跟蹤，做到

機(jī)組的智能啟停，防止工作人員忘記或者未及時(shí)關(guān)

泵等誤操作，可減少一次冷凍泵能耗。

優(yōu)化方案2：二次冷凍泵與冷機(jī)關(guān)聯(lián)啟停

根據(jù)采集階段數(shù)據(jù)可知，在冷機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，二次

冷凍泵曾出現(xiàn)忘記關(guān)泵的失誤（9 月 24 日-9 月 25

日），引入智能管控，對(duì)冷機(jī)、冷凍泵進(jìn)行啟停跟蹤，

做到機(jī)組的智能啟停，防止工作人員忘記或者未及

時(shí)關(guān)泵等誤操作，可減少二次冷凍泵能耗。

優(yōu)化方案3：二次冷凍泵降頻運(yùn)行

目前工作日常見的工況為兩臺(tái)一次冷凍泵對(duì)

應(yīng)三臺(tái)二次冷凍泵，通過對(duì)二次冷凍泵進(jìn)行頻率調(diào)

整，使一次冷凍泵、二次冷凍泵流量達(dá)到相對(duì)平衡，

減少二次冷凍泵能耗。

預(yù)計(jì)實(shí)施以上措施，冷凍泵節(jié)能率可達(dá) 20%。

根據(jù)分項(xiàng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)，冷凍泵年用電量12.2萬kWh，

節(jié)電量約2.4萬kWh。

4.3 冷卻泵節(jié)能

優(yōu)化方案：規(guī)范冷卻泵運(yùn)行和降頻運(yùn)行

根據(jù)采集階段數(shù)據(jù)可知，中央空調(diào)系統(tǒng)冷卻水

供回水溫差較小，在雙臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，開啟兩臺(tái)冷

卻泵就能使冷卻水供回水溫差降低至 3 ℃以下

（9 月27日），在加裝變頻器后，物聯(lián)網(wǎng)智控系統(tǒng)可

以對(duì)濕球溫度、冷卻水供回水溫度進(jìn)行跟蹤，據(jù)此

智能調(diào)控冷卻泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)并降低冷卻泵運(yùn)行頻率，

減少冷卻泵能耗。

預(yù)計(jì)實(shí)施以上措施，冷卻泵節(jié)能率可達(dá) 30%，

根據(jù)分項(xiàng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)冷卻泵年用電量12.9萬kWh，節(jié)

電量約3.9萬kWh。

4.4 冷卻塔節(jié)能

優(yōu)化方案：冷卻塔智能啟停和風(fēng)機(jī)高低速切換

物聯(lián)網(wǎng)智控系統(tǒng)可以對(duì)冷機(jī)、冷卻塔進(jìn)行啟

停跟蹤，及時(shí)關(guān)塔，防止因關(guān)塔不及時(shí)造成浪費(fèi)，

并通過專家規(guī)則，結(jié)合冷機(jī)能耗進(jìn)行風(fēng)機(jī)高低速

上海某大廈制冷機(jī)房系統(tǒng)節(jié)能診斷分析

1675

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

切換。

預(yù)計(jì)實(shí)施以上措施，冷卻塔不產(chǎn)生節(jié)電量，節(jié)

電量在冷機(jī)側(cè)體現(xiàn)，冷機(jī)節(jié)能率提高 2%。根據(jù)分

項(xiàng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)冷機(jī)年用電量 34.8 萬 kWh，節(jié)電量約

0.7萬kWh。

根據(jù)項(xiàng)目系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀和節(jié)能潛力分析，項(xiàng)目

將采用新建物聯(lián)網(wǎng)智控節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)的方式，

利用硬件設(shè)備，搭建一套完整的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制

冷機(jī)房系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)字化、參數(shù)調(diào)整的智能化和管

理的便利化。通過對(duì)大廈制冷機(jī)房新增物聯(lián)網(wǎng)智

控節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，制冷機(jī)房預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)年節(jié)電

量 12.2 萬 kWh，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約 35.2 tce，改造后

制冷機(jī)房系統(tǒng)綜合節(jié)能率19.1%。

5 結(jié)論

通過對(duì)安裝在制冷機(jī)房的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄

的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)能診斷分析，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目制冷機(jī)房

內(nèi)的主機(jī)和輔機(jī)的運(yùn)行規(guī)律，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)

行存在的問題進(jìn)行了節(jié)能潛力分析，并提出相應(yīng)的

節(jié)能優(yōu)化控制策略，最后在制冷機(jī)房安裝一套物聯(lián)

網(wǎng)智控節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過對(duì)制冷機(jī)房系統(tǒng)實(shí)

施物聯(lián)網(wǎng)智控節(jié)能優(yōu)化，改造后制冷機(jī)房系統(tǒng)綜合

節(jié)能率19.1%，為既有建筑的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗提

供了一種高效可行的解決方案。

參考文獻(xiàn)

［1］清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2021

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市建筑,2016(18).

［3］毛華雄.高效制冷機(jī)房技術(shù)現(xiàn)狀與分析［J］.制冷與空調(diào),2022,22(11).

［4］劉春蕾,孫勇,王利民,等.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行控制的優(yōu)化模型［J］.

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調(diào),2021(S1):296-301.

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［7］朱鍇鍇,任建興,張俊杰,等.制冷系統(tǒng)冷卻水側(cè)大溫差運(yùn)行能耗分析

［J］.制冷學(xué)報(bào),2018(5).

10月25日下午，上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委節(jié)能和綜合利用處處長黃捷帶隊(duì)赴嘉定走訪調(diào)研綠色低碳產(chǎn)

業(yè)發(fā)展，嘉定區(qū)經(jīng)委黨組成員、副主任葛嫣妍陪同調(diào)研。

黃捷處長一行參觀了小馬易行（上海）科技有限公司，了解企業(yè)關(guān)于布局自動(dòng)駕駛出行服務(wù)、自動(dòng)駕駛

卡車及乘用車智能駕駛領(lǐng)域的介紹。隨后來到福耀集團(tuán)（上海）汽車玻璃有限公司，就企業(yè)節(jié)能低碳推進(jìn)工

作進(jìn)行調(diào)研。

在座談會(huì)上，葛嫣妍匯報(bào)了嘉定區(qū)工業(yè)碳達(dá)峰工作落實(shí)情況、“百一行動(dòng)”計(jì)劃、綠色低碳產(chǎn)業(yè)等工作推

進(jìn)情況。黃捷充分肯定了嘉定區(qū)的節(jié)能低碳推進(jìn)工作，她指出要以綠色低碳產(chǎn)業(yè)“十大賽道”工作新機(jī)遇為

契機(jī)，重點(diǎn)關(guān)注儲(chǔ)能發(fā)展、零碳制造和產(chǎn)品碳足跡等方向，同時(shí)要引導(dǎo)企業(yè)加快綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，聚力推

動(dòng)上海綠色低碳產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

（來源：上海節(jié)能宣傳）

上海市經(jīng)信委節(jié)能處一行赴嘉定調(diào)研綠色低碳產(chǎn)業(yè)

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上海節(jié)能

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2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

垃圾發(fā)電企業(yè)提高運(yùn)營效益的

關(guān)鍵技術(shù)措施

喬志青 潘樹軍

廣西平南縣北控水務(wù)環(huán)保有限公司

摘要：通過對(duì)垃圾發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中五項(xiàng)對(duì)利潤影響最大的因素入爐垃圾含水率（焚化滲瀝液濃水）、

鍋爐排污率、鍋爐排煙溫度、凝汽器結(jié)垢和沼氣利用的節(jié)能價(jià)值或者損失價(jià)值的分析，可知每一項(xiàng)的節(jié)能

效益都達(dá)到幾十萬甚至上百萬元，對(duì)每一項(xiàng)影響因素提出了提高運(yùn)營效益的相關(guān)技術(shù)措施，對(duì)部分解決

的技術(shù)方法提供了詳細(xì)的計(jì)算公式，為垃圾發(fā)電企業(yè)從內(nèi)部生產(chǎn)運(yùn)行層面提高效率、降低消耗、提高效益

指明了方向。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營效益；含水率；排污率；排煙溫度；凝汽器結(jié)垢；利用沼氣

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.11.014

Key Technical Measures for Improving Operational Efficiency of Garbage Power Generation Enterprise

QIAO Zhiqing, PAN Shujun

Guangxi Pingnan County Beikong Water Environmental Protection Co., Ltd.

Abstract: Through the analysis of five factors that have the greatest impact on profits in the production

and operation of garbage power generation enterprises, including the moisture content of the incoming

garbage (Incineration of leachate concentrated water), the boiler blowdown rate, the boiler exhaust

temperature, the condenser scaling, and the energy saving value or loss value of biogas utilization, it

can be seen that the energy saving benefits of each item reach hundreds of thousands or even millions

收稿日期：2023-09-01

第一作者：喬志青（1967—），男，MBA碩士，高級(jí)工程師，主要從事垃圾發(fā)電運(yùn)營管理、節(jié)能節(jié)水技術(shù)工作

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SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

0 引言

垃圾發(fā)電企業(yè)投資大、規(guī)模小、投入高、負(fù)荷率

低、人員新、技術(shù)力量不足，在設(shè)備選型與熱力系統(tǒng)

參數(shù)已定的情況下，是否還有改善空間是垃圾發(fā)電

企業(yè)經(jīng)營管理者思考的重大問題。同樣參數(shù)的設(shè)

備企業(yè)，運(yùn)營管控好與差，年利潤相差幾百萬元至

上幾千萬元都是可能的。

提高運(yùn)營利潤的主要思路是從整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)

考慮每個(gè)環(huán)節(jié)中的影響因素，核算影響利潤數(shù)額大

的項(xiàng)目，管控好影響利潤最大的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)因素

是獲得最大利潤的來源。

目前垃圾發(fā)電企業(yè)對(duì)于內(nèi)部的節(jié)能挖潛工作，

僅見于零星論述，未見系統(tǒng)全面研究和探討，更沒

有量化的經(jīng)濟(jì)效益核算。本文系統(tǒng)闡述并具體計(jì)

算五項(xiàng)技術(shù)因素對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的突出影響。

1 降低入爐垃圾的含水率，提高入爐垃圾的

低位發(fā)熱量

提高入爐垃圾的低位發(fā)熱量，相當(dāng)于燒高熱值

的燃料，相應(yīng)地會(huì)大幅度提高噸入爐垃圾的發(fā)電

量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

降低入爐垃圾的含水率是提高入爐垃圾低位

發(fā)熱量的主要措施之一。

1.1 入爐垃圾含水率高對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

入爐垃圾中含有的水分，經(jīng)過焚燒后，吸收了

大量熱量由常溫變成排煙溫度的水蒸氣，排入大氣

中。中溫中壓機(jī)組入爐垃圾中每噸水可以造成至

少105元的經(jīng)濟(jì)損失［1］

。

按照常規(guī)設(shè)計(jì)，滲瀝液濃水進(jìn)爐焚化處理。按

照設(shè)計(jì)入爐600 t/h的焚燒量、入廠垃圾滲瀝液產(chǎn)率

年均 15%來計(jì)算，滲瀝液處理系統(tǒng)濃水的產(chǎn)率在

25%~50%之間，取低值35%來計(jì)算，那么按照滲瀝

液濃水入爐焚化來計(jì)算一年（運(yùn)行天數(shù)333天）的經(jīng)

濟(jì)損失為：

600/(1-15% ) × 15% × 35% × 333 × 105/

10 000=129.58（萬元/年） （1）

上述經(jīng)濟(jì)影響僅考慮了垃圾中水分帶走熱量

的影響。鍋爐焚化滲瀝液濃水，不僅影響經(jīng)濟(jì)效

益，還會(huì)造成局部爐膛溫度驟冷，從而形成嚴(yán)重的

結(jié)焦。

如果入爐垃圾中含有大量的水分時(shí)，需要更長

時(shí)間和更多的熱量在爐排上進(jìn)行烘干，因而需要根

據(jù)情況提高一次風(fēng)溫，消耗更多的飽和蒸汽和汽輪

機(jī)抽汽，從而降低系統(tǒng)熱效率。

1.2 控制入爐垃圾含水率的措施

對(duì)于將滲瀝液濃水進(jìn)焚燒爐內(nèi)焚化的設(shè)計(jì)方

案，應(yīng)將滲瀝液濃水移出爐膛。滲瀝液濃水的處

置，可用改進(jìn)工藝流程的方式解決：將濃水用于爐

渣冷卻，或者用于消石灰制漿；若總量在全年的部

分時(shí)間段內(nèi)還是比較多，特別是南方地區(qū)雨季期間

滲瀝液的產(chǎn)率最高可達(dá)40%左右，造成滲瀝液過多

of yuan. Relevant technical measures are proposed to improve operational efficiency for each factor,

and detailed calculation formulas are provided for some of the technical solutions.This provides a direction for garbage power generation enterprises to improve efficiency, reduce consumption, and increase

benefits from the internal production and operation level.

Key words: Operational Efficiency; Moisture Content; Sewage Discharge Rate; Exhaust Temperature;

Condenser Scaling; Utilization of Biogas

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上海節(jié)能

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ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

無處消化，可在滲瀝液處理站增加設(shè)計(jì)濃水反滲透

裝置，常用 DTRO 工藝實(shí)現(xiàn)滲瀝液濃水減量化，可

降低總量50%的滲瀝液濃水，使用中根據(jù)需要不定

時(shí)運(yùn)行。

要控制入爐垃圾的含水率，主要保證垃圾發(fā)酵

的時(shí)間、避免進(jìn)生料、垃圾倉料進(jìn)行翻料、做好分區(qū)

堆放和分區(qū)上料、保持垃圾倉排水通暢、降低垃圾

倉底水位、新上料區(qū)域上層新料要揭蓋移位、混合

好不同品質(zhì)的垃圾料，特別是不能將垃圾倉底含水

高的垃圾或者水位以下的垃圾料直接送入進(jìn)料口；

對(duì)排水不暢的垃圾倉排水櫥窗進(jìn)行定期清理和改

造等。

另外，尋找高發(fā)熱值沒有滲瀝液的一般工業(yè)固

廢，如紡織服裝廢料、塑料加工廢料、建筑絲網(wǎng)廢

料、保溫泡沫廢料等產(chǎn)生發(fā)熱值較高但不會(huì)產(chǎn)生危

險(xiǎn)廢物，這些一般工業(yè)固廢基本沒有滲瀝液產(chǎn)生。

但是需要注意做好焚燒的調(diào)控，防止偏燒、超溫、煙

氣排放超標(biāo)等問題出現(xiàn)。

2 降低鍋爐的排污率

2.1 鍋爐排污率高對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響

鍋爐排污率的大小，對(duì)鍋爐效率和企業(yè)效益有

較明顯的影響。以中溫中壓系統(tǒng)為例計(jì)算排污率

造成的實(shí)際經(jīng)濟(jì)損失：

中溫中壓鍋爐汽包壓力4.5 MPa，對(duì)應(yīng)的飽和

溫度為258.8 ℃，飽和水比焓為1 128.79 kJ/kg，當(dāng)

600 t/天的焚燒爐的余熱鍋爐額定蒸發(fā)量為58 t/h，

排污率增加量為 1%，每年運(yùn)行 8 000 h，造成的熱

量損失為：

58×1%×1 000×1 128.79×8 000=5.238×

10（9 kJ/年） （2）

按照汽輪機(jī)的汽耗率為4.7 kg/kWh、中溫中壓

蒸汽比焓 3 190.64 kJ/kg、電價(jià) 0.65 元/kWh 計(jì)算，

上述年度排污增量的熱量折合蒸汽量造成的電價(jià)

損失為：

5.238×109

/3190.64/4.7×0.65/10 000=22.70

（萬元/年） （3）

可見，在設(shè)定的鍋爐條件下，排污率增加 1%，

每年可以造成大約22.70萬元的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 控制鍋爐排污率的方法

控制排污率的關(guān)鍵是要統(tǒng)計(jì)鍋爐的排污率

大小。鍋爐排污率的統(tǒng)計(jì)方法較多采用化學(xué)鹽

平衡法，給水、排污水及飽和蒸汽中鹽分含量計(jì)

算排污率。

化學(xué)鹽平衡法鍋爐排污率計(jì)算有多種方式，各

有優(yōu)缺點(diǎn)。常用的有如下兩種［2］

：

1）傳統(tǒng)的硅酸鹽平衡計(jì)算法

計(jì)算公式為：P=(SGE-SB)/(SG-SGE)×100%

（4）

式中：P——鍋爐排污率；

SGE——給水中SiO2含量（mg/L）；

SB——飽和蒸汽中SiO2含量（mg/L）；

SG——爐水中SiO2含量（mg/L）。

2）改進(jìn)后的磷酸鹽平衡計(jì)算法

計(jì)算公式為：

P=(lnC1- lnC2)/［D×(t2-t1)］×W×100%

（5）

式中：P——鍋爐排污率；

C1——爐水中起始測(cè)量磷酸根濃度（mg/L）；

C2——爐水中終點(diǎn)測(cè)量磷酸根濃度（mg/L）；

t2——爐水終點(diǎn)取樣時(shí)間（h）；

t1——爐水起始取樣時(shí)間（h）；

D——鍋爐蒸發(fā)量（t/h）；

W——鍋爐運(yùn)行水的重量（t）。

降低鍋爐排污率的方法主要有：

（1）控制鍋爐進(jìn)水的水質(zhì)，降低進(jìn)入鍋爐污染

物的總量。主要是控制好除鹽水制水的水質(zhì)、回收

凝結(jié)水的水質(zhì)、回收蒸汽疏水的水質(zhì)。

（2）根據(jù)爐水和蒸汽的品質(zhì)情況和排污率大

小，及時(shí)調(diào)整定排和連排的大小。

（3）嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求制定排污

率技術(shù)指標(biāo)，并嚴(yán)格控制?！禩SG 91-2021 鍋爐節(jié)

能環(huán)保技術(shù)規(guī)程》要求：以除鹽水補(bǔ)水的工業(yè)鍋爐

排污率不高于2%。國內(nèi)更高的標(biāo)準(zhǔn)有廣州市地方

標(biāo)準(zhǔn)《DB4401/T 120—2021 生活垃圾焚燒發(fā)電鍋

垃圾發(fā)電企業(yè)提高運(yùn)營效益的關(guān)鍵技術(shù)措施

1679

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

爐節(jié)能降耗技術(shù)規(guī)范》，其中對(duì)鍋爐排污率規(guī)定：以

除鹽水補(bǔ)水的凝汽式系統(tǒng)的鍋爐小于等于 1%，以

除鹽水補(bǔ)水的供熱式系統(tǒng)的鍋爐小于等于2%。

（4）做好定排連排閥門的維護(hù)和維修，消除閥

板卡澀、污堵、內(nèi)漏等原因造成的泄漏。

3 控制鍋爐排煙溫度

鍋爐排煙溫度高，必然帶走更多熱量，降低鍋

爐的效率；排煙帶走的熱量巨大，排煙溫度的升降，

對(duì)企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益有較大影響?？刂坪门艧?/p>

溫度，是鍋爐提高經(jīng)濟(jì)效益的最常見的方式。

3.1 排煙溫度高的危害

（1）較高的排煙溫度，造成了鍋爐煙氣熱量的

流失，造成鍋爐熱效率下降。據(jù)分析計(jì)算，鍋爐排

煙溫度每提高10 ℃，鍋爐熱效率下降約1%［3］

。

如果按照1%鍋爐效率來計(jì)算年效益變化，那么

600 t/天焚燒爐的中溫中壓鍋爐額定蒸發(fā)量為58 t/h、

汽輪機(jī)汽耗率為4.7 kg/kWh、電價(jià)0.65元/kWh來計(jì)

算，每年（8 000 h/年）對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響為：

58×1%×1 000/4.7×8 000×0.65/10 000

=64.17（萬元/年） （6）

上述計(jì)算結(jié)果的含義是：鍋爐排煙溫度每降低

10 ℃，每年可以產(chǎn)生64.17萬元的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)高

度重視降低排煙溫度的工作。

（2）較高的排煙溫度，如果是因?yàn)闊煔庠诟邷剡^

熱器前溫度過高造成的，那么對(duì)高溫過熱器容易造

成局部超過金屬的使用溫度，容易造成高溫過熱器

壽命嚴(yán)重縮短，并且造成減溫水量大幅度上升。

（3）較高的排煙溫度，容易造成脫硫塔出口煙

氣溫度偏高，影響布袋除塵器的安全運(yùn)行；同時(shí)降

低煙溫的噴水措施，還會(huì)造成煙氣中水蒸氣含量偏

高，影響在線煙氣監(jiān)測(cè)中其他氣體污染物的計(jì)算值

偏高。

3.2 生活垃圾焚燒鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度較高的原因

生活垃圾焚燒鍋爐的排煙溫度設(shè)計(jì)值一般在

190～220 ℃，此溫度的設(shè)置原因是因生活垃圾焚

燒后，煙氣中含有高濃度的酸性氣體：二氧化硫、氯

化氫、氮氧化物（NOx

），甚至有氟化氫，這些高濃度

的酸性氣體必然會(huì)將煙氣的露點(diǎn)溫度提高到較高

的溫度，露點(diǎn)溫度可以達(dá)到150 ℃左右。另外給半

干法脫酸塔預(yù)留部分煙氣溫度降低空間，使半干法

脫酸塔出口的煙氣溫度達(dá)到 145 ℃左右的最佳脫

酸反應(yīng)溫度，并適應(yīng)后續(xù)布袋除塵器的布袋適用溫

度和露點(diǎn)要求。

由此可見，設(shè)計(jì)值預(yù)留的安全裕量是比較大

的，給出的變化范圍也較大。

3.3 運(yùn)行中排煙溫度高的原因

生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵中

有大量的低熔點(diǎn)無機(jī)鹽，高溫?zé)煔鈹y帶的這些粉塵

在運(yùn)行中很容易遇到煙氣通道的溫度較低的各個(gè)

換熱管壁后黏結(jié)，形成結(jié)焦，或者形成不容易脫落

的黏灰，即使鍋爐設(shè)置并使用了蒸汽吹灰或者激

波吹灰并堅(jiān)持使用，也有部分灰或者焦難以從管

壁上面脫落。管壁面的沾污、結(jié)渣、積灰現(xiàn)象嚴(yán)重

將嚴(yán)重影響各換熱面的熱量交換，最終形成排煙

溫度升高。

國內(nèi)也常見因?yàn)楣こ糖捌诮档筒少彸杀净蛘?/p>

余熱鍋爐廠家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，造成各煙道的受熱面

積偏小，排煙溫度偏高。

3.4 降低排煙溫度的技術(shù)措施

從上述3.2和3.3分析中可見，生活垃圾焚燒爐

排煙溫度偏高，是運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生的問題，應(yīng)特別

關(guān)注并解決。

降低排煙溫度過高的主要措施如下：

（1）保持鍋爐尾部煙道吹灰裝置的完好性，做

好定期和臨時(shí)性吹灰工作。

（2）做好鍋爐的檢修工作，停爐后人工徹底清

灰清焦。

（3）做好入爐垃圾的分選工作，降低可能結(jié)焦

的成分進(jìn)入鍋爐。

（4）對(duì)于高溫過熱器部位容易結(jié)焦的鍋爐，應(yīng)

做好技術(shù)改造進(jìn)行根除。

1680

SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 11 期

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

（5）降低運(yùn)行中除氧器的壓力和溫度，除氧水

最低溫度可以降至 102～104 ℃，在確保省煤器不

結(jié)露的前提下，降低除氧水的溫度到最低溫度。

（6）根據(jù)當(dāng)?shù)乩贌鬅煔庵兴嵝詺怏w的

含量情況，計(jì)算煙氣的露點(diǎn)溫度，鍋爐尾部排煙

溫度應(yīng)留有至少 30 ℃以上的安全溫度裕量，在

此前提下，可以適當(dāng)降低排煙溫度到 190 ℃以

下，以充分挖掘節(jié)能潛力。若排煙溫度由 220 ℃

能夠降低到 180 ℃, 根據(jù)式（7）計(jì)算，每年可產(chǎn)生

經(jīng)濟(jì)效益為：

64.17 × (（220-180）/10) =256.68（萬 元/年）

(7)

（7）如果因爐膛和煙道的受熱面面積設(shè)計(jì)過小

造成的煙道相關(guān)部位超溫，運(yùn)行中需要降低燃燒負(fù)

荷；根治措施是對(duì)鍋爐進(jìn)行受熱面技改，通常采用

增加高溫過熱器前蒸發(fā)器面積。

（8）如果垃圾熱值過高、熱負(fù)荷過高造成煙道

相關(guān)部位超溫，則需要考慮降低鍋爐負(fù)荷來適應(yīng)溫

度控制的安全和經(jīng)濟(jì)性需要。

4 防止汽輪機(jī)凝汽器結(jié)垢

4.1 凝汽器容易結(jié)垢的原因

生活垃圾發(fā)電的循環(huán)水系統(tǒng)特別容易產(chǎn)生凝

汽器結(jié)垢的問題，最主要原因是循環(huán)水系統(tǒng)的水容

量相對(duì)較小，循環(huán)水熱負(fù)荷高，蒸發(fā)量大，分析化驗(yàn)

的項(xiàng)目少，頻率低，補(bǔ)充水中含鈣離子濃度較高，管

理上的疏忽和漏洞等。這些綜合性的原因，導(dǎo)致垃

圾焚燒發(fā)電廠經(jīng)常發(fā)生凝汽器結(jié)垢問題。

凝汽器結(jié)垢發(fā)生時(shí)，在循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)水中

析出碳酸鈣為主的結(jié)晶鹽，整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)都會(huì)結(jié)

垢，不僅在凝汽器內(nèi)部。因此，發(fā)生凝汽器嚴(yán)重結(jié)

垢時(shí)，一般有一個(gè)比較明顯的現(xiàn)象，即循環(huán)水變白

色或者乳白色，這是大量碳酸鹽白色細(xì)微顆粒在循

環(huán)水中浮動(dòng)。

4.2 凝汽器結(jié)垢的危害

出現(xiàn)凝汽器結(jié)垢后，最大的影響是降低凝汽器

的凝汽能力，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。如果結(jié)垢輕

微，加之凝汽器富余面積較多，對(duì)凝汽器的運(yùn)行沒

有明顯影響。反之，則影響巨大，尤其是夏季運(yùn)行

影響更大。有一個(gè)實(shí)際案例，某企業(yè)12 MW汽輪機(jī)

四年內(nèi)兩次出現(xiàn)凝汽器結(jié)垢問題，最嚴(yán)重的一次，凝

汽器換熱管束內(nèi)結(jié)垢厚度達(dá)到1 mm左右，汽輪機(jī)的

汽耗率由設(shè)計(jì)值5.2 kg/kWh提高到5.8 kg/kWh，個(gè)別

時(shí)候達(dá)到6.0 kg/kWh。

如果按照上述指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，12 MW汽輪機(jī)汽

耗率由5.2 kg/kWh提高到5.8 kg/kWh，電負(fù)荷由原

來11 MW降低的電負(fù)荷數(shù)據(jù)來計(jì)算，一年產(chǎn)生的經(jīng)

濟(jì)損失：

（11 000-11 000×5.2/5.8）×8 000×0.65/

10 000=591.72（萬元/年） （8）

凝汽器結(jié)垢后一定會(huì)同時(shí)產(chǎn)生全系統(tǒng)性的結(jié)

垢，會(huì)造成冷水塔填料結(jié)垢淤堵、閥門閥道閥板卡

澀、循環(huán)水泵軸端密封破壞、葉輪內(nèi)結(jié)垢造成效率

下降、循環(huán)水管道間斷性脫落片狀硬垢淤堵凝汽器

管束入口、增加凝汽器酸洗處理費(fèi)用等。

4.3 消除凝汽器結(jié)垢的技術(shù)措施

（1）循環(huán)水的水質(zhì)管理，可謂“三分技術(shù)，七分

管理”，管理嚴(yán)謹(jǐn)是技術(shù)措施實(shí)施的前提。循環(huán)水

的水質(zhì)相關(guān)影響因素多、動(dòng)態(tài)變化大，只有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>

管理才能將技術(shù)措施和管理措施落實(shí)到位。

（2）針對(duì)本水場(chǎng)要編制適應(yīng)本水場(chǎng)水質(zhì)、氣候

環(huán)境和運(yùn)營特點(diǎn)的水場(chǎng)運(yùn)行技術(shù)方案，并嚴(yán)格實(shí)

施，及時(shí)調(diào)整。

（3）容易結(jié)垢的水質(zhì)都是堿性水質(zhì)，所以根據(jù)

水質(zhì)堿度的大小，及時(shí)發(fā)現(xiàn)堿度和pH值升高，及時(shí)

進(jìn)行加酸處理或者排污處理。

（4）針對(duì)循環(huán)水濃縮倍數(shù)經(jīng)常超上限造成的結(jié)

垢問題，需要提高水質(zhì)的分析頻率，或者安裝在線

水質(zhì)電導(dǎo)率儀，可以在線及時(shí)粗略判斷濃縮倍數(shù)高

低，及時(shí)排污。

（5）循環(huán)水結(jié)垢也常常不是濃縮倍數(shù)超過上限

導(dǎo)致，而是在濃縮倍數(shù)不超標(biāo)，但循環(huán)水指標(biāo)“鈣硬

度+全堿度（以碳酸鈣計(jì)）”超標(biāo)所致，“鈣硬度+全堿

度（以碳酸鈣計(jì)）”指標(biāo)應(yīng)不大于1 100 mg/L。為解

垃圾發(fā)電企業(yè)提高運(yùn)營效益的關(guān)鍵技術(shù)措施

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上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

決檢測(cè)間隔長、人員配置少、指標(biāo)變化快、節(jié)水要求

高的實(shí)際情況，可以在循環(huán)水系統(tǒng)中設(shè)置在線 pH

檢測(cè)儀，由于循環(huán)水中的鈣硬度和全堿度都與 pH

有正相關(guān)性，所以 pH 在線檢測(cè)可以粗略判斷水質(zhì)

的結(jié)垢傾向。由于循環(huán)水的補(bǔ)水水質(zhì)比較單一，因

此也可以根據(jù)補(bǔ)水的水質(zhì)、電導(dǎo)率計(jì)算出來的濃縮

倍數(shù)、在線檢測(cè)的pH值，來計(jì)算循環(huán)水的堿度、鈣

硬度［4-5］

，從而給出合理的排污時(shí)間提示點(diǎn)，更準(zhǔn)確

反映水質(zhì)情況，更有利于節(jié)水。

5 回收利用滲瀝液系統(tǒng)沼氣

垃圾發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣，合理利用后有很大

的經(jīng)濟(jì)效益，很多企業(yè)并不重視，甚至可能隨意排

放掉或者火炬焚燒。合理利用一般有兩種方式：一

是送入鍋爐內(nèi)焚燒進(jìn)入發(fā)電循環(huán)，二是利用內(nèi)燃機(jī)

進(jìn)行發(fā)電。

5.1 滲瀝液系統(tǒng)沼氣的產(chǎn)生量

生活垃圾在垃圾倉發(fā)酵時(shí)，產(chǎn)生的滲瀝液有很

高的COD濃度，一般濃度在3×104

～5×104 mg/L。

滲瀝液進(jìn)入滲瀝液處理站進(jìn)行生化+膜工藝處理

時(shí)，在厭氧發(fā)酵處理階段會(huì)產(chǎn)生較多的沼氣，其主

要成分為甲烷。

理論計(jì)算1 kg COD產(chǎn)生0.35 Nm3

的甲烷，但

實(shí)際上通常厭氧條件下降解 1 kg COD 約產(chǎn)生

0.42～0.5 Nm3

左右的沼氣，沼氣中甲烷含量在60%

左右［6］

。按照厭氧段進(jìn)口COD濃度為3×104

mg/L，

出口COD濃度為3×103 mg/L進(jìn)行計(jì)算，垃圾的滲

瀝液年均產(chǎn)率為15%，那么設(shè)計(jì)焚燒能力為600 t/天

的系統(tǒng)，年（333天/年）產(chǎn)沼氣量為：

600/(1-15%)×15%×1 000×(30 000-3 000)/

(1 000×1 000)×0.42×333=0.40×106

(Nm3

/年)

（9）

5.2 滲瀝液系統(tǒng)沼氣在電廠中可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

沼氣的低位發(fā)熱值為21.52 MJ/Nm3

左右。中

溫中壓參數(shù)垃圾發(fā)電系統(tǒng)的熱效率一般為 21%左

右。用于發(fā)電的柴油機(jī)的熱效率一般為 42%左

右。那么5.1章節(jié)中年產(chǎn)生的沼氣，進(jìn)入垃圾焚燒

發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的發(fā)電效益為：

0.40×106

×21.52×106

×20%/(3.6×105

)×

0.65/10 000=314.34(萬元/年) （10）

5.1章節(jié)中，年產(chǎn)生的沼氣，如果進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)

電系統(tǒng)中發(fā)電，產(chǎn)生的發(fā)電效益為：

0.40×106

×21.52×106

×42%/(3.6×105

)×

0.65/10 000=652.77(萬元/年) （11）

可見經(jīng)濟(jì)效益是非常大的。

5.3 回收利用滲瀝液沼氣不同技術(shù)方案優(yōu)劣比較

利用直接引入鍋爐焚燒的方式，這是最普遍的

利用方式。優(yōu)點(diǎn)是投資低，直接利用現(xiàn)有設(shè)備即可

使用，廢氣直接利用煙氣凈化裝置處理，若在焚燒

爐訂購前在技術(shù)協(xié)議中確定爐內(nèi)開口和燃燒器定

制、爐外配套供風(fēng)供氣防爆相關(guān)技術(shù)條款。缺點(diǎn)是

沼氣熱能的利用率比較低、每年鍋爐的大小修期間

不能利用瓦斯、有爐膛內(nèi)爆炸的潛在危險(xiǎn)。在沼氣

產(chǎn)量相對(duì)較小的企業(yè)，可將沼氣引入一次風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)

管道的方式來引入鍋爐。

利用內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方式，優(yōu)缺點(diǎn)與爐內(nèi)直

接燃燒恰好相反。優(yōu)點(diǎn)是沼氣熱能的利用效率高、

沒有停爐不能利用時(shí)間、對(duì)鍋爐本體沒有爆炸威

脅、可騰出余熱鍋爐和焚燒爐的容量空間。缺點(diǎn)是

投資比較高、沼氣需要單獨(dú)預(yù)處理。

也有沼氣產(chǎn)量少規(guī)模小的生活垃圾發(fā)電廠，將

沼氣直接引入垃圾倉，隨鍋爐送風(fēng)機(jī)進(jìn)入爐膛內(nèi)燃

燒，此方案有一定的安全隱患。

較大規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠建設(shè)單獨(dú)的內(nèi)燃

機(jī)發(fā)電的沼氣發(fā)電站相對(duì)更合理一些。

6 結(jié)論

垃圾焚燒發(fā)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行從技術(shù)管理上潛

力挖掘點(diǎn)很多，以上是影響經(jīng)濟(jì)效益比較大的因

素，每年可產(chǎn)生百萬至千萬元的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際運(yùn)

營中還可優(yōu)化不同機(jī)組效率組合，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，

維持鍋爐壓力溫度參數(shù)上限運(yùn)行，合理調(diào)整空氣過

剩系數(shù)，控制水電消耗，控制壓縮風(fēng)消耗，控制石

1682

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2023年第 11 期

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上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

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2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

灰、活性炭和尿素消耗，優(yōu)化不同水質(zhì)廢水回用等

技術(shù)措施。

如果運(yùn)營中技術(shù)措施結(jié)合其他管理方面的激

勵(lì)措施，企業(yè)產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加顯著。

參考文獻(xiàn)

［1］孫桂根，田建東，蘇猛業(yè). 生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］.合

肥工業(yè)大學(xué)出版社，2019：47.

［2］曹杰玉. 鍋爐排污率計(jì)算方法的研究［J］. 熱力發(fā)電，2002（4）：44-46.

［3］林曉宏，張建明. 鍋爐效率計(jì)算及提高鍋爐運(yùn)行效率的措施［J］. 華東

電力，2014,42(7):1471-1475.

［4］齊冬子. 敞開式循環(huán)冷卻水的pH值、堿度及加酸量估算［J］. 工業(yè)用

水與廢水，1999(2): 10-14.

［5］曾建平. 循環(huán)冷卻水總堿度和 pH 值的化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算［J］. 化學(xué)時(shí)

刊，2006(6): 16-19.

［6］秦麟源. 新編廢水生物處理［M］. 同濟(jì)大學(xué)出版社，2011：341.

（上接封二）

完善綠色評(píng)價(jià)認(rèn)證體系和綠色效益核算方法，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供多樣化綠色投融資支持。積極參與相關(guān)領(lǐng)域國際

標(biāo)準(zhǔn)制定，深化綠色金融國際合作。推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色低碳轉(zhuǎn)型，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)智能化綠色改造，推動(dòng)綠色工

廠、綠色園區(qū)建設(shè)，全面打造綠色低碳供應(yīng)鏈體系，引導(dǎo)廣大市民從垃圾分類、“光盤行動(dòng)”等身邊小事做起，加快

形成綠色生活方式，使綠色成為最動(dòng)人的底色、最溫暖的亮色，為人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更大力量。

黃潤秋指出，近年來，在習(xí)近平生態(tài)文明思想指引下，中國實(shí)施積極應(yīng)對(duì)氣候變化國家戰(zhàn)略，堅(jiān)決落實(shí)碳

達(dá)峰碳中和目標(biāo)，應(yīng)對(duì)氣候變化工作取得突出成效。中國自2021年啟動(dòng)全球覆蓋溫室氣體規(guī)模最大的碳排

放權(quán)交易市場(chǎng)以來，全國碳市場(chǎng)運(yùn)行平穩(wěn)，有效發(fā)揮了市場(chǎng)機(jī)制對(duì)控制溫室氣體排放、促進(jìn)綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新

的重要作用。下一步，中國將盡快啟動(dòng)全國溫室氣體自愿減排交易市場(chǎng)，全力推進(jìn)全國碳市場(chǎng)建設(shè)，將其建設(shè)

成為指引綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新、引導(dǎo)綠色低碳資金、推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和的有效市場(chǎng)。中方愿與相關(guān)國家和國際

組織加強(qiáng)對(duì)話合作，并與國際社會(huì)一道共同應(yīng)對(duì)全球環(huán)境與氣候挑戰(zhàn)，共同推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。

王忠林指出，推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策，充分彰顯了應(yīng)對(duì)

全球氣候變化的大國擔(dān)當(dāng)，對(duì)于促進(jìn)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)加速提檔升級(jí)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展

意義重大。湖北作為全國首批碳交易試點(diǎn)省份和全國碳排放權(quán)注冊(cè)登記結(jié)算系統(tǒng)所在地，將堅(jiān)定貫徹習(xí)近平

生態(tài)文明思想，持續(xù)完善中碳登平臺(tái)功能、提升碳市場(chǎng)服務(wù)水平、推進(jìn)綠色低碳發(fā)展，打造全球碳交易注冊(cè)登

記中心和具有全國影響力的碳市場(chǎng)中心、碳金融中心，推動(dòng)生態(tài)高顏值、生產(chǎn)高價(jià)值、生活高品質(zhì)互促共進(jìn)，與

各界共同譜寫碳市場(chǎng)建設(shè)發(fā)展新篇章。

解振華指出，中國正在積極落實(shí)習(xí)近平主席對(duì)外宣示的碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，以最大努力應(yīng)對(duì)氣候變化，推

動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型。中國堅(jiān)持將全國碳排放權(quán)交易市場(chǎng)作為控制溫室氣體排放政策工具的基本

定位，穩(wěn)中求進(jìn)推進(jìn)制度體系、基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)管理和能力建設(shè)等工作，充分發(fā)揮碳市場(chǎng)的激勵(lì)約束作用，優(yōu)化

配置碳排放資源，更好發(fā)揮政府作用，推動(dòng)有效市場(chǎng)與有為政府更好結(jié)合。中國愿與國際社會(huì)共同努力，共同

推動(dòng)通過市場(chǎng)機(jī)制低成本實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，共建公平合理、合作共贏的全球氣候治理體系，為全球應(yīng)對(duì)氣候

變化做出積極貢獻(xiàn)。

生態(tài)環(huán)境部副部長趙英民，上海市委常委、市委秘書長李政，湖北省副省長張文彤，中國工程院院士黃震、

王金南、賀克斌，中國寶武總經(jīng)理侯安貴等出席。上海市副市長劉多主持開幕式。

來自相關(guān)國家、國際機(jī)構(gòu)代表，各省區(qū)市政府部門代表，國內(nèi)外碳市場(chǎng)交易機(jī)構(gòu)、企業(yè)、碳市場(chǎng)第三方機(jī)

構(gòu)、金融機(jī)構(gòu)代表，高校、科研院所碳領(lǐng)域相關(guān)專家學(xué)者參加。

本次大會(huì)由上海市人民政府、湖北省人民政府和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合舉辦，以“建設(shè)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)，推動(dòng)

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和”為主題，全面展示全國碳市場(chǎng)建設(shè)工作成效，打造應(yīng)對(duì)氣候變化國際交流合作“新名片”，

彰顯我國實(shí)施積極應(yīng)對(duì)氣候變化國家戰(zhàn)略和推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。大會(huì)另設(shè)三個(gè)分會(huì)場(chǎng)，圍

繞市場(chǎng)機(jī)制對(duì)控制溫室氣體排放的積極作用、企業(yè)減排與低碳轉(zhuǎn)型、碳市場(chǎng)與氣候投融資等主題開展討論，促

進(jìn)行業(yè)交流、深化國際合作。 （來源：上海發(fā)布）

垃圾發(fā)電企業(yè)提高運(yùn)營效益的關(guān)鍵技術(shù)措施

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上海節(jié)能 No.11

2023

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節(jié)能技術(shù)

外燃式旋窯技術(shù)應(yīng)用在水泥工業(yè)中的

碳減排探討

蔣宏利1 夏衛(wèi)華1 楊 彬1 雷 威1 章 赟1 唐金泉2

1. 上海置信能源綜合服務(wù)有限公司

2. 天津健威澤節(jié)能環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

摘要：由于水泥熟料生產(chǎn)原料成分及工藝的特殊性，水泥生產(chǎn)原材料中80%～85%是石灰石，其在煅燒過

程中受熱分解產(chǎn)生CO2，約占其總碳排放量的62%，是水泥生產(chǎn)企業(yè)第一大碳排放源。在水泥熟料生產(chǎn)過

程中應(yīng)用外燃式旋窯技術(shù)，可以有效地低成本回收碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2，是水泥生產(chǎn)企業(yè)具有重大前景

的碳捕集、碳減排技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞：外燃式旋窯；水泥熟料生產(chǎn)；碳捕集；碳減排

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.11.015

Discussion on Carbon Emission Reduction in Cement Industry by Applying External Combustion Rotary Kiln

Technology

JIANG Hongli1

, XIA Weihua1

, YANG Bin1

, LEI Wei1

, ZHANG Yun1

, TANG Jinquan2

1. Shanghai Zhixin Energy Comprehensive Service Co., Ltd.

2. Tianjin Jianweize Energy Conservation and Environmental Protection Technology Co.,

Ltd.

Abstract: Due to the particularity of the raw material composition and process of cement clinker production, 80% to 85% of the raw materials for cement production are limestone, which decomposes during calcination to produce CO2, accounting for about 62% of its total carbon emissions and is the largest carbon emission source for cement production enterprises. The application of external combustion

rotary kiln technology in the production process of cement clinker can effectively and cost-effectively

收稿日期：2022-09-27

第一作者：蔣宏利(1972-)，男，研究方向?yàn)楣I(yè)節(jié)能與環(huán)保技術(shù)

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節(jié)

能

技

術(shù)

0 引言

國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020年我國水泥熟料產(chǎn)

量15.79億 t，行業(yè)碳排放約13.75億 t，占全國碳排

放總量約13.5%，在工業(yè)行業(yè)中僅次于鋼鐵行業(yè)的

15%。在水泥熟料生產(chǎn)過程中，碳酸鹽煅燒分解產(chǎn)

生的 CO2約占總排放量的 60%～65%，因此，低成

本捕集回收碳酸鹽煅燒分解產(chǎn)生的 CO2是水泥生

產(chǎn)企業(yè)最重要的減碳途徑之一。

當(dāng)前，水泥行業(yè)的碳捕集技術(shù)研究以采用化

學(xué)吸收法從窯尾排放的煙氣中捕集提純 CO2 為

主［1-7］

。化學(xué)吸收法碳捕集技術(shù)雖然已經(jīng)應(yīng)用于多

個(gè)燃煤發(fā)電廠煙氣碳捕集試驗(yàn)項(xiàng)目，但存在著系統(tǒng)

復(fù)雜、能耗高，而且有潛在的二次污染等缺點(diǎn)，碳捕

集回收的成本也很高。2018年底，海螺集團(tuán)白馬山

水泥廠水泥窯煙氣 CO2捕集純化（CCS）示范項(xiàng)目

建成投產(chǎn)，采用化學(xué)吸收法捕集、純化水泥窯尾氣

中的 CO2，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn) 5 萬 t 工業(yè)級(jí)液態(tài) CO2，

是迄今我國水泥生產(chǎn)行業(yè)唯一商業(yè)化運(yùn)行的在運(yùn)

碳捕集回收項(xiàng)目，工業(yè)級(jí)液態(tài) CO2的生產(chǎn)成本近

400 元/tCO2?；瘜W(xué)吸收法是適用于燃煤電廠的碳

捕集工藝技術(shù)，并沒有充分考慮到水泥工業(yè)的原料

特性、生產(chǎn)工藝等特點(diǎn)，致使在水泥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用

中碳捕集的成本較高，在水泥行業(yè)的進(jìn)一步推廣應(yīng)

用面臨較大的阻力。

外燃式旋窯技術(shù)（也稱外熱式回轉(zhuǎn)窯技術(shù)）是

通過燃油、燃?xì)馊紵鳟a(chǎn)生高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔鈱?/p>

熱量通過旋轉(zhuǎn)的金屬筒壁傳遞給筒內(nèi)物料，使物料

得到干燥焙燒。由于被焙燒的物料不與加熱煙氣

直接接觸，避免了煙氣中的有害物質(zhì)對(duì)物料的污

染，因此，以前外燃式旋窯主要應(yīng)用于高活性炭、磁

性材料、干餾等對(duì)產(chǎn)品純凈度要求較高的化工及特

種材料的生產(chǎn)中，國內(nèi)部分單位也對(duì)其傳熱特性等

方面展開了相關(guān)研究［8-14］

。

隨著我國“雙碳”政策的逐步落實(shí)深入，以煅燒

石灰石原料為主的水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)的碳減排的

壓力越來越大。利用外燃式旋窯技術(shù)煅燒碳酸鹽

礦物原料產(chǎn)生高濃度的CO2氣體，并對(duì)其進(jìn)行捕集

回收利用，具有系統(tǒng)簡單、捕集提純成本低等的優(yōu)

勢(shì)［15-18］

，將會(huì)對(duì)水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)的碳減排發(fā)揮重

要的作用。

1 水泥熟料生產(chǎn)過程中的碳排放

水泥熟料生產(chǎn)過程中使用的礦物原材料主要

包括石灰石、砂巖、黏土、鋼渣和二水石膏等，其中

80%～85%是石灰石。福建某水泥廠的水泥生料

配料見表1。

表1 水泥生料配料表

項(xiàng)目

配比

石灰石

85.0%

砂巖

6.2%

煤矸石

3.1%

鋼渣

4.9%

其他

0.8%

水泥生產(chǎn)過程中 CO2排放可分為直接排放和

間接排放。直接排放主要集中于水泥熟料燒成工

序，主要是生料煅燒過程中碳酸鹽分解和燃料燃

燒產(chǎn)生的 CO2 排放，一是水泥原材料中 80%～

85%是石灰石，碳酸鹽煅燒分解產(chǎn)生 CO2排放；二

是煅燒過程需要消耗大量燃料，我國水泥熟料生

產(chǎn)主要使用煤炭作為燃料，煤炭燃燒產(chǎn)生 CO2。

間接排放主要是各工藝過程中電力能源消耗產(chǎn)生

的CO2排放。

我國水泥在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生 CO2排放數(shù)據(jù)見

recover CO2 produced by the decomposition of carbonates, which is one of the promising carbon capture and carbon emission reduction technologies for cement production enterprises.

Key words: External Combustion Rotary Kiln; Cement Clinker Production; Carbon Capture; Carbon

Emission Reduction

外燃式旋窯技術(shù)應(yīng)用在水泥工業(yè)中的碳減排探討

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節(jié)能技術(shù)

表2。水泥企業(yè)生產(chǎn)過程中CO2排放總和約為606

kgCO2/t水泥左右，其中直接排放約占93%，碳酸鹽

受熱分解產(chǎn)生的CO2占其生產(chǎn)總排放量的62%，燃

煤產(chǎn)生的 CO2占 31%。消耗電力產(chǎn)生的間接排放

僅占7%。

煤炭燃燒是水泥生產(chǎn)企業(yè)第二大碳排放源，從

燃料角度看，碳減排有兩種方式：一是將煤炭更換

成含碳量更低的天然氣。由于煤炭成本占水泥總

成本約40%，雖然天然氣碳排放量幾乎是煤炭的一

半，但由于天然氣成本是煤炭的2～3倍，“煤改氣”

后燃料成本翻倍，實(shí)施難度很大；同時(shí)，我國天然氣

的總體供應(yīng)量嚴(yán)重不足，地區(qū)之間的差異也很大，

尤其是在采暖季，天然氣供應(yīng)十分緊張、缺口巨大，

因此，大范圍推廣“煤改氣”難度極大。二是使用替

代燃料（工業(yè)和城市固體垃圾、生物質(zhì)燃料等）。開

發(fā)使用農(nóng)作物秸稈、稻殼及林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)替

代燃料系統(tǒng)，推廣窯爐協(xié)同處置生活垃圾及可燃固

廢，提高燃料替代率，但受到原料來源及摻燒后運(yùn)

行穩(wěn)定性等因素限制，目前尚無法大規(guī)模使用。

由于水泥熟料生產(chǎn)工藝的特殊性，水泥生產(chǎn)原

材料中 80%～85%是石灰石，且采用高溫煅燒工

藝，在煅燒過程中碳酸鹽不可避免地受熱分解產(chǎn)生

CO2，占其生產(chǎn)總碳排放量的62%左右，是水泥生產(chǎn)

企業(yè)第一大碳排放源。這部分碳排放量是由原料

成分及水泥生產(chǎn)工藝的特性決定的，在當(dāng)前不改變

原料和生產(chǎn)工藝的情況下，尚無法降低這部分的

表2 我國水泥生產(chǎn)過程中的CO2排放數(shù)據(jù)（熟料系數(shù)0.7）

CO2排放量（kg/t水泥）

占比

直接排放

礦物質(zhì)分解

376

62%

燃料燃燒

188

31%

間接排放

電力消耗

42

7%

合計(jì)

606

100%

CO2排放量。因此，低成本捕集回收碳酸鹽煅燒分

解產(chǎn)生的 CO2是水泥生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)前最重要的碳減

排課題之一。

2 外燃式旋窯煅燒碳酸鹽碳捕集技術(shù)簡述

外燃式旋窯煅燒碳酸鹽碳捕集的工作原理如

圖1所示。

含有碳酸鹽礦物的原料投入外燃式旋窯的窯

筒體內(nèi)，窯筒體傾斜布置，煅燒熱源來自窯筒體外

部的燃燒室內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔?/p>

將熱量通過旋轉(zhuǎn)的窯筒體金屬壁面?zhèn)鬟f給筒內(nèi)被

煅燒的物料，使物料得到加熱煅燒；碳酸鹽物料在

窯內(nèi)隨旋窯筒體旋轉(zhuǎn)而小幅翻動(dòng)，并隨著窯筒體的

旋轉(zhuǎn)而在窯筒體內(nèi)自窯尾向窯頭運(yùn)動(dòng)并受熱分解，

產(chǎn)生高溫高純度 CO2 氣體及煅燒分解后的高溫固

體物料。碳酸鹽分解產(chǎn)生的高濃度 CO2氣體被從

窯筒體頭部抽出，隨后經(jīng)進(jìn)一步的凈化、提純用于

生產(chǎn)液態(tài)、固態(tài)CO2產(chǎn)品。

圖1 外燃式旋窯煅燒碳酸鹽工作原理圖

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節(jié)

能

技

術(shù)

外燃式旋窯通常以較低的填充率運(yùn)行，一般不

超過8%，有時(shí)甚至低于5%，物料顆粒將在轉(zhuǎn)動(dòng)的

窯筒內(nèi)壁面上呈薄層分布，當(dāng)窯體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，貼近壁

面的顆粒將沿窯壁滾落下滑，料層不存在明顯的固

定層和活動(dòng)層。

外燃式旋窯的加熱燃料主要有燃料油、煤氣與

天然氣等。因外燃式旋窯的窯內(nèi)物料所需熱量全

部通過窯體壁面?zhèn)鬟f至窯內(nèi)物料，為使外燃式旋窯

達(dá)到理想的傳熱效果，物料需破碎至細(xì)小顆粒，窯

體傾角較小、轉(zhuǎn)速通常較低，以保證壁面與物料之

間的充分接觸時(shí)間。

外燃式旋窯具有分段加熱、加熱過程易操控、

產(chǎn)品不受煙氣污染、產(chǎn)品質(zhì)量易于保證等優(yōu)點(diǎn)，也

存在著回轉(zhuǎn)窯的造價(jià)高、傳熱效率不高、產(chǎn)品產(chǎn)能

相對(duì)較小，只能捕集碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2，不能捕

集燃料燃燒釋放的CO2等不足。

在利用外燃式旋窯技術(shù)煅燒碳酸鹽物料的過

程中，由于碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2不與燃料燃燒產(chǎn)

生的煙氣直接混合，因此其具有 CO2氣純度高（≥

93%）、雜質(zhì)少、有害物質(zhì)少的特點(diǎn)。用此高CO2濃

度的原料氣只需經(jīng)過簡單的凈化提純工藝即可低

成本地生產(chǎn)工業(yè)級(jí)或食品級(jí)的CO2。

天津健威澤節(jié)能環(huán)?？萍脊煞萦邢薰居?/p>

2001年最早在國內(nèi)開始進(jìn)行外燃式旋窯技術(shù)煅燒

碳酸鹽礦物質(zhì)并捕集回收碳酸鹽分解產(chǎn)生的 CO2

的工業(yè)化應(yīng)用研究。2009開始進(jìn)行擴(kuò)大工業(yè)實(shí)驗(yàn)

并試生產(chǎn)。2018年 3 月于遼寧營口一次性建成投

產(chǎn)了4條直徑2.5 m、長度56 m的外燃式旋窯煅燒

碳酸鎂礦石生產(chǎn)輕燒氧化鎂并捕集回收煅燒分解

產(chǎn)生的CO2的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)15萬 t活性輕燒氧

化鎂粉、10 萬 t 食品級(jí)液態(tài) CO2、3 萬 t 食品級(jí)固態(tài)

CO2

（干冰）。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，標(biāo)志著在碳酸鹽

煅燒行業(yè)碳捕集技術(shù)的一次突破，將對(duì)水泥、石灰、

輕燒鎂等行業(yè)企業(yè)的碳減排的技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生重要

的影響。

表3為利用外燃式旋窯技術(shù)煅燒碳酸鎂礦石生

產(chǎn)輕燒氧化鎂的生產(chǎn)過程中，外燃式旋窯捕集的

CO2原料氣的部分成分含量與國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照。

表3 CO2原料氣的部分組分含量和國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照表

項(xiàng)目

CO2，10-2

水分，10-2

一氧化氮，10-6

二氧化氮，10-6

二氧化硫，10-6

總硫（除二氧化硫外，以硫計(jì)），10-6

碳?xì)浠衔锟偭浚ㄒ约淄橛?jì)），10-6

苯，10-6

甲醇，10-6

原料氣

93.37

6.1

<0.5

<0.5

<0.5

70

225

21.3

2.7

食品級(jí)

CO2國家標(biāo)準(zhǔn)

≥99.9

≤0.002 0

2.5

2.5

1.0

0.1

50（其中非甲烷烴不超過20）

0.02

10

工業(yè)級(jí)

CO2國家標(biāo)準(zhǔn)

99.8

0.020 0

由表3可見，采用外燃式旋窯煅燒碳酸鹽礦物

產(chǎn)生的 CO2原料氣的濃度超過 93%，有害雜質(zhì)含

量低于 1%，扣除水分含量后 CO2 氣的濃度超過

99%，接近于工業(yè)級(jí) CO2的國家標(biāo)準(zhǔn)。因此，顯著

降低了 CO2氣的凈化、提純的成本，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行

數(shù)據(jù)，生產(chǎn)工業(yè)級(jí)液態(tài) CO2成本每噸不超過 120

元，生產(chǎn)食品級(jí)液態(tài) CO2成本每噸不超過 200 元，

食品級(jí)固態(tài)CO2

（干冰）不超過540元，遠(yuǎn)低于采用

化學(xué)吸收法從常規(guī)的窯尾混合煙氣中吸收分離、提

純CO2的成本。

隨著我國“雙碳”政策的進(jìn)一步推進(jìn)，電力、水

泥、鋼鐵等高碳排放行業(yè)的CO2捕集量將會(huì)急劇增

加，將會(huì)大幅度超過當(dāng)前市場(chǎng)上工業(yè)級(jí)和食品級(jí)

CO2的消費(fèi)量，此時(shí)碳捕集與封存（CCUS）將會(huì)是

外燃式旋窯技術(shù)應(yīng)用在水泥工業(yè)中的碳減排探討

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節(jié)能技術(shù)

消耗過剩CO2的主要途徑。因此，如何降低碳捕集

與提純成本將是未來決定碳捕集技術(shù)發(fā)展最核心

的要素之一。對(duì)于水泥、石灰、輕燒氧化鎂生產(chǎn)等

煅燒碳酸鹽礦物的行業(yè)，采用外燃式旋窯技術(shù)捕集

碳酸鹽礦物分解產(chǎn)生的 CO2，扣除其中的水分含

量，CO2原料氣濃度可達(dá) 99%以上，采用簡單的提

純工藝即可實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)CO2的標(biāo)準(zhǔn)要求，極大地降

低了碳捕集與凈化提純的成本，成為碳酸鹽煅燒行

業(yè)進(jìn)行碳捕集與封存（CCUS）最具發(fā)展?jié)摿Φ姆?/p>

向之一。

3 外燃式旋窯技術(shù)在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 工藝系統(tǒng)簡介

2020年，福建龍麟集團(tuán)與天津健威澤節(jié)能環(huán)保

科技股份有限公司合作，在一條 4 500 t/天水泥熟

料生產(chǎn)線中采用外燃式旋窯煅燒碳酸鹽碳捕集技

術(shù)，目前該項(xiàng)目正在緊張地建設(shè)過程中。其工藝原

理流程見圖2。

圖2 外燃式旋窯技術(shù)在水泥生產(chǎn)中的工藝原理流程

主要工藝過程系統(tǒng)包括：

1）煤氣制備系統(tǒng)：包括破碎、篩分系統(tǒng)，煤氣發(fā)

生爐、煤氣凈化裝置。

2）外燃式旋窯本體系統(tǒng)：包括給料預(yù)熱器、給

料倉、窯尾給料裝置、外燃式回轉(zhuǎn)窯本體、窯頭出料

及抽取CO2裝置、回轉(zhuǎn)窯燃燒室。

3）CO2氣余熱回收及除塵系統(tǒng)：包括高溫石灰

粉塵旋風(fēng)分離裝置、CO2氣空氣預(yù)熱器裝置、CO2氣

過濾除塵裝置及石灰粉回送裝置。

4）CO2氣純化回收系統(tǒng)：包括凈化提純系統(tǒng)、液

化系統(tǒng)、液態(tài)CO2儲(chǔ)存罐、固化裝置。

（1）煤氣制備系統(tǒng)

利用水泥廠現(xiàn)有原煤儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施，設(shè)置原煤破

碎、篩分系統(tǒng)，將篩分出的25～50 mm的塊煤送至

新設(shè)的煤氣站，小于25 mm的碎煤回用于水泥廠生

產(chǎn)用煤系統(tǒng)。

將粒度在25～50 mm的原料煤由膠帶輸送機(jī)、

斗式提升機(jī)送入兩段式煤氣發(fā)生爐。生產(chǎn)的煤氣

經(jīng)固氣分離、脫硫凈化、捕捉焦油等工序后降溫至

60 ℃左右，經(jīng)煤氣風(fēng)機(jī)加壓后由管道送至外燃式旋

窯的燃燒器。煤氣制備系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖3。

煤氣發(fā)生爐會(huì)產(chǎn)生少量的廢氣、含酚廢水、煤

焦油及爐渣。廢氣、含酚廢水送入水泥窯的窯尾分

解爐焚燒處置，煤焦油積攢到一定量后可用于水泥

窯生產(chǎn)用燃料或外售；爐渣運(yùn)至現(xiàn)有水泥線生料配

料庫，回用于水泥生產(chǎn)。

（2）外燃式旋窯本體系統(tǒng)

外燃式旋窯設(shè)備本體由燃燒室和旋窯筒體組

成。自水泥窯的窯尾C1級(jí)預(yù)熱器之前的給料系統(tǒng)

分出部分生料進(jìn)入外燃式旋窯給料預(yù)熱器，對(duì)生料

進(jìn)行預(yù)熱升溫至 350～450 ℃，再由給料機(jī)送入外

燃式旋窯窯尾的內(nèi)筒體。外燃式旋窯煅燒所需熱

量由煤氣在燃燒室內(nèi)沿著窯筒體長度方向上布置

的多點(diǎn)燃燒器燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔獠⒓訜嵬馊际叫?/p>

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節(jié)

能

技

術(shù)

窯的筒體，火焰不與窯內(nèi)物料接觸，每個(gè)煤氣燃燒

器獨(dú)立控制，以控制沿筒體長度方向上的溫度分

布。生料在外燃式旋窯筒體內(nèi)隨旋窯筒體旋轉(zhuǎn)而

小幅翻動(dòng)，在窯筒體內(nèi)自窯尾向窯頭運(yùn)動(dòng)，生料中

的碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽礦物質(zhì)在旋窯筒體內(nèi)均

勻受熱分解生成高活性的氧化鈣、氧化鎂固體物

料，同時(shí)釋放出高純的CO2氣體。

煅燒分解產(chǎn)生的高溫 CO2氣體被從窯頭抽出

作為生產(chǎn)食品級(jí) CO2 產(chǎn)品的原料氣；煅燒分解后的

高溫固體排料以氣力輸送方式送入水泥窯預(yù)分解

爐，隨后進(jìn)入水泥窯中進(jìn)一步生產(chǎn)水泥熟料。

燃燒室產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀艢膺M(jìn)入外燃式旋窯

的給料預(yù)熱器用于加熱進(jìn)入外燃式旋窯的物料，出

給料預(yù)熱器的750～850 ℃高溫?zé)煔馑腿胨喔G的

窯尾分解爐，作為分解爐的熱源用以部分替代原分

解爐用燃煤，從系統(tǒng)上做到外燃式旋窯高溫?zé)煔庥?/p>

熱的高效回用。

（3）CO2氣余熱回收及除塵系統(tǒng)

外燃式旋窯內(nèi)碳酸鹽物料分解產(chǎn)生的高濃度

CO2氣體（一般濃度≧93%），首先經(jīng)過高溫旋風(fēng)除

塵器初步除塵，然后經(jīng)過燃?xì)饪諝忸A(yù)熱器降溫后，

再經(jīng)兩級(jí)袋式收塵器除塵凈化，除塵后的 CO2氣送

入CO2純化回收系統(tǒng)進(jìn)行回收。

外燃式旋窯內(nèi)生料分解產(chǎn)生的 CO2氣體，溫度

可達(dá) 930 ℃。為了回收 CO2氣余熱及降低外燃式

旋窯燃料耗量，設(shè)置一臺(tái)高溫 CO2氣空氣預(yù)熱器，

利用空氣預(yù)熱器將高溫 CO2氣溫度降至 110 ℃以

下，同時(shí)將外燃式旋窯煤氣燃燒器所需的空氣溫度

加熱至 350～450 ℃，實(shí)現(xiàn)高溫 CO2氣余熱的回收

利用。

（4）CO2氣純化回收系統(tǒng)

經(jīng)過降溫、除塵凈化后的 CO2 氣送入CO2純化

回收系統(tǒng)采用吸附精餾法生產(chǎn)工藝進(jìn)行回收。整

套 CO2純化回收系統(tǒng)分為預(yù)冷降溫、水洗去雜、壓

縮、脫硫干燥和吸附、制冷液化、精餾、液態(tài)成品貯

存等工段。工藝流程簡圖見圖4。

CO2原料氣通過熱交換器進(jìn)行預(yù)冷降溫，同時(shí)

進(jìn)一步回收 CO2 原料氣的余熱。在常壓、低于

40 ℃條件下，進(jìn)入洗滌塔，利用水洗清除粉塵以及

水溶性雜質(zhì)。然后進(jìn)到冷卻器中降低露點(diǎn)，再進(jìn)入

脫水罐進(jìn)行初步脫水，脫水后的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)。

在壓縮機(jī)中經(jīng)過壓縮升壓、進(jìn)一步冷卻脫水后的

CO2原料氣首先進(jìn)入吸附脫硫催化床進(jìn)行脫硫。經(jīng)

過脫硫后的氣體進(jìn)入吸附脫水干燥床，脫除剩余水

圖3 煤氣制備工藝流程簡圖

外燃式旋窯技術(shù)應(yīng)用在水泥工業(yè)中的碳減排探討

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節(jié)能技術(shù)

分。然后氣體進(jìn)入第一吸附凈化床，脫除油脂等大

分子有機(jī)雜質(zhì)，隨后進(jìn)入第二吸附凈化床，脫除

NOx、苯和一氧化碳、重金屬等雜質(zhì)。然后利用低溫

制冷機(jī)和冷卻器，把經(jīng)過吸附凈化后的CO2氣體降

溫到-10 ℃左右，在此條件下CO2氣體被液化。液

體CO2送入精餾塔中，進(jìn)一步深度分離氬氣、氧氣、

氮?dú)?、甲烷等不凝性氣體，使其 CO2 純度達(dá)到

99.99%以上，指標(biāo)達(dá)到國家食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。食品級(jí)液

態(tài)CO2成品輸送至貯罐中貯存。

3.2 碳減排分析

正在建設(shè)中的福建龍麟集團(tuán)外燃式旋窯煅燒

水泥生料生產(chǎn)線，在半工業(yè)化裝置上利用外燃式旋

窯煅燒水泥窯生料與現(xiàn)有水泥窯尾氣的成分對(duì)比

見表4。

由表4可見，采用外燃式旋窯煅燒水泥生料產(chǎn)

生的CO2原料氣的濃度達(dá)到94.2%，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有窯

尾氣的19.7%；雜質(zhì)氣體含量為0.5%，也遠(yuǎn)低于現(xiàn)

表4 外燃式旋窯煅燒水泥窯生料與現(xiàn)有水泥窯尾氣的成分對(duì)比表

序號(hào)

1

2

3

4

5

6

7

8

項(xiàng)目

二氧化碳（CO2）

水分

氧（O2）

氮（N2）

一氧化碳（CO）

一氧化氮（NO）

二氧化氮（NO2）

二氧化硫（SO2）

%

%

mL/m3

%

mL/m3

mL/m3

mL/m3

mL/m3

CO2原料氣分類

外燃式旋窯

94.2

5.3

0.03

0.16

14

＜0.5

＜0.5

＜0.5

現(xiàn)有水泥窯

19.7

3.7

9.7

70.5

597

76.7

1.31

8.4

有窯尾氣的77.6%。因此，對(duì)于生產(chǎn)工業(yè)級(jí)或食品

級(jí)CO2產(chǎn)品來說，外燃式旋窯煅燒水泥生料產(chǎn)生的

CO2原料氣的捕集、提純費(fèi)用，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的水泥窯

尾氣碳捕集采用的化學(xué)吸收法。

以外燃式旋窯與水泥窯年聯(lián)合運(yùn)行 270 天，外

燃式旋窯年消耗原水泥窯生料粉10.9萬t，產(chǎn)生6.9

萬 t 含 60% CaO 的半生料送入水泥窯的窯尾分解

爐為例，年可回收生產(chǎn) 2.7 萬 t 食品級(jí)液體 CO2外

銷。外燃式旋窯增加的煤耗與原水泥窯分解爐減

少的煤耗合計(jì)增加低位發(fā)熱量5 600 kCal/kg的原

煤耗量2 910 t，整套系統(tǒng)合計(jì)年增加用電量776.5

萬kWh，合計(jì)碳減排量約為1.61萬t，投資回收期約

為3.6年。

4 結(jié)論

（1）在水泥熟料煅燒過程中碳酸鹽原料不可避

免地受熱分解產(chǎn)生 CO2，占其生產(chǎn)總碳排放量的

62%，是水泥生產(chǎn)企業(yè)第一大碳排放源。這部分碳

圖4 CO2氣純化回收系統(tǒng)工藝流程簡圖

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節(jié)

能

技

術(shù)

排放量是由原料成分及水泥生產(chǎn)工藝的特性決定

的，是當(dāng)前水泥生產(chǎn)企業(yè)降低碳排放的難點(diǎn)之一。

（2）在利用外燃式旋窯技術(shù)煅燒碳酸鹽物料的

過程中，由于碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2不與燃料燃燒

產(chǎn)生的煙氣直接混合，因此其具有 CO2純度高、雜

質(zhì)少、有害物質(zhì)少等的特點(diǎn)，可以極大地降低 CO2

的捕集成本。

（3）在水泥熟料生產(chǎn)過程中應(yīng)用外燃式旋窯碳

捕集技術(shù)，可以低成本回收碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2，

是水泥生產(chǎn)企業(yè)具有重大前景的碳捕集、碳減排技

術(shù)之一。

參考文獻(xiàn)

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外燃式旋窯技術(shù)應(yīng)用在水泥工業(yè)中的碳減排探討

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節(jié)能技術(shù)

基于PWM在LED智能系統(tǒng)中的控制

算法研究

齊芳平 石 曄 崔志威 王 輝 朱 澈

淮河能源集團(tuán)煤層氣開發(fā)利用公司

摘要：由于LED燈被廣泛應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)節(jié)能減排，其節(jié)能尤為重要。設(shè)計(jì)了一種LED節(jié)能控制系統(tǒng)，

并實(shí)行了一種優(yōu)化智能算法處理傳感器的反饋信息，能夠更好地實(shí)現(xiàn)LED燈的節(jié)能控制。使用傳感器檢測(cè)

人員行為和環(huán)境參數(shù)，利用智能算法對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過PWM調(diào)控LED燈的照度。該算法能夠真

實(shí)有效地控制LED燈的使用，并節(jié)約大量的電能。實(shí)驗(yàn)表明，該算法在LED節(jié)能控制系統(tǒng)中的使用能節(jié)約

45%左右的電能，實(shí)現(xiàn)了LED燈智能化的節(jié)能控制。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排; PWM調(diào)控; 智能算法; 節(jié)能控制

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.11.016

Research on Control Algorithm Based on PWM in LED

Intelligent System

QI Fangping, SHI Ye, CUI Zhiwei, WANG Hui, ZHU Che

Huaihe Energy Group Coalbed Methane Development and Utilization Company

Abstract: Due to the widespread use of LED lights, energy saving is particularly important to achieve

social energy conservation and emission reduction. An LED energy saving control system is designed,

and an optimized intelligent algorithm is implemented to process sensor feedback information, which

can better achieve energy-saving control of LED lights. Sensors are used to detect human behavior

and environmental parameters, and intelligent algorithms are used to process the detected data. The

收稿日期：2023-04-25

作者簡介：齊芳平（1982-05-），女，本科，高級(jí)工程師，主要從事煤層氣（煤礦瓦斯氣）加工利用等相關(guān)工作

石 曄（1982-05-），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事煤層氣（煤礦瓦斯氣）加工利用等相關(guān)工作

崔志威（1981-06-），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事煤層氣（煤礦瓦斯氣）加工利用等相關(guān)工作

王 輝（1986-01-），男，本科，工程師，主要從事煤層氣（煤礦瓦斯氣）加工利用等相關(guān)工作

朱 澈（1999-08-），男，本科，主要從事煤層氣（煤礦瓦斯氣）加工利用等相關(guān)工作

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節(jié)

能

技

術(shù)

0 引言

照明占世界總能源 20%左右。商業(yè)和寫字樓

占總能源使用量約71%，其中18%是用于照明。在

典型的辦公建筑內(nèi)，依據(jù)不同的地理位置，能耗總

量已從100至1 000 kWh/m2

，辦公能耗主要為空調(diào)

能耗、照明能耗和插座負(fù)載等［1］

。節(jié)約能源已經(jīng)成

為當(dāng)今最重要的問題之一，浪費(fèi)能源的最大因素是

設(shè)備的低效使用。研究表明現(xiàn)代建筑節(jié)能潛力很

大，電氣照明是節(jié)能減排過程中一個(gè)很大的關(guān)鍵

點(diǎn)，有著高效的節(jié)能潛力，同時(shí)改造相對(duì)簡單。在

辦公建筑中，已逐步使用照明節(jié)能系統(tǒng)，從而代替

一些過時(shí)的照明系統(tǒng)，提高能源使用效率［2］

。

智能照明系統(tǒng)通過集成傳感器在閉環(huán)控制系

統(tǒng)中提供反饋數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。通常使用人

員檢測(cè)傳感器用于監(jiān)測(cè)用戶的行為狀態(tài)，通過判斷

用戶是否在其環(huán)境中，從而對(duì)燈具進(jìn)行有效的控

制。但由于傳感器數(shù)據(jù)的輸入，特別是在控制系統(tǒng)

未進(jìn)行優(yōu)化或調(diào)整的情況下，會(huì)有顯著的不確定

性，會(huì)造成用戶不健康的生理反應(yīng)。

除此之外，通過日光采集和自動(dòng)調(diào)光技術(shù)也可

以提高能源節(jié)約潛力。日光收集利用了建筑物光

圈的自然光，以配合燈具的人工照明，以減少達(dá)到

一定照度所需的亮度。當(dāng)辦公空間內(nèi)獲得足夠的

日光時(shí)，光照節(jié)能控制系統(tǒng)能夠很有效地進(jìn)行控制

節(jié)能。據(jù)報(bào)道，光照節(jié)能控制系統(tǒng)對(duì)于燈具的節(jié)能

率通常在40%以上；然而，節(jié)能有效性是高度依賴

于多種因素，包括：高度和方向，窗口特性，陰影裝

置，表面反射，天花板高度和隔斷高度。結(jié)果表明，

日光采集系統(tǒng)的真實(shí)數(shù)據(jù)比仿真數(shù)據(jù)在節(jié)能效果

中要低很多［3-4］

。

通常，提高節(jié)能性能可以通過組合多個(gè)節(jié)能

技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)節(jié)能控制系統(tǒng)。在節(jié)能系統(tǒng)中，要

考慮到用戶的使用情況和對(duì)日光的使用效率。因

此，很有必要驗(yàn)證節(jié)能系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境下的節(jié)能

效果，而不是僅僅通過仿真得到不同環(huán)境下的節(jié)

能數(shù)據(jù)。此外，通過優(yōu)化和校準(zhǔn)控制器，確保系統(tǒng)

性能最優(yōu)［5-6］

。

對(duì)于控制器的優(yōu)化是保證系統(tǒng)性能的重要步

驟。在工業(yè)過程控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)平衡模型中

通常采用模型預(yù)測(cè)控制。這種控制方法優(yōu)化了有

限時(shí)間范圍，而只執(zhí)行當(dāng)前時(shí)隙。在這方面的研究

包括對(duì)于開環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)提高模型預(yù)測(cè)控制器的穩(wěn)

定性和基于FPGA實(shí)現(xiàn)模型預(yù)測(cè)控制器，提高實(shí)時(shí)

計(jì)算性能［7-8］

。另一種常用的優(yōu)化方法是爬山優(yōu)化

算法，它是一種迭代算法，每次迭代期間遞增的更

改單個(gè)元素尋找最優(yōu)解。爬山算法能相對(duì)簡單地

在搜索空間中找到一個(gè)局部最優(yōu)解。研究表明，隨

機(jī)爬山優(yōu)化算法在照明控制中是非常有效的［9］

。

為了實(shí)現(xiàn)更大的能源節(jié)約，本文采用多種節(jié)能

技術(shù)，實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化照明節(jié)能控制器。利用一種智能

控制算法，實(shí)現(xiàn)了控制器控制性能的優(yōu)化，能有效

提高電力節(jié)能。

1 LED節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為建筑節(jié)能提供一個(gè)好的技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種

LED節(jié)能控制系統(tǒng)，并通過更大程度的控制方式能

夠節(jié)約大量的電能。在節(jié)能控制系統(tǒng)中，選擇ARM

brightness of the LED lights is regulated by PWM. This algorithm can truly and effectively control the

use of LED lights and save a lot of energy. Experiments show that the algorithm can save about 45% of

the energy in the LED energy saving control system, and realize the intelligent energy saving control of

LED lights.

Key words: Energy Saving and Emission Reduction; PWM Regulation; Intelligent Algorithm; Energy

Saving Control

基于PWM在LED智能系統(tǒng)中的控制算法研究

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節(jié)能技術(shù)

系列中STM32單片機(jī)作為控制核心，使用PIR紅外

傳感器測(cè)量人員是否在燈光范圍內(nèi)的紅外光輻射

反饋信息和使用 TEMT6000 光敏傳感器用于檢測(cè)

燈光范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度，使用 ATT7053BU 電表芯

片監(jiān)測(cè) LED 燈的電能參數(shù)。節(jié)能控制器的框架圖

見圖1。

圖1 節(jié)能控制器的框架圖

使用PIR紅外傳感器，當(dāng)一個(gè)人經(jīng)過傳感器的

檢測(cè)范圍內(nèi)，傳感器將變化的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為

電壓信號(hào)，傳輸?shù)娇刂坪诵闹?，從而判斷人員的行

為。如果人員在傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)，傳感器返回

邏輯高信號(hào)；如果人員不在傳感器檢測(cè)范圍，可以

設(shè)置一個(gè)延時(shí)τ，讓光源輸出降到0。一個(gè)合適的

延時(shí)τ，能節(jié)約大量的電能。

使用 TEMT6000 光敏傳感器檢測(cè)環(huán)境內(nèi)的光

照強(qiáng)度，它由一個(gè)高靈敏可見光光敏（NPN型）三極

管構(gòu)成，可以將捕獲的微小光線變化并放大100倍

左右，并進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。TEMT6000 對(duì)

可見光照度的反應(yīng)特性與人眼的特性類似，可以模

擬人對(duì)環(huán)境光線的強(qiáng)度的判斷，從而方便做出與人

友好互動(dòng)的應(yīng)用［10］

。如圖2所示，TEMT6000環(huán)境

光傳感器，可以測(cè)量入射照度達(dá)1 000 lux的峰值靈

敏度在 570 nm，與光照靈敏度曲線相適應(yīng)的匹配

人眼的反應(yīng)性。白天，人員可選擇將窗簾打開，讓

陽光照亮房間。在這種情況下，人工照明可能是多

余的，因?yàn)槭覂?nèi)有足夠多的環(huán)境光來照亮工作空

間。我們可以利用周圍的光線來補(bǔ)充現(xiàn)有的照明，

這是一種日光收集的技術(shù)。這樣可以避免燈具不

需要啟動(dòng)到最大亮度，從而節(jié)約大量的電能。

圖2 TEMT6000環(huán)境光傳感器在可見光區(qū)域的相對(duì)光譜響應(yīng)

2 系統(tǒng)的控制流程與算法

通過PIR傳感器監(jiān)測(cè)用戶行為，同時(shí)需要監(jiān)測(cè)

工作環(huán)境中的光照是否滿足人體舒適，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)

基于傳感器反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)燈具狀態(tài)的控制系

統(tǒng)。節(jié)能控制系統(tǒng)運(yùn)行流程見圖3。

圖3 節(jié)能控制系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

通過用戶輸入到控制系統(tǒng)的目標(biāo)亮度(SP)、增

益(K)、滯后(H)、延時(shí)(τ)、采樣周期(T)和傳感器檢

測(cè)參數(shù)以及輸入到控制系統(tǒng)中用戶狀態(tài)M(t)和測(cè)得

的亮度 PV(t)來控制系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。表 1 為節(jié)

能控制系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)。

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節(jié)

能

技

術(shù)

表1 控制系統(tǒng)參數(shù)輸入表

變量

目標(biāo)亮度

增益

誤差

延遲

采集時(shí)間

人員狀態(tài)

測(cè)量光照

變量符號(hào)

SP

K

H

τ

T

M(t)

PV(t)

變量描述

人眼最適應(yīng)的光照強(qiáng)度

每個(gè)時(shí)鐘輸出占空比的步長

可接受檢測(cè)亮度與目標(biāo)亮度的誤差范圍

傳感器返回信號(hào)與燈具關(guān)閉之間的時(shí)間延遲

采樣時(shí)間間隔

PIR傳感器的狀態(tài)

光照傳感器所采集的當(dāng)前光照強(qiáng)度

目標(biāo)亮度 SP 是隨用戶設(shè)定的固定值，并存儲(chǔ)

在單片機(jī)中?；谳斎胄盘?hào)參數(shù)控制器調(diào)整PWM

信號(hào) d(t)，并將其發(fā)送給 PWM 驅(qū)動(dòng)器。為了防止

LED 色譜偏移和燈光閃爍，PWM 調(diào)光式選擇恒流

源調(diào)光［11-13］

。通過改變PWM信號(hào)的占空比d(t)，控

制器可以調(diào)節(jié)LED燈串的電流，使LED燈照明達(dá)到

目標(biāo)亮度?？刂破鳒y(cè)量占空比為一個(gè)8位無符號(hào)整

數(shù)（0~255）。PWM 的頻率必須達(dá)到 200 Hz 以上，

不然會(huì)造成燈光的閃爍，引發(fā)用戶頭疼、惡心等生

理反應(yīng)。

節(jié)能控制系統(tǒng)在控制過程中需要達(dá)到最小誤

差H的范圍內(nèi)，其誤差計(jì)算

e(t)= SP - PV(t) (1)

lux d(t)={M(t)[d(t)+ K] e(t)≥ H

M(t)[d(t)- K] e(t)≤ -H (2)

表2 節(jié)能控制算法偽代碼

算法：節(jié)能控制算法

輸入：SP、K、H、τ

輸出：d(t)

If M(t)←1 then //用戶檢測(cè)

PV(t) ←1; //日光檢測(cè)

重置PIR延遲τ; //重置PIR延時(shí)

M(t)←0;

end if

while PV(t) ←1 do

檢測(cè)PV(t); //檢測(cè)當(dāng)前光環(huán)境數(shù)據(jù)

e(t)=PV(t)-SP; //計(jì)算誤差

If e(t)>H then //調(diào)整占空比

d(t)=d(t)-k;

end if

If e(t)< -H then

d(t)=d(t)+k;

end if

end while

輸出d(t)；

從式(2)中，可以看出用戶的行為M(t)對(duì)控制系

統(tǒng)的狀態(tài)影響最大。對(duì)占空比的上升時(shí)間是依賴

于增益(K)，系統(tǒng)的容差依靠控制系統(tǒng)遲滯誤差

(H)。速度的變化是依賴于用戶定義的采樣周期

（T）。該系統(tǒng)的控制算法見表2,響應(yīng)時(shí)序圖如圖4

所示。該系統(tǒng)的時(shí)鐘速度為 16 MHz，系統(tǒng)的響應(yīng)

在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿。在測(cè)試中，每個(gè)信

號(hào)的邊緣可能會(huì)有一個(gè)小的上升時(shí)間和下降時(shí)間，

各種傳感器的數(shù)據(jù)采集與傳輸頻率都依賴于控制

系統(tǒng)的采樣周期。

圖4 傳感器監(jiān)測(cè)與燈光輸出時(shí)序圖

3 控制器參數(shù)優(yōu)化

在控制系統(tǒng)中，能夠通過調(diào)整某些輸入?yún)?shù)來

優(yōu)化控制器，如增益(K)、誤差范圍(H)和采樣周期

(T)［14］

。改變這些參數(shù)中的任何一個(gè)都會(huì)影響控制

系統(tǒng)的響應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)中，通過研究控制系統(tǒng)的響應(yīng)

如何影響控制器，分別對(duì)三個(gè)輸入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化測(cè)

試。首先設(shè)定一個(gè)初始情況，其中K=1，H=SP/20，

T=200 ms，SP=1 200 LX，燈源距工作桌面0.8 m。

單獨(dú)測(cè)試K、H和T的變化，并測(cè)量燈源輸出功率，直

到控制器響應(yīng)穩(wěn)定。

首先，僅改變采樣周期 T，如圖 5 所示，隨著采

樣周期T的提高，控制器系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間逐漸

提高。當(dāng) T=200 ms 時(shí)，控制器需要 30 ms 到達(dá)穩(wěn)

態(tài)；當(dāng) T=800 ms 時(shí)，控制器則需要 2 min 到達(dá)穩(wěn)

態(tài)。但較高的采樣周期會(huì)導(dǎo)致燈具不斷閃爍，使用

戶影響生理反應(yīng)，而較低采樣周期會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)帶

來更大的負(fù)荷。

基于PWM在LED智能系統(tǒng)中的控制算法研究

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節(jié)能技術(shù)

圖5 采樣時(shí)間T對(duì)系統(tǒng)的影響

其次，僅改變?cè)鲆?K，如圖 6 所示，隨著增益 K

的不斷增大，控制器的響應(yīng)時(shí)間增加，控制器系統(tǒng)

到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間則逐漸減小。當(dāng)K=1時(shí)，控制器則

需要30 s到達(dá)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)K=10時(shí)，控制器則需要2 s

到達(dá)穩(wěn)態(tài)，但當(dāng)誤差 H 很小的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生超調(diào)

量。當(dāng)系統(tǒng)有超調(diào)量時(shí)，可以降低占空比來校正。

但這樣不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致燈光產(chǎn)生閃爍的現(xiàn)象。

圖6 增益K對(duì)系統(tǒng)的影響

最后，僅改變誤差范圍 H，如圖 7 所示，隨著誤

差范圍H的增大，控制器到達(dá)目標(biāo)亮度的偏差隨之

增大。當(dāng)H=SP/20時(shí)，控制器到達(dá)目標(biāo)光照與實(shí)際

值基本一致；當(dāng)H=SP/5時(shí)，控制器控制的光照與實(shí)

際值偏差很大。誤差H對(duì)系統(tǒng)的影響見圖7。

圖7 誤差H對(duì)系統(tǒng)的影響

4 節(jié)能分析與結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)控制器采用K = 2，H = SP/ 20，

T = 200 ms 能達(dá)到最優(yōu)化控制。在實(shí)驗(yàn)中，選擇

靠近窗戶的工作臺(tái)，將TEMT6000光敏傳感器放在

工作臺(tái)上用于檢測(cè)工作環(huán)境光照。對(duì)于工作臺(tái)上

的光照為 SP=600 Lx 時(shí)，用戶感覺到最舒適［15］。

人 員 使 用 兩 臺(tái) 30 W 的 LED 燈 ，燈 1 不 作 任 何

改 變，燈 2 安裝節(jié)能控制系統(tǒng)。檢測(cè)時(shí)間為下午

14:00-20:00，通過6個(gè)小時(shí)測(cè)試時(shí)間，對(duì)燈1與燈

2的功率作比較。

節(jié)約電能的計(jì)算式見式(3)：

Psaved(t)= ∫0

t

P0(t)dt - ∫0

t

Pc(t)dt (3)

其中：P0——燈1的功率；

Pc——燈2的功率。

燈具的節(jié)能率計(jì)算公式見式(4)：

Ps(t)= Psaved(t)

P0(t) × 100% (4)

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖 8 所示，隨著時(shí)間推移，工

作臺(tái)上的日照光線逐漸變暗，燈具的用電功率在

提升。用戶短時(shí)間離開過工作區(qū)間數(shù)次，燈 2 的

功率降低，而燈 1 的功率則未變。在晚上 19:00 左

右日落之后，燈 2 的功率達(dá)到最大值并幾乎保持

不變。在測(cè)試期間，燈 2 與燈 1 的用電量分別為

108 Wh 和 236 Wh，節(jié)約了 128 Wh，節(jié)約了 45%

左右的電能。

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節(jié)

能

技

術(shù)

圖8 燈1和與燈2的功率圖

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的一種 LED 節(jié)能控制系統(tǒng)利用各種

傳感器提供反饋信息，并通過智能算法對(duì)LED燈進(jìn)

行智能調(diào)控。在控制算法中，對(duì)不同的輸入?yún)?shù)進(jìn)

行分析比較，選擇最優(yōu)的輸入?yún)?shù)能夠更加高效地

調(diào)控 LED 燈。該控制系統(tǒng)通過算法智能調(diào)節(jié)工作

區(qū)的最優(yōu)光照環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)了 45%左右的能源節(jié)

約，為建筑節(jié)能技術(shù)提供了一個(gè)更好的基礎(chǔ)。

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基于PWM在LED智能系統(tǒng)中的控制算法研究

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節(jié)能技術(shù)

高密度沉淀池運(yùn)行狀況分析

及控制技術(shù)研究

初 明

寶武集團(tuán)梅山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部

摘要：梅鋼回用水廠采用的是法國得利滿公司的處理工藝和設(shè)備集成，設(shè)計(jì)日處理污水量10萬t，所有污水

都要經(jīng)過4座高密度沉淀池進(jìn)行處理。對(duì)高密度沉淀池的運(yùn)行調(diào)控進(jìn)行了研究，通過工藝改進(jìn)、操作調(diào)整、

適時(shí)調(diào)節(jié)，做到了污水處理量少于一定量時(shí)，減少1座高密度沉淀池運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：高密度沉淀池；運(yùn)行控制研究；節(jié)能降耗

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.11.017

Analysis of Operation Status and Study on Control Technology of High Density Sedimentation Tank

CHU Ming

Energy and Environmental Protection Department of Baowu Group Meishan Iron and

Steel Co., Ltd.

Abstract: Meishan Steel Water Reclamation Plant adopts the treatment process and equipment integration of Deli Man company in France, with a designed daily sewage treatment capacity of 100,000

tons. All sewage must be treated in 4 high-density sedimentation tanks. The operation and regulation

of high density sedimentation tanks have been studied. Through process improvement, operation adjustment, and timely adjustment, it has been achieved that when the sewage treatment capacity is less

than a certain amount, one high density sedimentation tank can be reduced to achieve the goal of energy saving and consumption reduction.

Key words: High Density Sedimentation Tank; Operation Control Research; Energy Saving and Consumption Reduction

收稿日期：2022-09-29

作者簡介：初明（1975-11-），男，本科，高級(jí)工程師，從事水處理生產(chǎn)及管網(wǎng)運(yùn)行管理工作

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節(jié)

能

技

術(shù)

0 概述

梅鋼公司是一個(gè)擁有煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、

連鑄、熱軋、冷軋工序的全流程大型鋼鐵聯(lián)合企

業(yè)。以前西明渠排放的廢水主要來源于電廠、燒

結(jié)、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等廠的生產(chǎn)廢水和居民

生活區(qū)的生活污水（生活污水經(jīng)廠區(qū)污水處理站曝

氣、沉淀處理后排入），廢水排放量約8萬m3

/天。

梅鋼于 2006 年投資 1 億元建設(shè)了回用水廠，

主要功能是將西明渠污水截留處理并回用。采用

的是法國得利滿公司的處理工藝和設(shè)備集成，設(shè)計(jì)

日處理污水量 10 萬 t。項(xiàng)目設(shè)計(jì)所有污水都要經(jīng)

過4座高密度沉淀池進(jìn)行處理，每座高密度沉淀池

中連續(xù)用電設(shè)備裝機(jī)容量為26 kW，每日用電量約

600 kWh。

如何處理不同的污水量，合理利用高密度沉淀

池的處理技術(shù)，在經(jīng)過理論論證及多次實(shí)際試驗(yàn)，

結(jié)合高密度沉淀池和V型濾池相關(guān)運(yùn)行工藝要求，

在確保出水的水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，通過工藝改進(jìn)、

操作調(diào)整、適時(shí)調(diào)節(jié)，在達(dá)到污水處理量少于一定

量時(shí)，減少1座高密度沉淀池運(yùn)行，最終達(dá)到節(jié)能降

耗的目的。

1 工藝流程及處理特點(diǎn)

1.1 回用水廠工藝流程

完全截流后的西明渠污水經(jīng)過粗、細(xì)格柵進(jìn)

入調(diào)節(jié)池混合，混合后的出水經(jīng)泵提升至前混凝

反應(yīng)池，在快速攪拌器作用下污水與混凝劑和石

灰進(jìn)行快速混合?；炷蟮奈鬯灾亓ψ粤魅敫?/p>

密度沉淀池的絮凝反應(yīng)池，在絮凝劑和回流污泥

的共同作用下增強(qiáng)了污水的沉淀效果，充分混合

的污水在高密度沉淀池的斜管沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分

離。上清液出水在進(jìn)入濾池之前，先流經(jīng)后混凝

反應(yīng)池。在池內(nèi)投加硫酸以調(diào)節(jié) pH 值和投加混

凝劑以增強(qiáng)濾池的過濾效果和延長過濾周期。在

后混凝后，澄清后的污水被分配到 V 型濾池中以

去除殘留的懸浮物，滿足出水要求。污水處理工

藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程簡圖

1.2 高密度沉淀池功能

高密度沉淀池處于回用水處理工藝中第二個(gè)

環(huán)節(jié)，原水首先流入快速攪拌池，與混凝劑及石灰

接觸后進(jìn)行混凝，一臺(tái)快速攪拌器連續(xù)運(yùn)行，以幫

助混凝和堿度去除反應(yīng)并避免礬花沉淀。一臺(tái)投

加泵（一用一備）將混凝劑投加到快速攪拌池入口；

另一臺(tái)加藥泵（一用一備）將石灰投加到快速攪拌

池進(jìn)口渠道。通過變頻器按原水流量和需要的投

加濃度來控制加藥泵的運(yùn)行。主要通過絮凝、混

凝、沉淀等方式，達(dá)到分離水中固體懸浮物、去除漂

浮油類、吸附水中大分子物質(zhì)的作用（見圖2）。

高密度沉淀池運(yùn)行狀況分析及控制技術(shù)研究

1699

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節(jié)能技術(shù)

1.3 目前存在問題

高密度沉淀池主要功能是處理調(diào)節(jié)池內(nèi)全部

污水。設(shè)計(jì)要求為確保水質(zhì)，4座高密度沉淀池及

附屬設(shè)備全部投入運(yùn)行，不能根據(jù)提升泵的實(shí)際提

升量（即不能根據(jù)污水的實(shí)際流量）來控制高密度

沉淀池的運(yùn)行座數(shù)。從數(shù)據(jù)上分析，當(dāng)污水的實(shí)際

流量偏小時(shí)，高密度沉淀池存在過處理情況，浪費(fèi)

了人力與物力。

2 國內(nèi)外解決同類問題的技術(shù)方案及存在的

問題

高密度沉淀池是污水處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備

之一，設(shè)計(jì)部門和工藝集成考慮其處理污水的去污

能力，更多地關(guān)注水的流動(dòng)性。通過在行業(yè)內(nèi)部了

解及上網(wǎng)搜索，僅有如何使高密度沉淀池工作狀況

良好，即對(duì)高密度沉淀池高效的絮凝及混凝過程控

制、污泥層泥位界面控制、高效的斜管分布及設(shè)置、

連續(xù)的工況自動(dòng)監(jiān)控方面的探索和介紹。這也是

目前國內(nèi)污水處理工藝中對(duì)高密度沉淀池設(shè)備的

研究方法。

作為使用單元，工藝確定后，在保證出水水質(zhì)

的前提下，做到處理工藝和最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行相結(jié)合，

能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)能降耗、帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。本文

的研究點(diǎn)在于：把沒有引起關(guān)注的根據(jù)不同污水

量，合理調(diào)節(jié)高密度沉淀池運(yùn)行座數(shù)作為研究方

向，通過工藝改進(jìn)和操作改進(jìn)取得成功。

3 改進(jìn)措施

3.1 高密度沉淀池處理能力及運(yùn)行方式對(duì)水質(zhì)影響

的研究

高密度沉淀池處理工藝分為絮凝反應(yīng)區(qū)、預(yù)沉

區(qū)、斜管分離區(qū)。污水在絮凝反應(yīng)區(qū)中的助凝劑和

回流污泥的作用下生成比較致密的礬花，通過預(yù)沉

區(qū)均勻流速和碰撞濃縮后進(jìn)入分離區(qū)，分離區(qū)的上

部活性污泥通過回流系統(tǒng)回絮凝反應(yīng)區(qū)，與來水進(jìn)

行充分混合，底部濃縮的污泥被濃縮區(qū)底部的刮泥

機(jī)刮入泥斗由排泥泵送至污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行脫水

處理。沉淀后的清水由集水槽收集后進(jìn)入后混凝

池，進(jìn)一步完成混合反應(yīng)、調(diào)節(jié)PH后，一部分進(jìn)入V

型濾池進(jìn)行過濾處理，一部分達(dá)標(biāo)排放。相關(guān)流程

見圖3。

高密度沉淀池設(shè)計(jì)為4座并列運(yùn)行，平均處理

水量約為 80 000 m3

/天，按照工藝要求投運(yùn)了 4 座

高密度沉淀池。由于實(shí)際運(yùn)行過程中，回用水的處

理量隨時(shí)在變化，若在處理流量偏小時(shí)，減少1座高

密度沉淀池投入運(yùn)行，必須改變運(yùn)行方式、改變加

藥工藝并優(yōu)化操作。

注：1―絮凝反應(yīng)區(qū) 2―預(yù)沉區(qū) 3―斜管分離區(qū)

圖2 高密度沉淀池功能

1700

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能

技

術(shù)

通過以上分析，我們采用改變加藥濃度及周

期；調(diào)整系統(tǒng)排泥時(shí)間及排泥頻次，提高排泥濃度；

增加系統(tǒng)內(nèi)污泥回流泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，提高污泥回流比來

確保處理能力和出水水質(zhì)。

3.2 改進(jìn)方案及相關(guān)內(nèi)容

1)目前公司回用水廠高密度沉淀池投加的混凝

劑是聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。

PAC溶于水后，即形成聚合陽離子，對(duì)水中膠粒起

電性中和及架橋作用。PAM混凝效果在于對(duì)膠體

表面具有強(qiáng)烈的吸附作用，在膠粒之間形成橋聯(lián)。

如果優(yōu)化高密度沉淀池運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)3座高密度

沉淀池運(yùn)行，則由于進(jìn)水懸浮物總量提高，必須對(duì)

PAC 和 PAM 的加藥方式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以確保

出水水質(zhì)。

（1）為了確定藥劑的投加量，我們進(jìn)行了凝聚

試驗(yàn)來確定藥劑的用量以及適宜的凝聚條件。將

試驗(yàn)水樣置于一組燒杯內(nèi)，每個(gè)燒杯內(nèi)放入一攪拌

器。為了模擬水與藥劑的快速混合，先將轉(zhuǎn)速調(diào)在

100～160 r/min范圍內(nèi)，待攪拌穩(wěn)定后，再向各個(gè)燒

杯里添加不同劑量的藥劑?？焖倩旌系臅r(shí)間最少

為 30s，通常為 1～3 min。隨即將轉(zhuǎn)速調(diào)到 20～

40 r/min，以模擬慢速混合，持續(xù)15～20 min，讓絮

凝物與懸浮顆粒充分接觸。然后停止攪拌使之靜

置，讓絮凝物在重力作用下沉淀，仔細(xì)觀察直到

所有的絮凝物沉降到燒杯底部為止。從開始觀

察時(shí)起，每隔一定的時(shí)間間隔測(cè)定一次清水與沉

渣層界面的高度。根據(jù)燒杯內(nèi)清水層高度達(dá)到

所需要的時(shí)間，把絮凝物的沉淀效果分成四個(gè)等

級(jí)（見表 1）。在沉降結(jié)束或沉降 15 min 后，對(duì)各

燒杯內(nèi)上部清水進(jìn)行分析。

表1 絮凝物的沉淀效果

等級(jí)

1

2

3

4

清水層達(dá)到100 mm所需要時(shí)間，min

＜2

2～4

4～7

＞7

沉淀效果的評(píng)價(jià)

最佳

佳

一般

差

（2）運(yùn)行3座高密度沉淀池，每座高密度沉淀池

進(jìn)水量相應(yīng)增加，勢(shì)必影響高密度沉淀池斜管區(qū)域

的表面負(fù)荷。因此在試驗(yàn)調(diào)整藥劑投加方式同時(shí)，

我們對(duì)斜管沉淀區(qū)域表面負(fù)荷q進(jìn)行了測(cè)試計(jì)算，

并通過雷諾數(shù)Re、弗勞德數(shù)Fr、斜管中的沉淀時(shí)間

T進(jìn)行了核算。

通過計(jì)算，在來水量低的情況下，運(yùn)行3座高密

度沉淀池滿足必要的表面負(fù)荷。根據(jù)以上理論計(jì)

算及試驗(yàn)結(jié)果，最終確定將PAC、PAM藥劑投加量

下降10%，同時(shí)污泥回流比從4%降低至2%。

圖3 高密度沉淀池流程

高密度沉淀池運(yùn)行狀況分析及控制技術(shù)研究

1701

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節(jié)能技術(shù)

2）對(duì)排泥周期和排泥時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，通過摸索

將排泥周期由原來進(jìn)水量 4 000 m3

排泥一次增加

至 5 000 m3排泥一次，排泥時(shí)間由 5 min 增加至

6 min，因此提高了排泥的濃度，減少排泥量。

3）運(yùn)行操作人員密切關(guān)注提升泵提升量，在保

證出水質(zhì)量的前提下，根據(jù)來水水量調(diào)節(jié)高密度

沉淀池的運(yùn)行。通過多次試驗(yàn)，確定在提升量低

于3 542 m3

/h時(shí)，改為3座高密度沉淀池運(yùn)行。

3.3 實(shí)施后效果

1）在確保水質(zhì)的前提下，調(diào)整了運(yùn)行控制方

案，設(shè)備運(yùn)行和操作安全沒有受到影響；由于改善

了控制工藝，對(duì)高密度沉淀池排泥進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整

了排泥周期，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行排泥，減少了排泥

量及外運(yùn)污泥，對(duì)于環(huán)保起到了積極的影響。

2）通過高密度沉淀池精益運(yùn)行調(diào)整，根據(jù)回用

水廠不同進(jìn)水量及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方案，年節(jié)約電量約

240 000萬kWh。

4 結(jié)論

回收治理綜合污水并進(jìn)行科學(xué)合理的循環(huán)利

用，不斷提高水資源的綜合利用水平，是創(chuàng)建節(jié)水

型企業(yè)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必然要求。梅鋼公司回

用水廠從 2006 年運(yùn)行至今，對(duì)于高密度沉淀池精

益運(yùn)行方案進(jìn)行了仔細(xì)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯岢隽讼鄳?yīng)

的運(yùn)行改進(jìn)措施?；赜盟畯S在實(shí)施了這些措施

后，在有效保障出水水質(zhì)的情況下，達(dá)到了節(jié)能降

耗的目的。

漢宜氫能走廊200輛氫能重卡示范合作簽約儀式順利舉行

11月8日，2023中國國際商用車展覽會(huì)在武漢國際博覽中心如期舉行，東風(fēng)商用車綠智全場(chǎng)景應(yīng)用方

案發(fā)布會(huì)實(shí)力開啟，湖北安捷物流有限公司董事長冉建波、副總經(jīng)理王其兵受邀出席活動(dòng)，并在發(fā)布會(huì)中與

東風(fēng)商用車、楚天高速進(jìn)行漢宜氫能走廊200輛氫能重卡示范合作簽約儀式。

氫燃料電池的技術(shù)發(fā)展，在目前全球能源結(jié)構(gòu)變革中占有重要地位。政策推動(dòng)下，我國氫能源行業(yè)前

景廣闊。

為滿足國家整體交通能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型及湖北省委、省政府相關(guān)要求，落實(shí)“突破性發(fā)展新能源與智能網(wǎng)聯(lián)

汽車產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)任務(wù)”等指示，結(jié)合東風(fēng)商用車在中重型商用車整車研發(fā)、制造領(lǐng)域的雄厚實(shí)力，楚天高速在

智能交通布局、新能源基礎(chǔ)建設(shè)的顯著優(yōu)勢(shì)，安捷物流是湖北省干線物流運(yùn)輸龍頭企業(yè)，在物流管理方面的

豐富經(jīng)驗(yàn)，三方建立氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略合作關(guān)系，旨在打通氫氣“制—儲(chǔ)—運(yùn)—加—用”各環(huán)節(jié)，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)閉

環(huán)的湖北模式，共同推進(jìn)湖北省氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

智能驅(qū)動(dòng)，綠色發(fā)展。安捷物流將繼續(xù)不斷升級(jí)創(chuàng)新物流技術(shù)，穩(wěn)步提升服務(wù)品質(zhì)，打造更高效、更優(yōu)

質(zhì)的解決方案；以開放、協(xié)作、共贏理念，在綠色可持續(xù)發(fā)展的道路上繼續(xù)一路向前，為推動(dòng)行業(yè)綠色高質(zhì)量

發(fā)展而不懈努力。

（來源：氫云鏈）

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節(jié)

能

技

術(shù)

某辦公樓空調(diào)冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造

技術(shù)研究

胡芳芳

上海浦公節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?/p>

摘要：基于某機(jī)關(guān)辦公樓中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的現(xiàn)狀、存在問題及能耗情況進(jìn)行分析，從改造方案、節(jié)能效益

等方面分析介紹其冷熱源系統(tǒng)的節(jié)能改造情況，解決了原有空調(diào)系統(tǒng)的高能耗、低效老化、控制系統(tǒng)功能不

足等問題。通過節(jié)能及經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，為該樓內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)冷熱源節(jié)能改造提供了依據(jù)，確保改造后的空調(diào)

系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)約成本的要求，為同類機(jī)關(guān)建筑的節(jié)能改造提供參考。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；冷熱源；節(jié)能改造；節(jié)能效果

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.11.018

Research on Energy Saving Renovation Technology of Air

Conditioning Cold and Heat Source System in an Office

Building

HU Fangfang

Shanghai Pugong Energy Saving and Environmental Protection Technology Co., Ltd.

Abstract: Based on the analysis of the current situation, existing problems, and energy consumption of

the central air conditioning system in an office building, this article analyzes and introduces the energy

saving renovation of its cold and heat sources system from the aspects of renovation plan and energy

saving benefits. It solves the problems of high energy consumption, low efficiency and aging, and insufficient control system function of the original air conditioning system. Through the calculation of energy

saving and economy, it provides the basis for the energy saving renovation of the air conditioning system's cold and heat sources in the building, ensuring that the renovated air conditioning system meets

收稿日期：2023-07-18

作者簡介：胡芳芳（1986-05-），女，本科，中級(jí)工程師，擔(dān)任副總工程師，從事暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究

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0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適

度要求的提高，公共建筑能耗逐年提高，其中空調(diào)

系統(tǒng)能耗可達(dá)40%~50%［1］

。此外，近10年隨著空

調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、控制系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，新一代產(chǎn)品性

能和節(jié)能指標(biāo)明顯提高。基于上述情況，對(duì)中央空

調(diào)系統(tǒng)冷熱源的節(jié)能改造尤為重要，直接影響空調(diào)

系統(tǒng)運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益［2］

。該項(xiàng)目對(duì)空調(diào)冷熱源

系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，采用節(jié)能高效改造方案，并進(jìn)

行了可行性論證和改造價(jià)值與成果分析，為同類機(jī)

關(guān)建筑的節(jié)能改造提供經(jīng)驗(yàn)及參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目為一棟機(jī)關(guān)辦公樓，已投運(yùn)超過20年，

地上7層，建筑高度30 m。建筑面積為15 768.59 m2

，

空調(diào)面積為 13 403.31 m2

。運(yùn)營時(shí)間為周一至周

五，8:30-17:00。大樓空調(diào)系統(tǒng)分為：1）1F~5F 為

職工辦公室，采用風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)；2）6F、7F為領(lǐng)

導(dǎo)辦公室，采用VRV空調(diào)和分體空調(diào)，近兩年已整

體更新，運(yùn)行良好。1F~5F的空調(diào)機(jī)組接近壽命年

限，老化嚴(yán)重，安全隱患高，空調(diào)內(nèi)機(jī)保養(yǎng)尚好，項(xiàng)

目針對(duì) 1F~5F 的冷熱源系統(tǒng)（機(jī)組、水泵及管道附

件）進(jìn)行節(jié)能改造，原空調(diào)末端系統(tǒng)保持不變。設(shè)

備技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2 運(yùn)行狀況

查閱近三年空調(diào)運(yùn)行記錄可知，每年 5 月-10

月為制冷運(yùn)行季，11 月-次年 3 月為供暖運(yùn)行季。

運(yùn)行策略為7 F平臺(tái)冷熱源系統(tǒng)的典型工況開啟2

臺(tái)空調(diào)機(jī)組和3臺(tái)循環(huán)泵，極端天氣開啟3臺(tái)空調(diào)

the requirements of energy saving, environmental protection, economic applicability and cost savings

and providing a reference for energy saving renovation of similar institutions.

Key words: Air Conditioning System; Cold and Heat Sources; Energy Saving Renovation; Energy Saving Effect

表1 空調(diào)冷熱源設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

序號(hào)

1

2

3

4

5

名稱

風(fēng)冷熱泵機(jī)組

風(fēng)冷熱泵機(jī)組

風(fēng)冷熱泵機(jī)組

循環(huán)水泵

循環(huán)水泵

原設(shè)計(jì)參數(shù)

單臺(tái)：制冷量335 kW，制熱量349 kW，功率107 kW

單臺(tái)：制冷量315 kW，制熱量355 kW，功率98.7 kW

單臺(tái)：制冷量212 kW，制熱量236 kW，功率67.9 kW

單臺(tái)：流量100 m3

/h，揚(yáng)程32 m，功率15 kW

單臺(tái)：流量280 m3

/h，揚(yáng)程44 m，功率55 kW

數(shù)量（臺(tái)）

5

1

1

5

2

備注

人工啟停，4臺(tái)位于7F平臺(tái)，1臺(tái)位于8F平臺(tái)

人工啟停，位于8F平臺(tái)

人工啟停，位于8F平臺(tái)

無變頻，人工啟停；對(duì)應(yīng)序號(hào)1，位于7F平臺(tái)

無變頻，人工啟停；對(duì)應(yīng)序號(hào)2、3，位于8F平臺(tái)

機(jī)組和4臺(tái)循環(huán)泵；8 F平臺(tái)冷熱源系統(tǒng)的典型工況

開啟1臺(tái)空調(diào)機(jī)組和1臺(tái)循環(huán)泵，極端天氣開啟2臺(tái)

空調(diào)機(jī)組和2臺(tái)循環(huán)泵。經(jīng)節(jié)能診斷可知：

1）空調(diào)機(jī)組：根據(jù)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)報(bào)告，機(jī)組

運(yùn)行COP為1.3，能效衰減較大。外立面銹蝕嚴(yán)重，

故障率高，原負(fù)荷配置冗余較大。

2）循環(huán)水泵：無防雨裝置，露天放置，銹蝕嚴(yán)

重。安裝于8樓平臺(tái)的水泵未根據(jù)單臺(tái)空調(diào)機(jī)組額

定流量進(jìn)行選型，而是根據(jù)系統(tǒng)總水量確定，選型

偏大。

3）管道：室外管道銹蝕嚴(yán)重，保溫層及管道附

件（如溫度計(jì)、壓力表等）部分損壞。

1.3 能耗分析

根據(jù)2017-2019年能耗賬單和用能面積分析，

大樓三年內(nèi)年均消耗總標(biāo)煤為476.2 tce，單位建筑

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節(jié)

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技

術(shù)

面積能耗為30.1 kgce/ (m2

·a)，該數(shù)值高于指南先

進(jìn)值24 kgce/(m2

·a)［3］

，說明該大樓仍有一定節(jié)能

潛力。結(jié)合三年逐月電力能耗賬單對(duì)大樓進(jìn)行能

耗分析，見圖1。

圖1 大樓逐月能耗分析柱狀圖

大樓已安裝能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)詳細(xì)記錄了主

要用能支路的能耗數(shù)據(jù)，通過調(diào)取平臺(tái)能耗數(shù)據(jù)拆

分用能占比見圖2所示。

圖2 大樓主要用電占比

由圖 1 和圖 2 可知，每年 12 月-次年 3 月、

6 月-10月為用電高峰月，經(jīng)分析是冬季采暖和夏

季空調(diào)使用能耗大所致；根據(jù)已有能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，

空調(diào)系統(tǒng)用電占比最大，為37%。綜上分析，空調(diào)

系統(tǒng)用電主要為耗能項(xiàng)，為有效遏制能耗攀升，須

重點(diǎn)關(guān)注空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)行節(jié)能技改。

2 改造方案

針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)存在的諸多問題，分析論證后確

定對(duì)冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行更新改造和智能控制，實(shí)現(xiàn)系

統(tǒng)節(jié)能減排。改造方案采用高效風(fēng)冷熱泵空調(diào)機(jī)

組和水泵對(duì)原設(shè)備進(jìn)行替換，安裝一套冷熱源群控

系統(tǒng)，對(duì)空調(diào)機(jī)組及水泵進(jìn)行智能管控和優(yōu)化運(yùn)

行，以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2.1 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)踏勘現(xiàn)狀及運(yùn)行策略，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)

荷進(jìn)行解析，可知7 F平臺(tái)空調(diào)系統(tǒng)在極端工況下

所需制冷量為1 005 kW；8 F平臺(tái)空調(diào)系統(tǒng)在極端

工況下所需制冷量為527 kW。空調(diào)已運(yùn)行20年，

極端工況下多開啟機(jī)組的原因與機(jī)組本身老化、制

冷能力衰減、管道保溫破損等因素有關(guān)［4］

，并參考機(jī)

組歷史電耗數(shù)據(jù)，得出大樓的實(shí)際用冷（熱）需求不

大于1 600 kW。

根據(jù)最新規(guī)范規(guī)定的室內(nèi)外氣象條件和最

小新風(fēng)量要求，參考《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》

（DGJ 08107-2015）圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，并依據(jù)

前述供能面積數(shù)據(jù)，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，得出冷負(fù)

荷為 1 670 kW，熱負(fù)荷為 1 610 kW，單位面積冷

負(fù)荷指標(biāo)為 125 W/m2

，單位面積熱負(fù)荷指標(biāo)為

120 W/m2

。

由此可見，冷熱負(fù)荷設(shè)計(jì)值與現(xiàn)場(chǎng)解析結(jié)果

基本吻合，滿足大樓當(dāng)前冷熱負(fù)荷的用能需求，即

空調(diào)系統(tǒng)的制冷量和制熱量分別為 1 670 kW 和

1 610 kW。

2.2 冷熱源系統(tǒng)改造

基于大樓空調(diào)冷熱源現(xiàn)狀，參考負(fù)荷計(jì)算結(jié)

果，選擇采用 13 臺(tái)（制冷量 130 kW/臺(tái)）模塊式風(fēng)

冷熱泵空調(diào)機(jī)組替換原有機(jī)組，可滿足全年制冷制

熱負(fù)荷需求，新機(jī)組完全符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

標(biāo) 準(zhǔn)》（DGJ 08107-2015）的 標(biāo) 準(zhǔn) 要 求（COP

3.0）。13 臺(tái)空調(diào)機(jī)組分兩組配置，8 臺(tái)安裝于 7 F

平臺(tái)，5 臺(tái)安裝于 8 F 平臺(tái)。改造后空調(diào)機(jī)組參數(shù)

見表2。

表2 風(fēng)冷模塊機(jī)組參數(shù)表

設(shè)備名稱

風(fēng)冷熱泵機(jī)組

臺(tái)數(shù)

13

單臺(tái)制冷/制熱量

（kW）

130/136

單臺(tái)功耗

（kW）

41.7/42.5

單臺(tái)尺寸

(長×寬×高）（mm)

2 100×2 300×1 100

COP

3.12

某辦公樓空調(diào)冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)研究

1705

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)能技術(shù)

2.3 輸配系統(tǒng)優(yōu)化及改造

由踏勘現(xiàn)狀及運(yùn)行策略可知，對(duì)原有水泵進(jìn)行

整體更新替換，替換方案兼顧夏季制冷和冬季供暖

輸配循環(huán)需要，以滿足空調(diào)機(jī)組循環(huán)流量要求。水

泵選型根據(jù)空調(diào)機(jī)組布置、水系統(tǒng)流量及原設(shè)計(jì)空

調(diào)系統(tǒng)的水泵參數(shù)進(jìn)行確定，新更換的循環(huán)水泵技

術(shù)參數(shù)見表3。

另對(duì)室外管道、儀器儀表等部件及保溫層進(jìn)

行更新修復(fù)，并新增電子除垢儀，以全面保證系統(tǒng)

的安全可靠及節(jié)能運(yùn)行。根據(jù)空調(diào)實(shí)際負(fù)荷、水

泵選型等合理優(yōu)化設(shè)計(jì)供回水管徑，其中7 F（冷負(fù)

荷1 040 kW）供回水干管管徑為DN200；8 F（冷負(fù)

荷 650 kW）供回水干管管徑為 DN200；機(jī)組（冷負(fù)

荷 130 kW）進(jìn)出水支管管徑為 DN80；水泵進(jìn)出水

支管管徑為DN150，集水器總管管徑為DN300；以

上管道設(shè)計(jì)流速均在合理流速范圍之內(nèi)。改造后

的系統(tǒng)流程圖見圖3。

表3 循環(huán)水泵參數(shù)表

設(shè)備名稱

循環(huán)水泵

循環(huán)水泵

流量

（m3

/h）

100

75

揚(yáng)程

（m）

32

40

功率

（kW）

15

15

數(shù)量

（臺(tái)）

3

3

安裝位置

7樓平臺(tái)

8樓平臺(tái)

備注

兩用一備

兩用一備

圖3 7 F平臺(tái)（左）和8F平臺(tái)（右）冷熱源系統(tǒng)流程圖

2.4 新增冷熱源群控系統(tǒng)

為保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠、能效提升及節(jié)能

降耗，新增一套冷熱源群控系統(tǒng)，對(duì)空調(diào)機(jī)組和水

泵遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制（自動(dòng)啟/?？刂?、手自動(dòng)控

制、故障報(bào)警等監(jiān)控）、自動(dòng)調(diào)節(jié)（根據(jù)室內(nèi)外溫度

和負(fù)荷變化，智能調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)及控制策略）；

空調(diào)機(jī)組回水管路安裝電動(dòng)閥門，遵循一機(jī)對(duì)一

泵，實(shí)現(xiàn)機(jī)組與電動(dòng)閥互鎖及優(yōu)化控制；機(jī)組與水

泵連鎖控制，提升系統(tǒng)效率和延長設(shè)備壽命；對(duì)機(jī)

組和水泵用電量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握冷熱源能耗情

況，便于用戶對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及精細(xì)化管理。

1706

SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 11 期

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018 年第 08 期

ENERGY SAVING TECHNOLOGY

節(jié)

能

技

術(shù)

3 節(jié)能效果

據(jù)已有資料，改造前冷熱源系統(tǒng)年用電量

539 510 kWh。根據(jù)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，改造后冷

熱源系統(tǒng)2022年用電量354 815 kWh，每月用電量

數(shù)據(jù)見表4。經(jīng)計(jì)算，冷熱源系統(tǒng)改造后實(shí)現(xiàn)年節(jié)

能量 184 695 kWh，年節(jié)省標(biāo)煤 52 tce，電費(fèi)單價(jià)

1 元/kWh，年節(jié)約能源費(fèi)用184 695元。項(xiàng)目投資

表4 改造后空調(diào)冷熱源系統(tǒng)2022年用電量報(bào)表

月份

1月

2月

3月

1-12月用電量小計(jì)（kWh）

用電量（kWh）

35 561.4

32 128.0

21 167.0

月份

4月

5月

6月

用電量（kWh）

0.0

9 724.3

50 225.0

354 815

月份

7月

8月

9月

用電量（kWh）

61 412.3

62 359.3

32 436.8

月份

10月

11月

12月

用電量（kWh）

9 025.0

5 836.3

34 939.6

額150萬元，靜態(tài)回收期約8年。

4 結(jié)論

該項(xiàng)目深入貫徹落實(shí)“雙碳”戰(zhàn)略，積極推進(jìn)綠

色低碳工作。首先通過節(jié)能診斷，找出耗能及潛力

所在，其次在充分考慮技術(shù)可行性、施工便捷性、智

慧運(yùn)營及高效節(jié)能的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)性的改造方

案，并最大程度利用原設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了新舊系統(tǒng)高效

融合。實(shí)施改造后實(shí)現(xiàn)年節(jié)省標(biāo)煤52 tce，年節(jié)約

能源費(fèi)用184 695元，年CO2減排量77.6 t，同時(shí)大

幅降低了設(shè)備維護(hù)成本和物業(yè)人員管理成本，節(jié)

能、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。項(xiàng)目成果為同類既有建

筑改造項(xiàng)目提供了參考和借鑒，為新建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

提供了新思路［5］

。

參考文獻(xiàn)

［1］公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50189—2015［S］.

［2］馮楊杰,倪美琴,童燕,等.揚(yáng)州某綜合辦公樓空調(diào)系統(tǒng)冷熱源方案的

分析研究［J］.建筑節(jié)能,2015, 9(43):17-20.

［3］機(jī)關(guān)辦公建筑合理用能指南：DB 31/ T550-2015［S］.

［4］丁偉翔,唐紅,蔣一鳴.某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)冷熱源節(jié)能改造方案測(cè)算

［J］.建筑行業(yè)節(jié)能,2020(4) : 33-35.

［5］朱勇,樓平,張力.杭州某辦公樓空調(diào)冷熱源節(jié)能改造［J］.建筑熱能通

風(fēng)空調(diào),2022,41(2): 68-70.

某辦公樓空調(diào)冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)研究

1707

火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)機(jī)制

研究

曹安國 沙冠男

申能股份有限公司

摘要：結(jié)合中國碳市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)程，論證了火電企業(yè)碳排放成本疏導(dǎo)在推

動(dòng)能源行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型中的重要性，提出在碳成本能夠比較順利地傳遞至

電力價(jià)格的基礎(chǔ)上，碳排放定價(jià)制度設(shè)計(jì)或者定價(jià)的準(zhǔn)確性才更具有意

義。歸納總結(jié)了歐美等發(fā)達(dá)國家碳排放成本的疏導(dǎo)情況，提出符合中國

國情的火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)機(jī)制設(shè)想，并就典型地區(qū)電力行業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行

了行業(yè)影響模擬測(cè)算。

關(guān)鍵詞：碳市場(chǎng)；電力市場(chǎng)；成本疏導(dǎo)；火電企業(yè)

DOI: 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2023.11.019

Research on Mechanism of Carbon

Cost Mitigation in Thermal Power Enterprises

CAO Anguo, SHA Guannan

Shenergy Co., Ltd.

Abstract: Combined with the construction process of China's carbon

market, this paper demonstrates the importance of easing the cost of

carbon emissions for thermal power enterprises in promoting the

low-carbon transformation of the energy industry. It proposes that the

收稿日期：2023-08-10

第一作者：曹安國（1989-06-），男，碩士，從事電力市場(chǎng)、碳排放市場(chǎng)等交易及研究工作

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能

SHANGHAI ENERGY SAVING

2023年第 11 期

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能

ENERGY SAVING ENGINEERING AND E

CONOMY

節(jié)

能

工

程

與

經(jīng)

濟(jì)

design of a carbon pricing system or the accuracy of pricing is more meaningful on the basis that the

carbon cost can be smoothly transferred to the electricity price. This paper summarizes the situation of

easing the cost of carbon emissions in developed countries such as Europe and the United States, proposes a mechanism for easing the cost of carbon emissions for thermal power enterprises that is in line

with China's national conditions, and conducts industry impact simulation calculations on the data of

the power industry in typical regions.

Key words: Carbon Market; Electricity Market; Cost Mitigation; Thermal Power Enterprises

0 引言

2019年以來，以發(fā)電行業(yè)為突破口，全國碳排

放權(quán)交易市場(chǎng)正式啟動(dòng)清繳履約，標(biāo)志著中國規(guī)模

以上火電企業(yè)全部參與到全球最大規(guī)模的低碳減

排市場(chǎng)實(shí)踐中。發(fā)電行業(yè)碳排放量占全國總排放

的比例超過四成，推動(dòng)發(fā)電企業(yè)積極參與碳市場(chǎng)，

通過市場(chǎng)機(jī)制穩(wěn)妥、有序?qū)崿F(xiàn)減碳降碳，對(duì)國家實(shí)

現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)意義重大。

通過碳市場(chǎng)推動(dòng)能源行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，火電企業(yè)

碳排放成本的疏導(dǎo)在其中居于核心地位。碳成本

傳導(dǎo)至終端，通過價(jià)格杠桿可引導(dǎo)消費(fèi)側(cè)優(yōu)先選擇

低排放企業(yè)，同時(shí)消費(fèi)側(cè)的反饋將進(jìn)一步激勵(lì)發(fā)電

企業(yè)主動(dòng)作為，通過技術(shù)改造、優(yōu)化運(yùn)行方式、科技

創(chuàng)新等手段降低碳排放。但碳成本的疏導(dǎo)幅度需

要維持在一定合理水平，過度疏導(dǎo)或者疏導(dǎo)不足都

有可能扭曲市場(chǎng)價(jià)格，偏離市場(chǎng)最優(yōu)解，甚至傳遞

相反的市場(chǎng)信號(hào)。如碳成本過度疏導(dǎo)，則發(fā)電企業(yè)

就會(huì)缺乏有效降碳的動(dòng)力，消費(fèi)者也會(huì)承受過度的

物價(jià)上漲壓力，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展；而碳成本疏

導(dǎo)不足甚至完全不疏導(dǎo)，也是當(dāng)前中國碳市場(chǎng)的現(xiàn)

狀，一方面讓消費(fèi)者失去自主選擇低碳電源的權(quán)

利，成本變動(dòng)無法通過穿越效應(yīng)［1］

帶動(dòng)終端消費(fèi)側(cè)

減碳，另一方面碳成本全部由發(fā)電企業(yè)消化，削弱

了行業(yè)的整體盈利水平。而中國發(fā)電集團(tuán)的傳統(tǒng)

是通過火電企業(yè)的盈利推動(dòng)集團(tuán)的低碳轉(zhuǎn)型——

提高新能源裝機(jī)、對(duì)火電企業(yè)技術(shù)改造、低碳前沿

技術(shù)的試驗(yàn)創(chuàng)新等，盈利水平的下降延緩了行業(yè)低

碳發(fā)展的步伐，當(dāng)發(fā)電商無法完全回收成本時(shí)，投

資激勵(lì)會(huì)被嚴(yán)重抑制，進(jìn)而造成系統(tǒng)裝機(jī)容量的動(dòng)

態(tài)下降，最終帶來更多限電和停電事件，使消費(fèi)者

承受更大損失。嚴(yán)重情況下，甚至?xí)绊憞夷茉?/p>

戰(zhàn)略安全，2021年以來高煤價(jià)成本無法疏導(dǎo)對(duì)電力

保供造成的困境殷鑒不遠(yuǎn)。

碳市場(chǎng)是政府人為設(shè)計(jì)的針對(duì)環(huán)境負(fù)外部性

定價(jià)的一種制度，而火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)的最主要

市場(chǎng)——電力市場(chǎng)，同樣是圍繞電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性

而人為設(shè)計(jì)的制度。碳成本疏導(dǎo)，不僅涉及碳市

場(chǎng)，更是與電力市場(chǎng)機(jī)制、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、電價(jià)形成等息

息相關(guān)，需要政策設(shè)計(jì)者總體統(tǒng)籌、精密設(shè)計(jì)。“碳

達(dá)峰、碳中和”新形勢(shì)下，為構(gòu)建新能源占比不斷提

高的新型電力系統(tǒng)，電力行業(yè)的系統(tǒng)特征和市場(chǎng)機(jī)

制正在經(jīng)歷深刻變革，最直接的變化是新能源比例

不斷提升對(duì)火電企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)與經(jīng)營策略

產(chǎn)生巨大影響，如高比例新能源地區(qū)火電企業(yè)作為

調(diào)峰機(jī)組需頻繁啟?；蜷L期低負(fù)荷運(yùn)行，其碳排放

強(qiáng)度勢(shì)必與設(shè)計(jì)值產(chǎn)生偏離；如非完全電力市場(chǎng)下

電價(jià)無法有效疏導(dǎo)，經(jīng)濟(jì)壓力下火電企業(yè)加大摻燒

力度引起碳排放波動(dòng)；而碳成本變化直接影響電力

系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和各類電源的競爭地位，碳成本給

火電帶來的不同壓力也會(huì)進(jìn)一步改變其在電力市

場(chǎng)與碳市場(chǎng)的經(jīng)營策略。同時(shí)，中國社會(huì)主義國家

性質(zhì)、絕大多數(shù)火電行業(yè)作為國企的責(zé)任與使命，

又賦予了電力行業(yè)特殊的地位與意義，即必須確保

對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)支撐作用、必須保障絕對(duì)的

安全供應(yīng)。因此，如何有效地疏導(dǎo)火電企業(yè)碳成

火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)機(jī)制研究

1709

SHANGHAI ENERGY SAVING

上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能 No.08

2018

本，在確保絕對(duì)安全穩(wěn)定的前提下引導(dǎo)電力行業(yè)轉(zhuǎn)

型發(fā)展，成為電力與碳市場(chǎng)設(shè)計(jì)者必須考慮的核心

問題。

本文對(duì)國內(nèi)外發(fā)電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)的行業(yè)現(xiàn)

狀進(jìn)行了梳理，分析了碳成本疏導(dǎo)的路徑，提出了

符合中國發(fā)展實(shí)際的成本疏導(dǎo)方案建議，并根據(jù)典

型地區(qū)電力行業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了行業(yè)影響測(cè)算。

1 碳成本疏導(dǎo)路徑分析

碳交易市場(chǎng)的宗旨是通過確定排放總量目標(biāo)，

明確排放權(quán)的稀缺性，采取無償及有償方式分配排

放權(quán)配額，以市場(chǎng)認(rèn)可的交易平臺(tái)、靈活有效的交

易機(jī)制，實(shí)現(xiàn)碳排放權(quán)的商品化。對(duì)于納入碳市場(chǎng)

管理的控排企業(yè)來說，碳排放權(quán)意味著必須通過采

購碳配額來補(bǔ)充其排放缺口，或者將多余的碳配額

到市場(chǎng)中出售來獲取收益。因此，碳市場(chǎng)將碳配額

設(shè)計(jì)為一種具有稀缺價(jià)值的投入要素，進(jìn)而使其構(gòu)

成排放主體在行為決策時(shí)必須權(quán)衡的機(jī)會(huì)成本［2］

，

即碳排放配額對(duì)企業(yè)來說屬于機(jī)會(huì)成本。

對(duì)火電企業(yè)而言，碳市場(chǎng)機(jī)制促使經(jīng)營管理層

將碳排放納入生產(chǎn)經(jīng)營決策甚至投資決策，在市場(chǎng)

營銷、生產(chǎn)運(yùn)行、燃料采購、財(cái)務(wù)安排等多個(gè)維度考

慮碳排放的綜合影響?；痣娖髽I(yè)不同機(jī)組類型、技

術(shù)路線、容量水平等存在差異，導(dǎo)致碳排放成本存

在差別，進(jìn)而改變了不同機(jī)組的總成本排序。碳市

場(chǎng)建設(shè)初期，碳成本在電廠總成本中占比相對(duì)較

小，如按照某地碳市場(chǎng)2023年碳價(jià)50元/t計(jì)算，年

發(fā)電按3 000 h，300 MW容量亞臨界機(jī)組年度碳配

額缺口約50萬t，碳成本折合度電為0.027元/kWh，

總成本（包括固定成本與變動(dòng)成本）按照0.6元/kWh

計(jì)，碳成本約占總成本4.6%。但是需要注意的是，

由于中國的電力市場(chǎng)機(jī)制限制，在能源價(jià)格較高

時(shí)，燃料成本尚無法得到有效疏導(dǎo)，盡管碳成本的

占比不高，但是由于燃料成本無法疏導(dǎo),導(dǎo)致發(fā)電企

業(yè)經(jīng)營困難，碳排放成本足以成為壓垮企業(yè)的最后

一根稻草，2021年以來，中國西部7省份多家發(fā)電

企業(yè)反映企業(yè)現(xiàn)金流緊張無法進(jìn)行碳市場(chǎng)履約。

隨著碳市場(chǎng)深入發(fā)展，碳成本持續(xù)提高，當(dāng)碳成本

占總成本達(dá)到一定比例后，不同類型機(jī)組的碳成本

差異累積至一定值，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下，基于邊

際成本的市場(chǎng)出清機(jī)制將導(dǎo)致電力系統(tǒng)調(diào)度的順

序發(fā)生變化，碳排放強(qiáng)度較低的機(jī)組可能優(yōu)先發(fā)

電，盡管該機(jī)組的燃料成本可能更高；這將導(dǎo)致低

碳機(jī)組的市場(chǎng)競爭力提升，進(jìn)而促使電力行業(yè)向低

碳化方向轉(zhuǎn)型。

從對(duì)消費(fèi)者的引導(dǎo)角度，火電企業(yè)的主要產(chǎn)品

是電力與熱力，部分燃?xì)鈾C(jī)組主要提供電力輔助服

務(wù)等附加產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的使用者包括電力用戶、

熱力用戶、電網(wǎng)企業(yè)等，對(duì)于此類用戶的低碳引導(dǎo)

主要體現(xiàn)在產(chǎn)品價(jià)格上，如電價(jià)、熱價(jià)與輔助服務(wù)

價(jià)格。需要根據(jù)不同碳成本來體現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)格的變

化，通過產(chǎn)品價(jià)格信號(hào)來激勵(lì)消費(fèi)者增加使用低碳

產(chǎn)品、減少使用高碳產(chǎn)品。如果產(chǎn)品無法通過價(jià)格

等信號(hào)區(qū)分碳排放，產(chǎn)品使用者無法切身感受節(jié)能

降碳的壓力，碳市場(chǎng)的減排效果將大打折扣。

李雪慧等人［2］

的研究證明，碳成本的有效傳導(dǎo)

有利于社會(huì)福利的提升。良好的碳成本疏導(dǎo)使碳

排放的環(huán)境負(fù)外部性進(jìn)行內(nèi)部化，使之趨向于社會(huì)

最優(yōu)。而在電力市場(chǎng)中，碳成本向電價(jià)的傳導(dǎo)程度

決定社會(huì)福利的提高，電力用戶的電價(jià)越高，對(duì)低

碳消費(fèi)的激勵(lì)程度越大，就越有利于提升社會(huì)福

利。同時(shí)，碳成本疏導(dǎo)也會(huì)產(chǎn)生福利分配的公平性

問題，發(fā)電商存在過度傳導(dǎo)來獲取超額利潤的可

能。但從不同市場(chǎng)主體的角度看，所謂超額利潤獲

取也存在一定爭議。從電力消費(fèi)者的視角，碳成本

向電價(jià)的完全疏導(dǎo)意味著消費(fèi)者剩余的減少，相當(dāng)

于變相向發(fā)電商提供補(bǔ)貼；德國反壟斷辦公室在

2006年警告電力公司濫用市場(chǎng)支配地位過度傳導(dǎo)

碳成本。而從發(fā)電商的視角，碳成本的出現(xiàn)勢(shì)必會(huì)

壓縮電源的壽命，迫使發(fā)電企業(yè)在更短時(shí)間進(jìn)行成

本回收，所以發(fā)電企業(yè)獲取所謂的超額利潤是解決

擱淺成本、進(jìn)行綠色轉(zhuǎn)型的需要。碳成本過度疏導(dǎo)

的問題另一方面源于國外電力市場(chǎng)對(duì)電價(jià)沒有或

者很少有過度的限制，發(fā)電企業(yè)參與電力市場(chǎng)可以

在不同的供需條件下通過不同交易策略獲取高額

電價(jià)；而中國電力市場(chǎng)一般都有嚴(yán)格的價(jià)格限制，

1710

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2023年第 11 期

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節(jié)

能

工

程

與

經(jīng)

濟(jì)

中長期交易電價(jià)被限制在基準(zhǔn)價(jià)上下浮動(dòng) 20%以

內(nèi)，現(xiàn)貨價(jià)格也一般限制在 0.6~1.5 元/kWh 以內(nèi)，

即便是燃料成本尚無法完全疏導(dǎo)，更不會(huì)出現(xiàn)所謂

的超額利潤問題。

綜上所述，要實(shí)現(xiàn)CO2排放控制，對(duì)電力、熱力

等市場(chǎng)的疏導(dǎo)是關(guān)鍵，即碳排放定價(jià)機(jī)制的作用必

須以電力定價(jià)機(jī)制為制度前提才能發(fā)揮作用；在

CO2排放價(jià)格能夠比較順利地傳遞至電力價(jià)格的基

礎(chǔ)上，碳排放定價(jià)制度設(shè)計(jì)或者定價(jià)的準(zhǔn)確性才更

具有顯著意義。而碳成本疏導(dǎo)對(duì)社會(huì)福利會(huì)產(chǎn)生

影響，疏導(dǎo)方式必須在中國政治經(jīng)濟(jì)的特殊國情

下，在電力行業(yè)與用電企業(yè)可承受的前提下，兼顧

效率與公平穩(wěn)妥實(shí)施。

2 國內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀

2.1 國外市場(chǎng)

2.1.1 歐盟碳市場(chǎng)

歐盟碳市場(chǎng)（EU Emissions Trading Scjeme，

簡稱EU ETS，也可翻譯為“歐盟排放交易體系”）自

2005年開始啟動(dòng)運(yùn)行，是世界上第一個(gè)旨在減少溫

室氣體排放的交易系統(tǒng)。EU ETS 遵循“總量管制

與交易”原則，企業(yè)通過分配或拍賣獲得排放配額，

并根據(jù)需要使用或交易配額。通過限制溫室氣體

的年度排放上限、逐步降低排放總量等手段，推動(dòng)

整個(gè)歐盟碳排放降低。經(jīng)過近20年的持續(xù)優(yōu)化，歐

盟碳市場(chǎng)逐步趨于完善。歐盟碳市場(chǎng)的發(fā)展歷程

分為四個(gè)階段，四個(gè)階段的碳價(jià)見圖1，不同階段的

主要特點(diǎn)如下：

1）第一階段，2005 年-2007 年：啟動(dòng)初期，歐

盟碳市場(chǎng)控排企業(yè)主要集中于發(fā)電和重工業(yè)領(lǐng)域，

數(shù)量超過 10 000 家。CO2 排放限額應(yīng)用于大于

20 MW的發(fā)電和供熱裝置，以及鋼鐵、水泥和煉油

等能源密集型工業(yè)部門。此時(shí)市場(chǎng)僅包括三種溫

室氣體，分別為 CO2、N2O 和全氟碳化物（PFCs）。

根據(jù)相關(guān)資料，2005年歐盟ETS排放限額為20.96

億 tCO2當(dāng)量（MtCO2e），各成員國自主確定各自的

碳排放配額上限。為吸引更多的市場(chǎng)主體廣泛參

與，同時(shí)也由于部分成員夸大其自身所需排放，這

一時(shí)期免費(fèi)配額的實(shí)際發(fā)放比例接近100%，免費(fèi)

配額分配方法采用歷史排放法（即祖父法），這也導(dǎo)

致了這一階段碳價(jià)總體處于下跌趨勢(shì)，部分時(shí)段價(jià)

格甚至達(dá)到零。在這一階段，不遵守排放規(guī)定的企

業(yè)被處以40歐元/tCO2罰款。

2）第二階段，2008年-2012年：根據(jù)第一階段

的教訓(xùn)，第二階段開始考慮未來碳配額的稀缺性，

避免配額過度分配，第二階段初期歐盟碳價(jià)開始階

段性回暖。但由于 2008 年全球金融危機(jī)發(fā)生，歐

盟企業(yè)碳排放下降，配額供過于求，導(dǎo)致碳市場(chǎng)價(jià)

格再次下跌。這期間，歐盟碳市場(chǎng)新增了冰島、挪

威、列支敦士登、保加利亞和羅馬尼亞五個(gè)成員，成

圖1 2005年至2022年歐盟碳價(jià)[3]

火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)機(jī)制研究

1711

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上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

上海節(jié)能 No.08

2018

員國擴(kuò)充至30個(gè)國家；同時(shí)，硝酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生

的氮氧化物（NOx）被列為排放氣體并被納入碳市

場(chǎng)；2012 年 1 月 1 日起，市場(chǎng)開始覆蓋航空業(yè)。第

二階段，歐盟碳市場(chǎng)的排放配額上限仍主要采用各

成員國自主確定的方式，免費(fèi)配額的實(shí)際發(fā)放比例

有所縮減、但仍占總排放的90%左右，免費(fèi)配額分

配方法仍采用歷史排放法；7%的部分根據(jù)績效指標(biāo)

（最佳績效產(chǎn)品、更高的分配信貸收益率）通過對(duì)標(biāo)

法進(jìn)行自由分配；約有 3%的部分通過拍賣方式進(jìn)

行分配。在第二階段，歐盟委員會(huì)刻意實(shí)施了更嚴(yán)

格的排放配額上限，排放總額度與 2005 年相比減

少了 6.5%。然而，根據(jù) ICAP（2021）的報(bào)告，2009

年歐盟總排放配額為 2 049 MtCO2e，僅比 2005年

減少47 MtCO2e，與宣布的減少6.5%相去甚遠(yuǎn)。

3）第三階段，2013 年-2020 年：2013 年，歐盟

對(duì)碳市場(chǎng)進(jìn)行了重大調(diào)整，一是歐盟總排放配額上

限從各國自主確定調(diào)整為歐盟委員會(huì)統(tǒng)一確定，避

免了以往各國過多分配配額的傾向；二是通過“線

性減排因子”方法每年遞減可分配碳配額總量；三

是更多的成員國更多的行業(yè)采用拍賣方式分配配

額，控排企業(yè)的排放成本陡增。這一時(shí)期，歐盟碳市

場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)容，增加了新成員克羅地亞，成員國達(dá)到

31國；同時(shí)，歐盟碳市場(chǎng)囊括的領(lǐng)域包括碳捕獲和儲(chǔ)

存裝置、石化產(chǎn)品、氨、有色和黑色金屬、石膏和鋁的

生產(chǎn)，同時(shí)增加了己二酸和乙醛酸等化學(xué)品制造

等。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2019年歐盟三大碳排放行業(yè)分

別為電力行業(yè)、石油/天然氣生產(chǎn)和金屬行業(yè)。在第

三階段，約有43%的配額采用“行業(yè)基準(zhǔn)線法”進(jìn)行

免費(fèi)分配，剩余57%的配額需要進(jìn)行拍賣獲取。其

中，電力部門排放配額已實(shí)現(xiàn)100%拍賣分配；制造

業(yè)仍然存在免費(fèi)分配的配額（達(dá)到一定量級(jí)），其余

排放額將進(jìn)行拍賣；航空部門15%的排放配額進(jìn)行

拍賣，82%根據(jù)基準(zhǔn)免費(fèi)分配，剩下的3%成為行業(yè)

新進(jìn)入者和快速發(fā)展的航空公司的特殊儲(chǔ)備。

4）第四階段，2021年至今：這一階段，歐盟碳市

場(chǎng)的行業(yè)覆蓋和配額分配方式并未發(fā)生大的變化，

仍有約43%的配額進(jìn)行免費(fèi)分配，剩余57%的配額

通過拍賣獲取。但歐盟設(shè)定了雄心勃勃的氣候目

標(biāo)并出臺(tái)了一系列強(qiáng)有力的舉措。2021年7月，歐

盟委員會(huì)發(fā)布了“Fit for 55”一攬子計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)相

比1990年排放水平減排至少55%的目標(biāo)。該計(jì)劃

將歐盟碳市場(chǎng)置于歐盟脫碳議程的核心，包括一次

性降低排放總配額，并將線性折減系數(shù)從2.2%提高

到4.2%。這將要求歐盟碳市場(chǎng)在2030年實(shí)現(xiàn)相比

2005 年減排 61%的目標(biāo)。受此影響，歐盟碳價(jià)

2021 年一路走高，截至 2023 年 5 月碳價(jià)最高突破

100歐元/t關(guān)口。

2.1.2 歐盟成員國等碳成本疏導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)

英國政府自20世紀(jì)80年代末開始啟動(dòng)電力市

場(chǎng)化改革。改革過程中，英國政府不斷根據(jù)市場(chǎng)運(yùn)

行狀況、能源形勢(shì)帶來的挑戰(zhàn)和新要求，及時(shí)調(diào)整

市場(chǎng)機(jī)制。截至目前，英國電力市場(chǎng)建設(shè)主要經(jīng)歷

了以下四個(gè)階段［4］

。第一階段（1989-2000年），行業(yè)

結(jié)構(gòu)重組、私有化和電力庫模式建立；第二階段

（2001-2004年），新電力交易制度（NETA）建立；第

三階段（2005-2013年），電力交易和傳輸機(jī)制(BETTA模式）建立。第四階段（2014年至今）：實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)

展的新一輪改革。新一輪電力市場(chǎng)化改革主要包括

四大措施：一是對(duì)低碳電源建立差價(jià)合約機(jī)制

（CFDs）；二是建立發(fā)電容量市場(chǎng)機(jī)制；三是設(shè)立排放

績 效 標(biāo) 準(zhǔn)（Emissions Performance Standard，

EPS）；四是引入最低碳價(jià)機(jī)制（Carbon Price Floor）。

1）差價(jià)合約機(jī)制

政府確定各類低碳電源的合同價(jià)格（strike

price）并設(shè)立相應(yīng)機(jī)構(gòu)，與發(fā)電商簽訂差價(jià)合同，確

保低碳能源在參與市場(chǎng)競爭中仍能以合同價(jià)格獲

得收入；同時(shí)與售電商簽訂售電合同，按售電量收

取低碳費(fèi)以分?jǐn)倢?duì)發(fā)電商補(bǔ)貼而產(chǎn)生的成本支出

額。只有符合標(biāo)準(zhǔn)的電源才能申請(qǐng)差價(jià)合約，合格

的標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）低碳能源；（2）新能源容量要大于

規(guī)定的最小值；（3）工程擁有有效的建筑許可和并

網(wǎng)許可(最低標(biāo)準(zhǔn))，對(duì)于某些技術(shù)(尤其生物質(zhì)能)將

有一些額外的要求；（4）如果已有的混合火力電站

(同時(shí)燃燒生物質(zhì)和化石燃料)已經(jīng)接受可再生能源

義務(wù)，它們可以接受一個(gè)差價(jià)合約轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)能

1712

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程

與

經(jīng)

濟(jì)

火力電站；（5）大的工程要求提供給交付機(jī)構(gòu)一個(gè)

政府認(rèn)可的符合標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)鏈計(jì)劃，申請(qǐng)者需要提

供工程名稱、規(guī)模、地點(diǎn)、預(yù)期投產(chǎn)時(shí)間和是否分期

交付。符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的低碳發(fā)電企業(yè)根據(jù)先到先

得的差價(jià)合約發(fā)放原則在市場(chǎng)中以差價(jià)合約規(guī)定

的價(jià)格獲得電量收入，即若市場(chǎng)參考價(jià)（市場(chǎng)平均

成交價(jià)）低于差價(jià)合約價(jià)格則以差價(jià)合約價(jià)格計(jì)，

其差價(jià)由政府補(bǔ)貼；若市場(chǎng)參考價(jià)高于差價(jià)合約規(guī)

定的價(jià)格則高出的部分返還。其中核電、部分生物

質(zhì)能發(fā)電等差價(jià)合約的市場(chǎng)參考價(jià)為季度或年度

平均價(jià)，其周期較長；而光伏、風(fēng)電等差價(jià)合約的市

場(chǎng)參考價(jià)則為每日平均價(jià)，其周期較短。

2)發(fā)電容量市場(chǎng)

為了應(yīng)對(duì)原有高碳電廠不斷關(guān)閉和新建新能

源電站的間歇性和靈活性問題，保障供電安全，英

國還建立容量市場(chǎng)機(jī)制，以吸引發(fā)電投資和需求側(cè)

參與市場(chǎng)。容量市場(chǎng)是在現(xiàn)有的電量市場(chǎng)外單獨(dú)

設(shè)置的，可以由供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)兩個(gè)方面來參與，

電力生產(chǎn)者可同時(shí)在這2個(gè)市場(chǎng)操作，新建和已有

電源、需求側(cè)資源、儲(chǔ)能設(shè)施均可參加。容量市場(chǎng)

機(jī)制由政府指定機(jī)構(gòu)或售電商作為購買方，在政府

授權(quán)下對(duì)未來電力需求作出評(píng)估并組織容量招標(biāo)，

并在所有售電公司中分?jǐn)?，以保障電力長期供應(yīng)安

全。交易方式為集中競價(jià)或雙邊交易，并可采用物

理交易或金融性的容量期貨權(quán)交易。

3)排放績效標(biāo)準(zhǔn)

為了使英國能達(dá)到其碳減排目標(biāo)，限制高碳電

源的發(fā)展，對(duì)在英國建立的任何新電廠，都要限制

碳排放量，明確禁止新建碳排放超過450 g/kWh的

煤電廠。這個(gè)排放標(biāo)準(zhǔn)只要求新建機(jī)組必須滿足，

對(duì)過去已建成的機(jī)組并不追溯。新的碳排放標(biāo)準(zhǔn)

意味著所有新建燃煤機(jī)組必須安裝碳捕捉與封存

等裝置。

4) 最低碳價(jià)機(jī)制

2013年左右歐盟的碳交易價(jià)格較低，在英國無

法有效激勵(lì)投資商投資低碳能源。為減少投資者

的顧慮，保證碳的價(jià)格公正合理，更有力地激勵(lì)投

資者投資于低碳發(fā)電，英國政府設(shè)立了碳交易價(jià)格

下限，規(guī)定在2013年、2020年和2030年的碳價(jià)格

下限分別為16、30、70英鎊/t，當(dāng)歐盟碳排放交易市

場(chǎng)的成交價(jià)格低于政府規(guī)定的價(jià)格下限時(shí)，由政府

補(bǔ)償其差價(jià)部分，費(fèi)用納入政府年度預(yù)算。碳價(jià)格

支持機(jī)制有助于提高碳投資的經(jīng)濟(jì)效益，從而提高

對(duì)低碳發(fā)電的投資興趣。最低碳價(jià)機(jī)制通過增加

電力批發(fā)價(jià)格，影響傳統(tǒng)能源價(jià)格競爭力。低碳發(fā)

電不必支付碳排放費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)競爭力增加，因此，鼓

勵(lì)了對(duì)低碳發(fā)電的投資［5］

。

2.1.3 對(duì)中國碳成本疏導(dǎo)的相關(guān)啟示

通過上文可以看到，英國電力市場(chǎng)改革是與歐

盟碳市場(chǎng)協(xié)調(diào)互補(bǔ)的一攬子方案體系，通過電力體

制改革的各項(xiàng)政策設(shè)計(jì)與碳市場(chǎng)的有效銜接，引導(dǎo)

對(duì)低碳電源的投資激勵(lì)。通過增加電力批發(fā)價(jià)格

來疏導(dǎo)傳統(tǒng)電源的碳排放成本。通過容量市場(chǎng)來

保障中長期的發(fā)電容量充裕性，其資金也是最終來

源于電力用戶。同時(shí)，通過設(shè)立排放績效標(biāo)準(zhǔn)等一

系列舉措保障改革具體落地。

在包括英國在內(nèi)的傳統(tǒng)發(fā)達(dá)國家，由于碳市

場(chǎng)、碳稅等碳排放定價(jià)機(jī)制實(shí)施較早，碳排放成本

通過與電力價(jià)格之間進(jìn)行的多種復(fù)雜互動(dòng)進(jìn)行疏

導(dǎo)。Sijm等［6］

對(duì)德國和荷蘭的研究表明，2005年上

半年有39%~73%的碳排放成本轉(zhuǎn)移至終端電力價(jià)

格中，而2005年全年則有60%~80%的成本轉(zhuǎn)移，

而且這種轉(zhuǎn)移比例持續(xù)上升。Ahamada等［7］

研究

了碳排放價(jià)格對(duì)電力價(jià)格的非線性影響，發(fā)現(xiàn)德法

兩國的非線性影響存在國別差異。圖2中歐盟碳價(jià)

與德國電力市場(chǎng)價(jià)格趨勢(shì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性，二

者的相關(guān)系數(shù)為0.75，顯示出德國電價(jià)對(duì)碳排放成

本的疏導(dǎo)作用。Hintermann［8］

發(fā)現(xiàn)德國發(fā)電企業(yè)至

少有 84%的碳成本甚至是超額碳成本會(huì)通過電價(jià)

轉(zhuǎn)嫁給消費(fèi)者；澳大利亞在碳價(jià)政策實(shí)施兩年后居

民電價(jià)上升了10%，工業(yè)電價(jià)上升了15%，現(xiàn)貨批

發(fā)價(jià)格則上升了 59%。上述研究表明在國外發(fā)達(dá)

國家電力行業(yè)的 CO2排放成本疏導(dǎo)及控制主要是

通過電力價(jià)格來實(shí)現(xiàn)的。美國加州通過電力市場(chǎng)

與碳市場(chǎng)的協(xié)調(diào)配合，成功實(shí)現(xiàn)了其設(shè)計(jì)初衷，碳

火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)機(jī)制研究

1713

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上海節(jié)能 No.11

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上海節(jié)能 No.08

2018

市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排目的，電力市場(chǎng)疏導(dǎo)了發(fā)電企

業(yè)成本，有效激發(fā)了電力行業(yè)向清潔、低碳轉(zhuǎn)型的

巨大潛力。

圖2 德國電價(jià)與歐盟碳價(jià)走勢(shì)對(duì)比

必須注意的是，國外發(fā)達(dá)國家對(duì)碳成本的有效

疏導(dǎo)是建立在比較成熟的競爭性電力市場(chǎng)基礎(chǔ)之

上的，且在發(fā)展過程中會(huì)根據(jù)具體情況進(jìn)行政策

與機(jī)制的動(dòng)態(tài)調(diào)整。而中國電力市場(chǎng)化改革還在

進(jìn)行中，以電力現(xiàn)貨市場(chǎng)為標(biāo)志的競爭市場(chǎng)交易

機(jī)制和配套規(guī)制還在探索中，因此碳成本疏導(dǎo)機(jī)

制設(shè)計(jì)必須統(tǒng)籌兼顧碳市場(chǎng)與電力市場(chǎng)的建設(shè)進(jìn)

程，探索符合中國國情與市場(chǎng)發(fā)展階段的成本疏

導(dǎo)方式。

2.2 中國市場(chǎng)

2.2.1 中國電力市場(chǎng)建設(shè)情況

2015年3月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一

步深化電力體制改革的若干意見》（中發(fā)〔2015〕9

號(hào)），標(biāo)志著我國新一輪電力體制改革正式拉開帷

幕。2021年10月《關(guān)于進(jìn)一步深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)

電價(jià)市場(chǎng)化改革的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2021〕1439號(hào))

正式印發(fā)，煤電原則上全部電量進(jìn)入市場(chǎng)，通過市

場(chǎng)交易在“基準(zhǔn)價(jià)+上下浮動(dòng)20%”范圍內(nèi)形成上網(wǎng)

電價(jià)，推動(dòng)工商業(yè)用戶全部進(jìn)入市場(chǎng)，建立電網(wǎng)代

購電機(jī)制，電力體制改革進(jìn)一步深化。截至 2022

年底，國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域內(nèi)各電力交易中心共注冊(cè)市場(chǎng)

主體 473 149 家，較 2021 年底新增 106 669 家。

2022 年，國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)各交易中心總交易電量完成

55 902億kWh，同比增長3.5%。其中，市場(chǎng)交易電

量41 283億kWh，同比增長43.0%。截至目前，我

國已初步形成在空間范圍上覆蓋區(qū)域、省級(jí)，在時(shí)

間周期上覆蓋年度、月度、月內(nèi)的電力中長期交易

及日前、日內(nèi)的現(xiàn)貨交易，在交易標(biāo)的上覆蓋電能

量、輔助服務(wù)、可再生能源消納權(quán)重等交易品種的

市場(chǎng)體系結(jié)構(gòu)。電力市場(chǎng)化交易規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，交

易機(jī)制不斷完善，多層次、全國統(tǒng)一的電力市場(chǎng)體

系正在形成中。由于各地電力市場(chǎng)機(jī)制的不同，不

同省份電價(jià)區(qū)別較大。2021年下半年以來，能源價(jià)

格高企，在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)尚未開啟的省份市場(chǎng)電價(jià)

一般在基準(zhǔn)價(jià)的基礎(chǔ)上，上浮接近 20%（20%為政

府規(guī)定的中長期電價(jià)上浮上限），在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)

運(yùn)行地區(qū)，電價(jià)在有限的范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)。圖3為

2022年山西月度日前與實(shí)時(shí)現(xiàn)貨均價(jià)。

圖3 2022年山西月度日前與實(shí)時(shí)現(xiàn)貨均價(jià)

1714

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上海節(jié)能

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CONOMY

節(jié)

能

工

程

與

經(jīng)

濟(jì)

2.2.2 我國碳市場(chǎng)建設(shè)情況

2010年，《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性

新興產(chǎn)業(yè)的決定》明確提出，建立和完善主要污染

物和碳排放交易制度。2011年10月，國家發(fā)改委

印發(fā)《關(guān)于開展碳排放權(quán)交易試點(diǎn)工作的通知》（發(fā)

改辦氣候〔2011〕2601 號(hào)），啟動(dòng)北京、上海、天津、

重慶、湖北、廣東和深圳七省市開展碳交易試點(diǎn)工

作。在七大試點(diǎn)城市碳市場(chǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，全國碳

市場(chǎng)于 2021 年 7 月正式開鑼交易。市場(chǎng)采取“雙

城”模式，即上海負(fù)責(zé)交易系統(tǒng)，湖北武漢負(fù)責(zé)登記

和結(jié)算系統(tǒng)。初期選取約2 200家火電企業(yè)參與其

中，市場(chǎng)總規(guī)模約40億t，成為全球“覆蓋碳排放量”最

大的碳市場(chǎng)。國家碳市場(chǎng)運(yùn)行以來，碳配額價(jià)格從

最開始的 50 元/t 略有下降，2022 年至今穩(wěn)定在

55~60元/t左右。中國碳市場(chǎng)日平均成交價(jià)格見圖4。

圖4 中國碳市場(chǎng)日平均成交價(jià)格

2.2.3 存在的主要問題

中國特色的社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制與電力市

場(chǎng)改革歷史決定了我國電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)獨(dú)特的

體制特征。由于體制機(jī)制及歷史原因，我國電力市

場(chǎng)和碳市場(chǎng)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，分別由不同的國家部委

負(fù)責(zé)建設(shè)，在電力行業(yè)內(nèi)部歸屬不同業(yè)務(wù)部門管

理，這就造成頂層設(shè)計(jì)時(shí)尚未統(tǒng)籌考慮其關(guān)聯(lián)性、

缺乏有效協(xié)同。這導(dǎo)致了在電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)中，

發(fā)電企業(yè)的碳排放成本難以得到有效疏導(dǎo)。中國

的電力市場(chǎng)存在多重限制，電力中長期市場(chǎng)價(jià)格限

制在基準(zhǔn)價(jià)上下浮動(dòng)20%以內(nèi)，數(shù)量要求作為壓艙

石占總電量的90%以上；電力現(xiàn)貨價(jià)格一般限制在

0~1.5 元/kWh 左右，數(shù)量僅占不超過 10%；電力輔

助服務(wù)市場(chǎng)資金盤子一般來源于發(fā)電側(cè)的零和博

弈，輔助服務(wù)收入一般僅占電能量收入的1%~2%

左右。在燃料價(jià)格較高時(shí)段，由于中長期與現(xiàn)貨的

電價(jià)上限限制，燃料成本尚無法通過電價(jià)進(jìn)行疏導(dǎo)，

碳排放成本只能由發(fā)電企業(yè)自身消化；而當(dāng)燃料成

本下降時(shí)，由于碳成本占比相對(duì)較小，市場(chǎng)競爭壓力

下以及地方政府對(duì)電價(jià)的調(diào)控傾向下，電價(jià)被迅速

通過各種方式進(jìn)行快速壓低，發(fā)電企業(yè)只能通過內(nèi)

部管理求生存，碳市場(chǎng)的成本疏導(dǎo)更無從談起。

3 成本疏導(dǎo)方法及模型構(gòu)想建議

建立火電企業(yè)碳排放成本疏導(dǎo)機(jī)制，要以應(yīng)對(duì)

氣候變化和能源可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，充分發(fā)揮市場(chǎng)

在資源配置中的決定性作用，推動(dòng)碳市場(chǎng)與電力市

場(chǎng)等的有機(jī)融合、協(xié)同發(fā)展，在疏導(dǎo)火電企業(yè)碳排

放成本的同時(shí)引導(dǎo)下游用戶減碳降碳，形成電力行

業(yè)上下游協(xié)同綠色發(fā)展、合作共贏的發(fā)展局面，主

要構(gòu)想如下：

1）完善市場(chǎng)化電價(jià)形成機(jī)制，建立電力中長期

價(jià)格與燃料市場(chǎng)、碳市場(chǎng)價(jià)格聯(lián)動(dòng)機(jī)制。電力中長

火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)機(jī)制研究

1715

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上海節(jié)能 No.11

2023

ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMY

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上海節(jié)能 No.08

2018

期市場(chǎng)價(jià)格可由發(fā)用雙方約定，由基準(zhǔn)合同電價(jià)、

煤電聯(lián)動(dòng)價(jià)格、碳電聯(lián)動(dòng)價(jià)格構(gòu)成，其中基準(zhǔn)合同

電價(jià)可根據(jù)國家相關(guān)政策文件或雙方約定確定，煤

電聯(lián)動(dòng)價(jià)格根據(jù)煤價(jià)指數(shù)的變動(dòng)幅度約定，碳電聯(lián)

動(dòng)價(jià)格可參考煤電聯(lián)動(dòng)方式根據(jù)碳價(jià)指數(shù)的變動(dòng)

幅度約定。具體可按照以下公式確定：

Pde = Pje +

Pdc - Pjc

Pjc

× Pje +

Pdt - Pjt

Pjt

× Pje

其中：

Pde——當(dāng)期電力中長期市場(chǎng)價(jià)格；

Pdc——當(dāng)期市場(chǎng)煤價(jià)指數(shù)；

Pdt——當(dāng)期碳市場(chǎng)價(jià)格指數(shù)；

Pje——基準(zhǔn)合同電價(jià)；

Pjc——基準(zhǔn)煤價(jià)；

Pjt——基準(zhǔn)電力碳價(jià)。

熱力價(jià)格可參照上述電價(jià)公式形成碳熱聯(lián)動(dòng)

價(jià)格。

2）在國家規(guī)定的基準(zhǔn)電價(jià)+上下浮動(dòng)框架下，

單獨(dú)設(shè)定碳市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)價(jià)格上下浮動(dòng)范圍。根據(jù)

《2021、2022 年度全國碳排放權(quán)交易配額總量設(shè)

定與分配實(shí)施方案（發(fā)電行業(yè)）》，發(fā)電企業(yè)碳市場(chǎng)

缺口最大約為其總排放量的20%；按照當(dāng)前碳市場(chǎng)

價(jià)格60元/t，碳成本一般約為燃料成本（按照基準(zhǔn)煤

價(jià)535元/t）的5%左右。參考當(dāng)前國家對(duì)電價(jià)上下

浮動(dòng) 20%的限制，并適度考慮后續(xù)碳價(jià)的上升趨

勢(shì)，碳市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)價(jià)格浮動(dòng)范圍可設(shè)定在 5%以內(nèi)。

這樣，電力中長期價(jià)格分成了碳電聯(lián)動(dòng)價(jià)格與原國

家規(guī)定電能電價(jià)兩部分，電能價(jià)格仍按照國家要求

在基準(zhǔn)價(jià)基礎(chǔ)上，上下浮動(dòng)不超過20%，碳價(jià)在基

準(zhǔn)價(jià)基礎(chǔ)上，上下浮動(dòng)不超過5%。

Pje +

Pdc - Pjc

Pjc × Pje

電能價(jià)格，上下浮動(dòng)20% +

Pdt - Pjt

Pjt × Pje

碳排放聯(lián)動(dòng)價(jià)格，上下浮動(dòng)5%

3）在當(dāng)前用戶分時(shí)電價(jià)基礎(chǔ)上，設(shè)立機(jī)組頂

峰容量補(bǔ)償機(jī)制。當(dāng)出現(xiàn)類似 2022 年燃料成本

高企時(shí)段，即便電力中長期價(jià)格上限提高至25%，

仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法覆蓋火電成本，特別是隨著新能源比

例提升，現(xiàn)貨市場(chǎng)邊際定價(jià)機(jī)制導(dǎo)致市場(chǎng)出清價(jià)

格趨近于零，對(duì)電力安全保供造成巨大挑戰(zhàn)。為

保障中長期電力容量充裕性，可設(shè)立發(fā)電容量補(bǔ)

償機(jī)制，由于新建機(jī)組、儲(chǔ)能、備用機(jī)組等成本投

入主要在每年的用電尖峰時(shí)段發(fā)揮作用，可按照

高峰時(shí)段可用發(fā)電容量進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償單價(jià)可參

考已經(jīng)轉(zhuǎn)為備用或已完成折舊的煤電機(jī)組平均固

定成本。如某地2臺(tái)300 MW亞臨界機(jī)組年度固定

成本約3.2億元，年度實(shí)際頂峰發(fā)電 2 000 h，假設(shè)

通過電能量市場(chǎng)回收固定成本1.2億元，則容量單

價(jià)可按照（32 000-12 000）/60/12約為27元/kW/月，

建議在詳細(xì)測(cè)算全國各省份火電機(jī)組利用小時(shí)、

成本與收益情況后分省確定補(bǔ)償單價(jià)。初期，建議

補(bǔ)償范圍僅限于無容量電費(fèi)的市場(chǎng)化煤電與燃?xì)?/p>

機(jī)組，不參與市場(chǎng)或獲得容量電費(fèi)的機(jī)組暫不獲得

補(bǔ)償。

4）為降低對(duì)用戶用電成本影響，可設(shè)立補(bǔ)償觸

發(fā)機(jī)制與用戶尖峰容量電價(jià)分?jǐn)倷C(jī)制。初期可設(shè)

立月度觸發(fā)機(jī)制，當(dāng)月度煤炭價(jià)格指數(shù)與碳價(jià)指數(shù)

（由于碳市場(chǎng)履約周期為年度，可取近一年度平均

碳價(jià)指數(shù)）合計(jì)超出一定值之后啟動(dòng)容量補(bǔ)償，后

續(xù)隨市場(chǎng)發(fā)展逐步取消觸發(fā)機(jī)制改為固定補(bǔ)償機(jī)

制。容量補(bǔ)償資金按照市場(chǎng)化用戶（包括代購電用

戶）當(dāng)月高峰與尖峰時(shí)段用電量比例進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

4 碳成本疏導(dǎo)情景模擬分析

以東部某地區(qū)為例，基于近幾年該地電力裝機(jī)

等電力數(shù)據(jù)進(jìn)行碳排放成本疏導(dǎo)模擬分析。

4.1 高煤價(jià)時(shí)期碳電聯(lián)動(dòng)成本疏導(dǎo)模擬（2022年）

在 2022 年電煤價(jià)格較高時(shí)期，煤電企業(yè)嚴(yán)重

虧損，該地區(qū)所有公用煤機(jī)虧損額度約為30億元。

由于電價(jià)上限約束，即使達(dá)到上限，電費(fèi)收入也遠(yuǎn)

遠(yuǎn)無法覆蓋變動(dòng)成本。因此無論配額缺口情況如

何，發(fā)電企業(yè)均應(yīng)通過碳電聯(lián)動(dòng)進(jìn)行電價(jià)上浮以疏

導(dǎo)成本壓力。而通過碳電聯(lián)動(dòng)，能夠小部分緩解煤

電企業(yè)的經(jīng)營壓力。在碳電聯(lián)動(dòng)電價(jià)上浮5%的情

況下，所有亞臨界機(jī)組合計(jì)增收2 877萬元，占原虧

損額的 1.9%；所有超臨界機(jī)組合計(jì)增收 1 688 萬

元，占原虧損額的4.1%；所有超臨界機(jī)組合計(jì)增收

1716

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程

與

經(jīng)

濟(jì)

2 530萬元，占原虧損額的2.4%。見表1。

4.2 正 常 煤 價(jià) 時(shí) 期 碳 電 聯(lián) 動(dòng) 成 本 疏 導(dǎo) 模 擬

（2020 年）

在煤價(jià)降低時(shí)期，公用煤機(jī)的盈利能力有所分

化，亞臨界機(jī)組仍處于虧損狀態(tài)，超臨界及以上機(jī)

組略有盈利。在這種情況下市場(chǎng)化電價(jià)與碳價(jià)之

間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系較為復(fù)雜，電價(jià)取決于市場(chǎng)供需、發(fā)

用雙方博弈、政府指導(dǎo)等多方面因素。由于煤機(jī)整

體處于盈利狀態(tài)，大容量高效機(jī)組由于配額盈余且

盈利能力較強(qiáng)，將傾向于將碳排放收益讓利給用戶

以爭取市場(chǎng)份額，而低效機(jī)組由于仍處于虧損狀態(tài)

且配額處于缺口，自身進(jìn)行碳電聯(lián)動(dòng)進(jìn)行讓利的意

愿不足，但由于市場(chǎng)趨勢(shì)仍然會(huì)迫使其進(jìn)行一定的

聯(lián)動(dòng)，但可能聯(lián)動(dòng)幅度低于超（超）臨界機(jī)組。以此

市場(chǎng)形成了分化，通過不同價(jià)格信號(hào)，高效機(jī)組獲

得更高利用小時(shí)，體現(xiàn)低碳電源的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)電力

用戶低碳用電。假設(shè)超超臨界機(jī)組碳電聯(lián)動(dòng)-5%、

超臨界機(jī)組聯(lián)動(dòng)-3%、亞臨界機(jī)組聯(lián)動(dòng)-1%，合計(jì)

可為電力用戶降低用電成本3 621萬元。見表2。

4.3 容量補(bǔ)償模擬

假設(shè)在冬夏高峰時(shí)期2個(gè)月份由于煤價(jià)與碳價(jià)

較高觸發(fā)了容量補(bǔ)償機(jī)制，各不同等級(jí)機(jī)組在不同

單價(jià)下可獲得的補(bǔ)償費(fèi)用見表3。全年該地區(qū)需支

付發(fā)電企業(yè)容量電費(fèi)7.18億元。能夠部分補(bǔ)償發(fā)

電企業(yè)的固定成本。

該地區(qū)所有工商業(yè)電力用戶全年用電量約為

1 000億 kWh，容量補(bǔ)償機(jī)制推高用戶側(cè)用電成本

約7.18厘/kWh。

表1 碳電聯(lián)動(dòng)下發(fā)電企業(yè)成本疏導(dǎo)情況模擬（萬kW、億kWh、萬元）

類型

亞臨界煤機(jī)

超臨界煤機(jī)

超超臨界煤機(jī)

9F調(diào)峰燃機(jī)

9F熱電燃機(jī)

年發(fā)電量

181

159

277

62

65

參與電力市場(chǎng)

是

是

是

否

否

聯(lián)動(dòng)1%增收

575

338

506

--

--

聯(lián)動(dòng)3%增收

1 726

1 013

1 518

--

--

聯(lián)動(dòng)5%增收

2 877

1 688

2 530

--

--

表2 碳電聯(lián)動(dòng)下用戶獲利情況模擬（萬kW、億kWh、h、萬t、萬元）

裝機(jī)類型

亞臨界煤機(jī)

超臨界煤機(jī)

超超臨界煤機(jī)

9F調(diào)峰燃機(jī)

9F熱電燃機(jī)

年發(fā)電量

148

132

253

56

77

參與電力市場(chǎng)

是

是

是

否

否

配額缺口

-140

32

93

30

11

聯(lián)動(dòng)后降低用戶成本

-471

-837

-2313

--

--

表3 發(fā)電企業(yè)獲取容量補(bǔ)償模擬（萬kW、元/kW/月、月、萬元）

裝機(jī)類型

亞臨界煤機(jī)

超臨界煤機(jī)

超超臨界煤機(jī)

9F調(diào)峰燃機(jī)

9F熱電燃機(jī)

合計(jì)

裝機(jī)容量

498

300

532

370

239

19 39

補(bǔ)償單價(jià)

27

27

27

-

-

補(bǔ)償月數(shù)

2

2

2

補(bǔ)償電費(fèi)

26 892

16 200

28 728

71 820

火電企業(yè)碳成本疏導(dǎo)機(jī)制研究

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2023

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上海節(jié)能 No.08

2018

5 結(jié)論

據(jù)以上分析，碳排放成本的有效疏導(dǎo)對(duì)能源行

業(yè)低碳轉(zhuǎn)型意義重大。在碳排放價(jià)格能夠比較順

利地傳遞至電力、熱力等價(jià)格的基礎(chǔ)上，碳排放定

價(jià)制度設(shè)計(jì)才能更好地發(fā)揮作用。通過分析發(fā)現(xiàn)，

歐美等發(fā)達(dá)國家通過市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了發(fā)電企

業(yè)碳排放成本的疏導(dǎo)，有效降低了區(qū)域碳排放，同

時(shí)部分國家部分時(shí)段也存在過度疏導(dǎo)的問題。而

中國獨(dú)特的電力市場(chǎng)機(jī)制能夠有效規(guī)避可能的過

度疏導(dǎo)問題，核心的矛盾是如何緩解火電企業(yè)嚴(yán)重

的經(jīng)營困難。本文提出在國家規(guī)定的現(xiàn)有政策框

架下完善市場(chǎng)化電價(jià)形成機(jī)制，建立電力中長期

價(jià)格與碳市場(chǎng)價(jià)格聯(lián)動(dòng)機(jī)制，單獨(dú)設(shè)定碳市場(chǎng)聯(lián)

動(dòng)價(jià)格浮動(dòng)范圍；在當(dāng)前用戶分時(shí)電價(jià)基礎(chǔ)上，設(shè)

立機(jī)組頂峰容量補(bǔ)償機(jī)制，為降低對(duì)用戶用電成

本影響，設(shè)立補(bǔ)償觸發(fā)機(jī)制與用戶尖峰容量電價(jià)

分?jǐn)倷C(jī)制?；诘貐^(qū)電力數(shù)據(jù)，分情景進(jìn)行了模

擬分析，根據(jù)分析結(jié)果，電力與碳市場(chǎng)價(jià)格聯(lián)動(dòng)機(jī)

制在高煤價(jià)時(shí)期能夠有效緩解發(fā)電企業(yè)經(jīng)營壓

力，在低煤價(jià)時(shí)期能夠降低用戶用能成本；觸發(fā)機(jī)

制下的容量補(bǔ)償機(jī)制能夠在“雙碳”背景下部分補(bǔ)

償發(fā)電固定成本投入，同時(shí)合理平衡用電企業(yè)的

用電成本上漲壓力。

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本屆進(jìn)博會(huì)通過省間綠電交易的方式，采購綠電800萬kWh，覆蓋展前、展中、展后期間的全部用電量，

標(biāo)志著進(jìn)博會(huì)首次實(shí)現(xiàn)全綠電辦展。

10月30日，在國家能源局華東監(jiān)管局組織開展的進(jìn)博期間安徽送上海綠色電力省間交易中，申能股份

旗下上海新能源攜手申能售電，成交133萬kWh綠電，占本次進(jìn)博會(huì)綠電交易總量的16.6%，預(yù)計(jì)可為本屆

進(jìn)博會(huì)減排CO2557.76 t。

這些綠電來自申能上海新能源下屬4家安徽省內(nèi)光伏電站。雖相隔千里，卻若在咫尺。這些助力低碳

辦展的綠電將點(diǎn)亮進(jìn)博會(huì)場(chǎng)館的一盞盞燈，驅(qū)動(dòng)一輛輛新能源擺渡車和一臺(tái)臺(tái)展示設(shè)備，全方位踐行本屆

進(jìn)博會(huì)“零碳零塑辦博，綠色智慧出行”的目標(biāo)。

據(jù)悉，申能上海新能源在運(yùn)場(chǎng)站71個(gè)，在建工程10余個(gè)，控股裝機(jī)容量455萬kW。截至10月底，各場(chǎng)

站共計(jì)輸出綠電61.19億kWh。今年以來，在電力交易中心組織下，申能上海新能源僅在安徽就為電力用戶

輸送綠電接近2億kWh，為區(qū)域用戶減排CO2約12萬t。

隨著國家“雙碳”目標(biāo)深入推進(jìn)，綠電交易需求持續(xù)增長。申能售電今年在華東地區(qū)為用戶代理區(qū)域綠

電總量約15億kWh，降低CO2排放約68萬t。后續(xù)，申能售電將從生產(chǎn)、供應(yīng)、參展等方面，為用戶提供更多

綠電應(yīng)用場(chǎng)景。 （來源：申飛揚(yáng)能無限）

首次！申能綠電點(diǎn)亮進(jìn)博場(chǎng)館

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