本文试图依据典型实例对各种领域的新技术及其对实际电能强度的影响作一论述。这里汇集成三个技术领域：（1）提高目前的用电效率，分控制系统和工艺改进两部分讨论，（2）扩大电气化，（3）改进现场发电技术。列举下列各种主要用电功能的节电与电气化的示例：电动机（使用电能约70%），电解（13%），过程加热（8%），照明及其它（9%）。

传感与控制 各制造行业以引用新型传感器来进行技术改造。新型传感器带有电子器件，可将信息处理成便于译释的产品及过程的描述符号，并且很多情况下过程可自动控制。控制系统的范围从很简单的基于检测烟气中的氧或一氧化碳的燃烧控制器，到利用化学组分及温度、压力、流率等变量在线检测的石化设备控制系统。在线分析与控制使往往可称作陡沿工作的过程优化成为可能。例如，燃烧空气量过少，会导致后果严重的积碳的生成。

有些控制器的主要作用是提高一定物料投入的产量，减少单产的能源及其它原材料的投入量。轧钢机自动控制系统以两种方式增加产量：（1）产品厚度的在线控制，带有通过轧辊液压和控制钢板张力的电动机电流反馈的装置，用这种方法“淘汰”，厚于规定最小值的产品即可消除。（2）例如与不平、厚度变动和表面缺陷有关的劣次质量立可发现并迅速校正，以减少拒收和重炼、重轧的要求，产量就得到明显提高。

电能管理系统可用于辅助计量，也可作为精确的时钟，在生产开始前立即接通照明和设备，并在工作日结束后立即断电。如果负荷可临时减缩，则还可控制高峰用电需求。

工厂部门级用电辅助计量装置已在几家工厂中采用。加拿大一家汽车制造厂对各部门用电每隔15分钟计量一次，并提供周汇总统计。按部门计量实行3年后调查部门的预算，结果用电减少5%以上，这大部分是在非生产时间和低生产率工作班中实现的。系统的部门计量装置的安装就像将现有工厂翻造一样，费用通常很高。但是，加拿大工厂这种在设计中考虑到计量的配电（汇流条）系统，几乎不需要辅助计量装置。在这家工厂，电费是各部门总成本降低目标中几个受监视的组成部分之一。

电动机的变速控制（VSC）也在日益增长地被应用。最常用的VSC形式是以半导体整流器为基础，可产生含调制时间（宽度）方波脉冲的模拟交变电压，近年来达数百千瓦的电动机电子控制器的生产成本已显著下降。VSC装置的代价尽管仍很高，基本技术（设计）费用加设备费用约为电动机价格的3倍，但用电节省额还是很大，投资回收很快。

过去，电动机传动的泵和风扇系统由利用VSC提供节能机会有三条途径：（1）无控制器的设计（满足高峰要求），（2）用节流阀控制流量，（3）周期通断控制流量。汽车发动机机械加工冷却液的泵送就是无控制设计的一例。利用现有的恒速系统，将其设计成具有高压力，使得即如全部机床开工时也有足够的流量。（历来认为“愈大愈好”，因而流率与压力几乎总是保险设计的。）采用VSC，实现两项主要变革：（1）适合于精心保养使用的固定压力比恒速系统的典型压力低得多，（2）在精加工过的工件取出、新工件到位时切断该加工台的流量，这不影响其它各台的流量与压力。在一示范应用中，泵压力比原先的4.4大气压（64磅/英寸2）低30%，平均流量几乎减半，动力使用减少50%以上。此例中减低流体压力与流量的附带好处是减少悬浮雾的生成，冷却液雾会增加通风要求和净化费用，令人可厌。电动机转速降低也将减轻电机维修的负担。

大多数制造厂商迄今未全面调查研究其电动机的使用和决定VSC机会的负荷图，因此对这一技术的潜力并不了然。汽车工业的一项调查指出，采用电动机控制器、高效电动机和使用更有效的皮带，按现行价格总用电量可最终减少5%以上。

其它节电技术 在确认的用电领域中单台工艺设备耗电的节减已经并将继续实行，电弧炼钢、铝熔炼和空气压缩机系统的节能是几个特例。

废钢熔炼与处理的电弧炉是一项充分确认的技术。其市场比重迅速增加，并且这种技术正在发展中，包括每吨产品电耗的显著节减_电弧炉生产的钢的比重由1970年的15%增加到1987年的38%，并可增至50或60%之多。用废料制钢按特有的废料价格，比矿石熔炼成本低得多，但是污染势必限制用废料制取产品。对电弧炉作了许多节能改进，如采用先进技术的自动控制、带燃料装料的预热，热量与粉尘的回收利用和卸料（料桶清理）后化学调整的完善。按最佳实践，动力消耗在20年内降低了25%。尽管电弧炉的相对作用在增长，但钢产量的下降和炉耗电强度的降低，表明全国范围内电弧炉总耗电量已经并很可能将会继续很稳定。

1986年美国平均实际水平，炼铝约需15.8千瓦小时（kwh）/千克（7.2 kwh/磅），按1986年炼铝厂平均电价2.2美分/kwh，则为16美分/磅。最佳实践是电耗约减少17%。能源部工业规划办公室已在支持标准霍尔 - 海劳特电解电池新阴极、阳极的研制工作，倘若成功，将使电能需求减少约15%。

现行的电解电池中，铝熔液池设在盛电解液与Al₂O₃原料槽之下。铝金属构成阴极，阳极是碳制，它在化学反应Al₂O₃+3/2C→2 Al+3/2CO₂中消耗（因此碳有助于降低电耗），几种电池电压损失中最大的是料槽的IR电压降（I是电流，R是电阻），阴、阳极间平均距离约为4.5厘米，以容许带强电磁场的铝液波动和避免阳极与金属接触。这一IR电压降的能耗与理想电化学反应大致差不多。

提议的技术是以可湿润的硼化钛 - 石墨阴极与惰性烧结阳极这些新材料和稳定这些组件的控制装置的改进为基础的。这样，液铝可排干。而且阴、阳极间距离可减小为约1厘米。这一稳定结构可减少一些电压损失。虽无CO₂生成，但电耗总量仍可节省。并且节碳和节省劳动，可显著降低生产成本。所以新技术原则上很有吸引力。

经多年努力，这种技术的成功进展现在可能即将完成，如果成功，会在美国被广泛采用吗？关键的经济考虑是美国炼铝厂的电价。它比世界铝厂平均值的1.5美分/kwh显然高得多，但比美国其它用户的电价还是低得多，所以炼铝电价还可能被迫提高。由于电价高，新的冶炼厂将不在美国建造，而建在加拿大、巴西及其它低电价地区。问题是现有的美国装置将会工作多久？利用上述更新技术，任何工厂的生产成本都可降低，而且美国由于工资和电价都高，所以成本的降低要比国外多得多，这可保证大部分美国工厂的生产维持许多年。

略为不同类的节电技术是用于例如汽车零件的大型金属薄板冲压机空气压缩系统的防漏装置。冲床的下模中常装有由气垫支承的活动嵌件。冲床压下时，金属板被上、下模具座夹紧，随后照压在下落的上模具下的嵌件进行拉制。冲压质量取决于气垫的平稳反应。历来模垫是采用由工厂系统空气加压的气缸活塞。新的或新改造的冲床中，这种装置漏气很少，但只要使用3个月后，就常会出现0.05米³/秒的漏气量。在拥有200台冲床的大型冲压厂，这一漏气量换算成压缩空气载荷，相当于约4兆瓦的电负荷。

模垫漏气由于修复需要停机检修数周，因而很令人恼火。另外漏气还须不断补给空气，因为如若模垫压到“底”，就会很难升起。最近，冲床业主们开始用厚壁橡胶气袋取代活塞，效果很好。有的这种设备使用5年以上，漏气仍很少。

这一技术除减少电费外还有两个重要有利条件：产品更坚固和维修大为减少（维修与更换的成本降低可与电费节省额比拟）。密歇根一家冲压厂一半冲床采用这一技术后，压缩空气需用量减少25%。

以上这几个例子说明许多节电技术的特性和电能的许多新用途。它们是制造过程所专用的，并且不可能以简明的同类技术一览表来概括。而且这些例子提示，吸热化学反应过程的能耗强度虽很难显著降低，但大幅度降低制造工业的加工与装配的总能耗强度则是切实可行的。汽车加工与装配（即从基础材料钢与塑料开始）效率的提高在进行中，按现价可减低电耗强度约30%。日本的电价约为美国的2倍（用汇率不如用购电比价作比较），可比范围的电耗强度实际比美国少50%。

电气化 在众多的电能新用途中这里举出两例：等离子处理和冷冻浓缩。电弧炉粉尘的等离子喷焰处理是较有可能的近期应用。这种粉尘含铅、镉和铬，是危险的废物。由电力研究所（EPRI）支持研制的等离子炉可为消除和熔化粉尘提供能量，并可分离、萃取主要组分。

冷冻浓缩同普通蒸发分离过程一样，也是以混合液的一种组分的优先物相变化为基础的。热量从混合液中传出直至结晶开始，然后将晶体物理分离和融化（以从上游混合液中吸取热量的方式）。分离出的晶体通常很纯。由能源部（DOE）和EPRI部分赞助的一项开发计划，是奶制品工业的冷冻浓缩。现在蒸发器被独特地用来制取奶粉。估计只要电传动冷冻过程所需，像用烧燃料蒸发器那么多能量的八分之一（计及电厂燃料消耗）。并且产品质量会更好，可开辟流体牛奶浓缩的新市场。

自行发电 新技术也影响到与现场发电对立的从公用事业部门购买电能的比例。当供热与加工两者同时进行时，即使以小型发电系统也能获得经济效益，作为热机工作副产品的中低温供热比直接烧燃料供热有效得多。为使成本为最低，自行发电设备应靠近需要供热的场所，并且全年供热需求应十分稳定。

大多数工业用自行发电都用锅炉实行，蒸汽涡轮机驱动发电机，并将废气输送到需供热的所在。这一类典型的系统仅将10 ~ 15%的能量转为电能。（标准中央发电厂由于使蒸汽冷凝，在涡轮机后面产生局部真空，因而发电比率高得多。）近年来燃烧天然气燃料的涡轮机已很频繁地被工业自行发电所采用。同飞机喷气发动机一样，空气通过涡轮压缩机并与燃烧室燃料混合，然后燃烧气体驱动动力涡轮机，后者传动压缩机与发电机。热废气通过余热锅炉提供供热蒸汽。这类典型系统将24 ~ 30%的燃料能量转为电能。因此，燃气涡轮机技术比起蒸汽涡轮机的自行发电，其电能与蒸汽量之比高得多（而且与典型负荷的匹配较好）。

新技术是注入蒸汽的燃气涡轮机，配有现代飞机发动机，过程不需用的蒸汽喷回燃烧室（同时燃料投入增加），加大质量流量和功率输出。例如，以747这种宽身飞机的通用电气公司发动机为基础的系统，不注入蒸汽产生33兆瓦，而注入蒸汽则产生51兆瓦。这种系统已开始以6兆瓦和51兆瓦两种机型安装起来用于工业自行发电。注入足够的蒸汽，可将34 ~ 40%的燃料能量转为电能。对其经济性也许更为重要的是在广宽的蒸汽量/电能比率范围中保持高系统效率。采用研制中更先进的机型，在两级压缩之间加设冷却器（中间冷却），效率就可显著提高。并且，由于正在进行的喷气发动机军用研究与发展的结果，效率还会进一步提高。

燃气涡轮机自行发电技术的一种可能的重要用途，是牛皮纸制造中木屑化学制浆的副产品黑液的燃烧。制浆造纸工业自身拥有许多电力（38%）。这已是一个传统，因为这种工厂的隔绝，及其对中低温蒸汽的大量需求。大多数自行发电现在由利用巨型回收锅炉来实行，这样的命名是因为黑液燃烧中制浆化学产品被回收，如果这种黑液能够气化，并且这种燃料适用于燃气涡轮机，则有几个有利条件，包括高电能与蒸汽量之比（与工厂的要求配合较好）和提高安全性（回收锅炉属易爆型）。潜在的重要意义存在于大规模的造纸工业自行发电、该领域的工业专家及其对自行发电的积极探索之中。

[Science，1989年4月21日]