5.能流分析

在熱力工程中，分析一個能源加工或轉(zhuǎn)換設備的熱效率時，經(jīng)常把流經(jīng)該設備各部分的熱量分配情況以各種圖線的方式表達出來，這種熱力工程中的熱流圖可以形象地顯示各種熱工設備中的熱量利用和損耗情況，有利于了解、分析和改善設備的熱利用效率。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，并在此基礎上進行滿足某一特定目標的優(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的整個過程按技術工藝特點劃分為若干基本環(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)絡圖上的基本環(huán)節(jié)有資源、開采與收集、加工精煉、運輸和分配、集中轉(zhuǎn)換、傳輸、分配與分散轉(zhuǎn)換、用能設施、最終用戶或用途、消費部門等。依照實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)點相互連接、形成網(wǎng)絡，即得到實際能源系統(tǒng)的能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡圖，如圖6-1所示。在圖6-1中，連線代表相對應的實際過程，連線的箭頭表示實物或能量的轉(zhuǎn)移方向，節(jié)點為過程間的相互接口。

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

一般能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡圖都有從一次能源(水力、原煤、天然氣、原油、核能、地熱、太陽能、風能、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、風力機等)，或調(diào)入或采集而進一步加工(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、運載工具等)和分配，供給用能設備(熱力設備、電力設備、用煤設備、用燃油設備、用成品油設備、用汽設備等)的能源流通線路。

由能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡圖，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)絡圖簡化成能源網(wǎng)絡單元，以能源系統(tǒng)的總成本費用最少，或節(jié)能量最大，或能量損耗最小等指標作目標函數(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、變量非負約束(即各能源流量必須是非負的)來求得最優(yōu)的能流分布。能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡圖還可對現(xiàn)行政策和規(guī)劃方案進行評價和分析。能流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡圖也是發(fā)展能源系統(tǒng)數(shù)學模型和構(gòu)造能源數(shù)據(jù)庫的有用依據(jù)。

6.能源、經(jīng)濟和環(huán)境的大系統(tǒng)分析

能源系統(tǒng)工程將能源、經(jīng)濟、環(huán)境作為一個整體來進行分析研究，既研究能源對經(jīng)濟發(fā)展的制約作用以及能源對環(huán)境的負面影響;又研究在可持續(xù)發(fā)展的總目標下，使能源工程更好地為經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展服務，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、環(huán)境二者之間的關系。