DSM这一概念及其主要内容和实施机制对于发展中国家的电力用户、
电力公司、各级政府部门以及电力设备制造和经营商等来说,还是比较陌生的,需要进行宣传。另外,DSM技术措施方案众多,涵盖了许多最新技术,最有效地利用这些技术,是以最小的成本获得最大经济效益的基本前提。为此,需要专门的技术人员介入,进行 DSM主计划的设计工作。
DSM作为一种资源的开发,涉及到社会的方方面面,需要社会各界,包括电力公司、用户、电力设备制造商等的积极参与。因此,为了确保和维护各方面的利益,需要法规和章程的保障。
DSM实施的目标就是按照电力合理、高效使用的原则,在最小费用的前提下,
减少用户的用电需求量。
要实施 DSM需要建立激励机制,使参与的各方获得实实在在的利益,即利益共享。我国目前电力公司生产的电力价格,由行政部门决定的。电价的变动与否及其容许的变动幅度,完全基于政府的社会经济和政治考虑的。电力公司缺乏刺激,使其积极实施以减少电量、平抑高峰负荷和抬高低谷负荷为目的的 DSM。电力公司运营成功与否,以电量销售来度量。通常电费的收缴,是电力公司运营的唯一刺激。因此,如果要在我国实施 DSM,制定对电力公司的激励政策是非常重要的。同时,用户和商业经销者(经销与 DSM相关的机电产品、家用电器等)必须受到鼓励或得到实惠,从而使其转向新终端设备的生产、经营,以及电能使用技术和电力消耗模式的改变。
交付机制是 DSM主设计的主要内容,其目的是基于市场的完善程度、用户的心态,现有法规、章程的健全程度,从而针对性地采取得力措施,把可以获得的电量节约最大限度地挖掘出来,使获得的 DSM效益最大化。交付机制一般分为两类:一类为是所有的项目设置、实施、监督等集中进行,由电力公司或与电力公司有合同关系的第三方负责,如,直接安装交付:由电力公司的施工人员(或由电力公司雇佣的施工人员)直接到用户处免费安装相关设备、修改用户电力设备的消耗模式。或由电力公司与节能服务公司等第三方签订合同,由第三方负责项目的具体实施。
另一类交付机制是,电力公司向电力用户实施 DSM项目提供激励措施,
但是否接受取决于用户。如,电力公司提供电价的选择方案(分时电价、可中断电价或可减少电价等)、更新设备折扣、租赁设备优惠、共享节能效益等。另外,对用户电力消费模式的改进免费提供咨询。
开展宣传和培训是 DSM得以实施的基本前提。宣传和培训的对象包括电力公司相关人员(计划、生产调度、用电管理等管理人员)、用户(企业、商业的设备、动力等主管领导)以及政府相关机构人员。
由于我国开展 DSM工作时间不长,尚缺乏经验,因此,收集并借鉴国外实施 DSM的资料是非常重要的工作。这些资料包括,DSM具体规划、相关法规和章程、相关的 DSM技术措施。
在 DSM规划设计前必须收集并分析用户类型及其负荷特性、电力设备现状与运行效率、电力需求、账目状况等。基于这些分析资料,可以确定 DSM的措施和方案。
用户负荷特性资料的收集非常重要,很大程度上决定了 DSM的实施方案。
负荷特性资料包括日负荷特性曲线、月负荷特性曲线和年负荷特性曲线。可以通过负荷监控系统实时记录。
DSM主计划的设计一般按下述思路进行:
1)分析需求,确定措施:
通过对用户电量需求现状及其负荷特性的分析,并根据各用户用电特征、用电结构等修正用户的负荷形状,确立负荷形状目标,从而确定应该采取的技术管理措施。要获得理想的用户负荷形状目标,即修订用户的电力消耗模式。
DSM主计划的设计必须根据用户所采用的设备、工艺技术、负荷特性等,采取有利措施,激励用户去实施 DSM。但不是强制的。如,鼓励居民采用分时电表(上海地区装有分时电表的居民在晚上 22,00到早晨 6,00
之间的电费减半),提高夜间用电负荷,既满足用电要求,又可以节约电费。
2)准备基线,需求预测:
不同用户类型,其负荷特性曲线各异,即使同一类用户,负荷特性曲线也不完全相同。因此,在确立负荷形状目标时,首先需要对各类用户现行的负荷特性进行统计分析,在此基础上确定负荷基线。相应于这个基线,可以预测出实施 DSM的效果和影响。并根据各类用户的负荷增长情况,绘制相应的负荷预测曲线。
3)技术影响评价、经济潜力评价:
DSM技术措施包括采用节电技术(如冰蓄冷技术等)、推广节电产品
(如节电照明设备、灯具、电热炉等)以及实施费率调节制(如分时计费、
可中断计费和可减少计费等)等。根据不同的负荷形状目标,分析各种技术措施对预期目标的影响程度,以及经济效益。
冰蓄冷技术是电力贮存的一种方法,一般主要用在集中式空调系统。
通过冰蓄冷技术的应用,对于电力供应侧来说,可以降低峰时负荷,抬高谷时负荷,即削峰填谷,或者说转移高峰负荷,提高电网负荷率,达到电网经济运行目的,并减少新建发电能力的资金投入。对于电力需求侧来说,可以减少用户的电费支出,因为电力负荷低谷时,电价便宜,当处于电力负荷高峰时,可以利用贮存的冷量,减少峰时用电费用的支出。
与其他电力负荷转移方式相比,冰蓄冷技术工程造价低,对于宾馆、商务楼等的集中空调系统来说,当转移电负荷量在 30%以下时,同常规空调系统设计相比,基本不增加工程投资。因为,冰蓄冷技术的应用减少了机组容量,相应带来了主机、配电辅助设备、器材等费用和增容费用的下降。即使在 100%转移负荷设计模式下,工程造价也只增加了 50%,所增加的投资,通过电费的节约,在短期内可以收回。
推广使用节电产品,由于提高了电力的利用效率,使峰时负荷和总电量均得到减少,可以降低用电负荷。工业照明在工业电力消耗中,所占比例一般在 7%左右,比较低,但高效照明技术可以使节电率高达
75%。但节电型照明产品价格比较高,特别是大量采用时。因此,只有在节电量、产品成本、产品寿命、节电优惠政策等方面进行经济效益分析后,用户才会确定是否采纳这些节电产品。
分时费率是电力公司鼓励用户将电力负荷向非峰和低谷转移的一项行之有效的激励措施。我国许多电力公司已经逐步地在执行分时费率,但具体方式不尽相同,有的实行峰、谷、平三种价格,有的只实行昼夜两种价格。
分时费率不仅指电力公司售电费率,还包括电力公司从企业自发电购入电力的费率,即按照峰、谷、平的不同时段的需求,以不同的价格从企业自备电厂或其他电力公司购买电力的费率。实施分时费率措施的经济效益是显而易见的。购置、安装分时电表的费用,用户一般都能接受,因为,成本短期内可收回,且分时电表今后的维护费用一般由电力公司承担。
可间断、可减少费率的目的是为了减少电网峰时负荷。通过电费折扣等形式,以减少或中断峰时电力供应服务。这种措施只适宜于较大的电力负荷用户,否则对削减峰时负荷作用不大。可间断、可减少费率的措施,类似于我国的计划用电。企业根据负荷减少的比例和时间长短,或负荷中断时间的长短,事先确定应对措施,调整企业的生产计划。企业相应的投资和损失通过电价折扣等形式得到补偿。电力公司在采取可间断、可减少费率措施和增加供电能力之间,需要进行综合经济效益分析。
4)设计交付机制:
设计适当的交付机制也是 DSM计划能否达到预期效果的关键问题之一。
交付机制与激励方式密切相关,因为,电力公司为了进行 DSM,必须用户的经济配合,而用户的配合与否取决于利益及其大小。电力公司实施 DSM
肯定是有利益的,否则也没有积极性。问题在于如何与用户分享 DSM带来的利益。因此,为了推广 DSM,电力公司一般采取电价折扣、免费提供并安装相关设备,激励生产商优惠供应节能产品、促使银行提供低息贷款等措施,鼓励用户参与 DSM项目。根据不同的用户可以设计不同的交付机制。
交付机制与 DSM市场渗透率、扩散率也是密不可分的。
5)评价市场潜力,确定可达到的市场扩散率:
DSM项目的市场潜力,主要用户的获益率有关,亦即与设计、制定技术措施项目交付机制密切相关。技术影响和市场潜力大的技术措施,必须与有效的交付机制联系在一起。直接安装这种交付机制,具有较大的市场渗透率和扩散率。但需要投入较大的资金,包括设备购置费、安装费等。民用项目投资较小,如,安装计时电表等,居民也愿意承担。但对于工业项目,由于投资大,企业用户如果不承担主要费用,就难以进行项目交付。这时可采取政府和行业主管部门的干预,并辅助设备折扣等激励方式的交付机制设计。
由于我国电费在生产成本中的比重比工业发达国家要小得多,因此,在实施 DSM时会遇到来自用户的阻力,可能比较大。对于居民而言,如果完全由居民自己掏钱购买价格相对比较高的节能产品,如,灯具等,目前也是很难推广的。
DSM项目的市场扩散率,决定了电力公司的财务状况。因此,必须对各类用户的意愿进行调查分析,设计合理的交付机制,分析项目的市场潜力,
从而确定 DSM项目的市场扩散率。
6)进行风险评价:
DSM项目一般涉及面比较广,因此,存在较多的不确定性因素。
由于缺乏经验,如果盲目实施的话,一旦出现问题,又无法及时解决,
就可能达不到预期效果。为了避免或降低这种风险性,除了对 DSM主计划各环节进行仔细的斟酌,对每个因素的影响程度进行深入分析外,
应该同时设计示范工程。风险分析的目的有两个:一是力求准确无误地考虑到 DSM项目的技术、经济和市场潜力,与每种潜力能够达到的最大可能程度,使得对项目的影响量化;二是帮助确定 DSM项目的优先权和能够减少小 DSM项目风险的示范工程的价值。分析影响因素,
并对它们进行敏感性分析。
7)提出示范工程:
示范工程目的在于降低 DSM全面实施时因技术、经济、市场等不确定性而产生的风险,进一步完善 DSM的监督和评价方法。即使在发达国家,示范工程也是必要的。示范工程不能消除全部的不确定性因素,但是,通过示范工程可以分析并确认一些敏感参数,有利于在全面实施 DSM规划时,加以重视。示范工程作为决策技术的验证手段,
其作用是不可低估的。除与发达工业国家相似的风险来源外,在我国还有一种十分突出的风险来源,即,节电产品质量和人员素质所带来的不确定性,这些问题不妥善采取措施加以防范,就会影响到 DSM项目的预期效果。
8)完成评价,跟踪和管理计划:
这步工作的主要任务是制定 DSM效果考核办法,规定 DSM主计划实施管理框架和实施跟踪、监督办法。实施项目跟踪、监督和评价是定期进行的,发现问题及时向 DSM管理结构 ——电力公司 DSM常设办事机构反馈。随着项目的进展,随时对 DSM各技术措施项目的技术影响、市场潜力、电量、需量节约效果、资金使用情况给出公正评价。并根据评价结果,对交付机制的不足之处进行及时修正,以求获得最大得项目市场渗透率。
同时,通过项目跟着和监督,确保资金到位,并正确使用;促进用户积极参与 DSM项目。并根据国家相关得节电法律、条例,监督用户淘汰的高耗能电机(器)产品,不被重新使用。
9)进行综合资源规划评价:
综合资源规划是一种资源计划工具。通过综合考虑供应方资源、需求方资源的合理组合,并经过筛选、排比、优化,制定最小费用资源计划,选择最佳资源配置,最小费用地满足用户需求和电网安全性、可靠性等要求。对 DSM项目进行综合资源规划评价,目的在于分析 DSM主计划的效果、判断是否最小费用资源计划、能否付诸实施。同时,对 DSM
主计划从整体上进行环境保护、经济效益等方面的综合评估,以对其正确性、实用性、可行性给出公正的评价。
10)银行可承兑 DSM计划:
在上述工作的基础上,列出资金需求和 DSM实施时序清单,从而形成 DSM主计划。将其提交金融机构审查,考虑资金借贷。在最终形成银行可承兑的 DSM主计划后,再提交政府主管部门审批,获准后,
就可付诸贷款承兑和 DSM主计划的实施。
DSM主计划框架构建见图 4-2-2。
示范工程在主计划设计阶段同时完成设计。示范工程的实施与评价结果是最终能否全面实施 DSM主计划的关键所在。实施示范工程过程中,必须对各环节进行详细的记录。如果能达到预期的效果,
仍然需要解决示范工程中存在的问题、消除潜在的风险因素,并提出整改措施,进一步完善 DSM主计划。如果示范工程没有达到预期的效果,则需要对示范工程设计本身,DSM主计划中的各项技术措施、交付机制等重新进行评价,并判断是否需要重新实施示范工程。
在示范工程成果评价的基础上,对 DSM规划进行修正、完善,
然后全面实施 DSM规划。在全部实施 DSM规划后,必须进行跟踪和监督。同时,对 DSM的实施过程和效果进行评价。通过对 DSM
推广方式、交付机制的检验,进一步改进 DSM规划。
集中供热单位、城市自来水公司、城市燃气公司等与电力公司在供需关系方面,有着许多相似之处,因此,电力需求侧管理的原理同样可以应用在热力、水、燃气等需求侧的管理上。
集中供热是一项能耗相当大的公用事业,根据有关统计资料,2000年我国寒冷地区建筑采暖能耗占全国总能耗的 13.6%。在建筑采暖中集中供热占相当大的比例,集中供热工程已经普遍应用于我国大、中城市。由于集中供热本身就具有天然的垄断性,如何使集中供热系统更好地为热用户服务,同时又更好地发挥节能效益,是一个非常重要的问题。
集中供热,特别是热电联产,无疑是节能的重要措施。其节能计算都是在同样的供热量基础上进行的,但相同的供热量所供的建筑面积 (或热用户的数量 )情况怎样,也就是说,对于同样的用户数量,集中供热与分散供热相比的节能水平,则是一个需要认真分析的问题。据有关方面的调查显示,大部分城市的集中供热系统都存在室温超过设计温度的情况,据了解,冬季室温过高,用户开窗降温的现象在各集中供热系统中相当普遍。即在集中供热系统中,由热源侧方面所节约的能量在用户侧被浪费掉了。
不可否认,供热管理单位一贯注重管网的管理,而将需求侧的管理视为薄弱环节。近年来这一问题已经开始引起人们的注意,人们开始把眼光放在需求侧方面,并采取了一些节能措施。推行建筑节能设计标准就是一个强有力的措施,但对供热管理单位来讲,应在管好热源和管网的同时,下大力管好需求侧一方,只有这样才能降低能源供应。因此,为了充分发挥我国集中供热的节能效益,体现其优越性,
应当推行集中供热的能源需求侧管理,即 DSM管理。具体地讲可以包括以下几个方面的内容。
1)实行热计量收费热计量收费极大地调动了热用户的节能积极性,按热能的实际价格计算,节约的热源费 (即节约购热电厂的热源费 )数倍于热用户减少而少交的热费。其次,实行按质论价。对保证负荷实行高价,对控制负荷实行低价。
2)发展夏季负荷随着人们生活水平的逐步提高,人们对夏季用热,如生活用热水及空调制冷的需要迅速增长。目前有许多地方,一方面热电厂供热机组在夏季进行凝汽发电,另一方面却以煤气或电力这些高级能源供应热水和空调。热力公司应进行充分的市场调查研究,逐步发展夏季用热负荷,
满足人们夏季用热的需要。
3)鼓励用户采取节能技术和节能改造在这方面,除了利用热计量这一有力杠杆之外,也可以考虑国家给节能技术改造的用户包括节能产品给予政策上的鼓励,鼓励其进行节能技术改造,鼓励供热管理单位进行节能技术产品开发。
4)加强行政管理与宣传国家与地方相结合,对供热管理单位和建设单位制定 DSM管理技术标准。用 DSM管理技术标准考核评定供热管理企业,在评审新的建设项目时把 DSM管理标准作为必要条件。比如有些国家把集中供热系统实行分户计量、供暖系统安装温控阀等作为国家强制性法令。补充建筑节能设计标准,增加供暖系统安装节能和调控设备等内容我国是水资源非常缺乏的国家。节约用水的意义不仅在于节水本身。由于水在输送、净化过程中也消耗了大量能量,因此,节水也就相当于节约了能量。
用水 DSM主要技术措施如下:
供应侧:用水监控系统,减少水厂自用水量,减少输配管道漏水量,降低水处理及运行费用。
需求侧:工业方面,污水回用;冷却水循环利用;提高重复利用率;海水利用;节水新工艺应用;工艺节水改造;水的串联使用;
水冷改空冷;水的直流改循环。
生活方面,节水型器具应用;提高公共设施冷却水的循环率;合理调整水价,用经济手段推动节水。
农业方面,低压管道灌水、喷灌、滴灌、微灌等节水农业灌溉技术;
平整土地提高渠系利用率。
供水公司应充分利用用水在时间上的分布,增加供水能力的利用,
从而降低其供水成本。采用 DSM中的分时计费方式,利用峰时和谷时的水价差,促进企业利用谷水的积极性。根据合同规定,在用水低谷时,
企业停一部分机组,使一部分水进入自备贮水池储存,尽可能多用市政水网水;而在用水高峰期,自备水池放水。此外,供需双方信息联系应该快捷、畅通,能及时进行信息交换。因而,自备水池的停水和放水,
能按数学模型在运行方式优化的条件下进行全自动控制,从而降低企业产品的万元产值取水量。当然,供水公司通过分计费方式有效地利用了其供水能力,收益最大。
DSM的目标在于减少水的需求,向在保证城市需水量增长的条件下,
供水能力不增长或负增长的目标努力。因此,DSM的收益者不仅仅是供水部门,它对用户、社会及水环境产生的效应是不可低估的。它不仅减少了水资源的需求量,更重要的是,最大限度地减少了因污染、缺水而造成的直接和间接经济损失。在严重缺水地区,节水的经济、环境和社会效益更大。
为了很好地实施 DSM,必须在观念上有一个根本的转变。首先是主管部门、决策层要转变观念,把水看作一种特殊的商品,而供水部门不仅是商品的生产者、经营者,更主要的是社会的服务者,使水资源最小费用地满足社会需求和环境保护要求。其次是用户,也要在观念上有根本转变,推动 DSM
的发展是人们义不容辞的社会责任。 DSM不是人们的负担,而是将带来直接好处的。需求侧管理作为未来水资源管理模式的发展趋势,其节水效益和节水成绩也必将是十分显著的,有必要在我国城市节水方面进行运行推广。
随着我国经济持续快速的发展,城市天然气需求迅猛增长,如北京计划到 2008年奥运会时,城市的天然气使用量为 100亿立方米。根据上海市政府的规划,到 2010年举办世博会前,上海将基本实现以天然气为主的燃气体系,因此未来几年内,上海的天然气需要量将成倍上升。尽管
“西气东输”天然气工程、深圳大鹏湾液化天然气接收站等项目先后已经投入运行,但是由于我国天然气储量不是很丰富,国际天然气价格又断攀升。因此,节约并高效利用天然气,已列入政府的主要工作内容中。
为了有效地利用有限的天然气资源,可以借鉴电力行业推行的需求侧管理模式。同样作为公用事业的城市燃气行业,在负荷特性方面,与电力有相同之处,也有不同之处。相同之处是,负荷都随时、随日、随月发生变化;不同之处是,负荷变化规律不同,如,冬夏两季,峰谷颠倒。特别是夏季天然气产量最高的时候,用户用气量却是最低的时候。
因此在目前发展市场经济的条件下,也可以依据需求侧管理的原理,
以燃气公司为主体,与燃气用户构成为一个有机的整体,在政府的干预和政策扶持下,由燃气管理部门采取行政、经济、技术措施,鼓励用户采取天然气高效利用技术,改变天然气需求模式,充分利用有限的天然气资源。
城市燃气 DSM主要技术措施如下:
供应侧:确保上游天然气的稳定供应;选择多气源模式;合理配置调峰贮存设施;备用可替换燃气量;建立燃气负荷监控系统。
需求侧:推广应用燃气空调;在燃气工业锅炉、加热炉上采用高效燃烧技术;采用用户用气量可中断、可减小计费模式等。
天然气用量中,工业所占比例将逐步增加。如上海,电厂和大型工业用气量占有 60%,城市燃气需求量只占到约 40%,今后可能还会降低,但用户数量多,且一旦影响甚至中断供应,社会影响极坏。因此,
峰时或发生事故时首先应该尽量保障或减少对城市燃气用户的影响。因此,在 DSM项目实施前,准确掌握并预测城市燃气负荷有非常重要的。
城市燃气负荷是决定燃气储配站调峰能力的重要依据。燃气储配站是平衡城市燃气供需差的有效办法。根据各类负荷的特点、供气可靠性和应急设备,超前做出预测,以便选择大小合适的储气设施,建设储配站。
燃气负荷预测是储配站和输配系统优化运行的基本要求。燃气负荷的研究是储配站最优化管理、整个供气系统最优化运行的基础,
所有的供气计划和调度都要在对用气负荷进行预测的前提下完成。
燃气用气负荷规模是决定输配管网经济性的重要参数。城市燃气管道在整个输配系统中的投资所占比例很大,因此做好管道的规划十分重要,不仅确保管道本身的效益,对于保证整个天然气开发利用系统的效益都具有十分重要的意义。城市管网工程投资与用气负荷成指数增长关系。因此在城市燃气输配系统中,要依据资源和市场条件,
制定管道的经济输气规模,优化管道设计和工艺参数,为提高整个输配系统的经济性打下良好的基础。
另外,当前包括“西气东输”等天然气项目处于签订“照付不议”
的阶段。所谓“照付不议”,是天然气供应的国际惯例和规则,就是指在市场变化情况下,付费不得变更,用户用气未达到此量,仍须按此量付款;
供气方供气未达到此量时,要对用户作相应补偿。因此,这就要求燃气企业在科学调查的基础上,提供较为准确有效的数字,比如每年的合同量、
最大日用量和调峰系数等,一旦提供的这些数据偏差较大,就会给燃气企业带来不必要的经济损失。
随着城市的大发展,人们生活水平的不断提高,城市燃气用户(特别是居民用户)的用气负荷的用气工况有较大的变化。为了更好的解决上述一些问题,有必要来好好研究城市燃气用户用气负荷的变化规律并给出负荷预测。
城市燃气管网系统的管径及设备,均按照小时最大流量计算的,只有掌握了可靠的小时用气波动的数据,才能确定这个小时最大的流量。一日之中小时工况的变化图对燃气管网的运行,以及计算平衡供需不均匀性所需的储气容积都很重要。
能源合同管理基本概念从 20世纪 70年代初爆发第一次世界能源危机开始,一种基于市场的、
全新的节能新机制 ——“合同能源管理”在国际上逐渐发展起来,基于这种模式的节能服务公司先后在发达国家和发展中国家也相应发展起来。这类公司在我国简称 EMCo(即合同能源管理控制专业化节能服务公司) )以合同能源管理方式为其客户提供节能服务。
EMCo为客户提供能源系统诊断,根据客户的实际情况,分析客户的节能潜力,提出节能改造方案,然后与客户签订合同,为客户提供节能项目的设计,项目融资,设备的选购、安装、维护、运行和管理等一系列的服务,最终向客户保证节能效果。在合同期间,EMCo与客户分享节能效益,在 EEMCo收回投资并获得合理的利润后,合同结束,全部节能效益和节能设备归客户所有。
我国的节能成效虽然每年都有较大幅度上升,但用能效率或 GDP能耗与发达国家相比仍有较大差距。比如日本 GDP能耗仅为 0.18吨标准煤 /万元,而上海为 1.18吨标准煤 /万元,该差距也显示出了巨大的商业空间。
如果说过去 20年我国的节能潜力是在工业领域,那么今后 20年的节能潜力将主要分布在冶金、电力、化工、建材等高耗能部门。通过考察建筑、工业、
交通等主要领域后人们发现,经济上可行、技术上合理的节能潜力在我国每年将达到 2.5亿吨标准煤,按每吨 400元计算,节能的市场潜力可以达到 1000亿元人民币。而要达到这一目标,没有切实可行的节能运作机制显然是做不到的。
另外,国内外研究表明,政府部门已成为许多国家重要的能源消费大户,其能源费用开支在政府行政预算经费中占很大比重。温家宝总理
2002年 11月 26日的批示中指出:“我国政府机构电力能耗接近全国八亿农民生活用电总量;能源费用开支一年超过八百亿元,单位建筑面积能耗和人均能源消费总量远高于发达国家水平。这充分说明我国政府机构节能潜力巨大,急需把节能工作提上议事日程。政府机构节能涉及建筑节能改造、政府节能采购、改善节能管理等许多方面,需要由有关部门综合研究制定节能规划、措施和制度” 政府机构主要包括各级政府的办公场所及其附属设施,这些机构的能源消耗大,然而由于资金、技术和管理等方面的因素,这些单位尚未采取彻底的节能措施,而由国家财政承担的各类国防、教育和医疗等公共部门中也存在着同样的问题。
加强政府机构节能,不仅可以有效地节约能源、降低政府行政费用开支,
更重要的是通过政府机构的示范表率作用,提高全社会的节能意识、普及节能产品和设备,增强政府机构节能管理的权威,实现节约能源、保护环境的目的。
作为我国的特大型城市 ——上海,近 10年来,虽然能源增长率为 5.44%,远低于 GDP 12.15%的增长率,但目前能源消费总量已达 7000余万吨标准煤。年消耗的能源除了少量东海天然气外,能源几乎靠外地调人。全市 1600万人口的生活用能和 30多万家企业的生产用能,以及上海向现代化、国际化、法治化、
信息化的国际大都市发展方向,决定了上海对能源的依赖。上海自身对社会经济发展必需走可持续发展的定位,又决定上海必须提高能效。因此,根据上海市政府提出的“提高能效、保护环境、加快奖励,适应市场经济要求的上海节能新机制”精神和,十一五”期间上海新能源结构调整的要求,加快上海市能源结构调整步伐,尽快建立起节能技改投资新机制、新模式是新形势下的必然要求。
建筑物一方面在建设时要消耗大量建材(建材在生产、运输中也消耗大量能量),而且建成后更要消耗大量能源。从国际上看,建筑能耗通常占国民经济总能耗的 1/3,空调和供热能耗占建筑能耗的 60%以上。我国目前建筑能耗也非常大,2001年我国建筑用商品能耗达到 3.76亿吨标准煤,占全社会总能耗的
27.6%。建筑物中的空调与供热系统存在着很大的节能潜力。
节能被认为是企业、商业等提高自身经济效益和竞争力的重要举措之一。
通过节能可以,有效降低成本、减少污染排放,也是各级政府环境保护意识的体现。但在进行节能改造时可能由于资金不足、技术力量较弱以及风险承受能力较低等因素,影响节能改造的实施或进展速度。
企业、商业、政府机构等一般没有节能改造预算费用的。而且,对改造方案和改造后的效果没有专门的技术力量进行调研和论证。因此,对改造后的节能效果抱有疑虑。这些问题可以借助节能市场来完成,也为基于市场运作的节能服务公司提供了很好的机遇。
合同能源管理的实质,就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式,说白了,就是把埋在浪费中的利润挖出来,以风险投资的方式刺激各方的节能需求,使之转化成看得见、摸得着的节能收益。其运作的基本模式,就是把“节能”当作有利可图的投资,项目实施后省下来的能源费用就是投资回报,根据事先协议,投资各方可以从中分享利润。这样,
企业就可以利用未来的节能效益为现在的设备升级,引进新型节能技术,以及降低目前的运行成本。
在传统的节能投资方式下,节能项目的所有风险和所有盈利都由实施节能投资的企业承担。而在合同能源管理方式中,其资金可以由企业投入,也可以由专业的节能服务公司投入,或是向银行贷款。也就是说不需要企业自身必须对节能项目进行大笔投资,即可获得节能项目和节能效益,从而实现零风险。
以盈利为直接目的的专业服务公司,可谓是市场经济下的节能服务商业化实体,具有资金整合和技术整合的能力。而对于节能设备制造商、销售商,以及节能技术拥有者来说,一方面,可自行建立、
运作这样的企业,将合同能源管理模式作为营销自身产品、技术的有效手段;另一方面,也可与这种企业建立战略合作伙伴关系,通过遍布全国的企业网络推广自己的产品、技术,充分发挥双方的优势,互惠互利,共同开发节能市场。
“合同能源管理”为促进节能项目的开展提供了一种新型的模式。为在我国引进这一新型的节能模式,1997年,财政部和原国家经贸委与世界银行和全球环境基金 (GEF)就共同实施了世行 /GEF中国节能促进项目。在该项目的支持下,1997年在我国成立的 3个示范 EMCo(分别在北京、辽宁和山东)至今运作了 7年,已用合同能源管理方式为各类客户实施了 304个节能项目,总投资为 7.8亿元。这些项目每年节约能源 97.33万吨标准煤,不仅客户(企业)
实现了节能降耗,示范 EMCo也获得赢利和稳定的发展。这个项目二期的目标是:在全国推广合同能源管理新机制,加快 EMCo产业化发展的进程,尽快形成我国的节能服务产业。
“合同能源管理”的回报率可达到 30%以上,这不能不吸引众多国内企业开始积极投身其中,而世界银行和我国行业主管机构目前也在努力建立合同能源管理项目贷款担保机制,为新节能服务公司的建立和发展提供信贷和担保支持。再加上一些节能领域的国际巨头对我国这一市场的跃跃欲试,相信合同能源管理这一新鲜事物很快就会降临到每个人身边,给能源日渐紧缺的发展中国家带来丰厚的投资回报。
宾馆节能诊断,
某钢铁公司根据合同能源管理具有资金直接到达项目、用效益所得分批还款、企业不承担投资风险等优点,与有关节能工程有限公司合作,采用合同能源管理机制,先后实施了 2× 105m2烧结带机余热回收,2× 750m3 高炉低压蒸汽回收、特钢厂加热炉改烧混合煤气等三个项目。这三个项目实施并投入运行后,不仅可以生产蒸汽,解决自给,并可外供,还降低了重油的消耗。
上海新亚药业有限公司的,循环冷却水系统节能技术改造,项目是上海实施的首例“合同能源管理”项目。上海新亚药业有限公司循环冷却水系统主要由 4台循环水泵 (3台 160kW和 1台 75kW)和 5
台 15kW冷却塔风机等组成,该冷却水系统(见图 4-3-5)主要用于冷却冷冻间的冷水机组、盐水机组、空压机、真空泵和无菌车间、
美沙芬车间、脑复新车间、精烘包车间的生产工艺冷却,其中
85%~90%的循环水量用于冷水机组和盐水机组。
项目总投资 240万,节电率 61%,节能效果明显。合同期 3年,
节能服务公司按节电效益的 80%回收投资。
该系统存在泵的选型不合理、扬程偏大,流量不足、循环水水质问题引起严重结垢、管路布置不尽合理,造成沿层阻力增加、控制方式滞后等缺陷。为此,上海市节能服务中心组织的电机系统专家组通过对大量的测试数据分析,提出了重置水泵动力系统、对管道系统进行水处理、
采用全自动集散控制技术等改造方案某电子有限公司利用蓄冷技术进行削峰填谷,将该公司的中央空调系统中 l.64 MW高峰负荷转至低谷,全年累计转移高峰电量 118万 kWh,而并未降低对电能的总需求量,利用峰谷电差价(分时计费率)减少企业电费支出 122万,4年即回收投资。
上海新先锋药业有限公司是上海市一个以生产抗生素原料和制剂的大中型企业。原有 3台 20 t/h燃煤锅炉,2台抽汽背压式汽轮机,2台 1 MW发电机,2台 100m3 耐蓄热器。该企业与上海节能技术服务有限公司合作,
实施了目前上海投资规模最大的合同能源管理项目。该项目分热电系统、
反渗透水系统、溴化锂制冷系统,总投资 950万元。
热电系统部分,恢复了 2台 1000kW发电机的发电能力,实现了蒸气能源梯级利用,通过发电达到节能效果。蒸气通过发电由 2.4 MPa,400℃
降到 0.5 MPa,280℃,每年发电量可达 300~600万 kWh。
增加了 1台高压蓄热器,恢复了 2台低压蒸热器,增加了对用汽负荷大幅度变化的调控能力,锅炉始终在稳定负荷的情况下运行。在季节交替过程中,短时间供汽负荷超过 20 t/h或 40 t/h,超负荷部分可通过 3台蓄热器供应,可减少锅炉开启台数。
增加了喷射泵。由于新先药业有限公司负责向上海张江高科技园区中芯国际 (上海 )集成电路制造有限公司供汽,中芯国际对蒸气压力要求比较高,向其供应的蒸汽不能参与发电。通过喷射泵使中芯国际用汽也能部分参与发电。
反渗透制水系统 (用于锅炉供水 )部分,增加了 100m3/h反渗透制水能力。增加了活性炭过滤器,延长了反渗透膜使用寿命。原高压膜改成低压膜,减少了反渗透泵电机功率 (由 138 kW降低到 37 kW)。每年节电
80万 kWh。
溴化锂制冷系统部分,增加了 380万 kcal/h的溴化锂制冷能力。同时溴化锂制冷过程中要大量消耗蒸气,增加了发电量。同时在夏季用电高峰期间可缓解用电紧张矛盾,减少用电量而上海节能技术服务有限公司的投资,则由新先锋药业有限公司通过节约能源获得的收益偿还。
某大厦的中央空调系统中,安装有三台离心冷水机组,每台冷机冷水出口均安装有阀门,在冷机不开启时关闭对应的阀门,冷机开启时打开对应的阀门。 4台冷水泵均系 37kW立式离心泵,使用情况为
3开一备,每台冷水泵出口分别装有蝴阀。由于该中央空调系统在运行中存在一些问题。主要表现在 4台冷水泵的电机和设计流量不匹配,
水泵出口阀门开度非常小,电机电流容易过载,每台水泵的流量很小,
供冷季节必须同时开启 3台水泵。
为此,通过合同能源管理的模式,对该中央空调系统进行了改造,提出了将系统中的两台水泵电机更换为 45kW,并采取了变频控制方式,经过实施、系统调试、和试运行,完全达到预期效果,减少了 1台水泵的使用。节能效果明显,达到 65%。在合同能源管理项目期内( 7年),从节能效益中,节能服务公司共获益 117万元,大厦业主获益 50万元,改造后的中央空调系统使用寿命为 15年左右。
又如某燃气供热小区,通过节能服务公司的诊断,存在用户端失调、锅炉房自控水平较低,缺乏调节手段、没有做到供热质量并调、
燃气锅炉排烟温度较高等问题。因此,该供热小区存在很大的节能潜力。为此,节能服务公司从设计、管网平衡、系统监控、运行服务等方面,提出节能方案,分三年逐步实现 20%的节能效果。除了在合同期内小区提供实施节能改造的场地,无需对节能改造工程及其后期管理的新增投入。
目前,我国能源利用效率比国际先进水平落后约 10个百分点,有关估算表明,我国能源效率每提高 1个百分点,其直接的经济效益将达 130亿元。
尤其要指出的是,由于经济高速增长带来的需求刺激,我国低技术、低效率、高消耗的生产设备和民用设施数目仍在迅速增长,节能潜力亟待挖掘。
具有节能潜力的另一个重要领域是商业和居民建筑的照明、热水及空间加热、制冷。未来 20年,通过在建筑上的节能投资,可节约至少 1亿吨标准煤的能源。因此,无论是从现状还是未来发展的角度分析,我国的节能市场巨大,节能投资前景十分看好。
有好的机制,也有广阔的市场,按说合同能源管理项目对需要节能的企业、商业等应该有很大的吸引力,然而我国在 EMCo的实际运作时,还存在很多问题。
从事合同能源管理服务的 EMCo公司是不具备政府色彩的商业性的经济实体,与我国现有隶属于地方政府的节能 (技术 )服务中心有本质区别。
目前上海已培育了 20多家专门从事合同能源管理的公司,完成了各类节能项目 178个,有 2.1亿元的非政府资金投入,年节约能源 11万吨标准煤,减少用电负荷 6万千瓦,年减排二氧化碳 7万吨,粉尘 28吨,
全部投资在 3年内可回收。
但在前景一片光明的同时,一些现阶段困扰 EMCo因素也依然存在。 EMCo业务面临的障碍主要是项目开发周期长 (一般要在三年以上 ),
近期获利能力差,EMCO负债率高以及项目融资困难。而加上目前一些企业领导的传统思维方式对 EMCo业务还不理解,更是影响了 EMCo
业务的发展,
因为 EMCo不像搞建筑工程、路桥工程,只要有工程,就不怕找不到资金,所有的商业银行和其它有资金的团体和个人都愿拿钱,而节能项目就不一样,人们大都不知道它是什么,不敢投资。
节能市场“蛋糕”很大,但没有足够的“刀叉”,眼看着却吃不上。
资金短缺成了 EMCo面对的一大障碍。 EMCo多数是有一定技术能力的中小企业,企业本身经济实力不强,最初实施节能项目所需资金主要通过 EMCo自有资金解决,但随着 EMCO的发展,节能项目的增多,
EMCo对资金的需求也越来越多,EMCo自身已经不能解决这一资金缺口。虽然有很好的节能技术,但也只能放弃。目前国内大部分 EMCo
的特点是:规模小,发展时间短,自有资金少,难以提供商业贷款要求的抵押品或有效担保。
商业银行缺少对合同能源管理运作机制的深人了解,对节能技术和节能项目不熟悉,无法准确评估,且管理成本较高。另外,商业银行最关注的是商业贷款的安全性,但 EMCo常常无力向银行提供信用担保和足额的抵押。因此,难以实施信贷业务。融资渠道不通,导致大量资金投入大的好的节能项目无法实施。同时,EMCo
也无法在商业银行建立起资信记录。
EMCo可以通过中国投资担保公司的担保从银行获得贷款,但是程序比较复杂,贷款周期也比较长,使资金的使用受到一定影响。而且由于风险较高,很难拓宽融资渠道。据专家估算,未来全国节能项目的投资需求将达到
8000多亿元,“世行/ GEF中国节能促进项目”二期已正式启动,全球环境基金将提供 2600万美元赠款支持。例如,国内某 EMCo从“世行/ GEF中国节能促进项目”获得第一笔总额 50万元的贷款,采用合同能源管理的方式为某化工有限公司进行了锅炉改造,不但大大提高了燃煤的燃烧效率,增加了蒸气蒸发量,而且达到了环保标准。该项目计划一年左右完成,该节能服务公司可以分享 20%的节能利润。但是对于 EMCo产业庞大的需求来说,全球环境基金将提供的赠款支持仍然是杯水车薪。
“资金不足、融资难”已经成为 EMCo发展过程中遇到的主要障碍,这一障碍不解决,将很难实现 EMCo在中国的产业化。因此,政府应该设立专项贷款担保基金,为 EMCO业务提供担保。
难以收取项目实施后的节能收益也是成为制约 EMCo发展的瓶颈。节能是每个企业的需要,但并不是每个企业都会选择合同能源管理的方式。
节能的主要对象是一些国有大中型企业,但他们往往经济效益较好,会自己投资搞节能改造,对合同能源管理不感兴趣;经济效益差的企业往往经营差、信誉不佳、资金紧张,又亟须通过节能改造降低成本,提高市场竞争能力,比较容易选择合同能源管理的方式。但是同时也给节能公司分享节能效益带来较大的风险。收取应得费用是节能公司最头疼的问题,耗费了大部分的精力,而且经常进入司法程序。
除了企业自身的信誉问题,影响节能受益的情况还有 3种:第一种是企业经济效益较差,影响节能效益的分享。因为节能效益并不能从企业总的经济效益中完全剥离,所以当企业整体处于亏损状态时,很难单独划出节能收益与节能公司分享。第二种是随着市场需求的变化,企业的开工率发生变化,进而影响节能设备的使用率,影响节能收益。第三种是节能收益的回收是有时限的,一般在 3~ 5年内,无法避免这段时间里企业转制、市场变化、经营不利等诸多风险的影响。
例如某 EMCo曾给某工厂做过合同能源管理项目,但是项目做成没多久,该厂政策性破产,导致该 EMCo无法收回节能收益,直接损失 100
多万元。社会对 EMCo的错误认知也成为无法顺利收回节能效益的一个原因,我国许多 EMCo在成立之初就存在专业化不强的缺陷,EMCo给企业提供的往往不是自己研发的专利技术,而是社会上集散的技术。这使企业对 EMCo的认识停留在融资上,而不能和节能产业联系在一起。企业认为 EMCo的性质和银行一样,因此对 EMCo应获的收益不认可,实际上节能公司的压力非常大,随时面对失败的风险。这样,EMCo处在一种尴尬的境地,它所承担的风险和获得的收益并不成比例。
为了规避风险,有些 EMCo在谨慎选择合作对象的同时,还要求对方提供担保,或者由企业提供实物担保,或者由企业的上级主管单位提供担保。但带来的问题是,在要求对方提供担保的同时,EMCo只能降低节能收益的比例。,因此利润非常低,没有大笔资金,很难持续运作。
此外,缺乏强有力的法律支持、起步阶段的 EMCo缺乏运营能力等因素,也成为制约合同能源管理机制发展的因素。建筑节能方面,由于能源设施的安装者和能源的实际消费者往往并不统一,因此,只有在房地产开发商缺乏资金的情况下,才会考虑与 EMCo合作。
节能工作需要政府作为主导,利用政府的财政资源来推动。国外的一些经验可资借鉴,如政府给 EMCo提供 1/ 3的贷款,或者银行贷款给 EMCo,
政府适当给银行补贴利息,或者政府在银行存放担保金,如果合同能源管理项目顺利,就按正常市场程序运作,如果出现失败,由政府的担保金向银行赔付。
合同能源管理在中国还是一个全新的概念,不是广为人知,EMCo应加强自身宣传,保险公司也可考虑介入。另外,如何提供有力的法律保障是当前亟须解决的一个问题。我国 1998年 1月 1日起施行的“节能法”中,强调了国家各部委和各级政府在节能工作中的监督管理职能,但对节能市场的推进和规范化,却缺乏明确的表述,相关条款的可操作性不强。带有计划经济体制痕迹的“节能法”,在现有的市场经济条件下难以发挥应有的作用,修改
“节能法”迫不及待。
我国有节能的大环境,但是更需要进一步制定税收减免、企业补偿等方面的具体措施。另外,EMCo在收取应得费用上耗费了大量人力物力,
但实际上却无法对企业的节能收益进行有效监督。如果有一个权威的中间机构,监督企业的节能收益,同时建立规范的体制保证 EMCo获得应收费用,将会极大推动合同能源管理机制的发展。
第四节 能源工程风险管理
4,1 风险管理的重要性常言道:“风险无处不在.风险无时不有”。这正是对世界事物不确定性和风险性一定程度的认识,提醒着人们要有风险意识。“风险”一词,
在日常生活中被经常谈论,但要从理论角度对风险下一个准确的定义并不容易。一般认为,风险意味着出现了损失,或者是未实现预期的目标值,而且这种损失出现与否是一种不确定性随机现象,它可用概率表示出现的可能程度,不能对出现与否作出确定性判断。
用简洁的语言来定义,风险是指不利结果 (或损失 )出现的可能性。只要有生产,有活动,人类就要承受引发事故的风险。风险常表示为事故的发生概率和后果的函数:
CpfR,?
在能源工程中也充满了来自自然,特别是人为的风险。如,在城市燃气供应系统中燃气输配由不同压力级制的管网、储配站、调压站等组成。
其中由于城市燃气管网属隐蔽工程以及载体介质 ——天然气易燃易爆,对于煤制气还有毒,并处于一定的压力状态,因此城市燃气输配管网更具有较大的危险性。城市燃气管网事故频率较高,事故原因主要是第三方破坏、
管道腐蚀、管材缺陷、焊缝缺陷、操作失误、附属设备故障等。其中第三方破坏是主要原因,如机械施工、碰撞等外部事故,且造成事故最严重。
引起第三方破坏的事故原因中人为因素居多风险和危险是不同的两个概念,“危险”是事物客观的属性。而风险则不仅意味着“危险”的存在,而且还意味着存在由“危险”导致事故发生的渠道和可能性。危险是风险的一种前提表征。一般将“危险及其成为危险原因的要素”称为“危险”,由此而产生的针对人的生命或身体、财产以及活动“所发生的危险概率”叫做风险。
例如,城市居民要使用燃气,当燃气必须通过管道输送时,埋地钢管就存在受到腐蚀的危险,这种危险是客观固有的,但在实践中,人们采取各种有效措施尽量杜绝发生腐蚀的渠道,从而降低由腐蚀导致燃气管道泄漏事故发生的可能性。也就是说危险很大,但风险可能很小。该例中,如果应该采取的防腐措施没有到位,则将成为管道腐蚀泄漏的危险原因要素之一,即“防腐措施没有到位”也属于“危险”。
风险可以用客观尺度来衡量,而“安全”是风险高低引起人们的主观评价。洛伦斯在其著作,Of Acceptable Risk Science and
Determination of Safety,中这样叙述到“对于某种事物,当人们可以接受其风险时,就可判断该事物是安全的”。当评价某一事物没有风险时,人们就有安全感。
随着人类社会的发展,企业、商业、居民等对能源的需求日益增大,
依赖性增强。如何保障能源工程的安全运行,降低风险,减少人民生命、
财产的损失,成为各级政府的关注重点。
能源工程包括生产、运输、贮存、应用等环节,各环节均存在一定的风险。为了构建持续、稳定、安全的能源供应系统,能源工程风险管理是非常重要的。
首先,进行能源工程的风险管理有利于提高管理者的决策水平。如,
城市燃气供应工程的特点是点多、面广、线长且大多埋于地下,容易受到各种内外因素的影响,且埋地管道的日常检测困难。对城市燃气经营企业而言,最棘手的问题不是在事故后如何采取补救措施,而是不知道何时、
何地会发生下一个事故,以及下一个事故后果的严重程度。虽然下一个事故是无法预测的,但对城市燃气供应系统风险进行评价后,采取必要的措施减少一定时期内事故发生的频率和严重性却是能做到的。它可以帮助领导层进行技术决策,改变过去以检漏、抢修为主要手段的被动局面,转而实行以预防为主,主动建立“跟踪检测 → 风险评价 → 计划性修复”的城市燃气供应系统综合管理体系,从而避免了“平均花钱,不见效益”的盲目性。因此,在城市燃气供应系统的整个生命周期,特别是在运作阶段,
对其进行风险管理至关重要。
其次,可以优化风险成本。能源工程风险的降低总是以成本增加为代价的,但成本投入的增长与风险的降低并非存在正比关系,在理论上服从图 4-4-1所示的关系。由图 4-4-1可见,在第一区增加投资可以明显地降低风险,第二区是一个转变区,第三区里很大的投入仅换回极小的风险降低。如果把能源工程的安全维护成本与能源工程的事故成本曲线放在同一坐标系中考虑,则可得到能源工程总成本与风险的关系曲线,
并可由此得到最佳风险控制值,如图 4-4-2所示。
再者,可以减少突发性灾难事故的发生。能源工程的风险评价为事故的发生提供了有效的预报,因此它在减少重大事故方面具有科学预报性。
另外,可以发现能源工程中的薄弱环节,及时维护,消除风险因素,
最大限度地降低事故发生率,提高系统的可靠性、完整性和安全度,以确保能源工程长期处于安全高效的运行状态,从而提高设施的使用效益。
4,2 风险管理与安全管理风险管理是一个以最低成本将风险控制在最合理水平的动态过程,通过对风险管理的实施,能够有效的控制和妥善处理风险所致损失的后果,实现以最小成本获得最大安全保障,或者说风险效益的目标。
安全管理强调减少事故,甚至消除事故,是将安全生产与人机工程相结合,给劳动者以最佳的工作环境。而风险管理的内容较安全管理广泛,不仅包括预测和预防事故、灾害的发生,人机系统的管理等安全管理内容,而且还延伸到了保险、投资,甚至政治风险等领域。其主要特点表现在:
1)系统安全的观点随着生产规模的扩大和生产技术的日趋复杂化,系统往往由许多子系统构成,
如城市燃气管网由原来的中、低压两级制系统发展到现在的高、中、低压三级制系统。不仅要研究各子系统的安全性,也不能忽略各子系统的“接点”(如调压站等)
安全性,风险评价是以整个系统为目标的。要从全局观点出发,寻求最佳而有效的防灾途径。
2)事故预测技术传统的安全管理多为事后管理,即从发生的事故中吸取教训,这当然是必要的,
但是有些事故的代价太大,必须预先采取相应的防范措施。风险管理的目的是预先发现、识别可能发生的危险因素,以便在事故发生之前采取措施消除、控制这些因素,防止事故的发生。
风险管理是从传统的安全分析和安全管理的基础上发展起来的。因此,传统安全管理的宝贵经验和从过去事故中吸取的教训对于风险管理依然是十分重要的。
4,3 风险管理体系的构建
4,3,1风险管理体系根据风险管理的目的,风险管理体系由风险评估和风险控制两部分构成,
而风险评估和风险控制又包含风险分析、风险评价和决策、实施、检测等内容,见图 4-4-3。
风险管理后果分析频率分析风险分析风险估计风险标准及其可接受性风险评价风险评估决策实施检测风险控制危险辩识
4,3,2 风险评估风险评估包括风险分析和风险评价。所谓风险分析就是在特定系统中,进行危险辨识、频率分析、后果分析的全部过程。危险辨识目的在于确定危险源并定义其特征;频率分析目的在于分析待定危险源导致事故发生的频率和概率;后果分析目的在于分析待定危险源在环境因素下可能导致的各种事故及其可能造成的损失。
1) 风险分析风险分析包含危险辩识和风险估计两部分。
风险分析目的之一是辩识危险或识别风险。由于隐患是成为风险的前提条件,所以辩识危险,首先要查出在生产运行中的各种隐患,并估计其发生的可能性和导致的后果,将其登记在册,作为对风险进行管理的主要依据。
( 1) 危险辩识危险辩识是发现、识别能源工程中危险源的工作。只有辩识了危险源后才能有的放矢地考虑如何采取措施控制、消除危险。
危险源一般分两类,1)在实际生产中往往把产生能量的能量源或拥有能量的能量载体以及产生、储存危险物质的设备、容器或场所称为第一类危险源,如城市燃气管网中,天然气、人工煤气及其输配管网和储存设施;
2)为保证第一类危险源的安全运转,必须采取措施约束、限制能量。但约束限制能量的措施可能失效而发生事故,把导致能量或危险物的约束或限制措施破坏或失效的各种不安全因素称为第二类危险源,如设计缺陷、材料和施工缺陷、外力破坏等。
第一类危险源是事故发生的前提,决定事故后果的严重程度;第二类危险源是第一类危险源导致事故的必要条件,决定事故发生的可能性大小。两类危险源的危险性随着技术水平、管理水平和人员素质的不同而不同。
对于燃气供应系统而言,燃气、燃气生产设备、燃气输配管网、燃气储存设施以及燃气应用装置等,都属于第第一类危险源。
城市燃气易燃易爆。燃气泄漏后与空气混合,当其浓度处于一定范围时,
遇火即发生着火或爆炸。爆炸浓度极限范围越宽,爆炸下限浓度越低,
则着火或爆炸危险性就越大。天然气的爆炸极限范围约为 5%—15%,人工煤气的爆炸极限范围约为 6.5%—36.5%。
燃气有毒性。天然气为烃类混合物,属低毒性物质,但长期接触可导致神经衰弱综合症状。天然气中的甲烷属“单纯窒息性”气体,高浓度时人会因缺氧而引起中毒,当空气的甲烷浓度达到 25%~30%时人会出现头昏、呼吸加速、运动失调。人工煤气中的 CO为剧毒物质,人吸入后,
造成人体组织缺氧,神志不清,甚至危及生命。空气中 CO含量超过 0.3%
体积时,人不到 10分钟就感到头痛,呕吐,继续吸入半小时会导致死亡。
另外,天然气和人工煤气中均含有少量硫化氢。硫化氢及经燃烧所生成的 SO2都有强烈臭味,对人的呼吸道和眼鼻粘膜有异常刺激作用,并严重危害危害神经系统。空气中硫化氢浓度大干 150 mg/ m3(约 0.01%体积),如果长时间接触,就会出现中毒现象。浓度高达 900 mg/ m3(约
0.05%体积)时,接触 1小时要严重中毒。空气中 SO2的浓度不超过 0.01%
体积时,尚无直接危险,如果达到 0.05%体积时,对生命即发生危害。硫化氢又是一种活性腐蚀性物质,在高温、高压以及燃气中合有水分时腐蚀尤为严重。与燃气中二氧化碳和氧 (两者本身也是腐蚀性物质 )共存时腐蚀性更为加剧。 SO2也具有腐蚀性,大气中常年累月积聚大量 SO2会造成“酸雨”,影响一大块地区的土壤、作物和林木的生长,破坏生态。燃气含有的有机硫对燃具也有腐蚀性。
而作为燃气生产、输配和应用的设备或装置,也属于第一类危险源。
如果控制或使用不当就会引发事故。
城市燃气及其生产和应用设备或装置的危害危险性是固有的,只有通过采用先进的安全管理措施和安全控制装置,防止燃气泄漏,保证各类与燃气有关的设备或装置安全运行,才能避免燃气事故的发生。而所有会导致燃气事故发生的不安全因素,都属于第二类危险源。对于城市燃气供应系统的第二类危险源与城市燃气供应风险管理密切相关。
( 2) 风险估计风险估计的目的是分析危险导致事故的可能性(概率)和事故后果。
进行风险分析需要获得关于事故发生的频率或概率分布信息。获得概率的信息一般有两种途径:一是根据大量的试验进行统计计算;二是根据概率的古典定义,用分析的方法进行计算。由于上述两种估计是以客观存在的数据为基础.故称为概率的客观估计。按这种方法得到的概率称为客观概率。
在实际能源工程中.往往不能获得充分的信息计算事故发生的客观概率,
比如对一段运行多年的高压天然气管道进行事故发生概率的进行分析,不但需要收集大量信息,通常还需要进行大量的试验,目前许多情况下是难以做到的。
特别是有些风险事件目前尚发生,事前很难对其作出准确事故发生概率分析。
但在风险决策分析中,又必须对事件出现的概率进行估计。此时,只好由决策者或分析人员对本件发生的概率作出主观估计。这种既没有大量的历史数据作依据,又未通过试验或精确计算,主要靠个人主观判断获得的概率称为主观概率。
一般情况下,主观概率的定义可以描述为:根据对某事件是否发生及该事件发生可能性大小的个人主观判断.用 —个 0~ 1之间的数来描述事件发生的可能性,此数值即为主观概率。
应当指出的是,主观估计虽然是一种个人的主观判断,但它并不是随心所欲、毫无任何依据的瞎猜,而是估计者根据当时所获得的其他相关信息、
类似的经验数据及个人的合理判断与理性分析得到的结果。因此可以认为.主观概率是客观概率的近似值。主观概率在风险估计中的应用近年来已日益受到入们的关注和重视,应用也越来越广。
主观估计是用较少信息量作出估计的一种方法,它常表现为分析者个人对风险发生的概率作出迅速的直接判断。对于不能通过试验或没有足够的历史数据来估计风险的情况,直接判断是一种有效合可行的方法。分析人员进行主观判断时,他实际上是在运用自己长期积累的经验和相关知识,并将其转化为一种估计风险状态概率的有用信息。这些信息虽然不是一种可用于客观估汁的直接信息.即属于隐性信息.但是用作主观估计以获得主观概率,
这种信息是非常重要的。虽然主观估计有时存在一定偏差,甚至是较大的偏差,主观概率在风险决策分析中仍然发挥着重要作用。主观概率的估计可以通过累积概率法、专家咨询法、社会调查法等多种方法进行。
对风险事件发生概率的估计还有第三种方法,称为行为估计。它不是直接由大量试验或计算分析得出概率,也不是完全由决策者或分析人员主观判断而得到的,而是主观估计与客观估计的相互结合产生的新方法。这种由合成而得的第三种估计概率称为“合成概率”。
例如,燃气供应系统事故统计与分析等方面的工作,目前各燃气营运公司已经非常重视。但是,城市燃气供应配系统中各类危险因素所导致事故发生的统计资料尚非常缺乏,不足以计算事故发生的客观概率,何况有些事故的发生非常少,客观概率更加难以计算。因此,在风险分析中概率的主观估计方法仍将起着重要的作用。
2)风险评价风险评价的目的就是判定风险的程度。能源工程的风险等级根据评价方法的不同,可分为风险绝对等级和风险相对等级,风险绝对等级是按一定标准划分的风险等级,使得可以在不同类能源工程间进行风险大小的对比;风险相对等级,表示同一类能源工程不同环节间的相对风险大小。无论是风险绝对等级,还是风险相对等级,都需要大量评价资料的统计分析,
才能客观地进行等级划分。
风险程度可以分为高风险、中风险和低风险。对于低风险,可以通过按程序进行管理;中风险需要坚决进行管理;而高风险是不能容忍的,必须采取措施以降低风险程度。但是在确定各级风险程度的范围时,首先需要确认风险可接受水平。
( 1)风险可接受水平在风险分析的基础上,需要根据相应的风险标准,判断评价对象的风险是否可被接受,是否需要采取进一步的安全措施,这就是风险评价过程中要完成的工作,在此过程中首先要有一个风险评价标准即风险容忍度。
“风险容忍度”表示在规定的时间内或某一行为阶段可接受的总体风险等级,它为风险评价以及制定减小风险的措施提供了参考依据。因此,在进行风险评价之前预先给出。风险容忍度确定要符合企业(公司)的经营理念和文化。风险容忍度与公司的商业目标有关,不是固定的或者静态的,而是动态的。
风险标准是为管理决策服务的,其制定必须是科学、使用的,即在技术上可行,在应用中有较强的可操作性。标准的制定首先要反映公众的价值观、
灾害承受能力,其次必须考虑社会的经济能力。人们往往认为风险越小越好,
这是一个错误的概念,减少风险是要付出代价的。无论减少危险发生的概率还是采取防范措施使发生事故所造成的损失降到最小,都要投入资金、技术和人力。通常的做法是将风险限定在一个合理的、可接受的水平上,根据影响风险的因素,经过优化,寻找最佳的投资方案,接受合理的风险。
在能源工程风险评价中,可以采用“最低合理可行”原则。该原则的含义是:任何工业系统中都是存在风险的,不可能通过预防措施来彻底消除风险;而且,当系统的风险水平越低时,要进一步降低就越困难,其成本往往呈指数曲线上升。也可以这样说,安全改进措施投资的边际效益递减,最终趋于零,甚至为负值。因此,必须在风险水平和成本之间作出一个折中。
“最低合理可行”原则可用图 4-4-4表示,具体说明如下:
对能源工程进行定量风险分析,如果所评估出的风险指标在不可容忍线之上,则落入不可容忍区(高风险区)。此时,除特殊情况外,该风险是无论如何不能被接受的。
如果所评出的风险指标在忽略线之下,则落入可忽略区(低风险区)。
此时,该风险是可以被接受的,无需再采取安全改进措施。
如果所评价出的风险指标在可忽略线和不可容忍线之间,则落入可容忍区(中风险区),此时风险水平符合“最低合理可行”原则,需要进行安全措施投资成本 —风险分析,如果分析成结果能够证明进一步增加安全措施投资对工业系统的风险水平降低贡献不大,则风险是可容忍的,即可以允许该风险存在,以节省一定成本。
不可容忍线可忽略区忍区容可不可容忍区可忽略线风险评价的最低合理可行原则示意图
( 2) 风险评价方法对风险进行评价可采取定量评价和定性评价两类方法。定量评价需要各类专业人员合作,一般过程复杂。定性评价主要通过人的主观判断进行评估,方法相对简单,适用于对各类风险进行评价。
例如,目前国际上比较流行的是利用“风险矩阵图”对风险进行定性评价,见表 4-4-2。图中深红色区域为高风险区,黄色区域为中风险区,绿色区域为低风险。
如果对某区域能源工程评价出的风险程度出现在“风险矩阵图”的红色区域,那么这种风险是主要的风险,必须及时采取相应技术和(或)
管理措施以降低该区域的风险程度,使风险程度至少要降到在黄色区域。
风险程度定量评价法是对已识别的与风险有关的因素赋值,
用不同的方法作定量的评价。如管道管道风险指数评价法是其中之一,
该方法的就是将可能影响管道风险的各种环境条件、人的行为、预防措施等赋予不同的指数值,这些指数值来自于以往事故的统计资料和操作人员(专家)的经验,经过计算最终得出相对风险程度。该方法的最大优势是包含的信息量大,且考虑了一旦管道泄漏后对环境和周边人员的危害程度。该方法在城市燃气管网风险评价中应用详见后面介绍。
4,3,3 风险控制风险管理的另一组成部分是风险控制,也称为风险决策,包括决策、实施和实施结果的检测。
风险控制是风险管理的最终目的。风险控制就是要在现有技术和管理水平上,根据风险评价的原则和标准,提出各种风险解决方案,经过分析论证与评价,从中选择最优(满意)方案并予以实施的过程,以最低的成本达到最佳的安全水平,具体控制目标包括降低事故发生频率、减少事故的严重程度和事故造成的经济损失程度。
风险控制技术有宏观控制技术和微观控制技术。宏观控制技术以整个风险控制对象为对象,运用系统工程原理对风险进行有效控制。采用技术有:
法制手段(政策、法令、规则制度)、经济手段(奖、罚、惩)和教育(长期的、短期的、学校的、社会的)。
微观控制技术以具体的危险源为控制对象,以系统工程原理为指导,对风险进行控制。手段主要是工程技术措施和管理措施。宏观控制技术和微观控制技术相互依存,相互补充,缺一不可。
避免风险是一种最彻底的控制风险的方法,但作为能源工程来说这是不可能的,只能通过有效的手段降低风险的程度。作为风险控制策略性方法,一般有下列七种方法:
1)排除排除风险就是消除隐患,如某燃气管段受外力冲击受损比较严重,尽管仍然没有破裂,但评估结果风险程度很高,是不可容忍的,必须更换该管段,
以排除该隐患。
2)更换当隐患无法消除时,可以更换方案,如某区域地下土壤腐蚀性比较强,钢管容易腐蚀,这时可以在保证压力强度的条件下,考虑更换为 PE管。
3)降低是指提高工程设计等要求等措施来降低风险程度。如对于路面交通量比较大的地段,在设计中要求增加管道埋设深度,以降低风险程度。
4)隔离 排除很好替换降低隔离控制保护纪律不太好就是将人、财、物等与隐患隔离开来,如天然气门站、高压储罐等危险源,要求保持一定的安全距离,
一旦发生事故,可以将损失降低到最小。
5)程序控制指针对生产、运行、操作中制定工作程序,并且必须严格遵守程序,如,燃气管道焊接施工,必须严格按焊接工艺进行焊接,焊接完后还需按程序进行焊接质量检测等,以确保焊接质量,杜绝隐患。
6)保护如在燃气管网施工或抢修过程中,人员必须配备必须的安全防护装备,以防止受伤或中毒,从而降低风险发生的可能性。
7)纪律指操作人员、管理人员必须严格遵守劳动纪律,对违反纪律者必须受到纪律处罚。
能源工程中的风险是无法完全规避的。尽管事故损失可以部分由保险公司承担,但是事故所造成的社会不良影响是难以用金钱来衡量的。
因此,风险控制或风险决策的主要任务是制定和实施预防措施和抢修预案,
以降低事故发生概率和事故损失。
风险控制要有指标要求,如事故发生概率,严重度、损失率等,作为以后实施决策过程中的检验标准。对于难以量化的目标,也要尽可能加以具体说明。对各种风险决策方案,决策者要向自己提出?“假如采用这个方案,将要产生什么样的后果”,“假如采用这个方案,可能导致哪些不良后果和错误”等问题。从一连串的提问中,发现各种可行方案的不良后果,把它们一一列出,并进行比较,以决定取舍,一旦选定决策方案,就决策过程而言,分析问题决策过程已告完结,但是要把解决问题的决策付诸实施,可以说还没有完成。
为了使风险决策方案在实施中取得满意的效果,执行时要制定规划和进程计划,健全机构,组织力量,落实负责部门与人员,及时检查与反馈实施情况,使决策方案在实施中趋于完善并达到期望的效果。
4,4 能源工程风险管理规划基于上述风险管理体系,可以针对各类能源工程的具体情况,开展风险管理工作。为了有条理地进行风险管理,首先应该制定一份风险管理规划书。下面首先给出建议的风险管理规划书框架及其内容,并就其中的风险发生概率估计和风险评价模式,介绍故障树法,并在此基础上建立能源供应系统的风险评价模型。
4,4,1 风险管理规划风险规划就是制定风险管理策略和具体实施措施的过程,确认风险管理成本以及风险管理策略的措施是否符合项目总体目标,为把事故后果尽量限制在可接受水平上,制定合理的风险规避策略。
风险规划要求就上述内容建立风险管理计划,见表 4-4-4。
表 4-4-3中的风险管理规划中,风险发生概率估计和风险评价方法的选择很重要。下面首先介绍利用故障树分析法计算能源工程中事故发生概率的方法,事故发生概率是风险量化的重要依据,也是分析安全隐患、采取有效措施的重要手段。然后再介绍管道风险指数评价法,该方法适用于任何管输能源(如燃气、石油等))或管输栽能体(如水、氮气等)
的风险管理。
4,4,1 故障树分析法
1)故障树分析模型故障树分析( Fault Tree Analysis,简称 FTA)是对可能造成系统失效的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素)进行分析,画出逻辑框图(即故障树),从而确定系统失效原因的各种组合方式及其发生概率,以计算系统发生概率,从而采取相应的纠正措施,以提高系统可靠性的一种方法。
2)故障树的分析流程故障树的分析流程如图 4-4-6所示。
( 1)确定顶事件所谓顶事件,即人们所不期望发生的事件,也是我们所要分析的对象事件。顶事件的确定可依据我们所需分析的目的直接确定并在调查故障的基础上提出。除此,也可事先进行事件树分析或故障类型和影响分析,
从中确定顶事件。
验证其效果,使其降至目标值以下。如果事故的发生概率及其造成的损失为社会所许可,则不需投入更多的人力、物力进一步治理。
( 2)理解系统要确实了解掌握被分析系统的情况。如工作系统的工作程序、各种重要参数、作业情况及环境状况等。必要时,画出工艺流程图和布置图。
( 3)调查事故、原因应尽量广泛地了解所有故障。不仅要包括过去已发生的故障,而且也要包括未来可能发生的故障;不仅包括本系统发生的故障,也包括同类系统发生的故障。查明能造成故障的各种原因,包括机械故障、设备损坏、
操作失误、管理和指挥错误、环境不良因素等。
( 4)确定目标值根据以往的故障经验和同类系统的故障资料,进行统计分析。得出故障的发生概率,然后根据这一故障的严重程度,确定要控制的故障发生概率的目标值。
( 5)构造故障树故障树的建造是 FTA的核心之一,故障树正确、合理、完整与否直接决定了分析结果的准确性、有用性,故要求建树者必须具有本专业丰富知识和经验,仔细分析设计文件,运行文件,掌握系统的特性,慎重地对待每个细节,方能建造出较完善的故障树。
门符号给予连接,以构成故障树。
( 6)定性评价依据所构造出的故障树图,列出布尔表达式,求解出最小割集(顶事件发生所必须的最低限度的底事件的集合),确定出各基本事件的结构重要度(基本事件在故障树结构中所占的地位而造成的影响程度)分析,从而发现系统的最薄弱环节。
( 7)定量评价根据各底事件发生概率来求出顶事件的发生概率。在求解出顶事件概率的基础上,进一步求出各底事件的概率重要系数和临界重要系数。即首先要收集到足够量的底事件的发生概率值,进而求取顶事件的概率值,再将所取得的顶事件发生的概率值与预定的目标值(社会能接受的顶事件发生的概率值)
进行比较分析。若超过社会许可值,就应采取必要的系统改进措施,并再用故障树分析。
( 8)制定预防事故(改进系统)的措施在故障树定性或定量评价的基础上,根据各可能导致故障发生的底事件组合
(最小割集)的可预防的难易程度和重要度,结合本企业的实际能力,订出具体、切实可行的预防措施,并付诸实行。
4)故障树的最小割集及其算法所谓割集就是导致故障树顶事件发生的基本事件的集合。最小割集是导致顶事件发生的充分的底事件集合。只有当最小割集内的所包含的底事件同时发生时,顶事件才会发生。最小割集内所包含的底事件数称为阶数,
如:最小割集内含有两个底事件,称为二阶最小割集。
在求得最小割集之后,按其阶数从小到大顺序排列,就可以得到各基本事件的定性重要度,例如有故障树(图 4-4-7):
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5)底事件概率确定方法常用底事件概率确定方法有历史数据统计分析法、概率统计法、模糊数学法、灰色理论方法、突变理论方法、可靠性理论等。
( 1)历史数据统计分析法历史数据统计分析法是收集相应的历史数据后进行分析,得出底事件过去的发生频率,并以此预测现在或将来的发生概率。在进行数据分析时,可以使用回归预测,时间序列预测等方法。另外,还需注意历史数据的适用范围,并根据现在考虑的具体情况做出相应的修正。历史数据的收集,不仅包括硬件的失效数据,还应包括各种初因事件的发生频率(偏离正常设计工况的频率)以及各种人为事物数据。历史数据的有效收集是进行定量风险评价的基础,也是政府和企业制定安全规范和制定风险决策的依据。
现在世界上各个国家和专业技术公司都已认识到基础数据的极端重要性,
已经建立起了数百种由政府和企业资助的基础数据库。为了建立这些数据库,需要大量人力和资金、功能超强的计算机网络、复杂的管理信息系统和有效的组织形式,并综合利用各种概率统计方法。
( 2)概率统计法概率统计法是对各底事件分别给出其概率分布,然后利用计算机模拟计算,从而给出结果事件的概率分布规律,并由此可计算出该结果的期望值、标准差及其有关概率。概率统计法主要是指蒙特卡洛
( Monte Carlo)模拟法,该方法能较好地反映底事件概率的不确定性,但是由于其先决条件是底事件的概率分布为已知,实际应用中,
要得到底事件的概率分布并非易事。因此,限制了它的应用。
( 4)模糊数学法对于不确定性因素分析最有力的工具就是模糊数学法。应用模糊数学中的相关理论和方法来求解故障树底事件的概率,既反映了概率本身的模糊性,又允许概率值有一定程度的误差,而且可以将现场的少量数据与工程技术人员的经验结合起来,使得分析结果更为接近工程实际。
采用故障树进行定量分析和评价时,主要困难在于底事件发生概率的确定非常困难。一是失效的原因不仅仅是由客观不确定因素造成的,而且还有一些是人为的主观原因;二是精确的概率化需要大量的数据供统计分析之用;三是在复杂的人一机系统中,由于人的因素、相关失效、共因失效等造成系统建模的不精确性,纯概率方法难以奏效。此外,由于系统受外界环境的影响、
上述概率值通常也会发生变化,因此,故障树底事件的概率具有一定的不确定性(随机性和模糊性)。但由于故障树分析能直观地指出消除故障的根本点,方便预防措施的制定,因而实用价值较高。
( 6)模糊综合评价法所谓综合评价,就是对受到多种因素制约的事物或对象,作出一个总的评价。科技成果鉴定、产品质量评级、系统风险性评价等都属于综合评价范畴。对于评价一个事物或现象,如果考虑的因素只有一个,
评价就很简单,只要给对象一个评价分数.按分数的高低,就可将评价的对象排出优劣性、重要性或风险性的次序。但是一个事物往往又有多种属性,评价事物必须同时考虑各种因素.这就是综合评价问题。
由于在很多问题上,我们对事物的评价常常带有模糊性,因此,应用模糊数学的方法进行综合评价将会取得更好的实际效果。
模糊综合评判的数学模型可分为一级模型或多级模型两类。