化工双碳之二：国际化工公司的减碳经验（1）

碳达峰碳中和的30/60目标成为中国的国家战略，中国化工企业当然要顺应双碳战略要求，做好低碳与绿色发展。化工企业除了在绿色原料工艺路线创新外，低碳发展的主要方向就是提高生产过程的能源效率。能源效率实际是化工生产企业的一个综合指标，是工艺技术、设备技术、自动化技术、公用工程技术以及生产管理等多方面的综合体现，并非是一个专业或者一个部门就能搞定的工作。很多化工企业在双碳发展上过分依靠外部乙方单位，例如通过上一些通用节能项目，包括太阳能以及储能这些与生产过程无关的边缘项目，甚至希望通过乙方提供的通用性能源管理系统EMS来大幅提高能源效率，这些没有系统化、无结构化的项目对企业能源效率提升只能起到次要作用，无法帮助化工实现低碳发展。

我在B公司工作时，有大约5年的时间非常深度地参与了2007年启动的集团CO2项目Climate Program。该项目的初始目标：到2020年公司吨产品的碳足迹（carbon footprint）相较基准年2005年降低25%。实际上，基于项目前5年的成功开展以及实际取得的碳减排成果，在2013年左右将2020年减碳目标从原先预定的25%提高到40%。读者可自行用英文搜索引擎搜索“Bayer Climate Program”相关信息。

可贵的是，该项目的主要技术负责人，将从该项目总结和开发的碳减排与能效管理方法公开发表，主要有WILEY-VCH于2010年出版的书籍《Managing CO2 Emissions in the Chemical Industry》以及2013年在化工期刊CE&P上发表的论文《STRUCTese? – Energy efficiency management for the process industry》。这两篇文献基本客观呈现了B公司在碳足迹管理以及能源效率提升上的系统化的管理体系、技术方法以及工具，对国内化工企业低碳发展以及能效管理有很好的参考性。

由于我曾深度参与该项目，并且与两篇文献的主要作者均在同一部门工作数年，对这两篇文献中介绍的方法有深刻体会，结合我本人近些年的节能项目以及能源管理的体会，基于公开信息，为读者介绍这两篇文献中的化工企业能效管理方法和工具。

注：本文由Kimi.AI 以及通义千问等AI文献阅读工具辅助完成，本文包含AI生成文字内容。

一、两篇文献的主要内容

论文《STRUCTese? – Energy efficiency management for the process industry》详细介绍了STRUCTese能源管理系统、及其组成部分、主要工具以及应用情况等。STRUCTese?是一个公司内部（in-house）专有的能源管理系统，全称为"Structured Efficiency System for Energy"，即“结构化能效系统”，旨在提高化工企业的能源效率和管理能源消耗。以下是STRUCTese?系统的主要组成部分：

1.能源效率检查（Energy Efficiency Check）：一个全面的分析步骤，用于识别工厂或设施中能源节约的潜力。

2.能源损失瀑布图（Energy Loss Cascade）：一个核心工具，用于可视化和量化能源效率损失，帮助比较当前能源消耗与最佳实践，并跟踪改进措施。

3.在线监测（Online Monitor, OM）：实时监测工具，为操作员与管理人员提供关于能源消耗和节能潜力的连续反馈。

4.日常能源协议（Daily Energy Protocol, DEP）：为工厂团队的日常生产管理会议提供能源消耗和相关过程参数的总结。

5.关键绩效指标（Key Performance Indicators,  KPIs）：用于基准测试和目标设定的指标，通过能源级联图中的能源水平和损失来计算。

STRUCTese?系统符合ISO 50001和DIN EN 16001等国际和欧洲能源管理标准的认证要求，遵循PDCA（计划-执行-检查-行动）循环管理原则，确保能源效率的持续改进；提供能源效率和能源损失的透明可视化方法，帮助组织更好地理解和管理能源使用。

书籍《管理化学工业中的CO2排放》内容较全面，构建了一个全面的技术与管理框架来指导化工行业如何有效管理其CO2排放，以应对气候变化和提高能源效率带来的挑战。全书分为三个部分：

第一部分：行政与文化层面（Administrative and Cultural Aspects）

管理CO2排放的行政与文化考量：从企业内部行政和文化层面出发，通过组织结构、人员管理、沟通策略和政策设计等手段，有效推进CO2排放的管理和减少工作。并在第一章重点介绍化工企业CO2平衡以及产品碳足迹（carbon footprint）的详细分析与计算方法，以及基于摇篮到坟墓（Cradle-to-Grave ）的全生命周期评价方法（Life Cycle Assessment，LCA）。

第二部分：能源效率设计与生产（Energy Efficient Design and Production）

提高能源效率的系统化技术方法：提供能效技术和操作层面的详细指导，包括节能和CO2减排项目实施的结构化方法、热集成与夹点技术、能源高效单元操作与过程、能源高效设备、以及节能公用工程生产与分配等。

第三部分：未来发展趋势（Future Developments）

碳中和（CO2-Neutral）的未来主要技术：介绍了碳捕集与存储（CCS）以及可再生原料（Renewable Feedstocks）的化工生产过程。本书最后一章作者使用了“12 CO2-Neutral Production – Fact or Fiction?”这样疑问句作为章节标题，是为了引起读者对于实现二氧化碳中和生产状态可能性的深入思考和讨论，也表达了对当前技术水平下达到CO2中和生产的不确定性和挑战性。

这本书是多位作者共同编写，全书共12章，各章由不同作者编写。本书作者以及贡献者主要来自以德国为主的欧洲化工企业以及大学，包括Bayer、Evonik Degussa 、KBC等公司， RWTH 亚琛工大、丹麦技术大学等。本书集结了一群具有广泛理论基础和工业应用导向视野的工程师和科学家，内容上不仅深入探讨CO2平衡与能源效率理论，更着重于从实践操作以及管理策略提供具体的技术措施来达成CO2减排目标。

全书内容较多，读者要完整读完不容易。从化工企业提升能源效率直接应用的技术角度来看，我建议读者重点阅读以下章, 读完后就能用上：

1 Analysis Methods for CO2 Balances

4 Systematic Procedure for Energy and CO2 Reduction Projects

7 Energy Efficient Unit Operations and Processes

8 Energy Efficient Equipment

10 Energy Efficient Utility Generation and Distribution其中该书章节“4 Systematic Procedure for Energy and CO2 Reduction Projects ”与论文“STRUCTese? – Energy efficiency management for the process industry”几乎相对应，只是书籍作者写书时（2009年）没有提出STRUCTese这个概念，但已经形成基本的框架、工作步骤以及工具方法。这也是化工企业能效管理的结构化、系统性方法论，读者应该仔细阅读原文，掌握精髓。

二、STRUCTese的工作步骤

STRUCTese结构化能效系统的应用对象为一个化工产品的完整生产工厂（Plant），如果一个化工公司/企业/集团有多个生产工厂，则对每个工厂应用STRUCTese结构化能效系统。STRUCTese工作流程分为两个主要部分：能源效率检查（Energy Efficiency Check, EE Check）和能源效率管理（Energy Efficiency Management）。这两个部分又分解成5个步骤，如下图所示：

能源效率检查（Energy Efficiency Check)部分包含以下3个步骤：1. 基准数据分析（Analysis）：确定能效检查的重点范围

数据收集：包括公用工程消耗、操作和设备数据的分析，重点是能源消耗和与能源相关的参数。

系统分析：对工厂的整体、公用工程单元、工艺单元能源消耗和能源分配进行详细分析，确定节能的重点能源类型与工艺单元，以及它们的能源效率基线。

建立数据库：创建一个包含所有相关能源消费者和生产者总能源消耗和能源成本的完整数据库。

2. 节能想法的生成（Idea generation）：生成备选的节能想法

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设备检查表和最佳实践：使用设备检查表和行业内的最佳实践来识别可能的改进措施。

工艺专家的输入：结合工艺专家的知识和经验，来确定可以提高能源效率的领域。

头脑风暴会议：与工厂员工一起进行头脑风暴，收集广泛的改进想法。

3. 改进措施的评估（Evaluation）：从技术与经济性对节能措施进行分类

技术可行性和盈利性评估：对所有收集到的改进想法进行评估，确定它们的技术可行性和盈利性。

分类：将改进措施分为三类：可行且有利可图的（A类）、可能可行且有利可图但需要进一步评估的（B类）以及不可行或不利可图的（C类）。

能源效率管理（Energy Efficiency Management）部分包含以下两个步骤：

4. 节能措施的实施（Implementation）：将节能措施与方案转化为工程项目

优先级排序：通过能源节约组合图，对所有A类和B类项目进行优先级排序，以便实施。

项目选择：根据节能措施优先级制定工厂三年的节能改进实施计划，包括预算决策、详细时间规划。

项目实施：根据实施计划，每年按照计划制定技改项目并进行实施

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5.可持续与固化（Sustainability）：日常在线监控能效，及时纠偏

00001. 在线监测（Online     Monitor, OM）：对装置、工段、重点单元实施实时能效监测系统，以持续跟踪能源消耗和偏差，并提供反馈。

日常能源协议（Daily Energy Protocol, DEP）：为工厂团队的日常会议提供过去24小时的平均能源消耗和相关过程参数的总结。

定义关键绩效指标（KPIs）：利用能源级联图中的能源水平和损失来计算KPIs，支持不同工厂、产品和流程之间的基准测试和目标设定。

这些步骤构成了STRUCTese?工作流程的基础，通过节能技术措施以及日常能源管理，旨在通过系统化的方法识别和实施能源效率改进措施，从而实现能源消耗的减少和成本的节约。

如果读者熟悉六西格玛的DMAIC流程，就会发现STRUCTese的流程与DMAIC非常相似与对应，虽然并非一一对应：

基准数据分析 对应Define与Measure阶段;

节能想法的生成对应Analysis阶段

改进措施的评估、节能措施的实施对应Improve阶段

可持续与固化对应Control阶段

STRUCTese?中的能效优化层次模型 、能源损失瀑布图（Energy Loss Cascade）、在线监测（Online Monitor, OM）值得详细展开论述，将在下一篇文章详细介绍。

（未完待续）