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主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 The China Sustainable Energy Program 中国可持续能源项目 大卫与露茜尔·派克德基金会 威廉与佛洛拉·休利特基金会 合盟 能 源 基 金 会 项目资助号G-0404-07383 主要工业耗能产品超前能效标准 可行性研究 Feasibility Research of Reach Energy Efficiency Standards of Major Industry Energy Consumption Products 中国标准化研究院 China National Institute of Standardization 2005年3月 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 主要工业耗能产品超前能效标准 可行性研究 Feasibility Research of Reach Energy Efficiency Standards of Major Industry Energy Consumption Products 课题负责人 李爱仙 课题研究人员 李爱仙 高级工程师 中国标准化研究院 赵跃进 高级工程师 中国标准化研究院 张 新 工 程 师 中国标准化研究院 梁秀英 高级工程师 中国标准化研究院 金明红 高级工程师 中国标准化研究院 郑家强 高级工程师 国家压缩机制冷设备质检中心 李玉琦 高级工程师 江苏节能中心 秦宏波 工 程 师 上海节能中心 刘英洲 研 究 员 中国机械工业节能中心 辛定国 研 究 员 国家发改委能源研究所 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 目 录 表 格........................................................... .........1 图 形........................................................... .........2 执行报告........................................................... .......4 （一）项目概况........................................................ ..4 （二）主要工作过程...................................................... 5 （三）项目实施效果预测..................................................7 （四）政策建议........................................................ .10 一、 前言 .......................................................... .....12 二、 超前能效标准的提出 .................................................18 （一）能效标准的作用...................................................18 （二）我国能效标准的特点...............................................19 （三）国际差距........................................................ .20 （四）实施超前能效标准的意义...........................................21 三、 节能潜力计算方法 ...................................................2 2 四、 中国主要工业耗能产品超前能效标准的节能潜力 .........................30 （一）泵........................................................... ....30 （二）风机.......................................................... ...57 （三）空气压缩机....................................................... 77 五、 实施超前标准的可行性分析及预期障碍 .................................94 （一）标准研制方面.....................................................9 4 （二）标准执行方面.....................................................9 9 （三）超前标准制定的排序..............................................104 六、 政策建议 ........................................................ ..106 七、 结论 .......................................................... ....113 八、 基本参数附表 ...................................................... 115 参考文献........................................................... .....116 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 1 表 格 表 0-1 项目节能量预测表 .................................................9 表1-1 全国近年废气中二氧化硫的排放量...................................13 表1-2 全国近年废气中主要污染物排放量...................................13 表 4-1 泵类产品类型 ....................................................31 表 4-2 泵的特性 ........................................................32 表 4-3 清水离心泵运行时间统计表 ........................................41 表 4-4 提高清水离心泵效率的技术手段 ....................................45 表 4-5 国际泵类产品强制性能效标准和标识制度 ............................46 表 4-6 CO2排放系数......................................................50 表 4-7 2002年全国部分地区各用电领域平均电价............................53 表 4-8 风机产品类型 ....................................................58 表 4-9 风机主要性能参数 ................................................59 表 4-10 通风机运行时间统计表 ...........................................66 表 4-11 提高通风机效率的技术手段 .......................................71 表 4-12 空气压缩机产品类型 .............................................78 表 4-13 容积式空压机运行时间统计表 .....................................84 表 4-14 提高容积式空气压缩机效率的技术手段 .............................86 表 5-1 生产商重视技术创新程度统计 .....................................100 表 5-2 生产商对提高产品能效的支持程度统计 .............................100 表 5-3 CCP、VF、DAC产品制造水平调查...................................101 表 5-4 超前能效标准制定排序 ...........................................105 表 6-1 提高产品能源利用率的途径 .......................................112 表 8-1 基本参数汇总 ...................................................115 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 2图 形 图0-1 项目节能量预测....................................................9 图1-1 不同降水酸度城市比例.............................................14 图 4-1 离心泵典型特性曲线 ..............................................33 图 4-2 2001年泵产品市场份额............................................35 图 4-3 2001年清水离心泵产量比重........................................35 图 4-4 不同规格清水离心泵的平均寿命 ....................................37 图 4-5 清水离心泵产量预测 ..............................................38 图 4-6 清水离心泵社会保有量预测 ........................................39 图 4-7 清水离心泵配套功率趋势图 ........................................40 图 4-8 清水离心泵配套功率分布情况 ......................................41 图 4-9 清水离心泵能耗量预测表 ..........................................43 图 4-10 清水离心泵通常可获得的效率 .....................................47 图 4-11 清水离心泵能效提高幅度企业调查情况 .............................48 图 4-12 清水离心泵节能量预测表 .........................................49 图 4-13 大气污染物减排预测（清水离心泵） ...............................51 图 4-14 2002年全国部分地区电价.........................................52 图 4-15 1990-1999年国家电力公司各电网平均电价变化趋势..................54 图 4-16 2002～2020 年普通工业平均电价预测...............................54 图 4-17 清水离心泵投资增量预测 .........................................56 图 4-18 清水离心泵节能效益预测 .........................................56 图 4-19 风机典型性能曲线 ...............................................60 图 4-20 2001年风机产品市场份额.........................................60 图 4-21 2001年通风机产品市场份额.......................................61 图 4-22 不同规格通风机的平均寿命 .......................................62 图 4-23 通风机产量预测 .................................................63 图 4-24 通风机社会保有量预测 ...........................................64 图 4-25 通风机配套功率趋势图 ...........................................64 图 4-26 通风机配套功率分布情况 .........................................65 图 4-27 通风机能耗预测 .................................................67 图 4-28 不同工业风机效率比较 ...........................................72 图 4-29 通风机厂商对国家强制性最低效率值的期望 .........................73 图 4-30 通风机节能量预测 ...............................................74 图 4-31 污染物减排预测（通风机） .......................................75 图 4-32 通风机投资增量预测 .............................................76 图 4-33 通风机节能经济效益预测 .........................................77 图 4-34 不同规格容积式空压机的平均寿命 .................................81 图 4-35 容积式空气压缩机产量预测（小型、微型） .........................82 图 4-36 容积式空气压缩机产量预测（大中型） .............................82 图 4-37 容积式空压机保有量预测（小型、微型） ...........................83 图 4-38 容积式空压机保有量预测（大中型） ...............................83 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 3 图 4-39 容积式空压机能耗预测 ...........................................85 图 4-40 容积式空压机厂家对国家强制性最低效率值的期望 ...................89 图 4-41 空压机比功率分布情况 ...........................................89 图 4-42 容积式空压机节能预测 ...........................................91 图 4-43 污染物减排预测（容积式空压机） .................................92 图 4-44 容积式空压机投资增量 ...........................................93 图 4-45 容积式空压机节能经济效益 .......................................93 图 7-1 CCP、VF、DAC节能总量预测.......................................113 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 4执行报告 （一）项目概况 工业在我国能源消耗方面占有绝对主 导的地位，耗电量超过全国年总发电量的70，工业领域的节能也一直是我国政府节能工作的重点。随着我国工业化进程进入关键阶段，工业耗能毫 无疑问仍将占据绝对优势。鉴于工业领域主要耗能产品例如电动机、 泵类、空压机、变压器、工业锅炉等能效性能指标、评价方法不尽相同，某 些重要耗能产品的超前能效标准已进行专项研究，本项目中所涉及的主要工 业耗能产品包括风机、泵类和空气压缩机。 风机、泵类、空气压缩机是我国工业领域最主要的耗能设备，属于量大面广的产品，广泛应用于石油、化 工、煤炭及矿产开采、电力、冶金、环保、城建等国民经济各领域。据专 家估计，这类产品的年耗电总量占全国总发电量的40左右， 配套电机容量约占电机额定年产容量的 60。 其中，泵类产品年耗电量约为全国总发电量的20， 风机和空气压缩机产品则各占10左右。我国风机、泵类、空气压缩机的产品性能和能源效率水平与发达国家的产品水平相比还存在着一定的 差距，能源浪费现象相当严重。加上近几年我国能源短缺， 电力供应无法满足需求的现象屡见不鲜,2004年用电高峰期，全国先后有超过24 个省级 电网出现拉闸限电的现象。节约能源，提高工业耗能产品能源利用效率进一步得到了我国政府的重视。 截至目前，我国已经相继研制完成了 一系列工业领域主要耗能产品的能效标准。其中电动机能效标准于200 2年开始实施；容积式空气压缩机的执行报告 5 能效标准于 2003 年 5 月份发布，并于 11 月 1 日开始实施；清水离心泵和通风机的能效标准正在进行公示，近期可 望发布。这些已颁布的能效标准大多属于现状标准，一般在发布后半年内 开始实施，因此此类能效标准中的指标普遍偏低。为了切实达到能效标准 的节能效果，也为企业树立明确的发展目标，鼓励企业走上技术创新的发 展道路，研究主要工业产品超前能效标准的可行性提上了工作日程。目前，在美国能源基金会、CLASP的资助下，我们正在组织电动机超前能效标准 的研究工作。与此同时，风机、泵类和空气压缩机超前能效标准的可行性 研究项目也得到了美国能源基金会、大卫与露茜尔·派克德基金会和威廉 与佛洛拉·休利特基金会的鼎力资助。本项目的起始时间为 2004 年 7 月至 2005 年 1 月，项目资助号G-0404-07383。合 同的执行单位为中国标准化研究院，项目开展得到了国际铜业协会、国家压缩机制冷设备质检 中心等相关机构的帮助，在此表示衷心的感谢。 本项目的主要研究内容包括风机、泵 类和空气压缩机产品最新的市场调查、研究和预测，产品能耗情况和节能 经济效益模型分析，国内外相关产品的能效情况，超前能效标准的研制、 执行障碍分析，产品能效标准研制排序表以及可行的政策建议和措施等方面。 （二）主要工作过程 超前能效标准可行性研究工作可分为四个阶段。 第一阶段收集分析国内外相关资料。 包括查询国家统计局、机械行业协会、国家信息中心等国内权威统计机构 的统计信息，查阅相关行业报告、主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 6学术论文、产品手册和书籍等。调查内容 主要包括行业总体概况，三类主要工业耗能产品的产量、供需状况。通 过对大量统计数据的收集和分析，我们确立了项目研究的分析对象，即在 泵类、风机和压缩机产品中占据着主导地位的清水离心泵、通风机和容积 式空气压缩机。此外，项目组对国外相关产品的行业概况、相关产品标准 特别是能效方面的标准、产品的技术创新以及政府在推行高效产品时 采用的政策措施等也进行了收集和研究。 第二阶段开展全国性的市场调查。研 究所委托国内权威调查公司（北京智诚友邦信息咨询有限公司）对国内风 机、泵类、空气压缩机生产企业进行全面调查，此次调查对象偏重于大 中型生产商。调查的主要参数包括产品的平均配套功率、产品典型寿命、高 效产品型号、先进生产技术、对提高产品能效标准限定值指标的态度等问 题。由于调查内容繁多，涉及到三类主要工业耗能产品，加上项目经费有 限，此次调查主要是定性调查。对于分析模型中关键参数的定量化，则主 要参考了国家统计机构的统计信息和专家的意见加以确定。. 第三阶段确定技术指标和模型分析。 根据市场调查反馈的信息、国家统计资料、专家意见以及三类产品现行能 效标准中的能效限定值和节能评价值来初步设定超前能效指标并进行模型 分析，以便更好的检验指标是否合理。 第四阶段撰写研究报告。根据以上调 研分析，比较三类产品的节能潜力、技术可行性，对产品超前能效标准 制定的先后顺序进行排序，分析超前能效标准的制定和执行障碍，提出政策 建议、措施，并撰写、修改、完执行报告 7 善研究报告。 （三）项目实施效果预测 风机、泵类和空气压缩机属于通用机械类产品，在中国国民经济各行各业中占有很重要的地位。这类产品的突 出特点是量大面广，几乎是无处不见。相对于发达国家，我国现有的风 机、泵类和空压机产品的技术含量比较低，提升的空间很大，随之带来的节 能和环保效益也是相当惊人的。以现行的（或处于公示阶段的）产品能效 标准为依据，将清水离心泵和容积式空气压缩机的节能评价值作为其超前 能效标准中的能效限定值，将通风机的设计点效率值作为其超前能效标准 中的能效限定值，根据节能模型分析，如果超前能效标准在2008年开始生效，那么预计清水离心泵到2020年将累计节电3437.16 亿度，折合一次能源 1.28 亿吨标煤。由于节电而相应带来的污染物减排量到2020 年累计为9666.43万吨碳、 151.32万吨氮氧化物、217.12万吨二氧化硫和922.03万吨微细颗粒物；同时为峰值需求减少累计贡献 2.00 亿千瓦。对 于通风机项目，预计到 2020 年将累计节电1248.69亿度，折合一次能源4646.53万吨标煤。由于节电而相应带来的污染物减排量到2020 年累计为3511.74万吨碳、54.92万吨氮氧化物、78.88万吨二氧化硫和 334.97 万吨微细颗 粒物；同时为峰值需求减少累计贡献0.57 亿千瓦。 容积式空气压缩机项目预计到2020 年将累计节电1165.93 亿度，折合一次能源 4339.68 万吨标 煤。由于节电而相应带来的污染物减排量在 2020 年累计为 3278.97 万吨碳、51.33 万吨氮氧化物、73.65 万吨二氧化硫和 312.76 万吨微细颗粒物；同时为峰值需求减少累计贡献 0.54 亿主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 8千瓦。详细数据如表0-1和图0-1 所示。 第一章 ﹒前言﹒ 9 表 0-1 项目节能量预测表（MMTce） 年份 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 CCP 0.65 1.98 3.38 4.86 6.41 8.05 9.77 11.58 13.49 VF 0.24 0.73 1.24 1.78 2.34 2.93 3.60 4.22 4.91 DAC 0.24 0.73 1.28 1.89 2.31 2.77 3.28 3.85 4.30 TOTAL 1.13 3.44 5.90 8.53 11.06 13.75 16.61 19.65 22.70 年份 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CCP 15.51 16.42 17.38 18.40 16.44 13.05 9.07 5.40 2.68 VF 5.63 5.95 6.29 6.65 5.94 4.72 3.28 1.95 0.97 DAC 4.79 5.34 5.96 6.65 5.41 3.50 1.77 0.75 0.28 TOTAL 25.94 27.72 29.64 31.70 27.79 21.27 14.12 8.10 3.93 年份 2026 2027 2028 2029 2030 CCP 1.06 0.32 0.06 0.01 0 VF 0.38 0.11 0.02 0.002 0 DAC 0.07 0.01 0 TOTAL 1.52 0.44 0.09 0.01 0 注CCP代表清水离心泵；VF代表通风机；DAC代表容积式空气压缩机 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 100369121518212008 2012 2016 2020 2024 2028年份节能量（MMTce）CCPVFDAC图 0-1 项目节能量预测（MMTce） 通风机、清水离心泵和容积式空气压 缩机能效标准的提高所产生的节能效果是显而易见的，在目前国家能源严 重紧缺，全国人民响应国家节能政策，开展节能行动的大环境下，进一步 制定主要耗能产品的超前能效标准对规范产品市场、促进企业技术创新以 及最终实现我国既定的节能战略目标都具有深远意义。 考虑到当前产品的技术水平、行业发展状况，征求主要生产企业和行业专家的意见，再结合工程/经济模型的分析结果，对三类工业产品超前能效标准制定的排序问题进行综合分析，建 议首先针对清水离心泵制定超前能效标准，随后相继扩展到通 风机和容积式空气压缩机。 （四）政策建议 能效标准的制定、实施必须结合相应 的配套政策和措施才能起到促进企业技术革新、规范市场行为、保证经济 持续发展等作用。政府应该抓紧第一章 前言 11 完善实施高耗能产品淘汰制度等配套节能 法规、建立有效的节能监督和管理机制、尽快建立财政资助和激励政 策、加大用户宣传和培训等常规方法。另外，考虑到风机、泵类和空气压缩机产 品在国际上还没有成熟的能效标准可以直接转化、国内通用设备的生产技 术水平普遍较低，政府应该加大力度支持此类产品的研发工作，建立节能 共性技术、通用设备的科研基地和信息平台，鼓励高新技术和先进技术的 开发、引进和吸收，整合现有的产品性能信息和数据，从而为风机、 泵类和空压机超前能效标准的制定和实施、为企业的技术革新和高能效产品市场的全面转型提供强有力的保障。 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 12一、 前言 1．当前能源环境形势 伴随着我国经济的高速发展，“电荒 ”、“煤荒”和“油荒”一时成为社会普遍关注热点，能源问题已经成为 我国全面建设小康社会，实现国民经济可持续高速发展的一大瓶颈，能源供需矛盾已经相当突出。2003 年，我国煤炭生产达 16.67 亿吨；石油生产 1.7 亿吨，进口油品 1 亿多吨；电力生产方面，全国总装机容量达到3.85 亿千瓦，同比增长7.8，全国累计发电 19080 亿千瓦时，同比增长 15.3；全国 6000 千瓦以上电厂设备利用小时数达到 5250 小时，比 2002 年增加 390 小时。另一方面，我国经济继续保持高速发展，国内生产总值比上年增长9.1％，达到11.7 万亿元,按现行汇率计算，人均国内生产总值突破 1000 美元 。经济的高速增长极大地刺激了能源需求，使我国能源资源的有限 性与经济、社会发展对能源需求的无限性之间的矛盾全面激化。我国先后有 20 多个省级电网拉闸限电，特别是这两年夏天用电高峰期，石油、煤、 电频频告急，严重影响工农业生产和人民群众的日常生活。 我国能源消费以煤为主，伴生的环境问题日益突出。2002 年，煤炭消费量14.2 亿吨，比1990 年增长34，年均增长2.5。近70的原煤没有经过洗选直接燃烧，燃煤造成的二氧 化硫和烟尘排放量约占排放总量的70∼80，二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的三分之一；化石燃料二氧化碳排放是我国温室气体的主要来 源。根据中国环境保护总局 2003年度报告，我国二氧化硫、颗粒物以及酸 雨的污染相当严重并出现反弹的第一章 前言 13 现象。 2003年， 全国废气中二氧化硫排放量2158.7万吨， 比上年增加12.0，达到了自1999年以来的最高点。 表 1-1 全国近年废气中二氧化硫的排放量 单位万吨 二氧化硫排放量 项目 年度 工业 生活 合计 1999年 1460.1 397.4 1857.5 2000年 1612.5 382.6 1995.1 2001年 1566.6 381.2 1947.8 2002年 1562 364.6 1926.6 2003年 1791.4 367.3 2158.7 年度增减率（） 14.7 0.6 12 资料来源中国环境保护总局 2003 年度报告 2003 年全国废气中烟尘排放量 1048.7 万吨，比上年增加 3.6。其中工业烟尘排放量846.2 万吨，占烟尘排放总量的80.7，比上年增加5.2。 表 1-2 全国近年废气中主要污染物排放量 单位万吨 烟尘排放量 工业粉尘 项目 年度 合计 工业 生活 排放量 1999年 1159 953.4 205.6 1175.3 2000年 1165.4 953.3 212.1 1092 2001年 1069.8 851.9 217.9 990.6 2002年 1012.7 804.2 208.5 941 2003年 1048.7 846.2 202.5 1021 年度增减率（） 3.5 5.2 -2.9 8.5 资料来源中国环境保护总局 2003 年度报告 主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 14487个市 （县） 的降水监测结果显示， 2003 年降水年均pH值范围为3.67（江西省萍乡市）～8.40（甘肃省嘉峪关市） 。与上年相比，出现酸雨的城市比例增加4.1；降水年均 pH 值小于和等于5.6的城市比例上升了4.7，其中降水年均pH 值小于4.5 的城市比例增加 2.8； 酸雨频率超过40的城市比例上升了7.2，酸雨污染较上年加重。 图1-1 不同降水酸度城市比例 2．能源储量与分布 虽然我国地大物博，资源丰富，煤炭 、石油、天然气、水电等几种常规能源的绝对储量居世界前列，但是由于 我国人口基数庞大，一次能源资源情况不容乐观。2000 年人均石油剩余可采储量只有 2.6 万吨，人均天然气剩余可采储量 1074 立方米，人均煤炭剩余可采储量 90 吨，分别为世界平均值的11.1、4.3和55.4。 在作为能源主要形式的电力方面，中国人均用电仅为世界平均用电的 1/3，目前的电力缺口达到 9.93。根据日本能源研究所的报告，电力缺口到 2010 年还会剧增至 15，而中国的石油资源第一章 前言 15 也只够开采几十年，煤炭则只能维持约200 年。 我国的能源消费结构中，煤炭占有绝 对主要地位，其次是石油、水电和天然气。2002年，我国能源消费结构为煤炭 66.1，石油23.4，天然气2.7， 水电7.8。 相比较而言， 美国2001 年的能源消费结构为煤炭24.37，石油 38.69，天然气 23.72，水电 6 .78。显而易见，我国能源结构中煤炭所占比例过大，优质能源所占比例 较小。这种消费结构造成我国能源效率和经济效益的低下（烧煤的工业锅炉平均热效率为68，而烧油平均热效率可达 87） ；又因我国煤炭资源分布不均，煤炭资源有 60分布在华北，水力资源有70分布在西南。而经济发达、工业和人口比较集中（约占全国人口总数的 37）的南方八省一市，能源却比较缺乏（其中煤炭占全国的2，水力占 10） 。我国人均资源储量的贫乏加上有限资源构成比例及分布的不合理使我国能源形势处于非常严峻的状态。 3．能源利用 我国能源利用效率低是造成我国能源 需求扩大的另外一个重要因素。以能源技术效率指标来衡量，我国包括能 源加工、转换、储运和终端利用各个环节在内的能源效率由 1980 年的26提高到2000年的33，但是仍比先进国家约低10 个百分点。以能源经济效率指标来衡量，单位产品能耗比发达国家高 20 ∼80，加权平均高 40左右。如火电供电煤耗高 28，大中型钢铁企业吨钢综合能耗高 25，大型合成氨综合能耗高 40。2001 年，我国 1 亿美元 GDP 消耗能源约 11 ∼12 万吨标准煤，单位产值能耗约为日本的6.58 倍，德国的 4.49 倍，美国的 3.65 倍，巴西的 2.35 倍，印度的 1.24倍，成为世界上单位产值能耗最高的国家 之一。以上数据说明了我国在能主要工业耗能产品超前能效标准可行性研究 16源利用方面存在的浪费相当严重，蕴藏着十分巨大的节能潜力。 4．能源需求预测 中国目前是全球第一煤炭消费大国， 是仅次于美国的全球第二石油、电力消费大国。未来20年是我国实现工业化的关键时期，也是经济结构、城市化水平、居民消费结构发生明显变化的阶段。据专家预测，到 2020 年，中国石油需求量为 4 亿吨，年均递增12；天然气在一次能源消费中，所占比例将由目前的 2.7增长到 10以上；中国石油对外依存度从 1995 年的7.6增加到 2000 年的 31，预计到 2020 年接近 60，与目前美国 58的对外依存度大体相当。即使按照最乐观的估计，中国的能源需求总量在 2020年仍将达到近25 亿吨标准煤，比2000年高出了90；而最为悲观的估计，约为33 亿吨标准煤，则要高出152。在政府实施增加能源开采量、建立畅通的能源流通系统、调整能源消费结构等 诸多政策措施之际，节约能源，提高能源利用效率无疑是保障国家能源供 应、实现可持续发展最为有效的措施之一。 5．政府节能规划及重点 改革开放以来，我国在能源领域实行 “开发与节约并重，把节约放在首位”的方针，并且长期以来把节能重点 放在工业领域，能源开发与节约工作取得重大进展，能源效率有明显提高。1980 ∼2000年，我国以能源年均4.6的增长支持着国民经济年均 9.7的高速增长，实现了能源翻一番、经济增长翻两番的目标，保证了支撑国 民经济发展的能源需要。 中国2020年能源发展的战略可概括为节能优先、清洁环保、供应安第一章 前言 17 全、市场推动。节能是中国能源战略和政 策的核心，要以终端节能为主，政策引导，辅以激励政策，重点抓好交通 、建筑和工业节能。我国产业结构和工业高耗能产业比例的调整需要足够 的时间，虽然现阶段交通和