電能替代供冷供熱技術(shù)與燃?xì)夥植际侥茉吹募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

(國(guó)網(wǎng)武漢供電公司，湖北 武漢 430074)

我國(guó)正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展階段，居民和非居民供熱、供冷需求持續(xù)快速增長(zhǎng)。電能替代供冷供熱技術(shù)涵蓋電采暖、電鍋爐、熱泵、蓄冷蓄熱等，具有清潔高效、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，且可利用蓄能設(shè)備削峰填谷，調(diào)節(jié)電力供應(yīng)。燃?xì)夥植际侥茉纯赏瑫r(shí)進(jìn)行冷、熱、電的供應(yīng)，具有能源利用率高、供電可靠性高、網(wǎng)損小、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。

電能替代供冷供熱技術(shù)和燃?xì)夥植际侥茉词菄?guó)家十三五期間著重推廣的兩大方向，現(xiàn)對(duì)電能替代供冷供熱技術(shù)和燃?xì)夥植际侥茉吹氖袌?chǎng)規(guī)模、能效模型、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、臨界價(jià)格等進(jìn)行對(duì)比分析，以方便用戶根據(jù)自身需求來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)墓├涔峒夹g(shù)。

1 燃?xì)夥植际侥茉?、電能替代供冷供熱技術(shù)能效模型對(duì)比和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)設(shè)定

1.1 能效模型對(duì)比

電能替代供冷供熱項(xiàng)目采用蓄熱電鍋爐、蓄冷機(jī)組、熱泵、電采暖等技術(shù)，根據(jù)項(xiàng)目負(fù)荷需求、技術(shù)可行性、投資強(qiáng)度，進(jìn)行自由組合(見(jiàn)圖1)。多采用蓄能裝置，取代分散燃煤鍋爐、燃油鍋爐供能方式[1]。

燃?xì)夥植际侥茉错?xiàng)目根據(jù)負(fù)荷需求，多采用“燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+煙氣熱水型余熱直燃機(jī)+溴化鋰機(jī)組+燃?xì)忮仩t”等設(shè)備進(jìn)行組合(見(jiàn)圖2)。運(yùn)行模式有煙氣、熱水及補(bǔ)燃型，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組約500 ℃的煙氣和98 ℃的高溫冷卻水進(jìn)入煙氣熱水型余熱直燃機(jī)，作為直燃機(jī)的熱源直接供冷供熱，當(dāng)煙氣和熱水量不足，以及負(fù)荷出現(xiàn)高峰時(shí)，采用天然氣補(bǔ)燃或加入調(diào)峰設(shè)備[2]。

圖1 電能替代供冷供熱技術(shù)原理圖

1.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比指標(biāo)設(shè)定

技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

選取某機(jī)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的燃?xì)夥植际侥茉错?xiàng)目，與電能替代供冷、供熱技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。能源站設(shè)計(jì)總規(guī)模為27 098 kW制冷量，17 821 kW制熱量和2×1 600 kW發(fā)電規(guī)模。采用以燃?xì)饫?、熱、電?lián)供為核心的多聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)，為15.4萬(wàn)m2新建T2航站樓供熱并承擔(dān)部分電力供應(yīng)。從三個(gè)維度進(jìn)行對(duì)比分析:①電能替代供熱技術(shù)比較；②電能替代供冷技術(shù)比較，遴選出經(jīng)濟(jì)效益較好的電能替代技術(shù)進(jìn)行組合；③與燃?xì)夥植际侥茉赐瑫r(shí)供冷供熱進(jìn)行比較。

圖2 燃?xì)夥植际侥茉凑炯夹g(shù)原理圖

表1 電能替代供冷供熱技術(shù)與燃?xì)夥植际侥茉醇夹g(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比指標(biāo)

2.1 電能替代供熱技術(shù)比較

根據(jù)某機(jī)場(chǎng)能源站的供熱情況，進(jìn)行電能替代供熱技術(shù)“直熱電鍋爐、蓄熱(水)電鍋爐、蓄熱(水)熱泵、蓄熱(固體)熱泵、蓄熱(固體)電鍋爐、空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵、電采暖”的對(duì)比分析(見(jiàn)表2)。

參數(shù)涵蓋設(shè)備容量、制熱能力、COP、投資單價(jià)、投資單價(jià)、年運(yùn)行時(shí)間、一次性投資、電力設(shè)備業(yè)擴(kuò)費(fèi)用、年用電量、平米耗電量、電力價(jià)格、年運(yùn)行費(fèi)用、供熱收益、投資回收年限。計(jì)算情況如圖3、圖4所示[3]。

表2 電能替代供冷、供熱技術(shù)比較

圖3 電能替代供熱技術(shù)指標(biāo)對(duì)比1

圖4 電能替代供熱技術(shù)指標(biāo)對(duì)比2

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)備容量較小的是水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵；投資單價(jià)、一次性投資、業(yè)擴(kuò)費(fèi)用較低的是直熱電鍋爐、電采暖、蓄熱(水)電鍋爐；年用電量較少的是水源熱泵、地源熱泵、固體蓄熱熱泵；運(yùn)行費(fèi)用較低的是固體蓄熱熱泵、水源熱泵、蓄熱(水)熱泵。投資回收年限較低的是蓄熱(固體)熱泵、蓄熱(水)熱泵、蓄熱(固體)電鍋爐。電采暖在電價(jià)為0.6元時(shí)，無(wú)法回收成本，如果按照北京補(bǔ)貼電價(jià)0.3元時(shí)，投資回收期為1.9年。電能替代供熱技術(shù)排序?yàn)樾顭?固體)熱泵、蓄熱(水)熱泵、蓄熱(固體)電鍋爐、水源熱泵。

2.2 電能替代制冷技術(shù)比較

根據(jù)某機(jī)場(chǎng)能源站的供冷情況，進(jìn)行電能替代供冷技術(shù)“蓄冷(水蓄)、蓄冷(冰蓄)、空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵”的對(duì)比分析。計(jì)算情況如圖5、圖6所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析可得，設(shè)備容量較小的是水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵；投資單價(jià)、一次性投資、業(yè)擴(kuò)費(fèi)用較低的是蓄冷(水蓄)、空氣源熱泵、水源熱泵；年用電量較少的是水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵；運(yùn)行費(fèi)用較低的是蓄冷(水蓄)、蓄冷(冰蓄)、水源熱泵；投資回收年限較低的是蓄冷(水蓄)、水源熱泵、空氣源熱泵。電能替代供冷技術(shù)排序?yàn)樾罾?水蓄)、水源熱泵、空氣源熱泵。

圖5 電能替代供冷技術(shù)指標(biāo)對(duì)比一

圖6 電能替代供冷技術(shù)指標(biāo)對(duì)比二

2.3 電能替代供冷供熱技術(shù)與燃?xì)夥植际侥茉吹谋容^

經(jīng)過(guò)供熱、制冷技術(shù)的比較，遴選出來(lái)供熱技術(shù)有蓄熱(固體)熱泵、蓄熱(水)熱泵、蓄熱(固體)電鍋爐、水源熱泵。制冷技術(shù)有蓄冷(水蓄)、水源熱泵、空氣源熱泵。與燃?xì)夥植际侥茉赐瑫r(shí)供冷、供熱技術(shù)進(jìn)行比較[4]。計(jì)算結(jié)果如圖7、圖8所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析可得，設(shè)備容量較小的是水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵；投資單價(jià)、一次性投資、業(yè)擴(kuò)費(fèi)用較低的是蓄冷蓄熱(熱泵)、空氣源熱泵、水源熱泵；年用電量較少的是蓄冷蓄熱(熱泵)、水源熱泵、地源熱泵；運(yùn)行費(fèi)用較低的是蓄冷蓄熱(熱泵)、蓄熱電鍋爐+蓄冷熱泵、蓄冷熱泵+電采暖。投資回收年限較低的是蓄冷蓄熱(熱泵)2.1年，水源熱泵3.3年，空氣源熱泵為4.3年，地源熱泵5.5年，蓄冷熱泵+電采暖(電價(jià)按照0.3元設(shè)定)6.1年，燃?xì)夥植际侥茉礊?.22年。電能替代供冷、供熱技術(shù)排序?yàn)樾罾湫顭?熱泵)、水源熱泵、空氣源熱泵、地源熱泵、蓄冷熱泵+電采暖。

圖7 電能替代供冷供熱技術(shù)供冷供熱技術(shù)與燃?xì)夥植际侥茉吹闹笜?biāo)對(duì)比1

圖8 電能替代供冷供熱技術(shù)供冷供熱技術(shù)與燃?xì)夥植际侥茉吹闹笜?biāo)對(duì)比2

2.4 以燃?xì)夥植际侥茉赐顿Y回收期為約束的臨界電價(jià)分析

按照燃?xì)夥植际侥茉吹耐顿Y回收年限6.2年，設(shè)定天然氣價(jià)格為2.6～4.1元，測(cè)算蓄冷蓄熱(熱泵)、空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵、蓄熱電鍋爐+蓄冷熱泵、蓄冷熱泵+電采暖的臨界電價(jià)[5]，計(jì)算結(jié)果如圖9、圖10所示。

以燃?xì)夥植际侥茉吹耐顿Y回收期6.22年為約束值，設(shè)定商業(yè)平均價(jià)格為1.1元/(kW·h)，谷時(shí)電價(jià)為0.35元/(kW·h)，天然氣價(jià)格為3.5元/m3，進(jìn)行利潤(rùn)空間的計(jì)算，結(jié)果如下。

當(dāng)有峰谷電價(jià)政策時(shí)，6個(gè)方案都存在利潤(rùn)空間，利潤(rùn)空間較好的有蓄冷蓄熱(熱泵)1.018元/(kW·h)，利潤(rùn)比例74.4%，水源熱泵0.781元/(kW·h)，利潤(rùn)比例41.5%，蓄冷熱泵+電采暖0.345元/(kW·h)，利潤(rùn)比例49.7%。

圖9 以燃?xì)夥植际侥茉赐顿Y回收期為約束的臨界電價(jià)

圖10 以投資回收期為約束的燃?xì)夥植际侥茉磁c電能替代供冷供熱技術(shù)運(yùn)行價(jià)格比較

如果沒(méi)有峰谷電價(jià)，蓄冷蓄熱(熱泵)、空氣源熱泵、水源熱泵經(jīng)濟(jì)性較好。蓄熱電鍋爐+蓄冷熱泵、蓄冷熱泵+電采暖臨界電價(jià)分別為0.6元/(kW·h)、0.7元/(kW·h)，無(wú)法回收成本，商業(yè)電價(jià)無(wú)法滿足，居民電價(jià)可以考慮。

3 結(jié) 論

選取燃?xì)夥植际侥茉磁c電能替代供冷、供熱技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，首先分別對(duì)電能替代供熱、供冷技術(shù)比較，遴選出經(jīng)濟(jì)效益較好的電能替代技術(shù)進(jìn)行組合，然后與燃?xì)夥植际侥茉赐瑫r(shí)供冷供熱進(jìn)行比較，結(jié)論如下。

(1)供熱和制冷情況下，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析可得，電能替代供熱技術(shù)排序?yàn)樾顭?固體)熱泵、蓄熱(水)熱泵、蓄熱(固體)電鍋爐、水源熱泵。電能替代供冷技術(shù)排序?yàn)樾罾?水蓄)、水源熱泵、空氣源熱泵。同時(shí)供熱和制冷情況下，與燃?xì)夥植际侥茉聪啾龋娔芴娲├?、供熱技術(shù)排序?yàn)樾罾湫顭?熱泵)、水源熱泵、空氣源熱泵、地源熱泵、蓄冷熱泵+電采暖。

(2)當(dāng)有峰谷電價(jià)政策時(shí)，6個(gè)方案都存在利潤(rùn)空間，利潤(rùn)空間較好的有蓄冷蓄熱(熱泵)，水源熱泵，蓄冷熱泵+電采暖；沒(méi)有峰谷電價(jià)政策，蓄冷蓄熱(熱泵)、空氣源熱泵、水源熱泵經(jīng)濟(jì)性較好。蓄熱電鍋爐+蓄冷熱泵、蓄冷熱泵+電采暖臨界電價(jià)分別為0.6、0.7元/(kW·h)，無(wú)法回收成本，商業(yè)電價(jià)無(wú)法滿足，居民電價(jià)可以考慮。

(3)燃?xì)夥植际侥茉锤m合具有一定規(guī)模，冷熱需求較大的用戶，燃?xì)夤艿酪唁佋O(shè)的地區(qū)。電能替代供冷供熱技術(shù)更具有靈活性，可適應(yīng)各種規(guī)模的用戶，對(duì)于電力供應(yīng)穩(wěn)定性要求較高，燃?xì)夥植际侥茉磁c電能替代技術(shù)比較時(shí)，兩者的設(shè)備單位投資都會(huì)隨著規(guī)模的擴(kuò)大而降低，兩者主要的經(jīng)濟(jì)性影響主要受制于設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行時(shí)天然氣、電力的價(jià)格。