能源計量單位那些事兒

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【2014年第13期】能源政乾方

在能源行業，充斥著各種計量單位，弄得我們眼花繚亂的，標準煤、標準油、大卡、千瓦時、焦耳、英熱單位什么的，配上價格之后，我們基本就糊涂了。今天就來掰扯掰扯能源單位這些事。

首先剛才說的都是熱量單位，或者叫能量單位。石油用的桶啊，汽柴油用的升啊，是體積單位；蒸汽用的噸啊，是質量單位。都是根據習慣或歷史來的。

先從初中物理說說國際基本單位制。中國用的是國際單位制，也就是米千克秒制，焦耳是能量的基礎單位。1焦耳（簡稱焦，J）等于1牛頓（N）乘以1米。而1牛頓等于1千克乘以1米除以1秒的平方。（夠亂的）所以：

1J=1N·1m=1kg·1m/s²·1m=1kg·m²/s²

這里kg、m、s都是剛才說的國際基本單位，所以1J就是能量的國際通用單位。但這個單位太小了，要表示平時常見的物質的能量，經常出現MJ、GJ這樣的大單位，所以人們對于各種常用的物質有習慣的單位。

電的單位

先從老本行說起吧。剛才說的1J同樣也可以用1瓦秒來表示：

1J=1W·1s

電能計量的常用單位1千瓦時，也就是我們平時用的1度電：

1度=1kWh=1000W·1h=1000W·3600s=3.6×10⁶J

看來焦耳這個單位果然好小，我們的1度電等于360萬焦。這里一定要注意kWh的寫法！k代表千，要小寫（很多人都寫錯）；W代表瓦特，人名做單位時一定都要大寫；h是小時hour，小寫。出版物中有時候寫kWh，有時候寫kW·h，都可以。

煤炭的單位

國內煤炭都用大卡來計算，1大卡=1000卡，卡就是英文卡路里Calorie的簡稱，縮寫cal，大卡就是kcal。減肥的朋友肯定熟悉，“您今天運動又消耗××卡的能量”，或者“食物中含有多少卡路里”，都是這個單位。一般男性一天消耗3000大卡能量，女性是2000大卡，體力勞動者更多。對于天天都坐著不動的辦公室白領們，可能男性就2000大卡，女性1500大卡。一斤脂肪大約是4000大卡的能量，算算自己一天吃進多少東西，又消耗多少能量，就能大概算出來一天長幾兩肉了，呵呵。

跑題了。。。接著說大卡~~那個，還是先說卡吧~

卡并不是標準單位，因為是根據水溫上升時需要吸收的熱量算出來的，而水溫不同，上升1°C所需的熱量也不同，卡也就不是標準單位。20°C純水的比熱是4.187焦/（千克·開），（“開”是開爾文，也是7個國際標準單位中的一個，1度等于1開，1°C=1K）而卡的定義就是1千克水上升1度時的吸熱量，因而可知1卡=4.187焦，1大卡就等于4187焦。

用上剛才計算過的1度電的能量就能和cal相互折算：

1kWh=3.6×10⁶J=3.6×10⁶J÷（4.187×10³J/kcal）=860kcal

（原來我們人體一天要消耗三四度電的能量，比電冰箱耗能量還大~）

我們人為設定的標準煤這個單位，大約是純的碳（C）的燃燒熱值取整。1千克標準煤=7000大卡，1噸標準煤=7百萬大卡。噸標準煤的英文是ton of coal equivalent，簡寫tce，同理千克標煤（標準煤可以簡稱為標煤）的簡寫是kgce。

所以1噸標準煤與電能的換算就是：

1tce=7×10⁶kcal=7×10⁶kcal÷（860kWh/kcal）=8140kWh

1kgce=8.14kWh或者1kWh=0.123kgce=123gce

這下我們終于知道熱當量折算法中的系數是怎么來的了（關于熱當量法請回復“折算”查看往期內容“非化石能源電力折算方式”）。也就是想把終端的電能換算加總時，我們將用電量乘以0.123就得到以千克標煤為單位的能源消費量了（或0.123×10^-3tce/kWh）。比如中國用電量5萬億度電，乘以0.123×10^-3就得到6.15億tce的終端能源消費量了，再假設終端能源消費總量是30億tce，一除就得到電能占終端能源消費總量的20.5%。（是不是so easy！媽媽再也不用擔心我的學習啦！）

不過以上指的是終端的折算，在一次能源那里還要有一個發電效率的系數（見“非化石能源電力折算方式”）。如果發電效率是100%，那么1kg標煤可以發8.13kWh，但實際上經過鍋爐、蒸汽輪機、發電機、廠用電、輸變電等環節，效率只有40%左右，剩下的都被當做熱排放掉了，所以實際上燒1kg標煤，我們只能得到3.25kWh電能，或者反過來說發1度電需要燒308g標準煤，鐺鐺，沒錯，308g就是我們平時常聽到的“供電煤耗”啦~

怎么樣，這些數字都串起來沒有？如果我們知道供電煤耗，用0.123g一除，就得到供電效率，如果我們知道發電煤耗，用123g一除，就得到發電效率。反過來已知效率算煤耗也一樣。YOU GOT IT！

順便說說煤價和電價的事。一般市場上交易的煤也按照熱值區分品質，有5800、5500、5000、4500大卡等級別，但沒有7000大卡的，也就是沒有標準煤的熱值的煤。如果5500大卡的煤價波動100元/t，那么發電機端的機端電價波動多少呢？大概就是100×5500÷7000÷（1000÷0.32）=0.025元/kWh，這里的0.32是指發電煤耗320gce/kWh。所以我們大概能估算出來，煤炭價格波動對電價的影響。當然，也能看出市場價幾百塊錢的煤炭，發出來的電就兩三毛錢，是比可再生能源發電便宜多了。

再順便說說煤炭消費量的事，國內能源統計分為標準量和實物量。標準量的單位就是標煤，而實物量的單位是噸，而且統計時要區分各種形態的煤。如果我們已知消耗標煤量，要得到對應的原煤質量，是要乘以系數1.4的，因為原煤的默認熱值是5000kcal。

石油的單位

我們人為設定1千克標準油=10000大卡，很容易就知道1千克標準煤=0.7千克標準油，這個0.7的系數是定死了的。比如我們查到國際能源署（IEA）統計中國的一次能源消費量是2800Mtoe，直接除以0.7（有人喜歡乘以1.43，也無所謂），得到4000Mtce，再變成我們常說的億為進制，就是40億噸標準煤。

國際上一般用“桶”作為石油的計量單位，這是歷史原因，統計產量時也是××桶/日。桶是個體積單位，不同地區的原油密度不同，所以一桶原油的重量也不同。一桶是42加侖，也就是159升，按照原油密度0.9kg/L計算，一噸原油大概能裝7桶。有些地區原油密度低的，桶數就多，反之就少，一噸原油大概能裝6.5-7.5桶，簡化記憶就是7桶了。

比如英國北海布倫特原油期貨價格100美元一桶，大概就是700美元一噸，乘以人民幣匯率大概是4300元人民幣一桶，換算成體積單位大概是4.8元/升，再加上煉油、運輸、稅費等等成本，大概就是我們平時的油價了。

順便再說一句美國油價，美國用加侖做單位（美制加侖），一加侖等于3.79升（英制加侖是4.55升），一加侖汽油大概4美元，所以換算成人民幣大概6.5元/升，便宜吧~

天然氣的單位

一般用“焦/立方米”作為熱量單位，熱值一般在38.9MJ/m³，折算后1立方米的天然氣等于0.75千克標準煤的熱值，約等于1千克原煤熱值。當然，天然氣是指各種天然的可燃氣體，除了甲烷還有別的氣，所以熱值并不是固定不變的。

美國用英熱單位計量，尤其是他的頁巖氣大發展后，這個單位更加常見了。1英熱單位（British thermal unit）等于1英磅純水溫度升高1華氏度（1°F=5/9℃溫度差）所需的熱量。1英鎊等于0.454千克，1華氏度等于0.556攝氏度，水的比熱容是4.18×10³焦/（千克·開）。

1Btu=0.454kg·0.556℃·4.18×10³J/(kg·℃)= 1054J

雖然英熱單位比焦耳大點，但大不了太多，所以常用兆英熱單位MBtu這個單位，是Btu的一百萬倍。

天然氣把MJ換算成英熱單位后就是0.0369MBtu/m³，美國2012年天然氣價格最低谷時，氣價只有3美元/MBtu，相乘后得到0.11美元/m³，匯率按6.3算，也就0.7元/m³，而我們平時用氣都是2.2-2.6元/m³，美國用氣是真心便宜啊。現在價格漲回來了，大概9美元/MBtu吧，換算過來大概2元/m³，這么便宜美國能不“再工業化”么。所以“再工業化”不是奧巴馬喊出來的，這價格隔壁吳老二都知道該工業化了。

再出個系數吧，如果匯率在6人民幣/美元左右，那聽到多少美元/MBtu的天然氣，直接除以5，就得到了大概換算成人民幣的氣價。比如13美元/MBtu，就是2.6元/m³。來源就是0.2元/m³≈0.0369MBtu/m³×1美元/MBtu×6人民幣/美元.

熱力的單位

熱力就是最基本的單位：焦耳。

1kcal=4.187×10³J

1toe=10000kcal=4.187×10⁷J

1tce=0.7toe=2.93×10⁷J

有關數據顯示，澳大利亞BJ煤炭熱值約為5500 大卡/千克，按國際標準的等熱值換算，1千克原油相當于1.4286千克標準煤。一桶原油大約為136千克，1桶原油的熱值相當于194.2千克標準煤。

以下摘自中國石油官網：

http://www./syzs/lyhg/201510/d615fed47eb946fa9dcc3e02c8dc2d26.shtml

熱值是指單位重量燃料燃燒時所產生的熱量，是評價燃料質量的重要指標，單位以兆焦/千克（MJ／kg）表示。平均低位發熱量，石油為41．87MJ/kg，天然氣為38．97MJ/kg，原煤為20．93MJ/kg。國際上多以標準燃料應用的基熱值（標準煤當量）29．27MJ/kg計量。石油、天然氣折算標準燃料系數分別為1．4286和1．33。

與煤炭、石油等能源相比，天然氣在燃燒過程中產生的能影響人類呼吸系統健康的物質極少，產生的二氧化碳僅為煤的40％左右，產生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優勢。但是，對于溫室效應，天然氣跟煤炭、石油一樣會產生CO2。因此，不能把天然氣當做新能源。