5.能流分析

在熱力工程中，分析一個能源加工或轉(zhuǎn)換設(shè)備的熱效率時，經(jīng)常把流經(jīng)該設(shè)備各部分的熱量分配情況以各種圖線的方式表達(dá)出來，這種熱力工程中的熱流圖可以形象地顯示各種熱工設(shè)備中的熱量利用和損耗情況，有利于了解、分析和改善設(shè)備的熱利用效率。類似的也可以在一個能源系統(tǒng)中把能量的流動用各種圖線表示出來，以說明系統(tǒng)中的能量分布。因此，能流分析是通過能流圖分析能源進(jìn)入系統(tǒng)扣除各個環(huán)節(jié)損耗后，各能源流的方向、大小以及分布情況，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行滿足某一特定目標(biāo)的優(yōu)化處理。

可以把能流圖用到一個工廠、企業(yè)、地區(qū)或國家，用它來形象地顯示工廠、企業(yè)、地區(qū)或國家的有關(guān)能源信息，包括能源的構(gòu)成和發(fā)展水平，能量的消耗、流動和轉(zhuǎn)換情況，能源從坐產(chǎn)、加工轉(zhuǎn)換、運(yùn)輸直到最終使用的各個過程、用量及有效利用率。

在能源系統(tǒng)分析中，作為分析基礎(chǔ)而用的更普遍的能流圖又稱為能源系統(tǒng)的能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖。這種圖將一個國家、地區(qū)、部門或企業(yè)內(nèi)的各種能源從開采到最終消費(fèi)的整個過程按技術(shù)工藝特點(diǎn)劃分為若干基本環(huán)節(jié)，描述在這些環(huán)節(jié)上的物料流和能量流的變化情況。結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖上的基本環(huán)節(jié)有資源、開采與收集、加工精煉、運(yùn)輸和分配、集中轉(zhuǎn)換、傳輸、分配與分散轉(zhuǎn)換、用能設(shè)施、最終用戶或用途、消費(fèi)部門等。依照實(shí)際的物料或能量流動方向，自左至右把上述各個環(huán)節(jié)內(nèi)的所有工藝過程用有向連線加以表示，并通過節(jié)點(diǎn)相互連接、形成網(wǎng)絡(luò)，即得到實(shí)際能源系統(tǒng)的能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖6-1所示。在圖6-1中，連線代表相對應(yīng)的實(shí)際過程，連線的箭頭表示實(shí)物或能量的轉(zhuǎn)移方向，節(jié)點(diǎn)為過程間的相互接口。

為了使能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖用途更廣泛，應(yīng)在圖上記錄盡可能多的信息，同時又要清晰易讀。通常在圖上標(biāo)注的信息量有能量流的數(shù)值、相應(yīng)的工藝效率、工藝過程的名稱或主要設(shè)施。如有可能，還可注明每個工藝過程上的其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和數(shù)據(jù)，如成本、投資、“三廢”排放量等。

一般能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖都有從一次能源(水力、原煤、天然氣、原油、核能、地?zé)帷⑻柲堋L(fēng)能、生物質(zhì)能等)經(jīng)過生產(chǎn)(或開采，其形式有水壩、礦井、露天礦、氣井、油井、熱水井，太陽能集熱器、風(fēng)力機(jī)等)，或調(diào)入或采集而進(jìn)一步加工(洗煤、煉油、核燃料加工等)，有些再經(jīng)過發(fā)電或轉(zhuǎn)換成其他二次能源(電力、熱力、固體燃料、液體燃料、氣體燃料等)，再經(jīng)過輸送(輸電線、油管、煤粉管、氣管、運(yùn)載工具等)和分配，供給用能設(shè)備(熱力設(shè)備、電力設(shè)備、用煤設(shè)備、用燃油設(shè)備、用成品油設(shè)備、用汽設(shè)備等)的能源流通線路。

由能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖，不但能看出能源的構(gòu)成以及能源從生產(chǎn)經(jīng)轉(zhuǎn)換到終端使用的各環(huán)節(jié)的工藝特點(diǎn)及效率;更重要的是，它還是一個國家、地區(qū)、部門或企業(yè)能源規(guī)劃的有力工具。通常的做法是將能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖簡化成能源網(wǎng)絡(luò)單元，以能源系統(tǒng)的總成本費(fèi)用最少，或節(jié)能量最大，或能量損耗最小等指標(biāo)作目標(biāo)函數(shù)，通過若干約束條件，如能源工業(yè)約束、需求約束、環(huán)節(jié)約束、變量非負(fù)約束(即各能源流量必須是非負(fù)的)來求得最優(yōu)的能流分布。能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖還可對現(xiàn)行政策和規(guī)劃方案進(jìn)行評價和分析。能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖也是發(fā)展能源系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和構(gòu)造能源數(shù)據(jù)庫的有用依據(jù)。

6.能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的大系統(tǒng)分析

能源系統(tǒng)工程將能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境作為一個整體來進(jìn)行分析研究，既研究能源對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用以及能源對環(huán)境的負(fù)面影響;又研究在可持續(xù)發(fā)展的總目標(biāo)下，使能源工程更好地為經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展服務(wù)，使能源對環(huán)境的污染得到及時治理，從而協(xié)調(diào)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境二者之間的關(guān)系。