机械加工制造系统能效理论与技术

1.1制造业能耗现状1.1.1制造业的“能源危机”人类的生产活动、社会的发展进步离不开能源，优质能源的出现和先进能源技术的使用积极推动着人类文明进程的发展。当今社会，能源的开采使用以及能源对气候、环境的影响，是全人类、全世界共同关心的话题，也是国家社会经济发展面临的重要问题。人类能够利用的化石能源总量有限，终有面临枯竭的一天。据统计，世界石油储量的综合估算为1180亿~1510亿t，以平均年开采量33.2亿t计算，在35~45年内将宣告枯竭。世界天然气储量估计在140万亿~185万亿m³，平均年开采量维持在2.9万亿m³，将在51~63年内枯竭。煤的储量约为5600亿t，平均年开采量为33亿t，可以供应169年。能源是一切工业活动的基础。纵观历史，随着工业化、科技化程度的提高，人类对能源的依赖越来越明显。据美国能源信息管理局(U.S.EnergyInformation Administration,EIA）统计数据,在1980-2010年30年间，全球年均能耗总量从82.9亿t原油当量上升至116.6亿t原油当量，总增长量超过40%，年平均增长量为1.33%。全球能耗总量还将持续上升，预计于2030年将达到198.7亿t原油当量。其中，非经济合作与发展组织国家（Non-Organi-zation for Economic Cooperation and Development Nations),由于制造工业的迅速发展，其能耗总量将明显增长，预计到2030年涨幅将达到73%。而经济合作与发展组织国家（Organization for Economic Cooperation and DevelopmentNations)，由于其工业生产趋于饱和，其经济结构将由制造型经济向服务型经济转变，其能量消耗(能量消耗，简称能耗)增长并不明显，预计到2030年增量仅为15%。制造业作为能源密集型产业，是一国国民经济的主体，综合国力的体现，也是主要的能源消耗部门之一。我国作为迅速崛起的制造业大国，工业部门能耗占全国每年总能耗的65%以上。我国的制造业也是典型的能源密集型产业，制造业能耗总量高达全国能耗总量的56.8%。其他国家地区，尤其是以产品输出为主的发展中国家，其制造业能耗都占据国家总能耗的较大比例。制造业在消耗大量能源的同时，也产生大量CO2、氮氧化合物等温室气体排放，引发一系列灾难性的连锁反应，如气候变化、干旱、洪水、饥饿、经济危机等，给人类社会带来极坏的影响。政府间气候变化专门委员会(Intergovem-mental Panel on Climate Change,IPCC）发布的《气候变化2007综合报告》指出，CO2是温室气体的主要成分，其中约90%以上的人为CO,排放是化石能源消费活动产生的。自1860年以来，由于温室气体影响，全球平均气温提高了0.4~0.8℃，并将持续上升。根据《BP世界能源统计年鉴2020》，1995年的全球碳排放为219.8亿t，2019年的全球碳排放为341.7亿t，共计增长55.4%，而其主要原因是持续上升的能量需求和能量利用率的低下。随着能源消耗问题和环境问题的日益严峻，制造业能耗受到各国政府、产业界和学术界的共同关注，关于能效和能效优化的政策制定、学术研究日益活跃。世界工业能耗增长趋势如图1-1所示，2012年美国和我国各部门能耗比例如图1-2所示。