Efficiency improvements such as the adoption of many energy efficiency measures represent a driver for increasing industrial process performance due to related economic costs and significant environmental impacts. The energy audit, a well-known tool for analyzing energy flow and assessing energy saving opportunities, is demonstrated in this paper as one of the steps in an energy efficiency initiative.

The focus of this study is on investigating the outcomes of energy efficiency improvements and analyzing the benefits achieved under various energy efficiency measures from energy audits based on case studies. Specifically, the objectives of the paper are listed as follows: (i) multidimensionality of energy audits for energy conversion, (ii) example tools used for energy audits, (iii) outline of competences of energy auditors. By discussing energy audit structure, new insights into non-energy benefits are defined with very positive outcomes in achieving the reduction of energy consumption and carbon emissions in industrial processes. The results show that the cost-effective and energy conservation potentials represent reduction in energy consumption by 30%, 13%, 70%, 14%, 10%, and 5% respectively for targeted processes used by energy-efficiency investments. The energy-efficiency investment plans were carefully formed based on local realities with the reasonable and acceptable return period of less than 2 years. The paper demonstrated non-benefits for achieving industrial energy efficiency, which should be embodied in the energy auditing framework and considered by plant operations managers during evaluation of energy efficiency investments.

Based on six case studies, competences of energy auditors are also formulated as well.

Graphical abstract

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Keywords

Energy audit

Energy management

Benefits

Industrial energy efficiency

Industrial processes

1. Introduction

Increasing energy costs and environmental regulations are driving efforts to increase energy efficiency in the U.S. manufacturing sector. The industrial sector depends heavily on energy resources to provide power and steam for the conversion of raw materials into usable products.

The need to make changes in the way energy is used and supplied throughout the industrial processes represents the greatest challenge to engineers in moving toward sustainability. A quite different challenge will face those industrial plants in developed countries, which have not looked in detail at energy use before. In the United States of America, where the industrial sector absorbs about 22% of total energy consumption (EIA, 2014), many changes can be done in the way energy is currently used without the complexities involved in the U.S. energy image. In 2014, the total energy consumption amounted to 10.37 times; 10circ;15 kJ (98.3 Quadrillion Btu) (EIA, 2014). The main primary energy sources consumed in the U.S. are petroleum (35%), natural gas (28%),

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效率的提高，例如采用许多能源效率措施，是由于相关的经济成本和重大的环境影响而增加工业过程绩效的推动力。能源审计是分析能源流动和评估能源节约机会的著名工具，它是能源效率倡议的一个步骤。

本研究的重点是研究能源效率改进的结果，并分析基于案例研究的能源审计在各种能源效率措施下所取得的效益。具体来说，本文的目标如下:(i)能源转换的能源审计的多维性，(ii)用于能源审计的示例工具，(iii)能源审计人员的能力概述。通过讨论能源审计结构，对非能源效益的新见解在实现工业过程中减少能源消耗和碳排放方面具有非常积极的结果。研究结果表明，节能减排的节能潜力和节能潜力分别为节能减排30%、13%、70%、14%、10%和5%。能源效率投资计划是根据当地实际情况，以不到2年的合理和可接受的回报期精心制定的。本文论证了实现工业能源效率的非效益，应体现在能源审计框架中，并在能源效益投资评价过程中由工厂运营经理考虑。

在6个案例研究的基础上，还制定了能源审计的能力。

关键字

能源审计

能源管理

好处

工业能源效率

工业过程

1。介绍

不断增加的能源成本和环境法规正在推动美国制造业提高能源效率的努力。工业部门在很大程度上依赖于能源，为将原材料转化为可用产品提供动力和动力。

在整个工业过程中，需要改变能源的使用和供应方式，这是工程师向可持续性发展的最大挑战。一个完全不同的挑战将面对发达国家的工业工厂，这些工厂以前没有详细研究过能源使用情况。在美国，工业部门吸收了大约22%的能源消耗(EIA, 2014)，许多变化可以用能源目前使用的方式进行，而不涉及美国能源形象的复杂性。2014年,能源消费总量达到10.37times;10circ;15 kJ(9.83亿亿英热单位)(环评,2014)。美国消耗的主要能源是石油(35%)、天然气(28%)、煤炭(18%)、核能和可再生能源。EIA(2008)估计,储蓄约14 - 22%的能源预测消费(36.18times;10circ;15 kJ)可能是成本效率的改进实现到2020年由于新的节能技术的实现以及改造现有的服务。2.11times;10circ;15 kJ的储蓄可以提供进一步的效率投资(例如使用结合热力和电力系统技术)(环评,2014)。

由于燃料的消耗源于能源价格的快速上涨和温室气体的排放，大多数工业工厂都有机会，只要简单的改变就能以最小的成本节约能源，或者节省大量的能源。政策和计划(Thollander等人)。2013年，关于能源效率和温室气体的问题，正在朝着制定与生产单位有关的工业部门和过程的标准，从而制定环境和能源管理标准(Laskurain等人)。,2015)。这些政策的关键要素包括提高审计和设施管理对能源效率问题的重视(Drum等人)。,2013);促进普遍公认的良好工程实践标准的传播(McKane等人)。,2007)。GEP提供适当的、符合成本效益的、有良好记录的解决方案，以满足设施要求和遵守适用的法规。例如，OHSA在其网站上提供了(公认和公认的)良好的工程实践(RAGAGEP)的简明定义，它将RAGAGEP描述为“在设计、操作和维护设施时应用适当的工程、操作和维护知识，以确保安全并防止过程安全事故。”能源审计是在工业中实现节能的最全面的方法之一，因此浪费能源的浪费将被最小化。选择合适的审计类型(Cagno等)。(2010年)对生产操作进行不同深度的分析可以由给定的设备进行。审计员建议的建议取决于审计人员的经验和知识。能源审计可以帮助实现改进的能源绩效，同时也确定了在过程工业中节能措施和减少温室气体排放(GHG)。

工业能源效率措施是众所周知的，都是在特定于过程的行业(Trianni et al.)。(2016)和节能技术(Anderson and Newell, 2004;Dongellini et al。,2014)。非工业能源效率措施是由非特定过程的行业来代表的，这些行业涉及的消费者较少，例如居住建筑。能源效率措施通常实现三个目标:它们是环境无害的，经济上和热力学上的效率，指的是改进的过程或能源系统，包括提高能源效率，例如在供暖、通风、空调(HVAC)系统、采用当地材料和回收材料等方面。,2013)。在许多生产过程中，在许多生产过程中都进行了几次能源审计，以选择成本效益高的解决方案。,2010;Shrivastava et al。或在多用途的工业实践中(Petek等人)。,2016)。因此，无论是炼钢、水泥、制造玻璃(Li等)。或食品加工(Olayinka, Oladele, 2013)，这是提高工业能源效率、降低成本、降低成本的重要潜力，通过升级能源系统来生产大部分商品的能源。

2。材料和方法

能源审计被广泛认为是提高能源效率的最具成本效益的方法之一，它可以通过调查公司内部的能源流动以及在单个生产过程中(Trianni等)来提高能源效率。,2014)。虽然ISO 50001的重点是能源问题，但在结构、实施过程和监控方面，认证审核与环境标准(iso14001, 2015)有着许多相似的品质(McKane等人)。,2007)。这两个系统在实现持续改进方面都很重要。虽然大多数审计实践都关注于改进的操作级别，但是系统级别在实现持续改进方面更为重要。该标准的认证旨在促进不仅提高生产(MacDonald, 2005)和能源使用，而且还改善了环境成果和经济效益(Dovi等人)。,2009)。在这方面，可以根据公司的需要对能源审计进行不同的分析，并且可以分为以下几种类型:演练、小型审计和最大审计(Cagno等)。,2010)。Kumbhar和Joshi(2012)描述了三种类型的能源审计:一种可走的审计，一种中间审计，一种扩展的能源审计。虽然Kumbhar和Joshi的分类对检查个人设施很有用，但它关注的是环境审计对实际和潜在的环境问题的范围和影响，这些环境问题涉及物质和能量流的管理和管理环境的表现(heras - saizoria等人)。,2013)。

考虑到引言部分所讨论的问题和上面所述的问题，提出了三种能源审计的观点:

1)

工业过程中的一般能源审计程序，根据ISO 50001标准，其组成部分:能源政策制定的管理职责，能源规划，实施，检查绩效和管理评审(Eccleston等人)。,2012)。

2)

经审核的植物的能量流分析和能量转换(Rabadia和Motwani, 2015;拉斯穆森,2014)。

3)

能源审计的好处。

2.1。审计程序

图1说明了审计程序在ISO 50001能源管理系统(EMS)结构中的作用。因此，大多数审计活动都适合于能源规划阶段。

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图1所示。在ISO 50001能源管理系统(EMS)内的能源审计结构。

能源审计应该从审计前的调查问卷开始(图1)，包括工厂过程的最基本信息。制定一份简短(一页)的信息调查问卷是很重要的，这对于非能源的工程人员来说是很容易理解的。完成的问卷应该提供关于制造概况、加工材料、最终产品和生产规模的信息，给审计师提供可能的能量转换过程的提示。此外，一份调查问卷应包括每年使用的电力、天然气(或其他燃料)、水、处理过的气体(N2、O2等)的年度使用和费用，以及有关最耗能的机器/过程的信息。根据这些信息，审计员应该对工厂的能量转换和流程有一个大致的印象，以便确定可能改进的领域(Telukdarie等人。,2006)。

过程的阶段初始分析(图1)，包括与工程团队的初步会议，与制造过程和能量转换类型有关。审计组由合格的工程师或顾问组成，他们有足够的经验来进行能源审计，并与公司代表一起工作(设备经理、维修工程师(Telukdarie等人)。,2006;Saidur Mekhilef,2010)。这个阶段与前面讨论的问题的演练和观察有关。

在进一步的审计指示阶段，审计人员定义可能的节能相关活动。从这一点出发，任何进一步的活动直接指向指定的、方法正确的能源评估。审计员决定收集、文件、测量、制造设备和加工材料的特征、一般能源流等的数据。

前面步骤中定义的所有活动都在度量和数据收集块中执行。在此阶段，建议审计人员再次与设施工作人员会面，审查初步结果，并考虑可能的建议。

能源分析和最终报告是根据收集到的信息编制的。在大多数情况下，这是能源审计中最密集、最耗时的部分。所有的假设和分析导致的利益必须被记录和解释，允许进一步检查或复制的工厂工作人员。

2.2。能源分析

虽然能源审计程序有其自身的管理结构(图1)，但大多数情况下的能源分析不能受到严格的指导方针的限制。第3节讨论了六种不同的案例研究，不同的是制造型结构和难度，以及接近复杂性。有些案例可以在不同的工厂重复，例如压缩空气系统，但是对于特定的工厂来说，其他的可能是非常独特的。能源分析的知识深度、测量的类型和使用的分析工具主要依赖于审计人员的经验和知识。能量分析可以描述简单、典型的建议，并为高级应用科学研究提供有趣的案例。

2.3。能源审计的好处

2.3.1。节约能源

能源审计最明显的效果应该是能源节约。在基本建议中，使用一种能源将在一个过程中减少，例如安装更有效的设备。类似地，一些回收的能源(主要是热量)可以被其他的制造过程利用，例如，从锅炉中回收的热量，在果汁生产中预热淡水。在更复杂的建议中，一种形式的能量可以产生其他形式的能量节约，例如从用于发电的高温排气烟囱中回收的热量。

能量节约通常用绝对或相对公式来描述:

(1)(数学处理错误)伊萨=闰余minus;EPNEW,orESREL =闰余minus;EPNEWEPACT

2.3.2。节约成本

成本节约与确定的能源节约有关。在许多情况下，这仅仅是节能(ESABS)的产品和它的单价(EUP)。

(2)(数学处理错误)c =伊萨·EUP

在某些情况下，公用事业公司将能源价格分成许多部分。它的结构取决于地区和国家，但总能源价格可以包括需求、传输和废料等组成部分，与在一段时间内消耗的能源有关(电力)。该组件还可以提供显著的成本削减。

成本削减在决策阶段起着关键作用。它允许审计人员确定简单的回收期，即收回与执行所建议的行动有关的投资成本所需的时间。

2.3.3。减排

根据现场测量和采集的数据，可以进行温室气体排放的计算。为了计算温室气体排放，需要在现场收集以下数据:美国环境保护署(EPA)(2015)所开发的可用温室气体当量计算器的耗电量、燃料消耗和热量生产。

这个简单的计算器提供了从一个单位的能量到等量的二氧化碳排放的转换。为了估算电力使用的间接温室气体排放，个人可以使用功率分析仪或使用eGRID2012年的美国年排放量作为默认的排放系数(EPA, 2015)。该计算器也可用于估算二氧化碳当量的其他(非二氧化碳)排放气体

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