移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模的成本和收益估算

移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模的成本和收益估算

余熱利用系統(tǒng)mwhu（移動(dòng)激勵(lì)技術(shù)）是一項(xiàng)集殘余回收、蓄熱和加熱應(yīng)用于一體的綜合能源利用技術(shù)。它通過蓄熱材料將余熱源側(cè)的余熱進(jìn)行回收,利用汽車、火車或輪船等交通工具將蓄熱材料運(yùn)輸?shù)接脩籼?然后通過熱交換器將熱量釋放到用戶處的供熱系統(tǒng)中。國外一些學(xué)者進(jìn)行了大量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用研究。日本栗本鐵工株式會(huì)社科技發(fā)展與研究所熱工部的Fujita等人利用夫機(jī)相變材料醋酸鈉和有機(jī)相變材料赤藻糖醇進(jìn)行了低溫余熱收集和運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用研究,并建立了小型示范工程。東京核能與創(chuàng)新能源系統(tǒng)研究所的Yukitaka等人對(duì)日本余熱資源和移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)的應(yīng)用范圍進(jìn)行了調(diào)研和總結(jié)。瑞典麥拉達(dá)倫大學(xué)的王維龍等人進(jìn)行了應(yīng)用移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)替代當(dāng)?shù)匦⌒腿紱]鍋爐系統(tǒng)的可行性研究。為了適應(yīng)我國的余熱資源情況和用戶特點(diǎn),本文結(jié)合實(shí)際情況對(duì)移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析研究,以期為該項(xiàng)目在國內(nèi)的立項(xiàng)和建設(shè)提供一些參考和依據(jù)。1成本效益估計(jì)1.1成本估算1.1.1蓄熱器部件參數(shù)和費(fèi)用估算在對(duì)實(shí)際規(guī)模蓄熱器進(jìn)行成本估算過程中取長方體間接式蓄熱器作為研究對(duì)象,蓄熱器尺寸按照20GP標(biāo)準(zhǔn)集裝箱規(guī)格設(shè)計(jì),體積為26.4m3。蓄熱器內(nèi)蓄熱材料裝載體積比例為85%。換熱管設(shè)置采用文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的管徑與箱體體積比例。蓄熱器的部件參數(shù)和費(fèi)用估算詳細(xì)情況如表1所示。蓄熱器總重量為37.2t,考慮重型卡車配置拖掛后的重量約為47.2t。根據(jù)《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》(GB1589-2004)進(jìn)行校核表明從重量上考慮該案例中的蓄熱器是符合要求的。系統(tǒng)中其它設(shè)備如管道、閥門和儀表等按1萬元計(jì)算。設(shè)備安裝費(fèi)參照《機(jī)械工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目概算編制辦法及各項(xiàng)概算指標(biāo)》中熱水鍋爐房標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。考慮到移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)的具體情況,取設(shè)備安裝費(fèi)為總設(shè)備費(fèi)的7%,共計(jì)6.1萬元。熱源和用戶側(cè)的改造施工費(fèi)約為5萬元。因此,項(xiàng)目總投資成本共計(jì)98.78萬元。1.1.2蓄熱器運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)輸費(fèi)用實(shí)行包車制付費(fèi),取0.4元/t·km。若熱源與用戶間距離為10km,卡車運(yùn)輸時(shí)速40km/h,蓄熱器往返熱源與用戶間的運(yùn)輸時(shí)間為半小時(shí),則進(jìn)行一次蓄熱器運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)費(fèi)為297.6元。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和模擬研究數(shù)據(jù)可知,優(yōu)化后的蓄熱器充熱時(shí)間為3h、放熱時(shí)間為1h。在120d的供暖季內(nèi),蓄熱器在熱源與用戶間共可往返運(yùn)送600趟,涉及的運(yùn)輸成本共計(jì)17.9萬元。由于余熱屬于二次回收利用資源,目前尚無統(tǒng)一價(jià)格標(biāo)準(zhǔn),在經(jīng)濟(jì)性分析中將余熱資源的年運(yùn)行費(fèi)用分為7類進(jìn)行討論。本研究案例中系統(tǒng)的年收益為44.8萬元,在扣除年運(yùn)輸成本17.9萬元后得到余熱年運(yùn)行成本的變動(dòng)范圍為0-26.9萬元,因此7類余熱年運(yùn)行費(fèi)用分別為0、5、10、15、20、25和26.9萬元。1.2余熱利用系統(tǒng)效率移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)的收益估算為:式中:I—應(yīng)用移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行供暖的收益,萬元/年;f—供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),25元/m2;n—移動(dòng)式余熱利用供熱系統(tǒng)一年內(nèi)的供熱次數(shù),600次;η—移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)效率,90%;Qmax—蓄熱器的最大放熱量,GJ;qi—供暖熱負(fù)荷指標(biāo),40W/m2(包含5%的管網(wǎng)熱損失)。蓄熱器完成放熱過程后,進(jìn)行下一次充熱時(shí)的初始溫度約為50℃。蓄熱器的最大蓄熱量為:通過式(2)計(jì)算蓄熱器的最大蓄熱量Qmax約為13.8GJ。因此由式(1)可知,在120d的供暖季內(nèi)應(yīng)用移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行供熱取得的收益為44.8萬元。2經(jīng)濟(jì)評(píng)估2.1目標(biāo)運(yùn)行年限內(nèi)系統(tǒng)的nbv值移動(dòng)式余熱利用項(xiàng)目的凈現(xiàn)值計(jì)算式為:式中:NPV—項(xiàng)目凈現(xiàn)值,萬元;It—系統(tǒng)運(yùn)行第t年的收益,萬元;C0—系統(tǒng)的投資成本,萬元;Ct—系統(tǒng)運(yùn)行第t年的運(yùn)行成本,萬元;r—折現(xiàn)率;l—系統(tǒng)的運(yùn)行年限。假設(shè)移動(dòng)式余熱利用項(xiàng)目運(yùn)行年限為15a,對(duì)于上述分析的7類余熱運(yùn)行成本,當(dāng)折現(xiàn)率r取7%、10%、12%和15%時(shí)系統(tǒng)的NPV值隨項(xiàng)目運(yùn)行年份的變化情況如圖1所示。從圖1中可以看到,當(dāng)折現(xiàn)率取7%時(shí),余熱運(yùn)行成本為0、5、10和15萬元時(shí)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的NPV值在15年內(nèi)為正值,表示在項(xiàng)目運(yùn)行年限內(nèi)可收回成本并產(chǎn)生一定利潤。當(dāng)折現(xiàn)率分別取10%、12%和15%,對(duì)應(yīng)余熱價(jià)格為0、5和10萬元時(shí)系統(tǒng)NPV值在15年內(nèi)為正值,通過凈現(xiàn)值分析項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行。另一方面,分析圖1中不同折現(xiàn)率條件下系統(tǒng)的NPV值可知,隨著折現(xiàn)率的提高,項(xiàng)目收益越來越低,可接受的余熱成本也越來越低。由于一般情況下工程項(xiàng)目的折現(xiàn)率不會(huì)高于15%,因此,當(dāng)余熱成本低于10萬元時(shí)該項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)性上具有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。2.2ct系統(tǒng)運(yùn)行成本移動(dòng)式余熱利用項(xiàng)目的投資回收期計(jì)算式為:式中:Tp—?jiǎng)討B(tài)投資回收期,a;It—系統(tǒng)運(yùn)行第t年的收益,萬元;C0—系統(tǒng)的投資成本,萬元;Ct—系統(tǒng)運(yùn)行第t年的運(yùn)行成本,萬元;r—折現(xiàn)率。經(jīng)計(jì)算,折現(xiàn)率為7%、10%、12%和15%時(shí)項(xiàng)目在運(yùn)行年限內(nèi)的投資回收期如表2所示。分析表2可以知道,隨著折現(xiàn)率和余熱成本的提高,系統(tǒng)的投資回收期越來越長。當(dāng)余熱成本大于15萬元/a時(shí),只有折現(xiàn)率取7%時(shí)可在第13年收回投資成本。更高的余熱成本和折現(xiàn)率將使得該系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上不可行。3不確定性因素隨時(shí)間的變化對(duì)于蓄熱器充熱時(shí)間、熱源距離和余熱價(jià)格這3種不確定性因素,當(dāng)其它兩種取案例中的數(shù)值并固定不變時(shí),分別計(jì)算充熱時(shí)間為1、2、3、4、5、6和7h,熱源距離為5、10、15和20km,余熱價(jià)格為3、5、7、10和15萬元/a時(shí)系統(tǒng)NPV值隨時(shí)間的變化情況,如圖2-圖4所示。從圖2-圖4中可以看出,為了保證項(xiàng)目在運(yùn)行年限內(nèi)收回成本,即運(yùn)行15年時(shí)的NPV值大于零,案例中的3種不確定性因素變化范圍分別為1-6、5-15和3-12。計(jì)算3種不確定性因素變化范圍內(nèi)項(xiàng)目運(yùn)行15年時(shí)系統(tǒng)的NPV值,計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)繪制敏感性分析圖,如圖5所示。從圖中可以看出,由于受到自身變化范圍的影響,3種不確定性因素的變動(dòng)幅度存在一定差距。然而,通過對(duì)比圖中的3條曲線斜率可以看出,除了在-60%--40%變動(dòng)幅度內(nèi)蓄熱器充熱時(shí)間的斜率大于熱源距離斜率外,二者平均斜率基本一致,且均高于余熱成本曲線的平均斜率。因此可以知道3種不確定性因素對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性影響程度為:蓄熱器充熱時(shí)間≈熱源距離>余熱價(jià)格。4在投資回收期方面,各類型企業(yè)在最佳條件下運(yùn)行仿真針對(duì)移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究,對(duì)實(shí)際應(yīng)用規(guī)模的系統(tǒng)進(jìn)行了成本和收益估算,通過凈現(xiàn)值、投資回收期這兩個(gè)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)案例中系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了敏感性研究。主要研究結(jié)論為:(1)對(duì)于文中的研究案例,當(dāng)折現(xiàn)率為7%、余熱成本低于15萬元/年時(shí),或折現(xiàn)率為10%、12%和15%、余熱成本低于10萬元/年時(shí),移動(dòng)式余熱利用項(xiàng)目在系統(tǒng)運(yùn)行年限內(nèi)的凈現(xiàn)值大于零。根據(jù)余熱成本的不同,在折現(xiàn)率為7%、10%、12%和15%時(shí)的最長投資回收期分別為13、9、11和15a,表明滿足上述條件時(shí)案例中的移動(dòng)式余熱利用項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是可行的。(2)經(jīng)對(duì)案例中的項(xiàng)目進(jìn)行敏感性分析可知,蓄熱器充熱時(shí)間、熱源距離和余熱價(jià)格3種不確定性因素對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的影響程度為:蓄熱器充熱時(shí)間≈熱源距離>余