博客 | 可持续蒸汽系统 | 为什么优化是关键

回顾近年来关于气候变化的进展报告，几乎找不到值得庆祝的地方。我们深知利害关系——未能限制地球温度上升将对我们所有人产生灾难性后果。然而，实现净零排放目标所需的迅速行动并未发生。如果说我们正处于一场”奔向零排放”的竞赛中，那么为什么感觉不像是冲刺，反而更像是一场三人绑腿赛跑？

回想 2022 年初。世界正在从毁灭性的疫情中恢复，各国经济正在重建。但如果我们以为情况正在好转，那么在气候变化方面，却出现了一个下行趋势。来自电力和热力生产的二氧化碳排放达到了历史最高水平，促使国际能源署（IEA）发出了明确的行动号召。

知识交流引言

世界现在必须确保 2021 年全球排放量的反弹是一次性的——可持续投资与清洁能源技术的加速部署相结合，将在 2022 年减少二氧化碳排放…¹

挑战已经发出，又一年过去了。这一年见证了欧洲的冲突和全球能源危机的爆发。对气候变化目标的影响是严峻的。去年三月，IEA 报告称，“2022 年全球能源燃烧和工业过程产生的二氧化碳（CO2）排放增长了 0.9%（即 3.21 亿吨），达到 368 亿吨的历史新高。”

最好的说法是，至少清洁能源继续快速推进，如果没有清洁能源，“二氧化碳排放量的增长将是近三倍”。²

半空还是半满？

从任何角度来看，前景都可能令人沮丧。有点像收到的成绩单一次又一次地要求”必须更加努力”。我们似乎总是在回顾过去，看看本来可以怎样，而不是怀着乐观和雄心展望未来，这无济于事。

这是规模问题的一个典型例子。当面对远超个人行动范围的问题时，人们往往会产生挫败无力感。无助感可能占据主导，或者，我们转向对技术的乐观。您可以在应对气候变化的远见卓识中看到这一点。是的，我们期待看到绿色氢能得到广泛应用，能够永久封存二氧化碳，并欢迎任何从源头消除碳排放的突破性工艺。这些技术激发了我们的想象力，在希望之光稀缺之时似乎带来了希望。创新始终是应对气候变化问题的复杂性和规模的关键。假以时日，它们将成为我们日常生活的一部分。然而，时间并不站在我们这一边。

仅剩七年将 1.5°C 控制在可实现范围内

这是今年早些时候政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告得出的结论。这无疑是一个号召，但正如报告作者所指出的，“工业部门实现净零二氧化碳排放虽然具有挑战性，但是可能的。”

在其 2000 多页的报告中，IPCC 审查了气候危机的方方面面。在涉及减少整个能源部门的温室气体（GHG）排放时，报告建议”需要进行重大转型，包括大幅减少化石燃料使用总量、部署低排放能源、转向替代能源载体，以及提高能效和节能”。³ 呼应 IPCC 的信息，科学碳目标倡议（SBTi）首席执行官 Luiz Amaral 指出，将全球变暖限制在 1.5°C 以内需要在 2025 年前达到峰值，到 2030 年减排 43%，到 2035 年减排 60%，并在 2050 年初实现净零排放。这并不容易，但只要拥有正确的心态，朝着更可持续的未来取得有意义的进展是可以实现的。

拥有经验证的科学碳目标的组织已经证明了大幅减排是可能的——范围 1 和 2 的排放平均每年同比减少 12%——超过了实现《巴黎协定》1.5°C 目标所需的每年 7.6% 的降幅。⁴

为什么优化效率并非旧闻...

看到 2,731 家拥有科学碳目标的公司（包括我们）正在取得进展，令人鼓舞。通过聚焦当下、拒绝让现状控制叙事，进展正在取得。各公司实现目标的方式各有不同，但效率是一个共同主题。

这是去年九月发布的拜登-哈里斯政府《工业脱碳路线图》的关键信息之一。作为全球第二大二氧化碳排放国，其在详细说明如何应对这一问题方面的任何进展都是受欢迎的。该路线图认识到美国 30% 的能源相关二氧化碳排放来自工业，重点关注了五个排放量最高的行业的前进路径：石油炼制、化工、钢铁、水泥以及食品和饮料行业。在确定的四大技术支柱中，报告总结道： “能源效率是一项基础性、跨领域的脱碳战略，是近期减少温室气体排放最具成本效益的选择。“⁵ 不仅仅是美国政府将效率视为避免气候灾难蓝图的一部分。IEA 在同月发布了能源效率追踪报告，强调： “能源效率是 2050 年净零排放情景中避免能源需求的最重要措施，以及与之密切相关的电气化、行为改变、数字化和材料效率等措施。“⁶ 您可能会认为，提高效率是最务实不过的事情了。它应该是每天的日程。那么为什么我们不断被提醒它的重要性呢？

......以及为什么蒸汽系统优化仍然是优先事项

蒸汽被许多行业广泛认可为其工艺中不可或缺的、持久的一部分，是一种天然高效的热能来源。这并不意味着蒸汽系统不能改进，但经验和专业知识表明我们确实知道如何进行改进。

有一系列经过验证的、具有成本效益的措施可以改善蒸汽系统。这些措施之所以未被普遍采用，原因是多方面的，其中许多与资金障碍无关。首先也是最简单的原因是信息和知识的匮乏。虽然最近的高级别报告将效率视为脱碳的第一步，但蒸汽系统很复杂，通常具有特定行业甚至特定工厂的独特性。知道在哪里优化、如何有效地进行优化，以及准确了解效益是什么，都需要专业帮助。一系列其他因素共同导致效率始终处于许多公司的”待办”清单首位。通常，缺乏财务资源使得即使采用短期内即可收回成本的措施也变得困难（尤其是对中小型企业而言）。缺乏高层管理人员的支持、对新技术的不确定性以及对生产中断的担忧、缺乏政府激励措施加上政府法规执行力度不足，这些都导致了行动的停滞。除了阻碍效率改善的一般性障碍外，蒸汽系统还有其自身特定的困难需要克服。传统上，许多公司只关注锅炉，而不是包括蒸汽生产（锅炉）、分配、回收系统以及蒸汽使用方式在内的整个蒸汽系统。

知识交流引言

虽然系统优化可能比更换一台设备更困难，因为它需要对系统进行更全面的知识和评估，但它通常会带来比仅更换一个更高效的单一组件更大的节能效果。⁷

而且，如果简单地用更节能的锅炉替换旧锅炉似乎合理，这并不一定意味着整个工业蒸汽系统会更加高效。低估或高估蒸汽需求、系统管理不善以及系统在低于最优效率下运行，都是降低整体效率的常见因素。

评估蒸汽系统优化

大约十年前，联合国工业发展组织（UNIDO）的一份报告审视了工业蒸汽系统的能源效率潜力。⁷其目的是论证哪些效率措施具有成本效益并估算其价值。中国被选为测试案例。

来自美国、欧洲和中国的七位蒸汽专家被咨询，以确定应纳入哪些常见的节能措施、其节能效果以及实施成本。与许多国家不同，中国的能源消耗模式以工业部门为主。2019 年，制造业约占中国总能源消耗的 55%，其中 59.6% 的制造业能源来自煤炭。⁸ 专家们确定了九项技术上可行的措施，发现除两项外，其余措施均具有成本效益，潜在的年二氧化碳减排量可达 201.23 百万吨二氧化碳。考虑所有措施后，总的燃料技术节约潜力约为蒸汽生产所用总燃料的 26%。这一燃料节约量超过了世界上 160 多个国家的一次能源使用量。下表列出了九项蒸汽系统效率措施及选定数值： 中国工业蒸汽系统效率措施按最终节能成本（CCE）排序的累计年度燃料节约量和二氧化碳减排量、效率改善百分比及生命周期潜力

	相比低效率实践的典型能效改善百分比	工业累计年度燃料节约潜力 (PJ/y)	工业累计年度 CO₂ 减排潜力 (ktCO2/y)	措施典型使用寿命 (年)
1：过量空气管理：调整现有定位控制（或简单控制）	5.0%	348	34,177	0.5
2：燃烧优化	3.5%	572	56,227	12
3：优化蒸汽管道、阀门、管件和容器的保温	5.0%	868	85,368	10
4：优化锅炉排污及回收锅炉排污水热量	2.8%	1,025	100,769	12
5：实施有效的蒸汽疏水阀维护计划	2.2%	1,140	112,049	7
6：优化冷凝水回收	4.1%	1,346	132,304	12
7：烟气热能回收（省煤器和/或空气预热器）	7.4%	1,687	165,817	16
8：闪蒸汽回收	3.9%	1,851	181,953	10
9：烧失量（LOI）优化	5.0%	2,047	201,231	10

回想实现净零排放进展的七年期限，以及这些措施的使用寿命，就可以看出优化蒸汽系统如何能够产生切实的改变。虽然任何单一改进显然都会产生影响，但只有当整个系统得到优化时，效益才会变得显著。

这些措施中的大多数适用于所有蒸汽系统，无论采用何种生产方式。主要变量显然是对二氧化碳排放的影响。认识到对清洁能源的需求，中国国家主席习近平宣布中国将在 2060 年前实现碳中和。中国已经是清洁能源转型方面全球最大的投资国，2021 年投入了 2660 亿美元，超过全球总额（7550 亿美元）的三分之一。但是，由于蒸汽锅炉的平均使用寿命为 30 年以上，从化石燃料转型还需要时间。通过聚焦当下，确保所有可能的效率措施得到采用，减少排放是可以实现的。

在蒸汽系统中实现有效优化

回到本文开头提到的能源统计数据，以及实现净零排放目标所面临的挑战，看看关于”效率”的笼统说法如何转化为实际行动是有意义的。

这些措施都不需要等待开发。所有措施在技术上都是可行的，在大多数情况下，在相对较短的时间内即可收回成本。而且最重要的是，当其他更新的技术仍处于发展初期时，这些措施将带来切实的效益。自 UNIDO 报告发布以来，优化蒸汽系统的潜力也在不断进步。如今，随着数字化转型的快速采用，我们对优化最有效的具体环节有了更深入的了解。IPCC 在今年的报告中也强调了这一点：

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