能源计量.docx

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能源计量

能源计量

能源计量单位unitofenergy

     表示能源的量的计量单位。

具有确切定义和当量值的能源（能量）单位主要耳（J）、千瓦时（kWh）、卡（call）和英热单位（Btu），它们之间可以相互换算，

见下表：

按照《中华人民共和国法定计量单位》的规定，J和kWh是许用单位。

cal和Btu是不允许使用的单位（1986年起）。

     国际能源机构（IEA）对成员国能源统计指标的定义、计算方法和计量单位作了统一规定。

IEA采用的能源统计方法适用于欧盟和联合国统计，因此是国际通用的方法。

对能源计量单位的规定如下：

编制能源平衡表，采用吨油当量（toe）为计量单位。

     一次能源供应，化石燃料按净热值计量，燃料的净热值等于总热值减去燃烧产生的气体中的水蒸气凝结成液体的潜热。

它实际上未被利用。

天然气的这一潜热约占总热值的9％~10%，石油和煤炭约占5％。

煤炭、原油，天然气的净热值按燃料质量、工艺流程和用途确定，各国不同。

石油制品则采用统一换算系数。

     核电和水电产量和消费量按现代火电厂转换效率33％计算热当量，地热发电按平均热效率10％计算。

目前，中国通常仍采用煤当量（标准煤）作为各种能源的统一计量单位。

在能源平衡表中水电和核电按照火电厂当年生产1kWh电实际消耗的燃料的平均煤当量值来计算。

油当量和煤当量oilequivalentandcoalequivalent

     按石油或煤的热当量值计算各种能源的能源计量单位。

国际能源机构（IEA）规定，1kg油当量（1kgoe）=10000kcal（41868kJ或41.9GJ）；1kg煤当量（1kgce）=7000kcal（29，307kJ或29.3GJ）。

此规定适用于经济合作与发展组织和联合国统计，因此是世界通用的。

     目前，国际上通常采用油当量。

煤炭、原油和天然气换算成油当量或煤当量的系数，各国不相同，而且按品种和用途细分，并随时间变化。

例如，据以计算换算系数的发电用煤的热值，2003年，澳大利亚27.6MJ/kg（6600kcal/kg），日本24.25MJ/lg（5795kcal/kg），美国23.25MJ/kg（5556kcal/kg）。

     中国仍采用煤当量（即标准煤）作为计算各种能源的计量单位。

1kgce=29.3MJ/kg。

原煤换算成煤当量时，按平均热值20.9MJ/kg（5，000kcal/kg）计算，换算系数为0.714；原油热值按41.8MJ/kg（10000kcal/kg）计算，换算系数为1.429；天然气热值按39.0MJ/m3（9310kcal/m3）计算，换处系数为1.33。

能源计量器具单位

一般的说，以测量对象的不同来划分的计量器具，其计量单位应是统一的，也就是说能源计量仪表的单位应该是焦耳。

但由于能源存在形式的不同，决定了能量寄载体的多样性，为了照顾到人们使用的方便和习惯，对不同寄载体的能源选用了习惯性的法定计量单位。

能源的计量单位是指为计算能源的数量而选定作为参考的量。

按照能源的计量方式，能源计量单位可以有3种表示方法：

一是用能源的实物量来表示，例如煤的吨数（t），天然气的立方米数（m3）；二是用热功单位来表示，如焦耳（J）、千瓦时（kWh）等；三是用能源的当量值表示，常见的如煤当量和油当量。

按照能源计量单位的使用范围，可分为国际公认的国际标准计量单位和一个国家自行规定的法定计量单位两种。

下面按照能源的计量方式介绍几种常用的国际标准计量单位和我国的法定计量单位及相互之间的换算关系。

一、能源的实物量单位

由于各种能源的形态不一，对能源实物量进行计量时，往往采用不同的计量单位，例如对固体能源采用质量单位，气体能源采用体积单位，而对同一种能源，各个国家和地区所用的计量单位也不一致。

表1所示即为不同国家和地区对常见的能源实物量计量单位的采用情况。

表1 常见的能源实物量计量单位及采用情况

能源形式

单位

使用国家和地区

固体能源

吨（t）

世界各地

液体能源

原油

吨（t）

中国、前独联体、东欧各国

桶（bbl）

西方各国

成品油

升（L）

中国、前独联体、东欧各国

加仑（gal）

西方各国

气体能源

标准立方米（STm3）

中国、前独联体等

标准立方英尺（scf）

西方各国

电力

千瓦时（kWh）

世界各地

注：

（1）表中桶是指石油桶，约等于l59kg。

（2）加仑分美国加仑（US gal）和英国加仑（UK gal），1US gal=3.785L, 1UK gal=4.546L

在计算石油产、供、销数量时，国际上主要采用两种方法计量：

一是按容积计算，主要以bbl为单位，英制lbbl合163.654L，42.7UK gal；美制lbbl合158.988L，41.5US gal；一是按重量计算，主要以t为单位。

计算原油日产量、出口量等习惯用bbl，计算年产量、消费量则习惯用t。

国际上将沙特阿拉伯产34°API（相对密度0.855）的轻质原油定为国际标准原油。

作为能源度量单位，lbbl国际标准原油的概念等同于 lbbl油当量，简记为加boe。

两种单位的折算，一般以国际标准原油密度为准，这种油每吨折合7.33桶。

API度是美国石油学会为测定原油重度所设立并采用的标度。

API度的范围从0.0～100.0（与4℃时的水相比，相当于密度从1.076～0.6112）。

API度与原油密度（ρ）有如下关系：

                    ρ=141.5/（131.5+°API）

根据原油的密度和API度，对原油分类如下：

（1） 重质原油。

ρ为1000～920kg／m3，API度为10～22.3。

（2）中质原油。

ρ为920～870kg／m3，API度为22.3～33.1。

（3）轻质原油。

ρ＜870kg／m3，API度大于33.1。

由于API度与原油品质关系密切，国际原油市场价格与API度有密切的关系，但通常以产地来区分原油的种类。

二、能量单位

能量的计量单位有许多种，具有确切定义和当量值的单位主要有以下3种，它们之间可以相互换算。

1．焦耳（J）

这是具有专门名称的国际制导出单位，也是《中华人民共和国法定计量单位》规定的表示能、功和热量的基本单位。

定义为1牛顿（N）的力作用于质点，使它沿力的方向移动1米（m）距离所做的功；或者用1安培（A）电流通过1欧姆（Ω）电阻1秒钟（s）所消耗的电能。

用其它国际制单位表示的关系式为N·m；用国际制基本单位表示的关系式为kg·m2/s2。

由于焦耳的数值很小，通常采用焦耳的倍数来表示，如兆焦耳（MJ，106J），吉焦耳（GJ，109J）或太焦耳（TJ，109J）。

2．千瓦小时（kWh）

这是电量的计算单位。

3.6×106J等于1kWh。

用国际制基本单位表示的关系式为kg·m2/s2。

由于千瓦小时单位较小，通常采用兆瓦小时（MW·h）。

万千瓦小时（104kW·h。

），

吉瓦小时（GW·h），亿千瓦小时（108 kW·h），10亿千瓦小时间（TW·h）。

3．卡（cal）

卡是热量单位，定义为1克（g）纯水在标准气压下，温度升高1摄氏度（℃）所需的热量。

我国现行热量单位卡有20℃卡、国际蒸汽表卡及热化学卡。

（1）20℃卡（Cal20）：

是指1g纯水温度从19.5℃升高至20.5℃所需要的热量，与焦耳的换算关系为

                      1Cal20= 4.1816J

（2）国际蒸汽表卡（cal rr）：

是在1956 年伦敦第五界国际蒸汽大会上规定的热量单位，与焦耳的换算关系为

                      1Cal20= 4.1868J

（3）热化学卡（calth）：

是在1910年到1948年间，考虑到以往人们使用卡的习惯，继续保留卡的名称，人为地规定了1卡等于多少焦耳，但不再与水的比热有关系，故称作热化学卡、“干”卡或规定卡，与焦耳的换算关系为

                    1Calth= 4.1840J

4．英热单位（Btu）

定义为在标准大气压下，llb水当其温度从32°F生高到212°F时所需热量的1／180。

能量单位换算关系见表2。

表2  能量单位换算关系

能量单位

焦耳J

千瓦·时

国际蒸汽表千卡，kcal rr

热化学千卡，kcal th

20℃千卡

kCal20

英热单位 Btu

焦耳J

1

2.778×10-7

2.3885×10-4

2.3901×10-4

2.3914×10-4

9.4781×10-4

千瓦·时

3.6×106

1

8.5985×102

8.6042×102

8.6091×102

3.4121×103

国际蒸汽表千卡，kcal rr

4.1868×103

1.1630×10-3

1

1.0007

1.0012

3.9683

热化学千卡，kcal th

4.1840×103

1.1622×10-3

9.9933×10-1

1

1.0006

3.9657

20℃千卡kCal20

4.1816×103

1.1616×10-3

9.9876×10-1

9.9943×10-1

1

3.9671

英热单位 Btu

1.0551×103

2.9307×10-4

2.5200×10-1

2.5217×10-1

2.5231×10-1

1

能量的传递主要是靠做功和传热两种形式，当热量和功量采用的能量单位不同时就会出现转换系数，这个转换系数即是热功当量，他表示单位热量完全转化为功时相当的功量。

热功转换公式如下：

                        Q=AW 

式中 Q——热量；

     W——功量；

     A——热功当量。

如热量单位用卡，功的单位用焦耳，则根据1956年同际计量委员会的规定：

1cal=4.1868J，热功当量A=4.1868J/cal。

按照《中华人民共和国法定计量单位》的规定，焦耳（J） 和千瓦小时（kW·h） 是许用单位，卡（cal） 和英热单位（Btu ）是不允许使用的单位。

国际单位制（SI）中，热和功都采用相同的能量单位焦耳，A=1，因此，采用法定计量单位就不再有热功当量的概念。

为了保证信息传递的传递一致性和准确性．我们在能源计量工作中应认真执行国家有关规定，采取法定计量单位。

三、当量单位

不同能源的实物量是不能直接进行比较的。

由于各种能源都有一种共同的属性，即含有能量，且在一定条件下都可以转化为热。

为了便于对各种能源进行计算、对比和分析，我们可以首先选定某种统一的标准燃料作为计算依据，然后用各种能源实际含热值与标准燃料热值之比，即能源折算系数，计算出各种能源折算成标准燃料的数量。

所选标准燃料的计量单位即为当量单位。

国际上习惯采用的标准燃料有两种，一种是标准煤，另一种是标准油。

由于我国能源结构是以煤为主、煤炭在全国的使用比较普遍和广泛，最常用的单位是标准煤。

下面就从能源热值的概念和标准燃料的规定开始，分析标准煤和标准油的含义及能源实物单位与标准煤及标准油的换算关系。

1．低位热值与高位热值

燃料燃烧会释放出一定数量的热量，单件质量（指固体或液体）或单位体积（指气体）的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度（一般为环境温度）时所释放出来的热量，就是燃料热值，也叫燃料发热量。

燃料热值有高位热值和低位热值两种。

高位热值是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气凝结成水时的发热量，其数值由测量获得。

低位热值是指燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时的发热量，它等于从高位热值中扣除水蒸气凝结热后的热量。

燃料高位热值和低位热值的关系可由下式表述：

式中，——燃料的低位与高位热值，kJ/kg

      r ——水蒸气凝结热，kJ/kg；

     W——燃料燃烧产物中的水蒸气含量，kg/kg。

由于燃料大都用于燃烧，各种炉窑的排烟温度均超过水蒸气的凝结温度，不可能使水蒸气的凝结热释放出来，所以在能源利用中一般都以燃料的应用基低位热值作为计算依据。

燃料的应用基是指以使用状态的燃料为基准的表示方法。

如煤的应用基低位热值就是从处于使用状态的煤中取出具有代表性的煤样为应用煤样，以一定量的这种煤样作低位热值的测定，所得之值就是该煤样以应用基表示的低位热值。

2．当量热值与等价热值

当量热值是指某种能源本身所含的热量。

具有一定品位的某种能源，其当量热值是固定不变的，如汽油的当量热值是42054kJ/kg，电的当量热值即是电本身的热功当量3600kJ／（kWh）。

等价热值是指为了获得一个度量单位的某种二次能源（如汽油、柴油、煤油、焦碳、煤气、电力。

蒸汽等）或耗能工质（如压缩空气、氧气、各种水等）所消耗的，以热值表示的一次能源量。

耗能工质是指生产过程中所消耗的，不作原料使用，也不进入产品，制取时又需要消耗能源的工作物质。

只有作为能量形式使用的耗能工质才具有等价热值和当量热值。

由于等价热值，实质上是除当量热值外，加上了能源转换过程中的能量损失，因此等价热值是个变动值，它与能源加工转换技术有关。

随着技术水平的提高，等价热值会不断降低，而趋向于二次能源所具有的能量。

例如，电的等价热值就是在不断变化的，我国1978年发电煤耗（标准煤）为0.429kg（kw·h），每千克标准煤为29308kJ，这时电的等价热值为12573kJ／（kw·h）。

随着发电效率的不断提高，l983年的发电煤耗（标准煤）下降为0.404kg／（kw·h），表明电的等价热值已下降为11840kJ／（kw·h）。

有些国家选取固定的数值，如日本发电效率较高，取发电煤耗为0.35 kg/（kw·h）。

目前我国取0.404kg／（kw·h）是比较固定的。

这里还需要强调指出，由于电的当量热值为3600kW／（kw·h）,相当于标准煤0.1229kg/（kw·h）,电力的当量热值与等价值相差约3倍。

等价热值可由下面的计算公式求得可见，：

                    等价热值=当量热值/ 转化效率

例1 如果焦碳的低位发热量为29308kJ/kg，炼焦炉效率为0.85，则

            1kg焦碳的等价热值=29308÷0.85=34480kJ/kg 

例2 如果1kg低压饱和蒸汽所具有的能量为272kJ，实测锅炉效率为0.72，则

            1kg低压饱和蒸汽的等价热值=650÷0.72=3779kJ/kg

严格地说，等价热值应按实测数据计算。

在无实测数据时，可取一些参考数据。

3．标准煤与标准油

标准煤（又称煤当量）是指按照标准煤的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标。

标准煤迄今尚无国际公认的统一标准，1kg标准煤的热当量值，联合国、中国、日本，西欧和前独联体诸国等大陆国家按29.3MJ（7000kcal）计算，而英国则是根据用作能源的煤的加权平均热值确定的，一般按25.5MJ（6100kcal）计算，所以同样是标准煤，由于热当量值的计算方法不同，差别相当可观。

中华人民共和国标准（GB2589-1990）《综合能耗计算通则》规定，应用基低（位）发热量等于29.3076MJ（兆焦）的燃料，称为1kg（千克）标准煤。

在统计计算中可采用t（吨）（标准煤）做单位，用符号表示即为tce。

标准油（又称油当量）是指按照标准油的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标。

与标准煤相似，到目前为止国际上还没有公认的油当量标准。

中国采用的油当量（标准油）热值为41.87MJ（10000kcal/kg）常用单位有油当量（toe）和桶油当量（boe）。

4．标准煤和标准油折算方法

要计算某种能源折算成标准煤或标准油的数量，首先要计算这种能源的折算系数，能源折算系数可由下式求得：

            能源折算系数=能源实际含热值/标准燃料热值

然后再根据该折算系数，计算出具有一定实物量的该种能源折算成标准燃料的数量。

其计算公众如下：

            能源标准燃料数量=能源实物量×能源折算系数

由于各种能源的实物量折算成标准煤或标准油数量的方法相同，下面仅以标准煤折算方法为例加以说明。

按照中华人民共和国标准GB2589-1990《综合能耗计算通则》规定，任一规定的体系实际消耗的燃料能源均应按应用基低（位）发热量为计算依据，折算为标准煤量。

任一规定的体系实际消耗的二次能源及耗能工质均按相应的能源等价值折算为一次能源。

我们在计算消耗量时，能源标准煤折算系数（以下简称折标煤系数）要分别采取当量计算和等价计算两种方法。

（1）燃料能源的当量计算方法，即以燃料能源的应用基低位发热量为计算依据。

例如，我国原煤1kg的平均低位发热量为20910kJ（5000kcal），则

        原煤的折标煤系数=20910÷29307.6=0.7143

如果某企业消耗了10000t原煤，折合为标准煤即为

              10000× 0.7143= 7143t（标准煤）

（2）二次能源及耗能工质的等价计算方法，即以等价热值为计算依据。

例如，目前我国电的等价热值为11825.08kJ（2828kcal）, 则

       电的折标煤系数=11825.08÷29307.6=0.404

如果一个单位消耗了1×104kWh电量，折算成标准煤即为：

        10000×0.404=4040kg（标准煤）

又如某厂以压缩空气作为耗能厂质，假设1m3压缩空气的等价热值为1172.3kJ，那么

    该压缩空气的折标煤系数=1172.3÷29307.6=0.0400

如果该厂消耗了5000m3压缩空气，折算成准煤即为

        5000×0.0400=200kg （标准煤）

需要注意的是，二次能源及耗能工质的等价计算方法主要应用于计算能源消耗量，在考查能量转换效率和编制能量平衡表时，所有能源折算为标准煤时都应以当量热值为计算依据。

国家经委、国家统计局在《1986年重点工业、交通运输企业能源统计报表报表制度》中规定了各类能源折算标准系数，详见表3。

表3 各种能源参考热值及折标准煤系数表

能源名称 

平均低位发热量

折标准煤系数

原 煤 

20908千焦（5000千卡）/千克

 0.7143千克标准煤/千克

洗精煤

 26344千焦（6300千卡）/千克

 0.9000千克标准煤/千克

其它洗煤

（1）洗中煤

 8363千焦（2000千卡）/千克

 0.2857千克标准煤/千克

（2）煤 泥 

 8363-12545千焦（2000-3000千卡）/千克

0.2857-0.4286千克标准煤/千克

焦 炭

28435千焦（6800千卡）/千克

0.9714千克标准煤/千克

原 油 

 41816千焦（10000千卡）/千克

1.4286千克标准煤/千克

燃料油 

41816千焦（10000千卡）/千克

 1.4286千克标准煤/千克

汽 油

43070千焦（10300千卡）/千克

 1.4714千克标准煤/千克

煤 油

43070千焦（10300千卡）/千克 

1.4714千克标准煤/千克

柴 油

42652千焦（10200千卡）/千克

1.4571千克标准煤/千克

液化石油气 

 50179千焦（12000千卡）/千克

1.7143千克标准煤/千克

炼厂干气 

45998千焦（11000千卡）/千克

1.5714千克标准煤/千克

天然气 

 38931千焦（9310千卡）/m3

1.3300千克标准煤/ m3

 焦炉煤气 

 16726-17981千焦（4000-4300千卡）/ m3

0.5714-0.6143千克标准煤/ m3

其它煤气

（1）发生炉煤气

 5227千焦（1250千卡）/ m3

0.1786千克标准煤/ m3

（2）重油催化裂解煤气

19235千焦（4600千卡）/ m3

  0.6571千克标准煤/ m3

（3）重油热裂解煤气 

35544千焦（8500千卡）/ m3

1.2143千克标准煤/ m3

（4）焦炭制气 

16308千焦（3900千卡）/ m3

0.5571千克标准煤/ m3

（5）压力气化煤气 

15054千焦（3600千卡）/ m3

 0.5143千克标准煤/ m3

（6）水煤气 

 10454千焦（2500千卡）/ m3

0.3571千克标准煤/ m3

煤焦油 

33453千焦（8000千卡）/千克

1.1429千克标准煤/千克

粗 苯 

41816千焦（10000千卡）/千克

 1.4286千克标准煤/千克

热 力（当量）按热焓计算 

 0.03412千克标准煤/106焦

（0.14286千克标准煤/1000千卡）

电 力（当量）

3596千焦（860千卡）/千瓦小时

 0.1229千克标准煤/千瓦小时

电 力（等价）

 11826千焦（2828千卡）/千瓦小时

0.4040千克标准煤/千瓦小时

说明：

以上数据来源于原国家经委、国家统计局《1986年重点工业、交通运输企业能源统计报表制度》,

也来源于《中国能源统计年鉴2005》，但该书中“电力”的等价系数“按当年火电发电标准煤耗计算”。

说明：

1、以上除电力项目外，其余能源项目均为按燃料自身当量热值折算标准量。

        2、标准煤的低位发热量为29271KJ（千焦）/Kg（即7000千卡/公斤）。

应当说明的是：

（1）煤炭类原则上应采用企业实测单位重量的发热值。

如不具备实测备件时，可采用煤矿发货单上的单位重量的发热值，或参照煤炭部1979年《煤炭质量规格及出厂价格》中的发热量计算。

（2）各种燃气及生物质能的发热量应采用实测值，再折算成标准煤当量，如无条件实测量，可参照表4中的数值进行计算。

通常，燃气的统计单位取kJ / m3，生物质能取kJ / kg。

（3）某些耗能工质的平均等价热值与折算系数见表5

表4各类燃气及生物质能折算系数

能源名称

平均低位发热量

折算标准煤系数

气田气

8500kcal/m3

1.214kgce/m3

油田伴生气

9300kcal/m3

1.329kgce/m3

煤矿瓦斯

3500-4000kcal/m3

0.5-0.571kgce/m3

焦炉煤气

4300kcal/m3

0.614kgce/m3

焦炭制气

3900kcal/m3

0.557kgce/m3

发生炉煤气

1250kcal/m3

0.179kgce/m3

压力气化煤气

3600kcal/m3

0.514kgce/m3

重油催化裂解气

4600kcal/m3

0.657kgce/m3

重油热裂解煤气

8500kcal/m3

1.214kgce/m3

水煤气

2500kcal/m3

0.357kgce/m3

人粪

4500kcal/kg

0.643kgce/kg

牛粪

3300kcal/kg

0.471kgce/kg

猪粪

3000kcal/kg

0.429kgce/kg

羊、驴、马、骡粪

3700kcal/kg

0.529kgce/kg3

鸡粪

4500kcal/kg

0.643kgce/kg

大豆秆、棉花秆

3800kcal/kg

0.543kgce