天然氣SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

1 概述

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一種以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料(如天然氣)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的高效發(fā)電裝置。相對于傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)，SOFC具有燃料來源廣、發(fā)電效率高、發(fā)電過程幾乎無氮氧化物排放、可實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕獲等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)院、學(xué)校、辦公樓、住宅小區(qū)、數(shù)據(jù)中心、通信基站等分布式供電領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要技術(shù)手段

。

在美國、歐洲、日本，SOFC技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用初級階段。美國Bloom Energy公司、英國Ceres Power公司、意大利Solid Power公司以及日本的大阪燃?xì)狻⒕┐?、愛信精機(jī)3家公司組成的團(tuán)體都在推動SOFC的商業(yè)化。

由于國內(nèi)對SOFC的研究起步較晚，加之國外對SOFC實(shí)施嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，以及SOFC技術(shù)具有研發(fā)難度高、投入大、開發(fā)期長的特性，目前國內(nèi)的技術(shù)水平與商業(yè)化還有一定的距離，尤其是對于發(fā)電功率10 kW以上的SOFC。近年來，隨著國家能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳方向轉(zhuǎn)型，政策支持力度逐步加大，SOFC的發(fā)展也將邁入黃金期

。

本文試驗(yàn)僅針對地理國情信息的提取，且采用的是搭載在同一衛(wèi)星上的傳感器所獲得的數(shù)據(jù)，并不能完全適用于所有領(lǐng)域的遙感影像解譯。因此，對不同衛(wèi)星傳感器獲得的全色和多光譜影像之間的融合，以及其他信息解譯的效果還有待于進(jìn)一步研究。

本文研究的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)以天然氣為燃料，兼具發(fā)電、制備熱水功能。對SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)生產(chǎn)成本進(jìn)行設(shè)定，計(jì)算分析生產(chǎn)成本、天然氣價(jià)格、銷售電價(jià)對SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期的影響。

2 生產(chǎn)成本設(shè)定

本文的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)生產(chǎn)成本包括系統(tǒng)制造成本、全生命期的維護(hù)成本。參考國外SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)制造成本，設(shè)定：當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能為100 MW/a時(shí)，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)生產(chǎn)成本為20 000 元/kW。當(dāng)產(chǎn)能達(dá)500 MW/a時(shí)，生產(chǎn)成本為15 000 元/kW。當(dāng)產(chǎn)能達(dá)2 500 MW/a時(shí)，生產(chǎn)成本為7 500 元/kW。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 研究對象

式中

——SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)熱效率

——年供熱水量，t/a

SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期

的計(jì)算式為：

(1)

社會實(shí)踐的發(fā)展，不斷提出需要解決的新課題，推動著人類的認(rèn)識不斷發(fā)展，人們在總結(jié)實(shí)踐提供的新經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出新理論，解決新問題。我國北方某縣在20世紀(jì)80年代開始發(fā)展大田糧食作物噴灌，不僅有效緩解了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水緊缺狀況，增加了城市供水，取得了實(shí)實(shí)在在的節(jié)水效益，而且在噴灌工程建設(shè)過程中充分調(diào)動多方積極性，做到了國家和地方、集體和農(nóng)民共同投入，同時(shí)將土地經(jīng)營規(guī)模適度集中，創(chuàng)造了噴灌技術(shù)的良好應(yīng)用條件，加之良好的管理維護(hù)和澆地專業(yè)隊(duì)等服務(wù)網(wǎng)絡(luò)保障了噴灌系統(tǒng)的良好運(yùn)行。正是因?yàn)閷姽嗉夹g(shù)與設(shè)備的再認(rèn)識，又把這些認(rèn)識再次應(yīng)用到具體的實(shí)踐中去，在新的認(rèn)識水平上開展農(nóng)業(yè)節(jié)水噴灌工作，才取得了長久效益。

——生產(chǎn)成本，元

LI Guozheng. Green mining: connotation definition, model exploration and implementation path[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):1-8.

——銷售電價(jià)，元/(kW·h)

2010年6月，遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林系與營口某高爾夫俱樂部簽訂協(xié)議，共同培養(yǎng)高爾夫球運(yùn)動與管理專業(yè)學(xué)生，從2010級到2015級共六屆高爾夫球運(yùn)動與管理專業(yè)學(xué)生都采用了“校企一體”教學(xué)模式。

TBL教學(xué)模式是一種真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、討論式學(xué)習(xí)和互學(xué)互教的拓展性學(xué)習(xí)，真正做到了以學(xué)生為中心，學(xué)生在課堂上不但獲得了知識，各種能力也得到有效培養(yǎng)[9]。藥劑學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生即時(shí)應(yīng)用概念和知識解決實(shí)際問題的環(huán)節(jié)，例如在乳劑、軟膏劑、栓劑的制備過程中，不同組學(xué)生可以根據(jù)理論知識設(shè)計(jì)處方，同時(shí)比較不同處方所制備的藥物制劑性能的優(yōu)劣，最后得出最佳處方。此外，藥劑學(xué)實(shí)驗(yàn)還能有效培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，很多細(xì)節(jié)問題決定了藥物制劑能否被成功制備。應(yīng)用TBL教學(xué)模式使得學(xué)生在這些方面的能力得到充分鍛煉和發(fā)揮，其流程與科研和藥廠研發(fā)工作相同，為學(xué)生今后從事科研及藥學(xué)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

——熱水價(jià)格，元/t

——年天然氣成本，元/a

年供熱水量

的計(jì)算式為：

(2)

以額定發(fā)電功率為1 kW的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)為研究對象。設(shè)定SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電效率為60%，熱效率為30%。天然氣價(jià)格為3 元/m

，天然氣低熱值為36 MJ/m

。設(shè)定SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)全年在額定工況下運(yùn)行，年運(yùn)行時(shí)間為8 760 h。熱水溫升取40 ℃，水的比定壓熱容取4.2 kJ/(kg·K)。

4.塑造科研團(tuán)隊(duì)文化，為科技創(chuàng)新營造良好氛圍。一是突出創(chuàng)新導(dǎo)向，構(gòu)建提高創(chuàng)新能力和創(chuàng)新效率的長效機(jī)制，相繼出臺學(xué)習(xí)型激勵(lì)制度、科研獎(jiǎng)勵(lì)辦法、職稱量化評審制度等，發(fā)揮政策導(dǎo)向作用，充分激勵(lì)科研人員投身科技創(chuàng)新的積極性和主動性。二是突出制度導(dǎo)向。采油院對原有的各項(xiàng)規(guī)章制度進(jìn)行梳理，把文化理念融入到具體的規(guī)章制度中。三是突出基層導(dǎo)向，營造良好的基層家文化氛圍，推進(jìn)文化落地，提升科研團(tuán)隊(duì)的凝聚力和戰(zhàn)斗力。四是突出品牌導(dǎo)向。實(shí)施品牌戰(zhàn)略是推進(jìn)企業(yè)文化與經(jīng)營管理相融合、提高綜合競爭力的最佳著力點(diǎn)。

——SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電效率

——水的比定壓熱容，kJ/(kg·K)

式中

——SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期，a

Δ

——熱水溫升，℃

年天然氣成本

的計(jì)算式為：

(3)

式中

——天然氣價(jià)格，元/m

——天然氣低熱值，kJ/m

由于不同用戶產(chǎn)熱方式不同，對熱水的品質(zhì)需求不同，用熱成本存在較大差異。本文根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，估算出一般工商業(yè)用戶、大工業(yè)用戶平均熱水價(jià)格均為20 元/t，熱水溫升為40 ℃。

由于電價(jià)具有地域特性，本文以佛山作為代表城市進(jìn)行分析。根據(jù)粵發(fā)改價(jià)格[2021]331號《關(guān)于進(jìn)一步完善我省峰谷分時(shí)電價(jià)政策有關(guān)問題的通知》給出的佛山市電價(jià)價(jià)目表(從2021年10月1日起執(zhí)行)，計(jì)算得到一般工商業(yè)用戶、大工業(yè)用戶的平均電價(jià)分別為0.645、0.600 元/(kW·h)。

3.2 靜態(tài)投資回收期影響因素

① 生產(chǎn)成本

其他條件不變，由式(1)～(3)可計(jì)算得到不同生產(chǎn)成本SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期，見表1。由表1可知，天然氣價(jià)格、銷售電價(jià)一定時(shí)，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨生產(chǎn)成本增大而增大。當(dāng)生產(chǎn)成本為20 000 元/kW時(shí)，無論一般工商業(yè)用戶還是大工業(yè)用戶，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期均大于6 a。當(dāng)生產(chǎn)成本降至7 500 元/kW時(shí)，兩種用戶的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期均小于3 a。

——年發(fā)電量，kW·h/a

② 天然氣價(jià)格

·發(fā)現(xiàn)地震產(chǎn)生的地面運(yùn)動一般隨至斷層距離的增大而減小，并根據(jù)近地表物質(zhì)的特性以及局部結(jié)構(gòu)（如深大盆地）而變化。

ABS接枝聚合過程中，一部分丙烯腈、苯乙烯單體接枝到聚丁二烯分子鏈上，但不可避免地會有一部分單體發(fā)生共聚，沒有接枝到聚丁二烯分子鏈上，形成游離SAN樹脂。接枝到聚丁二烯橡膠上的SAN與總的SAN樹脂質(zhì)量比值稱為接枝效率，接枝效率小于100%。不同的接枝效率意味著游離SAN含量不同，游離SAN對最終產(chǎn)品的流動性能影響很大，由于游離SAN是在ABS乳液接枝聚合過程產(chǎn)生的，其分子量小于共混時(shí)的基體SAN樹脂，因此游離SAN將提高最終產(chǎn)品流動性能。宋振彪等[3]在跟蹤接枝率變化對產(chǎn)品性能影響的過程中，發(fā)現(xiàn)接枝率低時(shí)，ABS樹脂產(chǎn)品的熔融指數(shù)增加。

生產(chǎn)成本取15 000 元/kW，由式(1)～(3)可計(jì)算得到不同天然氣價(jià)格SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期，見表2。由表2可知，生產(chǎn)成本、銷售電價(jià)一定時(shí)，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨天然氣價(jià)格升高而增大。當(dāng)天然氣價(jià)格為2 元/m

時(shí)，一般工商業(yè)用戶與大工業(yè)用戶的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期比較接近，并小于4 a。隨著天然氣價(jià)格升高，兩種用戶的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期不僅增大，而且差距逐漸拉大。當(dāng)天然氣價(jià)格為4 元/m

時(shí)，兩種用戶的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期難以接受。

③ 銷售電價(jià)

生產(chǎn)成本取15 000 元/kW，天然氣價(jià)格取3 元/m

，由式(1)～(3)可計(jì)算得到不同銷售電價(jià)SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期，見表3。由表3可知，生產(chǎn)成本、天然氣價(jià)格一定時(shí)，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨銷售電價(jià)升高而減小。

建校以來，兩棟教學(xué)樓和一棟食宿樓的外墻保溫問題一直困擾著她?？吹嚼蠋焸冊诒容^寒冷的教室里兢兢業(yè)業(yè)地授課，看到課堂上孩子們一張張稚嫩的笑臉，她既感動又心酸。2011年10月，通河縣政府召開全縣人大代表會議，她向領(lǐng)導(dǎo)提出了粘貼三棟樓保溫墻問題，在座的縣、鎮(zhèn)兩級領(lǐng)導(dǎo)聽取了她的建議后，覺得她是一個(gè)心系教育、想干事、能干事的人，當(dāng)時(shí)就決定把這項(xiàng)工程納入縣教育重點(diǎn)工程，立即著手辦理。

4 結(jié)論

① 天然氣價(jià)格、銷售電價(jià)一定時(shí)，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨生產(chǎn)成本增大而增大。

② 生產(chǎn)成本、銷售電價(jià)一定時(shí)，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨天然氣價(jià)格升高而增大。天然氣價(jià)格過高，易導(dǎo)致靜態(tài)投資回收期難以接受。

③ 生產(chǎn)成本、天然氣價(jià)格一定時(shí)，SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨銷售電價(jià)升高而減小。

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