電采暖典型技術(shù)綜合效益評價研究

周景宏 王春建 王靜

摘要：近年來我國持續(xù)出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，城市燃煤供暖引發(fā)的環(huán)境污染問題再次引人關(guān)注。電采暖作為一種新型的采暖方式，是應(yīng)對化石能源危機(jī)和環(huán)境問題的重要途徑。本文首先對電采暖典型技術(shù)進(jìn)行了分析，為電采暖方式選擇提供了建議;繼而以某地區(qū)項目為例將其應(yīng)用電采暖與其它采暖方式從費(fèi)用年值、能耗量、污染物排放量等方面展開了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的綜合評價，對電采暖技術(shù)的綜合效益進(jìn)行全面的量化評價，并依據(jù)評價結(jié)果給電采暖的健康發(fā)展提供建議，對于電采暖實施推廣有重要的現(xiàn)實意義。

Abstract： The continuous severe haze weather has been experiencing in China recent years， which drew attention about the air pollution problem caused by the coal-fired heating in northern cities. Electric heating as a new type of heating method， it is an important technique to deal with the fossil energy crisis and environmental problems. This paper firstly analyzed the technical scheme of electric heating and provides suggestions for the choice of electric heating mode. Then， taking a project in a certain area of China as an example， the application of electric heating and other heating methods from the annual cost， energy consumption， pollutant emissions and other aspects of the economic and environmental benefits evaluation， comprehensive evaluation of the benefit of electric heating technology was finished to obtain revelation for development based on evaluation result. Thus， this research has important practical significance for the implementation of electric heating technique.

關(guān)鍵詞：電采暖技術(shù);經(jīng)濟(jì)效益評價;環(huán)境效益評價

Key words： electrical heating technique;economic benefit evaluation;environmental benefit evaluation

中圖分類號：F426;F299.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）29-0122-04

0? 引言

為應(yīng)對日益嚴(yán)重的化石能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，我國明確了實施電能替代能源發(fā)展方向，通過以電代煤、以電代氣、以電代油，推動能源結(jié)構(gòu)性改革，實現(xiàn)能源供應(yīng)清潔化。電采暖技術(shù)作為一種電能替代方式，是解決我國冬季供暖引發(fā)大范圍環(huán)境問題的重要途徑，能夠獲得經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會等方面的綜合效益。而針對電采暖技術(shù)構(gòu)建合理的綜合效益評價模型，是選擇具有競爭性電采暖方式的必要環(huán)節(jié)，因此進(jìn)行電采暖項目的綜合效益評價是十分必要的。

國內(nèi)外學(xué)者對電采暖項目必要性及其效益進(jìn)行了相關(guān)研究，主要包括能效提升[1]、降低污染物排放，顯著提升環(huán)境效益[2]、地源熱泵[3]、蓄熱式[4]、分散式[5]和集中式電采暖技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。可以看出研究者在考慮電采暖應(yīng)用技術(shù)及效益的過程中，主要是將電采暖技術(shù)和效益分開來看，并僅從單一的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境或社會等角度對電采暖效益進(jìn)行了分析，不能整體體現(xiàn)電采暖技術(shù)的競爭性。針對這一問題，本文構(gòu)建電采暖技術(shù)綜合評價模型，以華北某地區(qū)項目為例將其應(yīng)用電采暖與其它采暖方式從費(fèi)用年值、能耗量、污染物排放量等方面展開了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會三個角度的綜合分析研究，對電采暖項目綜合效益進(jìn)行了綜合量化評價，評價結(jié)果對電采暖的健康發(fā)展提供一些建議。

1? 評價體系構(gòu)建

在進(jìn)行電采暖典型項目綜合效益評價時，首先對電采暖技術(shù)方案進(jìn)行分析，確定采暖對象可采用的各種電采暖形式，再與其他非電采暖方式經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約能耗、污染物減排等方面的對比分析來論證電采暖的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性和社會環(huán)境友好性，研究思路如圖1。

1.1 電采暖技術(shù)分析

1.1.1 電采暖對象及技術(shù)介紹

在電采暖技術(shù)的應(yīng)用選擇時，需針對不同類型采暖對象，因地制宜的選取與其相適應(yīng)的電采暖技術(shù)，充分發(fā)揮電采暖的應(yīng)用優(yōu)勢，實現(xiàn)電采暖應(yīng)用的效益最大化。如果不能根據(jù)采暖對象及其所處地區(qū)具體實際情況選擇最適宜的電采暖技術(shù)和設(shè)備，將可能導(dǎo)致運(yùn)行中故障頻出，運(yùn)行費(fèi)用高出正常水平，不能發(fā)揮出電采暖的應(yīng)有效果。電采暖對象主要包括：山區(qū)、農(nóng)村等分散建筑;居民、商業(yè)小區(qū)等集中建筑;廠房、商場、學(xué)校、辦公樓等公共建筑。

近年來，隨著電采暖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電采暖技術(shù)不斷創(chuàng)新，可供選擇的電采暖方式和技術(shù)種類繁多，各種新型電采暖設(shè)備不斷涌現(xiàn)。目前，國內(nèi)的電采暖技術(shù)主要分為電阻式和熱泵式，其中電阻式主要包括電鍋爐、電暖器、電熱膜和電熱地板，熱泵式主要包括氣源、水源、地源熱泵[5]，各類電采暖技術(shù)如圖2所示。

1.1.2 電采暖技術(shù)選擇

本文針對各種電采暖技術(shù)的特點(diǎn)，為不同類型的電采暖替代對象采用電采暖形式提供了選擇建議。在熱力（燃?xì)猓┕芫W(wǎng)無法達(dá)到的山區(qū)、農(nóng)村等分散式居民住宅，可推廣蓄熱式電鍋爐、電暖器和電熱膜等分散電采暖技術(shù)，以加快新一輪農(nóng)村電網(wǎng)改造升級;對集中的居民、商業(yè)小區(qū)這類建筑可采用電鍋爐和熱泵式進(jìn)行采暖，其產(chǎn)生的熱媒（熱水或蒸汽）由集中供熱管道輸送到每個房間，很大程度上提高了資源利用率，降低了資源的消耗;對包括廠房、商場、學(xué)校、辦公樓在內(nèi)的公共建筑可采用電暖器和相變電熱式電熱地板等采暖方式，使公共建筑的施工工藝更加符合綠色節(jié)能的概念。

1.2 電采暖綜合效益評價

結(jié)合不同電采暖項目帶來的經(jīng)濟(jì)性和社會性影響因素，經(jīng)過文案調(diào)查、實地調(diào)查、專家調(diào)查等途徑，采用定性分析與定量分析相結(jié)合的方法，將電采暖綜合效益評價指標(biāo)分為經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)、環(huán)境效益指標(biāo)和社會效益指標(biāo)3類一級指標(biāo)，10類二級指標(biāo)，構(gòu)建出基于電采暖項目綜合效益評價指標(biāo)體系，見表1。

1.2.1 經(jīng)濟(jì)效益評價模型

電采暖經(jīng)濟(jì)效益評價模型考慮項目初始投資成本和運(yùn)行成本，引入費(fèi)用年值概念，將初投資成本按項目壽命周期折舊到每一年，在與每年的運(yùn)行費(fèi)用相加得到，通過計算項目費(fèi)用年值 AW，可以對比不同壽命周期的項目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對比，計算公式如下：

其中，i為投資收益率，取 10%;n為壽命期;Co為初投資費(fèi)用;C為年運(yùn)行費(fèi)用。

1.2.2 環(huán)境效益評價模型

采暖期環(huán)境效益主要體現(xiàn)在替代傳統(tǒng)化石燃料污染物排放量，污染物排放量與采暖能耗量有著直接的關(guān)系，因此將除天然氣之外的能耗量統(tǒng)一折算為標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗量計算各自的污染物排放量，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)煤低位燃料熱值29.27MJ/kg。不同形式標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒污染物排放因子如表2所示。

污染物排放量=排放因子×單位面積能耗量 （3）

2? 實例分析

2.1 數(shù)據(jù)選取說明

隨著住宅小區(qū)建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們對環(huán)境的要求越來越高，房間冬季供暖需求逐年增加。我國秦嶺和淮河以北的華北、西北、東北三北地區(qū)一直是傳統(tǒng)的主要供暖地區(qū)，在這些地區(qū)冬季供暖是居民生產(chǎn)和生活的必要條件。并且其他的4個地區(qū)并不全是不需要采暖，只是這幾個地區(qū)的大部分區(qū)域根據(jù)國家規(guī)定沒有集中供暖的政策要求，一般采用分散電采暖。各地區(qū)采暖期及主要采暖方式見表3。其中，建筑物類型設(shè)定為普通住宅，建筑面積設(shè)定為11111m2，供暖時段為120天。據(jù)本文建筑物特點(diǎn)，取采暖熱指標(biāo)為63W/m2，因此采暖設(shè)計熱負(fù)荷約為0.7MW。

目前，我國華北地區(qū)對集中的居民、商業(yè)小區(qū)這類建筑主要采暖方式可分為以煤碳、天然氣為能源的采暖方式、電采暖方式三類，其中由1.1.2電采暖技術(shù)選擇建議可知電采暖可選用的技術(shù)主要有地源熱泵和電鍋爐。因此項目冬季采暖可選用的方式主要有以下四種：①燃煤鍋爐房;②燃?xì)忮仩t;③地源熱泵式;④電鍋爐。

2.2 評價過程

2.2.1 經(jīng)濟(jì)效益評價

①初始投資費(fèi)用。

由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算得電鍋爐房初投資總費(fèi)用為132.35萬元。并對電采暖和其它采暖方式的初投資進(jìn)行測算，并將對比方案的初投資折算到單位供暖面積進(jìn)行比較，如表4所示。

通過對比項目燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、地源熱泵、電采暖四種采暖方式的初投資費(fèi)用，可以發(fā)現(xiàn)，地源熱泵采暖系統(tǒng)在初投資方面要顯著高于其它采暖方式，電鍋爐采暖和燃煤、燃?xì)獠膳跬顿Y費(fèi)相近。

②運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

住宅樓設(shè)計負(fù)荷設(shè)定為700kW，計算采暖季總熱負(fù)荷，采暖期120天，每天采暖24h，熱負(fù)荷平均系數(shù)取值計算為0.66：則該住宅采暖季總熱負(fù)荷為1.33×106kWh。通過上文的計算，表5給出了幾種采暖方式的單位采暖面積運(yùn)行費(fèi)用比較結(jié)果。

③不同采暖方式費(fèi)用年值。

費(fèi)用年值是將初投資費(fèi)用按設(shè)備的壽命周期折舊到每一年，在與每年的運(yùn)行費(fèi)用相加得到，通過計算項目費(fèi)用年值A(chǔ)W，可以對比不同壽命周期的項目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對比，各種燃煤、燃?xì)忮仩t、外網(wǎng)的使用壽命均取15年;地源熱泵使用壽命20年;電鍋爐系統(tǒng)25年，上面分別對幾種采暖方式的費(fèi)用年值進(jìn)行了測算，現(xiàn)將對比方案的費(fèi)用年值折算到單位供暖面積進(jìn)行比較，比較結(jié)果見表6。

通過對比某普通居民住宅小區(qū)各種采暖方式的費(fèi)用年值，可以發(fā)現(xiàn)電鍋爐直接電采暖費(fèi)用顯著高于其它采暖方式，比費(fèi)用年值最低的地源熱泵電采暖系統(tǒng)高75.56%，比燃煤鍋爐房高59.98%，比燃?xì)忮仩t房還要高15.11%。因此可以得出，電鍋爐直接電采暖進(jìn)行采暖經(jīng)濟(jì)效益不好，經(jīng)濟(jì)上可行性不大;地源熱泵電采暖費(fèi)用遠(yuǎn)低于其它采暖方式，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.2 環(huán)境效益評價

電采暖方式替代燃煤鍋爐采暖的環(huán)境效益主要體現(xiàn)在減少散布在城市各處的鍋爐房煤炭燃燒直接向大氣中排放污染物，不同電采暖方式折算的污染物排放量數(shù)據(jù)如表7所示。

本文選用地源熱泵和電鍋爐的采暖能耗和污染物排放量進(jìn)行模擬計算，并以燃煤鍋爐房、燃?xì)忮仩t房采暖作為對比進(jìn)行研究，論證電采暖方式的環(huán)境效益。將幾種采暖方式污染物排放量進(jìn)行對比如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)利用火力發(fā)電廠生產(chǎn)的電能進(jìn)行電鍋爐采暖與采用清潔能源發(fā)電的電鍋爐采暖污染物排放差別巨大，且多種電采暖方式中地源熱泵系統(tǒng)供熱的環(huán)境效益最優(yōu)，是最具有環(huán)境效益的供暖方式。

3? 結(jié)論

為更好地了解電采暖典型技術(shù)，推進(jìn)采用這一新型的采暖形式，本文對電采暖典型技術(shù)進(jìn)行了綜合評價，并從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益角度將電采暖與燃煤、燃?xì)獾炔膳绞竭M(jìn)行了深入的對比研究，得出了以下結(jié)論：

①對國內(nèi)的主要電采暖技術(shù)進(jìn)行了分類，主要分為電阻式和熱泵式，其中電阻式主要包括電鍋爐、電暖器、電熱膜和電熱地板，熱泵式主要包括氣源、水源、地源熱泵;對各種電采暖技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并依據(jù)各種電采暖技術(shù)的特點(diǎn)為各類采暖對象的電采暖應(yīng)用技術(shù)提供了建議;同時應(yīng)注意在進(jìn)行電采暖應(yīng)用技術(shù)的選擇時，要針對不同類型采暖對象，因地制宜的選取與其相適應(yīng)的電采暖技術(shù)，充分發(fā)揮電采暖的應(yīng)用優(yōu)勢，實現(xiàn)電采暖應(yīng)用的效益最大化。

②相較而言，電鍋爐直接電采暖經(jīng)濟(jì)上可行性不大。通過對比某普通居民住宅小區(qū)各種采暖方式的費(fèi)用年值，可以發(fā)現(xiàn)電鍋爐直接電采暖費(fèi)用要顯著高于其它采暖方式，比費(fèi)用年值最低的地源熱泵電采暖系統(tǒng)高75.56%，比燃煤鍋爐房高59.98%，比燃?xì)忮仩t房還要高15.11%?？梢钥闯?，地源熱泵電采暖費(fèi)用遠(yuǎn)低于其它采暖方式，但實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，其限制條件過多，不能廣泛應(yīng)用。

③電采暖對采暖地環(huán)境效益顯著，對發(fā)電地環(huán)境有不良影響。采用火力發(fā)電廠生產(chǎn)的電能進(jìn)行電鍋爐和地源熱泵電采暖對采暖地污染物幾乎為0，但是對發(fā)電地，各種污染物排放量較多。電采暖能讓污染源轉(zhuǎn)移，使采暖季城市環(huán)境有所改善，但目前火電廠的發(fā)電效率不高，以及脫氮、除塵技術(shù)的限制，采用直接電采暖會增加污染物的排放量，僅CO2排放量就比比燃煤鍋爐房高56.4%、比地源熱泵機(jī)房高344.7%、比燃?xì)忮仩t房高260.6%;長遠(yuǎn)來看，直接采用火力發(fā)電廠生產(chǎn)的電能進(jìn)行采暖的方式對環(huán)境帶來極大的危害;而采用清潔能源發(fā)電進(jìn)行電采暖能有效降低發(fā)電地能耗和污染物的排放，顯著提高電采暖環(huán)境效益。

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