绪论
0.1研究背景及意义
铝元素在自然界中分布范围十分广泛，其在地壳中的含量（约7. 3%)居各类金属元素之首。同时，作为一种年轻的现代金属，招开始工业化生产较晚，1900年世界铝的产量是6800吨，到二十世纪末，在短短100多年时间内，招的年产量达到了 3200万吨。目前，铝己经成为世界上仅次于铁的第二大最常用金属⑴。作为现代工业的基础性材料，铝产品经过不断研宄、开发和应用，在航天航空、建筑、电力、交通运输等各种领域得到广泛应用，在推动人类社会前进中具备不可替代性。招还是一种绿色环保金属，不仅在使用过程中不会对环境造成污染；而且具有最高的可回收性。由于具备耐腐烛、易延展、材质轻、导电导热好等优良特性，在国民经济的124个行业中，有113个行业使用招产品。目前铝的消费中，26%用于运输业，20%用于包装，20%用于建筑业，9%用于电力工业，25%用于其他行业[2]。在今天，一个没有招的世界是难以想象的。改革幵放后至今，我国招工业在生产规模、生产工艺以及创新能力等各个方面取得了跨越式的发展，现已位列全球招工业大国。目前为止中国不仅是最大的氧化绍生产商，而且己成为全球最大的铝消费市场招的生产一般需要经过采矿、氧化招生产、原生招电解以及原生招液铸锭等主要工序，每一道生产工序都需要能源的分配和转换。作为“永不消逝的金属”，铝的生产过程能耗很高，每吨招平均耗电量约为1.2-1. 3万千瓦时/吨，在电解招环节，平均综合耗电量为14000千瓦时/吨(新标准），同时，氧化铝在生产过程中每吨耗能0. 5吨标准煤(间接加热拜耳法），能耗也是很高的[4]。因此在节约能源、减少排放、保护生态、防止全球气候变化的过程中，铝是首选金属材料己成为共识。同时，招行业的高速发展态势给我国资源、能源和环境带来了巨大冲击，因此挖掘招业生产的节能潜力，控制招业生产的污染物排放成为现阶段我国铝工业提高能源的利用效率、降低环境负荷亟待解决的问题。
…………
0.2文献综述
Nguyen等^认为在发展中国家运用投入产出分析的能量流是研究节能宏观经济的最佳解决方案之一。他通过分析越南1996年至2000年期间的能源强度变化，用结构分解及其幂级数展开说明了直接能源消耗之间的因果关系，并体现了能源的消耗以及隐藏能量流的变化。过构造可逆的化学能源和信息流模型实现理想化的限制分析，认为生物信息本质上是一个化学性质，并提出经验证据表明从有机增长和发展水平来看，限制最小能量消耗的信息流相对更容易利用，普遍而更多复杂流程模型的生物系统则往往相反。Stefan等研究发现在许多行业，过程创新在确保长期的盈利能力方面发挥重要作用。文章结合技术经济方法，采用被广泛接受的能量流图表流程图说明投资的经济影响并提供出明确的盈利能力的过程，便于挖掘企业潜力。Karen R等致力于描述一种改进的能量流模型的设计，用以提高工业能源利用效率。文章通过建立一个修改版的输入输出过程模型（IOPM)，取得了三方面关键贡献。首先，建立一个通用的能量流模型，该模型可以很容易地适应用于能源和环境分析。其次，确定关键差异之间的能源消耗和污染。第三，运用该模型发现关键问题，如铁和炼钢技术的变化，植物位置，和世界煤炭和焦炭贸易等。Danxing等将图形工具用于能量分析和热力学分析的集成系统，提出能量流图(EFD)框架分析，运用一种新的能量流方案表示节点和节点之间的能量损失，根据第二定律分析，将(火用）的概念和对象系统划分为能源目标和辅助工具。结果提供了改造过程，证明了新方法的有效性。Jan Peter Andersen等研究用于美国钢铁行业的能量和物质消耗模型。
……….
1.我国铝业生产能耗现状分析
1.1我国铝业生产能源消耗水平
我国招土矿资源总量27. 76亿吨，在全球范围内储量较高，但铝土矿资源禀赋较差，难以用纯拜耳法经济利用。在氧化铝及电解绍实际生产中，能耗占其成本较大比重，对银业生产企业的盈利影响巨大，降低能耗成本已成为招业生产企业改进氧化铝及电解招生产的经济目标。为此我国采取了许多措施，在氧化铝工业建设之始，我国铝工业紧紧抓住节能降耗、提高能源利用效率这一中心环节，在美国串联联合法的基础上，结合苏联平行联合法的优点，并结合我国的熟料烧结和溶出技术，集合组成混合联合法，并首先成功应用于郑州铝厂。后几经改革和完善，到20世纪70年代后期，氧化招实收率达92%,耗碱量的单耗为60千克-70千克，达到了世界上氧化招生产先进水平[29]。进入新世纪后，我国招业生产加快了自出创新的步伐，开发出大批具有知识产权的核心技术。同时，节能减排成为改进氧化招及电解铝生产的新推动力。例如电解绍工业中，在先进流程控制、节能减排等方面，中招国际创造的干法净化回收技术、氧化招浓相输送和超浓相输送技术、“三度寻优”技术等。这些技术创新为实现我国较严格的能耗指标（吨招直流电耗12000kWh)创造了良好的条件，标志着我国电解培技术领先于国际。国家统计局官网数据显示，全球2014年原铝产量约为5390万吨，原招消费量达5485万吨；而我国原招产量约2810万吨，原招消费量约2805万吨，在原招生产总量和消费量上占全球很大比重。在氧化招方面，2014年全球氧化招产量约11227万吨，消费量约11128万吨；而中国氧化招产量约5125万吨，消费量约5623万吨。截至2014年12月底，全球招企业（包括中国在内）的氧化铝产能利用率为80. 51%,其中我国绍工业企业的氧化招产能利用率为78.85%。
………..
1.2我国铝业生产能耗结构状况
统计数据显示，1995年到2013年，我国招业生产能源消耗总量从2379. 23万吨标准煤增加至11823. 47万吨标准煤，增长了 496. 89%,如下图1-1所示。煤炭是我国重要的基础能源，据中国煤炭地质总局预测（1999年），我国煤炭资源保有储量达10032. 6亿吨，包括3469. 09亿吨已利用储量，以及6563. 5亿吨未利用储量。2000年以来，我国煤炭消费需求持续大幅增加，煤炭开发利用规模迅速加快，我国煤炭生产、消费总量已经达到全球生产、消费总量的50%。一直以来，煤炭是我国各行业主要生产能源和重要工业原料，为我国国民经济增长提供支撑和保障。在招业生产中，煤炭消费主要包括原煤、焦炭和洗煤的消费，其中原煤消费所占比例最大。2013年，绍业生产中原煤消费量为653. 42万吨，高达煤炭消费总量的85%以上；其次是焦炭消费，消费量为389. 89万吨，约占煤炭消费总量的52.82%。1995年至今，锅业生产中煤炭消费量在起伏中呈总体上升趋势，数据表现为，1995年煤炭消费量为1066. 31万吨标准煤，2013年煤炭消费量增至4718. 92万吨标准煤，平均年增长13. 78% (见图1-2)。然而，2009年的招工业煤炭消费量呈现负增长态势。根据统计数据，2009年我国招业生产煤炭消费量为2226. 63万吨，较上年下降6. 39%。从煤炭消费比重角度分析，1995年至2013年我国招业生产煤炭消费比重呈相对下降趋势。2013年，招业生产煤炭消费总量占锅工业用能总量的26. 25%，比1995年下降21. 64%,比2009年下降约0. 47%。综上分析，由于水电的发展，能源价格变化，以及招工业生产技术进步，1995年至2013年，我国招业生产煤炭消费总量呈上升趋势，而煤炭消费比重则呈下降趋势。
……….
3. 2013年我国铝业生产能量流静态分析........21
3.1相关数据收集和准备........ 21
3.2 2013年我国铝业生产能量流分析........ 21
3.2.1我国铝业生产实际能量流静态图景........ 21
3.2.2我国铝业生产能耗指标测算分析........ 24
3.3能量流对单位产品综合能耗的影响........ 28
4.基于灰色GM (1,1)模型的吨铝综合能耗........ 31
4.1研究方法与数据来源 ........31
4.2数据处理与分析........ 34
4.3结论和政策建议........ 38
4.3.1 结论........ 38
4.3.2政策建议........ 38
5.研究结论及展望........ 40
5.1全文总结........ 40
5.2研究展望........ 40
4.基于灰色GM (1,1)模型的吨锅综合能耗趋势分析
4.1研究方法与数据来源
GM(U)模型是应用范围较广泛并取得了显著成效的一种灰色预测模型。邓聚龙[51]教授于1982年创立灰色系统理论，从此灰色系统预测方法得到了国内外学者的广泛关注。纵观灰色理论的发展，灰色系统理论是从“黑箱”、“灰箱”逐渐发展到灰色系统。灰色系统以灰箱理论为基础，认为应从事物及系统内部、结构及参数的角度来分析系统[52]。灰色理论数学的发展历史可以追溯至19世纪五十年代。例如1855年Hermite证明了若矩阵M=M*，则M的特征根均为实数。这里M*是将M的元素用它的共拖复数代替后再转置所得到的矩阵，现在这种矩阵称为Hermite矩阵。1859年A.Buchhein证明了若M是对称的，且元素是实数，则特征根是实数。灰色系统的描写方法包括“灰色方程”、“灰色矩阵”以及“灰色参数”，其研究对象是介于信息未知的“黑色系统”和信息明确的白色系统之间的“灰色系统”，即只知其中部分信息的灰色系统[53]。以灰色系统理论为基础的预测方法应用范围广泛，目前已成功应用在许多领域，其中，灰色GM(1,1)预测模型对建模信息的规律性和完整度要求不高、运算方法简单、预测精确度高且易于检验，是系统预测的重要模型之一，且常用于能源预测、环境预测等问题。#p#分页标题#e#
…..
总结
本文针对我国铝业生产企业能耗很高的现状，以铝业生产能量流为研究对象，本文做了如下工作：
(1)对我国铝业生产能耗现状进行分析，包括对我国铝业生产能源消耗水平、能耗结构以及典型企业能耗现状进行简单阐述。
(2)总结了国内外关于能量流的研究状况，在己有的能量流模型基础上提出了本文的能量流模型（扩展的三环节模型），把铝业生产过程中的能量流分为转换、分配、利用和回收四个子系统，并认为所有系统均需满足物质守恒和能量守恒定律。
(3)构建了我国铝业生产能量流分析框架，基于能量流理论基础，确定能量流分析系统边界，构建分析模型，并测算相关能耗指标，对工序能量流以及能量流指标进行了全面细致地测算与考察。
(4)基于灰色GM(1，1)模型对我国吨铝综合能耗进行趋势分析，以定性分析模型为基础，动态预测了 2014-2023年我国吨铝综合能耗，并得出结论和政策建议。
............
参考文献（略）
