相變蓄熱電采暖經(jīng)濟(jì)性分析

祝藝丹

（吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，長春 130114）

從全球形勢來看，能源革命發(fā)展趨勢以清潔能源為主流，旨在逐步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)[1]。近年來，為了解決北方地區(qū)燃煤取暖產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，國家出臺了“煤改電”等一系列保護(hù)政策，因此清潔能源電采暖被廣泛關(guān)注及應(yīng)用，清潔供暖已成為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分[2-3]。

目前，直供式電采暖以其安裝控制方便、升溫速度快、綠色環(huán)保等優(yōu)勢被企業(yè)和個(gè)人用戶所使用，但除去電采暖電價(jià)優(yōu)惠政策補(bǔ)貼外，電費(fèi)仍然較高[4]。在這種情況下，筆者提出一種相變蓄熱式電采暖供熱方式，將相變蓄熱的原理與電采暖相結(jié)合，預(yù)期通過間歇式供暖，利用蓄熱式電采暖峰谷電價(jià)，谷時(shí)加熱蓄熱，峰時(shí)停止加熱，利用所蓄的熱量進(jìn)行供熱，既避開了用電高峰，又節(jié)省了電費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)電能“移峰填谷”的目標(biāo)[5]。

以吉林省長春市某40 m2房間為例，本文對比分析了常規(guī)電采暖系統(tǒng)（方案一）與帶有蓄熱功能的電采暖系統(tǒng)（方案二）的經(jīng)濟(jì)性，該分析過程涉及初投資、年運(yùn)行費(fèi)用及簡單回收期三個(gè)方面。

1 初投資

兩種方案的初投資主要是指研究并計(jì)算費(fèi)兩種采暖形式的前期造價(jià)成本。首先介紹兩種方案的前期造價(jià)詳細(xì)費(fèi)用情況。

1.1 方案一：直供式電采暖系統(tǒng)

該系統(tǒng)以發(fā)熱電纜為發(fā)熱體。購買電纜的費(fèi)用是方案一系統(tǒng)的主要投入費(fèi)用：以50 W/m2作為供熱指標(biāo)，單價(jià)為1.5元/W，由于供熱所要達(dá)到的總負(fù)荷為50×40=2000 W，所以40 m2房間的熱源造價(jià)為1.5×2000=3000元。本文選取水泥砂漿作為熱源下方結(jié)構(gòu)層填充物，其造價(jià)為20元/m2，根據(jù)房間需求水泥砂漿成本為40×20=800元。

1.2 方案二：相變蓄熱電采暖系統(tǒng)

熱源造價(jià)與方案一相同，為3000元。據(jù)所給40 m2建筑的面積可知，實(shí)際的采暖安裝面積是：2000/460=4.35 m2，式中，460 W/m2是發(fā)熱源的發(fā)熱量，2000 W是房間采暖的總負(fù)荷。本文選取石蠟微膠囊和泡沫金屬銅的復(fù)合材料作為相變蓄熱式電采暖裝置中的相變蓄熱結(jié)構(gòu)層。其造價(jià)計(jì)算為：泡沫金屬銅成本計(jì)算公式為4.35 m2×1000元/ m2=4350元；石蠟微膠囊單價(jià)為20元/kg，為實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)谷時(shí)蓄熱8 h的想法，按照實(shí)際采暖安裝面積，經(jīng)理論計(jì)算共需34.8 kg石蠟微膠囊，因此總計(jì)材料石蠟微膠囊的投入費(fèi)用是20×34.8=696元。

上述計(jì)算得到直供式電采暖系統(tǒng)及相變蓄熱式電采暖系統(tǒng)的初投資結(jié)果，如表1所示。

表1 二種方案初投資

比較二種方案的初投資可以得出，相變蓄熱電采暖系統(tǒng)初投資較高，其原因是作為蓄熱主體材料的石蠟微膠囊是新型相變材料，制備過程較復(fù)雜；作為強(qiáng)化傳熱及骨架支撐的泡沫金屬銅材料的工藝要求較高。前期材料費(fèi)用投入成本高，導(dǎo)致初投資較高。若單純以兩個(gè)方案的初投資為對比條件，顯而易見，方案一即常規(guī)式直接供熱電采暖系統(tǒng)有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。但僅僅根據(jù)初投資的多少來判定方案一及方案二的經(jīng)濟(jì)性，并不具有代表性。若想真正得到經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果，應(yīng)考慮分析兩種方案整個(gè)生命周期的經(jīng)濟(jì)性，再進(jìn)行比較選擇。

2 年運(yùn)行費(fèi)用

將清潔能源電能作熱源的供暖系統(tǒng)主要以電費(fèi)指標(biāo)來計(jì)算系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用。以北方地區(qū)長春為例，根據(jù)當(dāng)?shù)卣撸妰r(jià)分為常規(guī)峰谷用電電價(jià)以及蓄熱式電采暖用電電價(jià)。其中，直供式電采暖系統(tǒng)以常規(guī)峰谷用電電價(jià)（見表2）為參照標(biāo)準(zhǔn)，而相變蓄熱式電采暖系統(tǒng)以蓄熱式電采暖用電電價(jià)（見表3）為參考標(biāo)準(zhǔn)[6]。

表2 長春地區(qū)常規(guī)式峰谷用電電價(jià)

表3 長春地區(qū)蓄熱式峰谷用電電價(jià)

根據(jù)表2、表3本地電采暖政策電價(jià)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，以長春40 m2房間為例，分別計(jì)算方案一及方案二的年運(yùn)行費(fèi)用。其中采暖面積熱指標(biāo)以50 W/m2標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，因此該房間熱負(fù)荷為2000 W。

2.1 直供式電采暖年運(yùn)行費(fèi)用

應(yīng)用直供式電采暖系統(tǒng)需持續(xù)24 h不間斷供熱，根據(jù)長春市常規(guī)式峰谷用電電價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，一天24 h之內(nèi)，峰時(shí)費(fèi)用計(jì)算可得2×13×0.562=14.612元；谷時(shí)費(fèi)用計(jì)算可得2×11×0.329=7.238元。由于長春本地采暖季持續(xù)168 d，故年運(yùn)行費(fèi)用為168×（14.612+7.238）=3670.5元。

2.2 相變蓄熱電采暖年運(yùn)行費(fèi)用

政府為鼓勵(lì)新型相變蓄熱電采暖系統(tǒng)的應(yīng)用，響應(yīng)節(jié)能環(huán)保的號召，提供用電補(bǔ)貼，出臺蓄熱式峰谷用電電價(jià)政策。相變蓄熱電采暖系統(tǒng)能滿足晚上供熱蓄熱（谷時(shí)）8 h，白天（峰時(shí)）斷電放熱12 h的供熱要求。根據(jù)蓄熱式峰谷用電電價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，具有蓄熱功能的電采暖系統(tǒng)提供電能時(shí)間僅為8 h，谷價(jià)是0.28065元/kW·h，故計(jì)算可得采暖季采暖費(fèi)754.39元。

兩種方案的初投資及年運(yùn)行費(fèi)用情況如表4所示。

表4 兩種方案初投資及年運(yùn)行費(fèi)用

將兩個(gè)方案的年運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較可得，方案二相變蓄熱式電采暖系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用較方案一直供式電采暖系統(tǒng)供熱節(jié)省很多用電費(fèi)用，方案二的年運(yùn)行費(fèi)用僅約為方案一的1/5。若單從年運(yùn)行費(fèi)用方面考慮分析，相變蓄熱電采暖系統(tǒng)能達(dá)到節(jié)省電能的目的及效果，較為經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槔昧水?dāng)?shù)匦顭崾诫姴膳葧r(shí)電價(jià)優(yōu)惠政策，只在谷時(shí)通電供熱，當(dāng)溫度達(dá)到相變材料相變溫度點(diǎn)時(shí)，邊供熱邊蓄熱，日間停止供電，溫度降低，釋放相變潛熱進(jìn)行日間供暖。以上就是方案二年運(yùn)行費(fèi)用較低的原因。

雖然方案二的年運(yùn)行費(fèi)用較低，但從初投資計(jì)算可知，前期投入較高。因此，單方面從初投資或是年運(yùn)行費(fèi)用去判定兩種方案的經(jīng)濟(jì)性，較為片面，不具代表性，下文再引入第三個(gè)判斷方法即簡單投資回收期。

3 簡單投資回收期

簡單回收期是方案一與方案二中供暖系統(tǒng)投入使用后所獲得收益能夠達(dá)到投入總額所需要的時(shí)間。簡單投資回收期的計(jì)算能反映初投資收回的快慢，即計(jì)算所得的簡單回收期數(shù)值越小，說明初投資回收速度越快，經(jīng)濟(jì)性越好。簡單回收期的計(jì)算如式（1）所示。

按照式（1）計(jì)算可得，具有蓄熱功能的電采暖系統(tǒng)的初投資回收期為1.46年，由計(jì)算所得數(shù)據(jù)可看出回收時(shí)間較短，因此方案二初投資雖然較高，但能在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)回收，經(jīng)濟(jì)性更加顯著。

4 結(jié)語

為響應(yīng)使用“清潔能源”的號召，較好地利用當(dāng)?shù)仉妰r(jià)政策，本文提出直供式及相變蓄熱式兩種電采暖供熱方案，并從初投資、年運(yùn)行費(fèi)用及簡單回收期三個(gè)方面對兩種方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，相變蓄熱電采暖系統(tǒng)初投資略高，但初投資回收期較短，約為1.46年，其間能收回成本；相變蓄熱電采暖系統(tǒng)可以根據(jù)峰谷時(shí)間間歇供熱，根據(jù)政府蓄熱式電采暖谷時(shí)電價(jià)較低政策，采暖季其電量的消耗僅為直供式電采暖的1/5。所以，相變蓄熱電采暖系統(tǒng)能夠達(dá)到電力上“移峰填谷”、電價(jià)上惠民利民、環(huán)境上節(jié)能環(huán)保等目的。