能源计量单位那些事儿

2014-08-08  来源：孔维政  浏览次数：

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【2014年第13期】能源政乾方

在能源行业，充斥着各种计量单位，弄得我们眼花缭乱的，标准煤、标准油、大卡、千瓦时、焦耳、英热单位什么的，配上价格之后，我们基本就糊涂了。今天就来掰扯掰扯能源单位这些事。

首先刚才说的都是热量单位，或者叫能量单位。石油用的桶啊，汽柴油用的升啊，是体积单位；蒸汽用的吨啊，是质量单位。都是根据习惯或历史来的。

先从初中物理说说国际基本单位制。中国用的是国际单位制，也就是米千克秒制，焦耳是能量的基础单位。1焦耳（简称焦，J）等于1牛顿（N）乘以1米。而1牛顿等于1千克乘以1米除以1秒的平方。（够乱的）所以：

1J=1N·1m=1kg·1m/s2·1m=1kg·m2/s2

这里kg、m、s都是刚才说的国际基本单位，所以1J就是能量的国际通用单位。但这个单位太小了，要表示平时常见的物质的能量，经常出现MJ、GJ这样的大单位，所以人们对于各种常用的物质有习惯的单位。

电的单位

先从老本行说起吧。刚才说的1J同样也可以用1瓦秒来表示：

1J=1W·1s

电能计量的常用单位1千瓦时，也就是我们平时用的1度电：

1度=1kWh=1000W·1h=1000W·3600s=3.6×106J

看来焦耳这个单位果然好小，我们的1度电等于360万焦。这里一定要注意kWh的写法！k代表千，要小写（很多人都写错）；W代表瓦特，人名做单位时一定都要大写；h是小时hour，小写。出版物中有时候写kWh，有时候写kW·h，都可以。

煤炭的单位

国内煤炭都用大卡来计算，1大卡=1000卡，卡就是英文卡路里Calorie的简称，缩写cal，大卡就是kcal。减肥的朋友肯定熟悉，“您今天运动又消耗××卡的能量”，或者“食物中含有多少卡路里”，都是这个单位。一般男性一天消耗3000大卡能量，女性是2000大卡，体力劳动者更多。对于天天都坐着不动的办公室白领们，可能男性就2000大卡，女性1500大卡。一斤脂肪大约是4000大卡的能量，算算自己一天吃进多少东西，又消耗多少能量，就能大概算出来一天长几两肉了，呵呵。

跑题了。。。接着说大卡~~那个，还是先说卡吧~

卡并不是标准单位，因为是根据水温上升时需要吸收的热量算出来的，而水温不同，上升1°C所需的热量也不同，卡也就不是标准单位。20°C纯水的比热是4.187焦/（千克·开），（“开”是开尔文，也是7个国际标准单位中的一个，1度等于1开，1°C=1K）而卡的定义就是1千克水上升1度时的吸热量，因而可知1卡=4.187焦，1大卡就等于4187焦。

用上刚才计算过的1度电的能量就能和cal相互折算：

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

（原来我们人体一天要消耗三四度电的能量，比电冰箱耗能量还大~）

我们人为设定的标准煤这个单位，大约是纯的碳（C）的燃烧热值取整。1千克标准煤=7000大卡，1吨标准煤=7百万大卡。吨标准煤的英文是ton of coal equivalent，简写tce，同理千克标煤（标准煤可以简称为标煤）的简写是kgce。

所以1吨标准煤与电能的换算就是：

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

1kgce=8.14kWh或者1kWh=0.123kgce=123gce

这下我们终于知道热当量折算法中的系数是怎么来的了（关于热当量法请回复“折算”查看往期内容“非化石能源电力折算方式”）。也就是想把终端的电能换算加总时，我们将用电量乘以0.123就得到以千克标煤为单位的能源消费量了（或0.123×10-3tce/kWh）。比如中国用电量5万亿度电，乘以0.123×10-3就得到6.15亿tce的终端能源消费量了，再假设终端能源消费总量是30亿tce，一除就得到电能占终端能源消费总量的20.5%。（是不是so easy！妈妈再也不用担心我的学习啦！）

不过以上指的是终端的折算，在一次能源那里还要有一个发电效率的系数（见“非化石能源电力折算方式”）。如果发电效率是100%，那么1kg标煤可以发8.13kWh，但实际上经过锅炉、蒸汽轮机、发电机、厂用电、输变电等环节，效率只有40%左右，剩下的都被当做热排放掉了，所以实际上烧1kg标煤，我们只能得到3.25kWh电能，或者反过来说发1度电需要烧308g标准煤，铛铛，没错，308g就是我们平时常听到的“供电煤耗”啦~

怎么样，这些数字都串起来没有？如果我们知道供电煤耗，用0.123g一除，就得到供电效率，如果我们知道发电煤耗，用123g一除，就得到发电效率。反过来已知效率算煤耗也一样。YOU GOT IT！

顺便说说煤价和电价的事。一般市场上交易的煤也按照热值区分品质，有5800、5500、5000、4500大卡等级别，但没有7000大卡的，也就是没有标准煤的热值的煤。如果5500大卡的煤价波动100元/t，那么发电机端的机端电价波动多少呢？大概就是100×5500÷7000÷（1000÷0.32）=0.025元/kWh，这里的0.32是指发电煤耗320gce/kWh。所以我们大概能估算出来，煤炭价格波动对电价的影响。当然，也能看出市场价几百块钱的煤炭，发出来的电就两三毛钱，是比可再生能源发电便宜多了。

再顺便说说煤炭消费量的事，国内能源统计分为标准量和实物量。标准量的单位就是标煤，而实物量的单位是吨，而且统计时要区分各种形态的煤。如果我们已知消耗标煤量，要得到对应的原煤质量，是要乘以系数1.4的，因为原煤的默认热值是5000kcal。

石油的单位

我们人为设定1千克标准油=10000大卡，很容易就知道1千克标准煤=0.7千克标准油，这个0.7的系数是定死了的。比如我们查到国际能源署（IEA）统计中国的一次能源消费量是2800Mtoe，直接除以0.7（有人喜欢乘以1.43，也无所谓），得到4000Mtce，再变成我们常说的亿为进制，就是40亿吨标准煤。

国际上一般用“桶”作为石油的计量单位，这是历史原因，统计产量时也是××桶/日。桶是个体积单位，不同地区的原油密度不同，所以一桶原油的重量也不同。一桶是42加仑，也就是159升，按照原油密度0.9kg/L计算，一吨原油大概能装7桶。有些地区原油密度低的，桶数就多，反之就少，一吨原油大概能装6.5-7.5桶，简化记忆就是7桶了。

比如英国北海布伦特原油期货价格100美元一桶，大概就是700美元一吨，乘以人民币汇率大概是4300元人民币一桶，换算成体积单位大概是4.8元/升，再加上炼油、运输、税费等等成本，大概就是我们平时的油价了。

顺便再说一句美国油价，美国用加仑做单位（美制加仑），一加仑等于3.79升（英制加仑是4.55升），一加仑汽油大概4美元，所以换算成人民币大概6.5元/升，便宜吧~

天然气的单位

一般用“焦/立方米”作为热量单位，热值一般在38.9MJ/m3，折算后1立方米的天然气等于0.75千克标准煤的热值，约等于1千克原煤热值。当然，天然气是指各种天然的可燃气体，除了甲烷还有别的气，所以热值并不是固定不变的。

美国用英热单位计量，尤其是他的页岩气大发展后，这个单位更加常见了。1英热单位（British thermal unit）等于1英磅纯水温度升高1华氏度（1°F=5/9℃温度差）所需的热量。1英镑等于0.454千克，1华氏度等于0.556摄氏度，水的比热容是4.18×103焦/（千克·开）。

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

虽然英热单位比焦耳大点，但大不了太多，所以常用兆英热单位MBtu这个单位，是Btu的一百万倍。

天然气把MJ换算成英热单位后就是0.0369MBtu/m3，美国2012年天然气价格最低谷时，气价只有3美元/MBtu，相乘后得到0.11美元/m3，汇率按6.3算，也就0.7元/m3，而我们平时用气都是2.2-2.6元/m3，美国用气是真心便宜啊。现在价格涨回来了，大概9美元/MBtu吧，换算过来大概2元/m3，这么便宜美国能不“再工业化”么。所以“再工业化”不是奥巴马喊出来的，这价格隔壁吴老二都知道该工业化了。

再出个系数吧，如果汇率在6人民币/美元左右，那听到多少美元/MBtu的天然气，直接除以5，就得到了大概换算成人民币的气价。比如13美元/MBtu，就是2.6元/m3。来源就是0.2元/m3≈0.0369MBtu/m3×1美元/MBtu×6人民币/美元.

热力的单位

热力就是最基本的单位：焦耳。

1kcal=4.187×103J

1toe=10000kcal=4.187×107J

1tce=0.7toe=2.93×107J

有关数据显示，澳大利亚BJ煤炭热值约为5500 大卡/千克，按国际标准的等热值换算，1千克原油相当于1.4286千克标准煤。一桶原油大约为136千克，1桶原油的热值相当于194.2千克标准煤。

以下摘自中国石油官网：

http://www.cnpc.com.cn/syzs/lyhg/201510/d615fed47eb946fa9dcc3e02c8dc2d26.shtml

热值是指单位重量燃料燃烧时所产生的热量，是评价燃料质量的重要指标，单位以兆焦/千克（MJ／kg）表示。平均低位发热量，石油为41．87MJ/kg，天然气为38．97MJ/kg，原煤为20．93MJ/kg。国际上多以标准燃料应用的基热值（标准煤当量）29．27MJ/kg计量。石油、天然气折算标准燃料系数分别为1．4286和1．33。

与煤炭、石油等能源相比，天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40％左右，产生的二氧化硫也很少。天然气燃烧后无废渣、废水产生，具有使用安全、热值高、洁净等优势。但是，对于温室效应，天然气跟煤炭、石油一样会产生CO2。因此，不能把天然气当做新能源。