高建广,张国涛

(1.山东科技大学资源与环境工程学院,山东青岛 266510;2.山东科技大学经济管理学院,山东青岛 266510)

综 述

我国煤炭行业节能研究

高建广1,张国涛2

(1.山东科技大学资源与环境工程学院,山东青岛 266510;2.山东科技大学经济管理学院,山东青岛 266510)

分析了我国煤炭行业节能研究的现状,将节能研究的主要方向分类归纳为 6类:节能研究必要性、节能法律与政策、行业系统节能、单机节能、节能技术及节能审计,并根据分类总结了我国煤炭行业节能研究的主要成果,指出了煤炭行业节能研究中的不足,并提出了改进措施。

煤炭行业;节能研究;现状;措施

近年来,随着经济的发展,我国对于能源的需求逐渐增加。“富煤、贫油、少气”的能源结构,决定了煤炭是我国的基础能源。但是,煤炭行业又是国家确定的 9大高能耗行业之一,而且我国煤炭企业的能源利用率极低,仅为 22%,比国外先进水平低 28%[1]。此外,国家在《煤炭工业节能减排工作意见》中明确提出,到“十一五”末,煤炭企业单位生产总值能耗比 2005年下降 20%,为煤炭行业提出了节能的约束性指标。因此,我国煤炭行业的节能工作势在必行,对煤炭行业的节能研究也显得愈发必要。

但是,在当前众多的节能研究中,缺少对我国煤炭行业节能研究的综述。因此,研究者只能繁琐地检索相关文献或根据自身了解,确定自己节能研究的方向和研究问题。受阅读文献数量、质量以及个人知识的有限性等影响,许多研究者并不能在短时间内对我国煤炭行业节能研究方向、程度、成果和不足形成一个较好的把握,因而节能研究中也产生了一些问题。比如,一些学者会重复前人的研究,不能较好地把握节能研究的方向,也不能参考前人研究成果。这样不但会造成前人研究成果和自身研究时间的双重浪费,而且也不利于煤炭行业节能研究的进一步发展。因此,有必要对我国煤炭行业节能研究的现状进行研究,总结当前节能研究的方向、程度和成果等,并指出研究中尚存在的不足,为研究人员节约研究时间,并使煤炭行业的节能研究更加科学合理。

1 我国煤炭行业节能研究的主要方向

1994年我国在《中国 21世纪议程》中首次提出清洁生产的概念,并指出清洁生产应该以节能、降耗、减污、增效为目标[2]。近年来,由于国家对煤炭行业节能减排的重视和引导,我国对于煤炭矿区节能减排的研究发展很快。我国对煤炭行业节能研究不但有宏观法规和政策层面的,也有节能技术、单机节能等微观层面的,既参考了其他行业的思路,又结合了煤炭行业的一些具体问题。

1.1 对煤炭行业节能必要性的研究

当前,国内对于煤炭行业开展节能必要性的研究主要从定性的角度开展,多数研究在提出节能的同时指出了一些节能建议与措施。吴少杰通过分析煤炭企业由于煤炭开采对环境造成的影响,指出煤炭行业当前肩负着煤炭开采和节能减排的双重任务,并提出了节能减排的方法措施[2]。陈金伟认为实现能源资源节约,是摆在煤炭企业面前的重大课题和迫切任务,并提出通过结构调整、科技进步和管理创新来促进煤炭企业节能减排[3]。刘建功认为提高能源生产利用效率,整体实现煤炭生产和利用的集约化、科学化,对煤炭行业来讲势在必行,并指出煤炭企业在节能减排方面应该发挥重要作用[4]。倪健民主编《国家能源安全报告》中提出:“节能在我国能源战略中具有重要地位。我国必须继续‘坚持开发与节约并举,把节约放在首位’的能源总方针”[5]。

1.2 对煤炭行业节能法律与政策的研究

政策、法律的研究能为煤炭行业节能提供法律与政策层面的约束、激励与保障。当前,我国相关的节能法律和政策还有很多需要完善的地方。

法律方面的研究,以国家相关部门的研究为主。我国早在 1997年就制定了《节能法》,随后又相继颁布、实施了《可再生能源法》、《固体废物污染环境防治法》、《清洁生产促进法》等法律,并对《节能法》等法律进行了适时的修订,提高了相关法律的时代适应性和可执行性。相关学者主要从立法与执法角度,对节能法律相关内容开展研究。孙艺超对我国节能立法和执法上的不足进行了探讨,并提出节能立法要务实、普法要同步、修改现行法律并完善配套法规[6]。

政策方面的研究,无论是国家,还是学者个人,研究均集中在节能减排问责制、价格杠杆和税收政策等方面。节能减排问责制方面,温家宝总理在 2007年的全国节能减排工作电视电话会议上提出建立健全节能减排工作责任制和问责制,把节能减排各项工作目标和任务逐级分解到各地和重点企业。价格杠杆方面,曹长庆、张卫东认为应该通过推进资源性产品价格和环保收费改革,建立资源消耗的约束机制和节能减排的激励机制,利用价格杠杆促进节能减排[7]。税收政策方面,国家税务总局副局长宋兰指出应该逐步促进节能减排的税收政策措施,充分运用税收政策限制高耗能、高污染、资源型产品。朱晓冲等分析了其他国家的节能减排税收政策,并根据我国国情提出通过征收环境税、燃油税等税收政策来促进我国节能减排[8]。苗田分析了我国节能绿色税收体系的现状,并提出通过开征燃油税和环境税,完善资源税、消费税和税收优惠政策来完善我国节能绿色税收体系[9]。

1.3 对煤炭行业系统节能的研究

目前我国煤炭行业系统节能的研究主要集中在通风系统、排水系统、矿区供热系统、供电系统和井下照明系统等系统的研究,从整体上研究系统节能的同时,也对系统内一些环节、节能设备和节能技术应用等方面进行了探讨。

(1)通风系统的节能研究 在对通风系统高能耗的原因分析的基础上,研究系统内一些高能耗环节、设备的节能措施与技术等。张立炎等分析了金属矿山通风系统能耗高的根本原因,并提出通过优化通风网络、更新及合理配置通风动力设备和合理设置及维护通风构筑物来达到通风节能的目的[10]。杜欣慧等对风机的几种常用的节能调节方法进行了比较分析,得出变频调速为最理想的节能调节方法,并对变频调速节能的原理进行了分析[11]。汪仁认为对风机进行变频改造后可以达到节能省电、提高风机效率、延长电机使用寿命和提高风量控制精度等目的[12]。武永胜提出使用变频器调节通风机转速和调节通风机叶片安装角度来实现通风机节能运行[13]。

(2)排水系统的节能研究 主要集中在如何提高水泵与管路效率方面。杜工会认为在矿井排水系统中,水泵本身的节能是前提,系统节能是关键,并提出采用合理的水泵运行方式、简化排水系统、水泵采用无底阀运行,提高主排水管网效率等措施促进主排水系统的节能[14]。贾平提出通过合理选择水泵、降低管路阻力、挖掘电机潜力来对煤矿排水系统进行节能改造[15]。王柏华分析了水泵效率、管路效率、系统效率和吨水百米电耗,提出通过更换老型号的低效泵、去除水泵的富裕扬程和清扫排水管路提高矿山水泵效率[16]。杨斌等认为在水泵中采用变频技术,能够降低电机运行电流和线路损耗,可以节约电能[17]。

(3)供热系统的节能研究 研究相对较少,朱杰分析了当前矿区供热系统存在的问题,并指出矿区供热系统的节能应从锅炉房、热力管网、热用户 3个方面开展[18]。

(4)供电系统的节能研究方面 主要围绕合理设置变压器台数与提高功率因数 2个方面。王秀兰指出功率因数偏低是目前我国煤矿井下电网的一个共性问题,分析了功率因数对电网的影响以及提高煤矿井下电网功率因数所产生的效益[19]。汪元江指出加强变压器的节能管理是企业降低电能消耗、节约成本的有效措施,并提出通过合理安排变压器运行台数和提高变压器负载的功率因数等措施降低电力损耗[20]。

(5)井下照明系统的节能研究 主要研究如何在确保生产与安全的前提下节约电能。魏幼平等讨论了煤矿井下照明节能的原则,并提出了优选高效光源、选配高效灯具和应用优质启动设备等措施,以提高煤矿井下照明效率、节约能源、提高煤矿生产安全性和效率[21]。李英建等介绍了目前煤矿矿灯存在的问题,并研制了一种基于镍氢电池的节能型矿灯[22]。

1.4 对煤炭行业单机节能的研究

目前国内煤矿单机节能的研究对象主要是一些高能耗、节能潜力较大的装备,比如挖掘机、钻机、空压机、升降机、风机、水泵等。这些设备的节能方法主要有更换节能设备、对原有设备进行节能改造、加强设备能耗管理等。此类研究是偏重于技术和管理方面的研究。

(1)挖掘机节能 吴蓓等指出单斗液压挖掘机由于其作业过程中负荷变化频繁、变化范围大,存在着不少环节的能量损失,提出采用节能控制系统,以液压系统压力为判断信号,判断挖掘机的工作状态,由电脑根据挖掘机所处的不同状态,通过控制步进电机的输出,进而控制电动机油门,是电动机稳定在要求的转速附近,以达到节能目的[23]。

(2)钻机节能 王贺剑等通过对 ZDY1200L和 ZDY1200S煤矿用坑道钻机的液压系统进行比较分析,提出采用了流量适应回路节能技术的液压钻机比采用传统定量泵系统的钻机能耗损耗更少、效率更高[24]。

(3)空压机节能 李文华等针对矿山空压机在煤矿生产中能耗较大的问题,提出采用变频调速的调节方式对空压机进行节能改造,通过变频器频率变化来实现空压机转速的变化进而调节空压机的能量,使制风量与实际用风量相匹配,从而降低空压机的能耗[25]。

(4)升降机节能 张大欢在分析液压升降机的工况和结构原理的基础上,提出用蓄能器回收液压系统工作台下降过程中所释放出的势能,减小工作台再次上升过程中油泵消耗的功率,并提高能量的利用效率[26]。此外,国内对于风机和水泵等设备的节能研究主要集中在对其进行变频节能改造等方面。

1.5 对煤矿节能技术的研究

目前国内对于煤矿节能技术层面的研究主要集中在低浓度瓦斯发电技术、低真空供热技术、矿用机械变频改造技术等方面。

(1)低浓度瓦斯发电技术 郝继锋研究了瓦斯发电的经济、余热和节能减排效益,并指出要健全完善有关法律法规和规章制度,强制煤矿建立瓦斯抽采系统,以推进煤矿瓦斯抽采利用工作[27]。王琳从设备布置、冷却循环系统、照明和地面燃气进气系统等方面对低浓度瓦斯发电技术进行了改进,使得改进后的发电技术发电效率提高、瓦斯利用率增大[28]。

(2)低真空供热技术 张子敬认为将抽汽凝汽式汽轮机改为低真空供热方式能有效促进热电厂的节能减排,而且指出低真空供热改造过程中应为原热网系统的扩容及改造选择合理的方案[29]。王晓红等通过对凝汽器低真空供热技术的可行性、安全性和经济效益进行了分析,指出该技术能有效降低热电厂冷源损失、提高热电厂热效率[30]。

(3)矿用机械变频改造技术 陈旭等提出用高 -低压变频调速方式取代现在广泛使用的转子串、切电阻和晶闸管串级调速方式,同时设计了一种基于模糊控制理论的由单片机和变频器组成的速度闭环结构,降低了提升机能耗[31]。于刚对矿用提升机的不同制动方式进行了比较分析,并认为主井提升机变频器采用电阻制动方式,而副井采用回馈制动方式能有效节能[32]。

此外,还有学者提出将变频调速技术应用于通风机、水泵等设备,提高设备运行效率,降低电能消耗。

1.6 对煤矿节能审计的研究

目前国内学者主要从理论层面研究煤炭企业的节能审计,以期对节能审计实践产生一定的指导意义。李冬梅等认为煤炭企业内部开展节能审计有助于企业完成国家下达的节能目标,并提出了开展节能审计的建议[33],随后还结合煤炭企业的实际情况,设计了节能审计评价指标体系框架[34]。高建丽等分析了煤炭企业节能审计的现状,并提出了煤炭企业开展节能审计的实施策略[35]。

2 我国煤炭行业节能研究的主要成果

从上述分析中可以看出,近年来国内对于煤炭行业节能减排的研究发展很快,产生了相当多的研究成果,主要有以下几点:

(1)对煤炭矿区节能政策、法律的研究,推进了《节能法》等现有法律和政策的修订,并促生了煤炭行业节能减排约束性指标、节能减排问责制等一系列新的法律和政策,为矿区节能提供了政策指引和法律约束。

(2)对煤炭矿区节能工作存在的问题、解决措施、节能工作管理方法和系统节能等的研究,从宏观上为煤炭企业推进节能工作提供了参考思路。

(3)对煤炭矿区节能技术和单机节能的研究,从微观上为煤炭企业开展节能工作提供了具体借鉴方法,促进了低浓度瓦斯发电技术、低真空供热技术、矿用机械变频改造技术等节能技术的应用,也促进了设备节能改造、强化设备能耗管理等单机节能措施的推广。

(4)对煤炭矿区的能源审计的研究,为企业开展节能审计提供了模式参考和方法借鉴,促进了煤炭行业能源审计工作的开展,便于企业了解本企业的能耗水平。

3 我国煤炭行业节能研究中的不足

不可否认,国内对于煤炭行业的节能研究中还存在着一些问题,制约着煤炭企业节能工作的进一步开展,主要有:

(1)缺少对于煤炭企业能耗机理的深入研究

对煤炭企业能耗主要环节、能源流动、能耗网络、能耗动态变化等相关机理的研究,能为煤炭行业的节能研究提供科学的理论指导。缺少对能耗机理的细致分析,会使得节能研究产生的结论也缺乏系统性、科学性,比如为所有煤炭企业设置统一能耗标准的不合理做法就是因为没有考虑到煤炭生产能耗动态变化的机理,在此指导下企业可能会做出一些错误的节能设备投资决策,从而导致更高的能耗水平,与节约能源的初衷背道而驰。

(2)研究中没能将能耗特点不同的煤炭企业进行区别对待 矿井地质条件、服务年限、煤层厚度与埋藏深度、开采工艺等条件的不同,使得不同企业有着不同的能耗特点,而目前多数相关研究并没有考虑到不同企业间能耗特点的不同,一些研究结论就会缺乏针对性和可操作性。因此,应该按照能耗特点的不同,选取合理的指标,对煤炭企业进行聚类分析,节能研究也应该考虑到煤炭企业能耗类别的不同,将不同煤炭企业区别对待。

(3)很多研究未能考虑到煤炭行业能源消耗的特殊性 煤炭行业的能耗情况与机械制造、化工、水泥等行业有着明显的区别:煤炭生产的工作地点是变动的,工作条件是变化的,不同地点、不同工作条件下能耗量不同。随着开采水平的延深,采区向两翼拓展,生产环节增加,设备老化加重,加上自然条件的变化,同一矿井在不同生产时期单位产值或单位产量的能耗量不同;受自然条件的影响,不同的矿井生产组织不同,其单位产品的能耗量也不同。所以,煤炭行业的节能研究工作必须充分考虑不同煤炭企业能源消耗的差异性以及同一企业不同条件下能耗的动态性。

4 结论

当前,国内主要从节能必要性、节能法律与政策、系统节能、单机节能、节能技术与节能审计等方面开展对于煤炭行业的节能研究,这些研究促生了一系列新的节能法律和政策,从宏观上为煤炭企业提供节能思路的同时,从节能技术和单机节能等微观层面为煤炭行业节能提供了具体借鉴,促进了煤炭行业能源审计工作的开展,对我国煤炭行业的节能工作产生了积极的作用。但是,目前国内对于煤炭行业的节能研究还存在一些问题,主要表现在缺少对煤炭企业能耗机理的深入研究、没能将不同能耗特点的煤炭企业区别对待、未能考虑到煤炭行业能源消耗的特殊性等方面。因此,今后的节能研究应该充分考虑煤炭企业能源消耗的特殊性,应以能耗机理研究和聚类分析为基础,使节能研究更加科学合理,更好地促进煤炭行业的节能减排。

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[责任编辑:施红霞]

Research on Energy Conservation of Coal Industry in China

GAO Jian-guang1,ZHANG Guo-tao2

(1.Resources&Environment School,ShandongUniversity of Science&Technology,Qingdao 266510,China; 2.Economics&Management School,ShandongUniversity of Science&Technology,Qingdao 266510,China)

This paper analyzed status quo of energy conservation of coal industry in China and classifiedmain directions of energy conservation research into 6 classes:necessity of energy conservation research,energy conservation law and policy,industry system energy conservation,one-machine energy conservation,energy conservation technology and energy conservation audit.Based on the classification,it concludedmain achievementof energy conservation research in coal industry of China and indicated lacking in energy conservation and put forward improvementmeasure.

coal industry;energy conservation research;status quo;measure

F407.21

A

1006-6225(2010)03-0001-04

2010-01-11

高建广 (1969-),男,山东泰安人,博士,副教授,从事资源经济与管理教学与科研。