能源计量与节能监测(一)

能源计量与监测白磊总工程师南阳市节能监察中心Tel:13937750639E-mail:[e-mail]南阳节能信息网第一部分能源计量南阳节能信息网第一部分能源计量一、什么是能源计量?南阳节能信息网、计量计量是量值准确一致的测量。度量衡：过去在我国称计量为度量衡，其原始含义为长度、容积、重量的计量，主要器具为尺、斗、秤。二十世纪五十年代，“计量”取代“度量衡”。2、计量的范畴计量学包括科学计量、法制计量及工业计量，能源计量属于工业计量类。第一部分能源计量南阳节能信息网、能源计量能源计量是为了确定用能对象的能源利用完善程度而对能源及与其相关的计量。第一部分能源计量用能对象南阳节能信息网指的是系统、设备、过程，甚至是微元；也可以是国家、地区、企业等行政区划或法人单位。能源利用的完善程度指的是设备效率、能效比、制冷系数（指制冷机），也可以是单位产品能耗、单位产值能耗、单位GDP能耗乃一个国家或地区的能源弹性系数。第一部分能源计量二、能源计量常识1、能源的定义广义地讲，凡是能够产生能量的资源（包括热能、机械能、电能、光能、化学能等）均称能源。因此，所有的能源，包括一次能源和二次能源，都是能源。狭义的角度看，只有在经济技术上合理并能够得到能量的资源才能称之为能源。我们所称的能源是指：天然矿物燃料（煤炭、石油、天然气等）；生物能（薪柴、秸杆等）；天然能（水力、风力、地热、潮汐能等）；以及上述能源的转换制品。南阳节能信息网、能源的分类：按其形成和来源分类：天然矿物燃料----煤炭、石油、天然气等；“可燃冰”----海底埋藏着大量可燃烧的“冰”，即外观象冰的甲烷水合物，目前发现的储量是化石能源的2倍，但由于其埋藏在海底的岩石中，目前开采技术上还存在很大的困难，再则，如果在开采中甲烷气体泄露于大气中，造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。生物能----薪柴、秸杆等；天然能----水力、风力、地热、潮汐能等。按开发利用状况分类：常规能源----煤炭、石油、天然气、水能、生物能。新能源----核能、地热、海洋能、太阳能、风能。第一部分能源计量按转换传递过程分类：一次能源----直接来自自然界的能源。如：煤炭、石油、天然气、水能、风能、核能、海洋能、生物能。二次能源----沼气、汽油、柴油、焦炭、煤气、蒸汽、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电等。第一部分能源计量3、能源的计量：能源计量能源计量是指在能源流程中，对各环节的数量、质量、性能参数、相关的特征参数等进行检测、度量和计算。能源计量单位按照能源的计量方式，能源计量单位主要有三种表示方法：能源的实物量单位、能量计量单位、当量单位第一部分能源计量能源的实物量单位对固体能源采用质量单位，如煤炭的吨数（t），对气体能源采用体积单位，如天然气的立方米数（m3）；表1常见的能源实物量计量单位及采用情况能源形式单位使用国家和地区固体能源液体能源吨（t）世界各地原油吨（t）中国、独联体、东欧各国桶（bbl）西方各国成品油升（L）中国、独联体、东欧各国加仑（gal）西方各国标准立方米（STM3）中国、独联体等气体能源标准立方英尺（scf）西方各国电力千瓦时（kW·h）世界各地第一部分能源计量能量的计量单位（1）焦耳（J）定义为：1牛顿（N）的为作用于质点，使它沿力的方向移动1米（m）距离所做的功；或者用1安培（A）电流通过1欧姆（Ω）电阻1秒钟（s）所消耗的电能。这是具有专门名称的国际单位制导出单位，也是《中华人民共和国法定计量单位》规定的表示能、功和热量的基本单位。（2）千瓦时（kW·h）这是电量的计量单位。3.6×106J等于1kW·h。由于千瓦时单位较小，通常采用兆瓦时（MW·h）、万千瓦时（104kW·h）、吉瓦时（GW·h）、亿千瓦时（108kW·h）、10亿千瓦时（TW·h）。第一部分能源计量（3）卡（cal）卡是热量单位，定义为1克（g）纯水在标准气压下，温度升高1摄氏度（℃）所需的热量。我国现行热量单位卡有20℃卡、国际蒸汽表卡及热化学卡。①20℃卡（cal20）：是指1g纯水温度从19.5℃升高至20.5℃所需要的热量，与焦耳的换算方式关系为：南阳节能信息网第一部分能源计量②国际蒸汽表卡（calIT）:是在1956年伦敦第五届国际蒸汽特性大会上规定的热量单位，与焦耳的换算关系为：③热化学卡（calth）:是在1910年到1948年间，考虑到以往人们使用卡的习惯，继续保留卡的名称，人为地规定了1卡等于多少焦耳，但不再与水的比热有关系，故称作热化学卡、“干”卡或规定卡，与焦耳的换算关系为：南阳节能信息网表2能量单位换算关系表第一部分能源计量南阳节能信息网当量单位由于能源具有两重属性，即质量和能量。因此，不同能源是不能直接比较的。但其都有一个共同属性，即含有能量。且在一定条件下都可以转化为热。为了便于对各种能源进行计算、对比和分析，我们选定某种统一的标准燃料作为计算依据，然后通过各种燃料实际含热值与之比较，即为能源折标系数。计算出各种燃料折算成标准燃料的数量。所选燃料的计量单位即为当量单位。第一部分能源计量4、能源的热值：燃料发热量燃料燃烧会释放出一定数量的热量，单位质量（固体或液体）或单位体积（气体）的燃料完全燃烧、且燃烧产物冷却到燃烧前的温度所放出的热量称为燃料的发热量或热值。燃料热值有高位热值和低位热值两种。高位发热量：燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸汽凝结成为水的反应热。低位发热量：燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存在时的反应热。当量热值是指某种能源本身所含的热量。第一部分能源计量4、能源的热值：等价热值等价热值是指为了得到一个单位的二次能源或耗能工质实际要消耗的一次能源的热量。转换效率(%)二次能源具有的能量能源等价热值第一部分能源计量第一部分能源计量南阳节能信息网，其等价热值为：1983年我国发电煤耗为0.404kgce/kWh其等价热值为：2006年我国发电煤耗为0.366kgce/kWh2007年我国发电煤耗为0.350kgce/kWh2008年我国发电煤耗为0.349kgce/kWh4、能源的热值：燃料的分析为了使燃料以较高的效率进行燃烧，达到充分利用燃料的目的，有必要详细了解各种燃料中的成分和化学组成。而了解燃料中所含有的成分，必须对燃料进行分析。A、工业分析这是分析固体燃料成分的一种方法。煤的工业分析，包括水分、灰分、挥发分及固定碳含量四项。水分是不可燃成分，灰分代表无机矿物质的含量，挥发分表示易挥发的有机物质含量，固定碳则为不挥发的有机质含量。水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）及固定碳（FC）之和：M+A+V+FC=100%第一部分能源计量4、能源的热值：B、元素分析对于许多情况来说，仅提供工业分析数据还不能满足生产的实际需要，如在锅炉设计、燃烧计算等许多方面，都要求提供元素分析数据。煤的元素分析指标是指组成煤中有机质的碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素以及水分、灰分等的含量。如按元素的分析表示，煤的成分应为：M+C+H+O+N+S=100%第一部分能源计量4、能源的热值：C、成分分析这是用来测定气体燃料成分的方法，也非常复杂。测定的成分一般是碳酸气体（CO2）、重碳氢化合物（CmHn，烃）、氧（O2）一氧化碳（CO）、氢（H2）、甲烷（CH4）以及残留的氮（N2）。其中，重碳氢化合物、一氧化碳、氢、甲烷是可燃物。成分分析的结果与元素分析一样，也是判定气体燃料的性质，正确进行燃烧计算和热平衡计算时不可缺少的依据。第一部分能源计量4、能源的热值：燃料的不同基准及其应用为了确切地反映燃料的特性，不但要知道煤的成分，还应当知道分析煤成分时煤所处的状态。因为同一种煤所处的状态不同时，分析所得的成分含量百分数是不同的。A、燃料基准的含义燃料所处的状态或者按需要而规定的成分组合称为基准。为了使燃料分析结果具有可比性，为了进行燃料分类和其他应用的需要，就必须将燃料按一定基准来表示。最常用的有收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基四种基准。第一部分能源计量燃料的不同基准及其应用a、收到基收到基（原称应用基）成分是以实际使用的燃料为基准分析得出的成分，用下角码ar表示。它计入了煤的灰分和全水分（Mt）（全水分包括外水分和内在水分Mad）Mt+Aar+Car+Har+Oar+Nar+St=100%b、空气干燥基空气干燥基（原称分析基）成分是经自然干燥出去表面水分的风干燃料为基准分析得出的成分，这也是实验室内测定燃料特性指标时试样所处的状态。用下角码ad表示。Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad=100%第一部分能源计量燃料的不同基准及其应用以上四种基准的组成汇总如下表CHONSAMMadMar干燥无灰基成分：Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%干燥基成分：Ad+Cd+Hd+Od+Nd+Sd=100%空气干燥基成分：Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad=100%收到基成分：Mt+Aar+Car+Har+Oar+Nar+St=100%第一部分能源计量B、不同燃料基准的换算100100dA第一部分能源计量换算后基准已知基准收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基15、能源的折标：为什么要折标准量（1）因为不同的计量单位是无法相加的。（2）对能源而言，即使相同的计量单位也不能相加，这是因为不同的能源所含的热值不同。（3）为了能够对不同的能源进行对比、汇总、分析，就需要规定一个标准值，作为各种能源的同度量标准第一部分能源计量能源标准量的种类（1）标准油1千克标准油（kgoe）=41868千焦（kJ）（2）标准电1千瓦小时标准电（kWh）=3600千焦（kJ）（3）标准煤1千克标准煤（kgce）=29307千焦（kJ）能源折算标准煤系数国家标准（GB2589-2008）规定，每千克标准煤的热值为29307千焦（即7000千卡），以此为基准，将各种能源换算成标准煤的比值称为折算标准煤系数。第一部分能源计量折标准煤时应注意的有关事项：1、企业在对每一种能源折标时，应对能源的低位发热量实测，然后才能据此进行折标。在无测试能力的情况下，方可采用参考值。2、在使用折标系数折标准煤时，折算系数的计算单位与能源数量的计算单位一致。3、在计算能源折标系数时，绝大多数的能源都按当量热值计算。第一部分能源计量南阳节能信息网几种常用的能源折标系数表序号能源品种平均低位发热量（kJ/kg）当量折标系数1原煤20908（kJ/kg）0.7143(kgce/kg)2洗精煤26344（kJ/kg）0.9000(kgce/kg)3洗中煤8363（kJ/kg）0.2857(kgce/kg)4煤泥8374~12580（kJ/kg）0.2143~0.3571(kgce/kg)5焦碳28435（kJ/kg）0.9714(kgce/kg)6原油41816（kJ/kg）1.4286(kgce/kg)7汽油43070（kJ/kg）1.4714(kgce/kg)8煤油43070（