华贲:从三环节能量流理论到七十年节能人生的科学之路

问题:过程工业能耗高、能量流“看不见算不清”,节能长期依赖经验 化工、石油石化、冶金等过程工业是我国能源消费与碳排放的重要领域之一。长期以来,行业节能更多依赖设备改造与局部优化:哪里浪费就补哪里、哪里发热就回收哪里。但大型复杂系统中,能量在装置间流动、转化与损失交织,单点改进往往难以回答两个关键问题:能量究竟从哪里来、到哪里去;节能措施对系统整体效率的边际贡献有多大。如何将“不可见”的能量流用可计算的模型表达出来,并据此形成可落地的系统优化方案,是过程工业节能提质增效必须跨越的门槛。 原因:工业系统复杂叠加、基础理论与工程算法不足,制约节能由“点”到“系统” 一上,过程工业设备链条长、冷热耦合强,且受原料波动、负荷变化影响大,导致能量利用效率评估难度高。另一方面——节能不仅是热量回收——更涉及品位差异、能量转化路径与经济性约束。缺乏统一的结构化表达与优化框架,就难以把节能从“经验工程”提升为“可设计、可验证、可复制”的系统工程。正是该背景下,化工能源领域学者华贲围绕“利用—回收—转换”提出过程系统“三环节”能量流结构建模、分析与㶲经济优化方法,为解决上述难题提供了可操作的理论工具与工程路径。 影响:以“三环节”理论把能量流转化为数字模型,推动节能实现工程化与规模化 华贲的研究核心在于:用结构化模型把过程工业中分散的能量利用、余热回收与能量转换纳入同一框架,进而在约束条件下开展综合优化。这一方法强调从系统层面识别能量品位与损失机制,使能量流“看得见、算得准、用得好”,并将评价与决策从“是否能省”推进到“在哪里省、怎么省、值不值得省”。 在工程实践中,该方法应用于石油石化等行业多项装置与系统优化,形成一批可推广的节能改造与运行优化方案。据有关项目总结,其在多项工程应用中取得显著节能降耗与经济效益。2006年,相关成果“过程工业能量系统综合优化及在石油石化行业中的工程应用”获广东省科学技术奖一等奖,评价认为在理论与应用层面具有创新性并达到较高水平。这些应用表明,节能并非单纯“加设备”,更是通过系统设计与运行策略优化,实现能量在全流程的高效配置。 同时,理论创新也带动了分布式能源等低碳技术路径的探索。冷热电联供、余热梯级利用等方案能够在区域尺度提升综合能效,为校园、园区及城市片区提供更低碳的能源服务。随着我国推进能源结构转型和新型能源体系建设,此类“系统综合能效”理念的价值愈加凸显。 对策:高校以原创理论与工程转化“双轮驱动”,以育人体系夯实节能人才供给 从华贲的学术历程可见,过程工业节能的突破往往来自“理论—算法—工程”贯通式创新。推动节能降碳向纵深发展,需要三上协同发力。 其一,强化基础理论与方法学供给。面向复杂工业系统,需持续完善能量系统建模、㶲分析、全流程优化等方法,提升模型的可解释性、可验证性与可迁移性,减少“看似有效、难以复制”的零散改造。 其二,推进工程化与标准化应用。将节能优化成果嵌入装置设计、运行控制、检修管理等环节,形成可评价、可审计、可对比的工程准则与数据闭环,促进从单项目示范走向行业规模化推广。 其三,夯实人才培养与学风建设。过程系统优化涉及化工、热力学、控制、经济评价等多学科交叉,需要一批既懂理论又懂现场的复合型人才。华贲在教学中强调“站得更高才能看得更远”,以严格的学术训练引导学生追求可验证、可落地的“靠谱成果”,也以捐资助学等方式支持青年成长,说明了科学精神与育人情怀相互支撑的价值逻辑。 前景:服务“双碳”目标,过程工业节能将从“单体改造”走向“系统重构” 当前,我国实现碳达峰碳中和目标,既需要能源结构转型,也离不开工业端能效提升与工艺革新。过程工业节能的下一阶段,将更加突出系统性:一是以全流程、全生命周期为边界的综合优化,推动能效提升与减排协同;二是以园区为单元的能源梯级利用与多能互补,提升区域综合能效;三是以数据驱动和模型驱动融合的运行优化,提高适应波动负荷与复杂工况的能力。以“三环节”理论为代表的系统方法,将为“从热量回收走向能量价值最大化”提供关键支撑,也将为传统产业绿色转型提供可持续的技术路线。

从车间技术员到理论奠基人,华贲用一生诠释了"板凳要坐十年冷"的科研真谛;在他身上,既看到老一辈科学家艰苦奋斗的优良传统,也感受到"没有最优只有更优"的创新精神。这种将个人理想融入国家需求的品格,正是推动中国科技自立自强的精神密码。随着能源革命深化,华贲留下的学术财富和精神遗产,将继续照亮后来者的前行之路。