一、全球气候问题的现状
  几个世纪以来,生态学家一直在关注资源枯竭、环境污染这样的问题。20世纪90年代以来,人类如何应对全球气候变化成为学术研究的热点和各国政府关注的重要问题。全球气候变化本身是个极富争议的话题。气候变化在自然科学届仍有很多争议,存在很大的不确定性。当前,全球气候变化作为一个自然科学问题已经普遍为各国所接受。关于气候变化的原因存在着“温室效应说”、“太阳活动说”、“宇宙射线说”、“天文冰期说”等诸多争议,温室效应是人们比较认同和接受的造成全球气候变暖主要原因。主要是由于进入工业社会后,大量化石燃料的使用导致二氧化碳等温室气体的排放量激增,这使得大气层的温室效应作用加强,从而引发全球气候变化。
  气候问题是全球公共性问题。近年来,各国在气候谈判上进展相对缓慢。因为全球公共问题,往往超越了一个主权国家的管辖权,无法凭一国之力独立完成。这是一场世界各国之间、发达国家之间、贫穷和富裕国家之间,不同利益集团之间的政治、外交博弈。
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  全球气候治理由联合国主导,1972年联合国人类环境会议被认为是国际社会真正关注气候变化及其影响的新的历史起点。1988年联合国环境规划署和世界气象组织共同成立了政府间气候变化小组(IPCC)。其主要工作是对全球气候变化进行科学评价并为国际社会的共同行动提供决策依据。1992年签署了具有里程碑意义的《联合国气候变化框架公约》。1997年12月,149个国家和地区的代表在日本召开《联合国气候变化框架公约》缔约方第三次会议。会议通过了《京都议定书》,以明确公约附件1缔约方在第一个承诺期内具体的温室气体减排义务。
  2007年在印尼巴厘岛举行的缔约方大会上,各缔约方达成了“巴厘岛路线图”,其主要内容包括:在遵守“共同但有区别的责任”原则基础上再次强调国际合作。
  尽管气候变化是人类面临的共同挑战,各国参与国际合作取决于国家的选择。单纯顾及本国的短期利益仍然是制约国家选择的关键因素。
  中国政府始终高度重视气候变化问题,在如何应对方面做出了积极的探索。对全球气候变化的应对,关系到我国的经济社会发展全局,发展模式和能源安全,对外贸易和经济竞争力,国家形象和国际地位,我们一直在统筹考虑国际和国内两个大局,以积极的姿态迎接气候变化的国际合作。
  二、能源与动力领域中低碳的责任和措施
  雪人股份成立21年,始终服务于热能与动力领域,我们非常专注地进行能量转化设备技术的研发和制造,从制冰机压缩机,从制冷到热泵,从螺杆膨胀机发电到氢能源燃料电池,雪人的核心产品都是实现能量在不同形式之间的转化。每一件产品犹如自己的孩子,我们对其寄予着满满的期望。每一件产品的发展过程,都是精益求精,不断优化的过程。始终用谦卑的心态持续改善,这或许就是企业文化给产品注入的生命力吧。
  因为我们的产品与能源相关,所有产品都是实现能源转化为动力,或能量动力来主导热能分布。因此,我们对碳排放问题责无旁贷,或者说我们的低碳理念将对全球低碳措施起到非常积极的意义。
  在能源和动力领域,人们常见的碳排放行为和低碳措施包括:
  1、通过化石燃料的燃烧来获得发电和获得热能。
  化石燃料包括煤,石油,天然气等。
  火力发电厂、使用锅炉供热、石油化工等领域都是基于化石燃料的燃烧来获取物质,能量和热量。
  因此,节约化石燃料的使用量,本身就是低碳行为。
  2、人们通过电能来实现的动力或能源的转化。
  在城市生活里,大部分的能源通过利用电的形式转化,大家认为电是“清洁能源”,其实我国的电,尤其是经济发达地区,主要是靠火力发电产生。
  制冷是用电大户,中国制冷及空调的用电量占到全社会用电量的15%。
  因此,节电也是一种低碳行为。
  3、如果能源不是来源于化工燃料的燃烧,而是来源于自然界的可再生能源,如风力,水力,太阳能,原子能等。那就是一种碳抵消的低碳行为。
  三、人们聚焦二氧化碳排放,殊不知,氟利昂制冷剂是个体危害更强的温室气体。
  在制冷行业以外,人们通常不知道,氟利昂制冷剂是非常典型的温室气体。二氧化碳只是因为在大气中的总量巨大,而承担碳排放的主要贡献,但是二氧化碳可被植物吸收。我们只有了解温室气体的构成,才能提供具体的低碳措施。
  温室气体(GHG Greenhouse Gas): 指任何会吸收和释放红外线辐射并存在大气中的气体。
  地球的大气中重要的温室气体包括下列数种:二氧化碳(CO?)、臭氧(O?)、氧化亚氮(N?O)、甲烷(CH4)、氢氟氯碳化物类(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等。由于水蒸气及臭氧的时空分布变化较大,因此在进行减量措施规划时,一般都不将这两种气体纳入考虑。实际上氢氟氯碳化物类(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)三类含氟气体造成温室效应的能力最强,但对全球升温的贡献百分比来说,二氧化碳由于含量较多,所占的比例也最大,约为55%。
  因此,我们的目标非常明确了,对含氟化合物的控制和减少二氧化碳排放总量的控制。
  我们要减少氟利昂制冷剂的泄漏,通过节电、清洁能源的替代来减少二氧化碳的排放。
  四、雪人21年对低碳做出的贡献
  作为一家能源与动力领域不断深入的实业企业,雪人股份的发展理念和行动一直和国际社会应对气候变化的主流价值观一直,在发展智慧及实际行动上与中国政府近期提出的双循环新发展格局、碳中和气候治理目标不谋而合。
  21年来,雪人股份在专业领域展开了持续的低碳实践,我们总结如下:
  1、制冰是环保的物理降温方式
  【低碳措施:调峰用电,物理降温】
  雪人股份从2000年创立就专注于制冰设备和系统的研发。冰作为一种冷却保鲜的载体,是人类最早使用的冷藏措施,至今依然在人们生活中发挥着巨大作用,如目前发展很快的生鲜电商,用冰需求很大。冰采用温度变化的方式进行物理降温,对环境没有任何污染,其效果远远优于化学防腐方式。大型集中式制冰站,我们通常采用氨作为制冷剂,天然环保的氨容易获得,制冷效率明显高于温室气体制冷剂氟利昂。冰的生产方式可以有效利用低谷时段的电力供应,可实现灵活的电能错峰利用。
  2、冰是一种降温和加水结合的冷却方式
  【低碳措施:简化热传递方式,无能量损失,无废物排放】
  在染料颜料的生产工艺中,我们通过加冰的方式来实现降温和补水的作用,相比于间壁式换热的方式来说,这种直接的传热方式更加节能和环保。同样的,在混凝土搅拌站,我们对混凝土的降温原理也是如此。
  3、混凝土降温,我们为核电、水电等清洁能源夯实基础
  【低碳措施:为核电、水电建设保驾护航】
  我们为全国16座核电站和葛洲坝集团等大型水利枢纽提供了混凝土冷却系统。不论是核电站还是水电站的大坝,都是有大土方混凝土组成。由于涉及核安全和大坝安全,这些替代火电的发电设施,都需要高性能混凝土来保障。我们通过对混凝土搅拌站自动化输送配比精确的冰及冷水,来平衡混凝土凝结过程中的水化热,经过精确的热平衡和拌和比,浇筑出的混凝土就是高性能混凝土,不会因为温度不均而裂变。
  4、核聚变,超导托克马克,人造小太阳,是绝对高温和绝对低温的共存实验。
  【低碳措施:为核聚变研究助力】
  中科院合肥物质合肥物质科学研究院近期对外公布,该院有“人造太阳”之称的全超导托克马克核聚变实验装置(EAST),将于近期完成新一轮升级改造,向芯部电子温度1亿摄氏度、100秒长脉冲等离子体的科研新目标发起挑战,力争将世界可控核聚变能源研究推向新高度。
  人造小太阳,要实现1亿摄氏度的超高温和零下269摄氏度的超低温共存。其中,零下269摄氏度装置雪人股份提供了核心设备,氦气螺杆压缩机组。中科院合肥物质科学研究所于2021年2月与雪人股份签订了设备采购合同,目前合同在紧锣密鼓执行过程中。
  核聚变,将来会成为国家核电新的技术突破,进一步改善我国的能源结构。
  5、液氢液氦的超低温技术曾经是“卡脖子”项目
  【低碳措施:助力中国掌握液氢技术,为大科学工程和氢能源发展打下基础】
  70%的大型科学工程离不开氦气压缩机所创造的超低温环境。在2016年至今,雪人股份已经完成了多套氦气螺杆压缩机组,已经应用于中科院各大研究院和中国航天事业单位。
  超低温技术长期以来是“卡脖子”项目,国家要研制大推力的火箭,如果我们没有掌握液氢的技术,就等于有车没油。载人航天与探月工程重大专项,超导托克马克(人造小太阳)等十多项大科学工程必须在液氦液氢级超低温环境下运行,大型低温制冷设备是实现大科学装置低温环境的唯一手段。大型低温制冷设备也正是氦气资源开采,储存,转运,回收链不可或缺的核心装备,广泛应用于航天航空、大科学工程、清洁能源、核工业废料处理、军工产品、癌症治疗等国家重点学科领域。
  我们掌握了超低温技术,对氢能源的发展是一种推动。
  6、氢能源的发展,将改变汽车行业的能源结构
  【低碳措施:氢能源将来替代化石能源】
  雪人股份布局氢能源6年,积极进行参股,并购,研发,并在全球范围内成立了几个氢能技术中心。公司在氢能产业链技术储备上已拥有上游“水电解制氢+加氢站+氢气液化”、下游“燃料电池电堆+空气压缩机+氢循环泵”,能为全球开发新能源汽车的整车和发动机企业提供氢燃料电池发动机的核心部件空气压缩机和氢气循环泵。公司致力于氢能源产业链的应用环境的创造推动,并对氢能源汽车关键技术的应用型突破在持续努力,我们已经建立了福建省首条氢能源公交线路,不久的将来,氢能源汽车将更广阔地应用在大型客车,冷链物流运输,重型卡车等领域。
  7、制冷剂的改革
  【低碳措施:推动制冷剂的改革,减少氟化物的应用】
  含氟制冷剂(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等三类含氟化合物是温室气体中单位含量杀伤力最大的三类成分。人们更多将全球变暖的谴责目光投向了二氧化碳,水蒸汽,甲烷这几种天然物质,只是因为这些天然物质总量更大,但是天然物质都是可逆的,可被自然界吸收的,谴责的应该是人类自身。以上三类氟化物大都是人工合成的物质,氟是最活跃的元素,和大部分物质都可以发生反应,是人类激活了它们。自然界中氟的来源非常单一,就是萤石(氟化钙),已经变得越来越稀缺。
  氟制冷剂中的三类CFCs,HFCs,HCFCs中有两类是臭氧层消耗物质(ODS),已经淘汰了一类CFCs,因为对臭氧层的严重破坏,如氟利昂12。正在淘汰的HCFCs,如我们常见的制冷剂氟利昂22,对臭氧层还是有一点破坏作用,在中国将在2030年禁用。虽然臭氧也是温室气体,但是臭氧有更重要的作用,阻挡紫外线。
  目前中国正在替代氟利昂22的替代性“环保”氟制冷剂其实正是全球变暖潜能值最高的一类物质,如冷冻冷藏领域常用的制冷剂R404A和R507A,其GWP(全球变暖潜能值)动辄是二氧化碳的3000~4000倍。
  那么什么样的制冷剂是真正的环保制冷剂呢?
  全世界公认的是天然制冷剂,包括氨、二氧化碳、水(水蒸汽)、空气、碳氢化合物(烷烃烯烃)。
  这些天然制冷剂早在氟利昂没有诞生前,就发挥着制冷剂的作用,但由于天然制冷剂本身的物性决定了一些应用缺点,如氨有低毒可燃,水和空气对工作工况要求严格,二氧化碳工作压力高,碳氢化合物易燃易爆。后逐渐被方便好用人工合成制冷剂氟利昂所替代。
  8、通过发展压缩机技术,来重新应用各类天然制冷剂。
  【低碳措施:发展压缩机技术,更加适应天然制冷剂的应用,提升能效】
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  雪人股份2006年开始战略转型,将研究重心从制冰系统转移到空气动力学和流体力学为基础的压缩机流体机械领域。我们收购了世界螺杆压缩机鼻祖企业瑞典SRM,意大利知名商业压缩机企业RefComp莱富康。在2013年,国内发生两起涉氨重大事故,吉林宝源丰禽业“6.2”重特大火灾爆炸事故(121人死亡、76人受伤),上海翁牌冷藏实业有限公司“8·31”重大氨泄漏事故(15人死亡,7人重伤)。氨制冷剂一度被视为洪水猛兽,一再被抑制。
  虽然制冷行业人士一直在呼吁氨亦可安,氨的优点比缺点更突出,但依然阻挡不了近年来氟利昂制冷剂大面积替代氨制冷剂的现状。
  雪人股份集瑞典SRM和意大利RefComp的技术研发力量,推出氨用半封闭螺杆压缩机,填补了氨压缩机小型化的空白,获得联合国蒙特利尔多边基金的示范项目的称号。在国家将重大危险源氨储量从40吨下调到10吨,我们越来越有必要对氨制冷系统进行低充注小型化设计和审视。目前氨用半封螺杆压缩机在中国冷冻冷藏领域和中央空调领域都完成了试点项目,如太古冷藏厦门和成都冷库,能效和氨充注量都达到行业领先水平。在国内一家中央空调制造企业,昆山台佳空调率先探索氨在中央空调冷水机组的低充注应用,由雪人股份制造的样机在测试过程中一次超越国家中央空调螺杆冷水机组的COP和IPLV双一级能效标准。
  在欧洲,每年由雪人供货的氨低充注量应用超过100个项目。
  除了氨以外,雪人股份的天然制冷剂压缩机和应用解决方案还有:
  二氧化碳高压亚临界螺杆压缩机,已应用于中粮、双汇、圣农、牧原等食品加工领域;
  跨临界和亚临界活塞压缩机,已应用于国内和欧洲的超市制冷系统;
  水蒸汽压缩机,已和法国核电集团达成合约,即将投入使用;
  丙烷压缩机,已应用于国内石油炼油及欧洲的工商业制冷领域;
  丙烯压缩机,已应用于国内石化炼化及煤化工工艺冷却领域,如中石化,中石油,中国化学;
  空气制冷无油压缩机,已应用于战斗机冷却,超低温疫苗冷库领域。
  9、压缩机效率提升,也是低碳贡献
  【低碳措施:提升能效,减少电耗】
  2019年6月13日七部委联合印发《绿色高效制冷行动方案》中指出我国制冷用电量占全社会用电量15%以上。到2030 年,全国要实现制冷总体能效水平提升25%以上。
  中国已向国际承诺积极履行《联合国气候变化框架公约》及其《巴黎协定》,推动《蒙特利尔议定书》基加利修正案的落实,深度参与全球环境治理。
  在这种背景下,制冷能效的突破势在必行。制冷能耗的大户是压缩机能耗。
  压缩机的效率提升,我们从两个方面努力,第一,从技术上持续提升压缩机、电机、流体压力降的影响因素,提升机械能效;第二、选择合适的制冷剂,减少低能耗制冷剂的使用。
  在压缩机机械技术上,雪人股份采用瑞典SRM专利的第四代I型线技术,对不同工况的压缩机采用不同的设计方式,最终目的是压缩机效率的提升;我们对新开发的半封闭压缩机采用永磁同步变频技术,材质上兼容天然制冷剂氨,积极提升电机能效;对制冷剂的物性,我们针对不同制冷剂的物性,进行CFD流体仿真,确保压缩机吸气压力降最低。
  在制冷剂选择上,我们尽量减少低能效的制冷剂的使用,对冷冻冷藏应用来说,自从2013年涉氨专项治理以来,新建改建冷冻冷藏装置的氨制冷剂使用率在下降;而面对2030年即将全面淘汰的R22制冷剂,R507A和R404A制冷剂逐渐增多。
  但是相比于R717和R22,R404A和R507A在冷冻冷藏应用范围里的能效非常低。在-30度蒸发温度时,R507A和R404A比R717和R22同工况COP均低15%以上。在-10度蒸发温度时,R507A和R404A比R717同工况COP低24%左右,比R22同工况COP低19%左右。
  所以,用HFC制冷剂R507A和R404A并不能带来能效的提升,反而比以前的制冷剂能耗明显增加。
  10、热泵技术替代锅炉,节能和减排都有贡献
  【低碳措施:减少化石燃料燃烧,减少排放;热泵效率高于锅炉,节约能源】
  供热的传统方式是锅炉,无论是用煤,用气,用油,还是用电,都要产生非常大量的碳排放。燃煤、燃油、燃气的实质是将远古生物储备在地底的碳排放出来。
  热泵相比于锅炉的优势,不仅在于没有直接的温室气体排放,而且更显著的是节能。
  热泵,顾名思义,是热量输送的泵,我们不靠燃烧这种化学能转化为热能的方式供热,我们通过压缩机做功,把环境中的热量抽取出来,输送到需要热量的地方,同时压缩机做功部分的热量也跟随加入进去,因此,即使最最恶劣的工况,热泵的能源效率永远会高于100%,而即使最最理想的状态,锅炉的能源效率永远低于100%。
  原先热泵的缺点在于,适用于热泵的工质为氟利昂,其热力性能较差,比较难以得到高温的热量。以热水热泵为例,通常使用氟制冷剂的热泵,水温在60度以下。
  雪人股份以天然制冷剂为核心的压缩机技术。我们通过全世界压力等级最高的喷油螺杆压缩机,可以将绝热指数更高的氨作为工质,实现90度的稳定热水供应。
  可广泛用于区域供暖,生产工艺热水,生活热水等需求。
  在欧洲,我们的氨热泵已经广泛用于小镇等生活中心的集中热源站。在中国,我们的氨热泵广发应用于屠宰工厂的浸烫脱毛,饮料厂的巴氏杀菌等工艺热水需求上。
  在张家口的2022年冬奥会生活配套小镇,那里有雪人的氨热泵压缩机,位于高高的风力机上,她并不是依赖于风电供应电源,而是直接采用风能,通过风力机的转动带动压缩机工作,在地面的换热设备通过氨来制备稳定的热水供应。
  对于更高温度的使用需求,雪人股份开发了水蒸汽无油螺杆压缩机,可以将水蒸汽增压到近200度的高温,搭配热泵来实现更高温度热源。
  二氧化碳同样是一种理想热泵工质,二氧化碳跨临界可产生非常大的热量,小小的一台二氧化碳压缩机能产生一个中型酒店的生活热水需求,水温亦可达90摄氏度,可供200人洗澡的热水需求。
  11、废热利用,节约也是一种低碳行为
  【低碳措施:碳抵消,将低品位能源转化为电能】
  工业生产中经常会存在一些废热和余压等乏能,常被视为鸡肋。
  冶金生产过程中会产生大量的蒸汽、热水以及高温的烟气,在中国江西和澳大利亚,我们用这些能量来发电;
  纸浆厂生产过程中产生的废水,以往都要经过冷却处理才能排放,在欧洲,我们用这些废水来发电;
  船舶上拥有大量可用能量,主要来自于轮机设备的冷却用水及废气,在欧洲和亚洲,我们用它们来发电;
  在石油和化工工业,存在大量的余热和余压,如放散蒸汽,轮胎等橡胶生产工艺需要利用蒸汽来加热,食品及医药工艺过程也需要蒸汽,蒸汽往往需要减温减压来达到可用的状态,无论在中国还是在中东,欧洲,我们都会将这些蒸汽用来发电;
  在地热资源丰富的地方,为了有效利用地热能,我们可以用它来发电;
  在饲料生产的干燥和发酵等膨化过程中所产生的余热,以及木屑、秸秆等生物质燃烧所产生的余热均可以利用,在欧洲,我们用来发电;
  目前的垃圾处理还是很多用焚烧的方式,特别是医疗垃圾,化工垃圾等危险固废的处理,燃烧后产生的蒸汽由于流量小、波动大、压力低而直接放散,这是一种碳排放。我们可用这些低品位蒸汽来发电。
  雪人股份收购瑞典OPCON旗下的OES业务,OES全称Opcon Energy System,致力于能源的充分利用,其核心产品为Opcon Powerbox,这是一款螺杆膨胀机,源于Opcon旗下的瑞典SRM的螺杆技术,工作原理为螺杆压缩机的逆过程。利用工业废热加热制冷剂使制冷剂增压推动螺杆膨胀机的旋转,或者引入工业余压蒸汽直接进入膨胀机驱动其旋转,我们在轴端接入发电机来发电,电还可以并网销售。目前在国内外已经应用非常成熟,国内晋煤集团,延长石油,华谊集团等重工业企业都在使用。
  12、气体的收集和回收,实现碳捕捉
  【低碳措施:温室气体的收集捕捉,杜绝排放】
  瑞典SRM致力于工业制冷和气体处理。工业过程中的尾气,或存在有害成分污染大气,或存在利用价值,无论什么情况,我们都可将其回收利用。
  我们根据气体的物性,通常有很多种手段。在化工工艺过程中,制冷的作用很大程度上是对气体的分馏,即在气体存在一定压力下,我们提供一定的低温,气体会被液化,或者混合气体中的部分成分会被液化,实现物质的回收和分离。我们经常服务的领域,如氯气液化,二氧化碳液化,天然气液化,氦气液化,氢气液化都属于液化分离的范畴。
  在工业生产中,二氧化碳伴随着燃烧,回收等工艺手段,是一种副产物,我们对其液化回收,就是直接通过碳捕捉来减少排放。
  公司服务的客户有很多利用工业尾气来提纯二氧化碳,工业尾气包括石油化工工业尾气,合成氨尾气,低温甲醇洗脱碳低压闪蒸尾气,生物发酵尾气等。提纯的二氧化碳液化后,用于碳酸饮料和啤酒,焊接保护气,干冰食品保鲜,油田驱油气,烟草行业等消费领域。
  公司目前服务的炼化周边企业的二氧化碳液化装置客户,如惠州华达通石化,其产能为60万吨/年。雪人股份服务了国内知名的二氧化碳液化企业,还包括上市公司凯美特气,其在湖南岳阳,福建泉州,广东惠州,安徽安庆等多地石化装置都有雪人股份二氧化碳液化设备。总计雪人服务的二氧化碳液化能力可达300万吨/年。
  综上,雪人股份在能源与能量转化的过程中积累了丰富的低碳经验,包括:
  1、有效利用低谷电能用冰来储能;
  2、冰作为冷却和补水的措施是无损传热;
  3、冰对核电和水电等清洁能源的贡献。
  4、氦气压缩机助力核聚变实验装置;
  5、超低温技术让中国掌握液氢技术;
  6、氢能源的发展将减少化工燃料使用;
  7、制冷剂的革命,减少氟化物的使用;
  8、发展压缩机技术,推广天然工质减少碳排放;
  9、压缩机效率的提升和应用技术的提高;
  10、热泵替代锅炉,节能和减排双重贡献;
  11、废热和余压发电,乏能利用,彰显水平;
  12、气体收集和捕捉,减少排放,回收价值。
  今年,我们瑞典研发中心推出了沼气压缩机,马上投入应用。未来,我们对城市垃圾的处理,对养殖业的排泄物处理将采用生物发酵的方式,通过沼气增压,二氧化碳回收,沼气提纯,甲烷的环保应用来改善目前生物质燃烧的处理方式。
  雪人股份在双循环新发展格局下,正在以高水平的全球协同研发,全球应用经验分享的方式来践行碳中和的社会责任。