典型蓄熱式電采暖項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

苗常海，白中華，王 雯，孫奉昌，張 沛，楊 盼

（國(guó)網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)北京分公司，北京 100031）

近年來(lái)，我國(guó)北方地區(qū)冬季灰霾現(xiàn)象頻發(fā)，其中分散式小型燃煤采暖爐是造成灰霾的重要原因［1—2］。為推進(jìn)京津冀地區(qū)大氣污染防治工作，2017年8月，環(huán)保部發(fā)布了《京津冀及周邊地區(qū)2017—2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》，要求完成津京冀地區(qū)以電代煤、以氣代煤300萬(wàn)戶以上，淘汰小型燃煤鍋爐4.4萬(wàn)臺(tái)，這些為電采暖技術(shù)的推廣帶來(lái)了難得的契機(jī)。蓄熱式電采暖技術(shù)能夠充分利用峰谷電價(jià)政策，將用電高峰時(shí)段的用電量轉(zhuǎn)移至低谷時(shí)段，大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)，由于清潔無(wú)污染、調(diào)控方便等優(yōu)點(diǎn)，其成為重要的清潔采暖技術(shù)。蓄熱式電采暖具備較強(qiáng)的移峰填谷能力［3］，其推廣應(yīng)用必將成為新的電力需求側(cè)管理資源，對(duì)于緩解冬季電網(wǎng)峰谷差具有重要意義。

制定科學(xué)合理的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法是蓄熱式電采暖項(xiàng)目決策的關(guān)鍵。目前，對(duì)于該類項(xiàng)目的評(píng)價(jià)方法主要有投資回收期法［4—5］、總費(fèi)用現(xiàn)值法［6—8］和費(fèi)用年值法［7］，雖然這些方法能夠科學(xué)地評(píng)價(jià)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，但是存在直觀性差，過(guò)于專業(yè)化的缺點(diǎn)。本文旨在提供一種更加直觀的評(píng)價(jià)方法—臨界電價(jià)法，并對(duì)臨界電價(jià)進(jìn)行敏感性分析。

1 基本條件設(shè)定

電采暖就是將電能轉(zhuǎn)換為熱能的冬季室內(nèi)取暖［10］。目前，市場(chǎng)上主流蓄熱式電采暖技術(shù)包含：電極鍋爐和水蓄熱、電鍋爐和相變蓄熱以及高溫固體蓄熱電鍋爐等3種。以下根據(jù)山西某高校的實(shí)際工程，對(duì)比分析3種方案與市政供暖方案的經(jīng)濟(jì)性。

該學(xué)校采暖系統(tǒng)的基本條件如下：

年采暖天數(shù)為150 d，其中寒假45 d，采暖系統(tǒng)防凍運(yùn)行。采暖期室外計(jì)算溫度為-12℃，室外平均溫度為-2.7℃。采暖期室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度18±2℃，防凍設(shè)計(jì)溫度5±2℃。

總采暖面積為34萬(wàn)m2，其中17萬(wàn)m2為學(xué)生宿舍樓，24 h供熱，其余17萬(wàn)m2為教學(xué)樓和辦公樓，白天12 h供暖，夜間12 h防凍運(yùn)行。

當(dāng)?shù)貙?duì)電采暖項(xiàng)目執(zhí)行峰谷電價(jià)，其中高峰時(shí)段和低谷時(shí)段各12 h，低谷電價(jià)為0.280 2元/kWh，高峰電價(jià)為0.497元/kWh。

供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)取45 W/m2，采暖季平均運(yùn)行熱負(fù)荷指標(biāo)取30 W/m2。采暖系統(tǒng)采用全負(fù)荷蓄熱設(shè)計(jì)，即白天高峰時(shí)段供熱負(fù)荷全部由蓄熱裝置承擔(dān)。

2 初投資對(duì)比分析

項(xiàng)目初投資范圍為鍋爐房?jī)?nèi)所有設(shè)備，不包含電力接入系統(tǒng)、土建、管網(wǎng)系統(tǒng)以及采暖末端系統(tǒng)。各采暖方案投資情況如下：

（1）電極鍋爐和水蓄熱方案

該方案初投資總計(jì)3 008萬(wàn)元，單位采暖面積初投資為88.5元，其中電極鍋爐占比最大，為47.9%，其次為蓄熱罐，占比為26.3%。電極鍋爐和水蓄熱方案投資情況如表1所示。

表1 電極鍋爐和水蓄熱方案投資表

（2）電鍋爐和相變蓄熱方案

該方案初投資總計(jì)4 610萬(wàn)元，單位采暖面積初投資為135.6元，其中相變蓄熱裝置占比最大，為65.6%，其次為電鍋爐，占比為19.5%。電鍋爐和相變蓄熱方案投資如表2所示。

表2 電鍋爐和相變蓄熱方案投資表

（3）高溫固體蓄熱電鍋爐方案

該方案初投資總計(jì)2 772萬(wàn)元，單位采暖面積初投資為81.5元，其中相變蓄熱裝置占比最大，為90.9%，其余部分占比較小。高溫固體蓄熱電鍋爐系統(tǒng)投資情況如表3所示。

表3 高溫固體蓄熱電鍋爐系統(tǒng)投資表

（4）對(duì)比分析

3種采暖方案單位面積初投資情況如圖1所示，3種蓄熱式電采暖方案中，單位采暖面積初投資由高到低分別為：電鍋爐和相變蓄熱、電極鍋爐和水蓄熱、高溫固體蓄熱式電鍋爐。其中電鍋爐和相變蓄熱方案的初投資遠(yuǎn)高于其它兩種，電極鍋爐和水蓄熱與高溫固體蓄熱式電鍋爐方案初投資接近。

3種蓄熱式電采暖方案單位面積初投資均高于市政采暖（初投資按照接口費(fèi)70元/m2計(jì)算），但后2種蓄熱式電采暖方案與其接近。

圖1 各采暖方案單位面積初投資

3 運(yùn)行費(fèi)用分析

本項(xiàng)目的采暖設(shè)計(jì)熱指標(biāo)為45 W/m2，防凍設(shè)計(jì)熱指標(biāo)為10 W/m2，采暖季負(fù)荷系數(shù)取0.69。采暖系統(tǒng)采用全蓄熱設(shè)計(jì)，鍋爐本體只在夜間低谷電價(jià)時(shí)段運(yùn)行，制取全天所需的熱負(fù)荷，輔機(jī)全天運(yùn)行。在非寒假期間，宿舍部分全天供暖，其余部分夜間防凍運(yùn)行；在寒假期間，全部建筑物全天防凍運(yùn)行。蓄熱式電采暖運(yùn)行的電費(fèi)情況如表4所示。

3種蓄熱式電采暖方案的運(yùn)行電費(fèi)基本相同，均為783.72萬(wàn)元單位面積年采暖電費(fèi)為23.1元。

表4 蓄熱式電采暖運(yùn)行電費(fèi)表

考慮1.2元/m2的人工及運(yùn)維費(fèi)用，單位面積年采暖運(yùn)行費(fèi)用為24.25元，年采暖總運(yùn)行費(fèi)用為824.52萬(wàn)元。采用市政采暖，按單位面積采暖費(fèi)用27元計(jì)算，年運(yùn)行費(fèi)用為918.00萬(wàn)元。

4 臨界電價(jià)分析

單純從項(xiàng)目初投資或運(yùn)行費(fèi)用方面評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣是不全面的，為科學(xué)地評(píng)價(jià)多方案的經(jīng)濟(jì)性，采用臨界電價(jià)法。所謂“臨界電價(jià)法”是指先計(jì)算出市政采暖方案在項(xiàng)目壽命周期內(nèi)的總費(fèi)用現(xiàn)值，然后令電采暖方案的總費(fèi)用現(xiàn)值與其相等，反算出一個(gè)電價(jià)，即臨界電價(jià)。最后通過(guò)對(duì)比實(shí)際電價(jià)和臨界電價(jià)來(lái)評(píng)價(jià)電采暖方案相比市政采暖方案是否具備經(jīng)濟(jì)性的方法。

為了評(píng)價(jià)2個(gè)采暖方案的經(jīng)濟(jì)性，首先設(shè)定2個(gè)方案能夠達(dá)到相同的供暖效果，那么在項(xiàng)目的壽命周期中支出總費(fèi)用少的方案經(jīng)濟(jì)性更好。方案的總費(fèi)用包含項(xiàng)目的初投資和項(xiàng)目的總運(yùn)行費(fèi)用。考慮資金的時(shí)間效益，將項(xiàng)目各年的運(yùn)行費(fèi)用折合到第一年初，即運(yùn)行費(fèi)用現(xiàn)值，再加上初投資，可得到方案的全壽命周期內(nèi)的總費(fèi)用現(xiàn)值（以下簡(jiǎn)稱總費(fèi)用現(xiàn)值）。

總費(fèi)用現(xiàn)值是評(píng)價(jià)采暖方案的綜合指標(biāo)，其數(shù)值越小，該方案經(jīng)濟(jì)性越好。如果蓄熱式電采暖方案（以下簡(jiǎn)稱電采暖方案）和市政采暖方案的經(jīng)濟(jì)性相同，那么兩方案的總費(fèi)用現(xiàn)值相等。如果先算出市政采暖方案的總費(fèi)用現(xiàn)值，然后令電采暖方案的總費(fèi)用現(xiàn)值與其相等，由于低谷電價(jià)直接影響運(yùn)行電費(fèi)，是電采暖方案總費(fèi)用現(xiàn)值的函數(shù)，這樣可以反算出一個(gè)低谷電價(jià)，這就是臨界低谷電價(jià)。

臨界低谷電價(jià)具備明確的工程意義，即如果當(dāng)?shù)氐牡凸入妰r(jià)和臨界電價(jià)相同，則采用電采暖方案與市政采暖方案的經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)。

臨界低谷電價(jià)具體計(jì)算方法如下：

（1）計(jì)算各方案全壽命周期內(nèi)的總費(fèi)用現(xiàn)值

采暖項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)總費(fèi)用分為兩部分，一部分為初投資，另一部分為運(yùn)行費(fèi)用［9］，忽略項(xiàng)目壽命末期的殘值回收，詳見(jiàn)式（1）

式中：PVC為項(xiàng)目全壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值；I0為項(xiàng)目初投資；C為項(xiàng)目年運(yùn)行費(fèi)用；i為利率；N為項(xiàng)目壽命期，取20年。為年金現(xiàn)值系數(shù)。

（2）計(jì)算臨界低谷電價(jià)

假設(shè)某電采暖方案與市政采暖方案的總費(fèi)用現(xiàn)值相等，反算出臨界低谷電價(jià)，詳見(jiàn)式（3）

式中：PVC1為市政采暖方案的全壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值；PVC2為電采暖方案的全壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值；I01為市政集中采暖方案的初投資；I02為電采暖方案的初投資；C1為市政集中采暖方案的年運(yùn)行費(fèi)用（包含燃料費(fèi)、工人工資和維修費(fèi)）；C2為電采暖方案的年運(yùn)行費(fèi)用（包含電費(fèi)、工人工資和維修費(fèi)）；S為采暖面積；Q為電采暖方案中單位面積年耗電量；Pdg為臨界低谷電價(jià)；Pyw為電采暖方案中，折合到單位面積的年工人工資和維修費(fèi)。

（3）可行性分析

當(dāng)實(shí)際低谷電價(jià)低于臨界低谷電價(jià)時(shí)，該方案相比市政采暖具有經(jīng)濟(jì)性，否則，該方案相比市政采暖不具備經(jīng)濟(jì)性。

（4）多方案優(yōu)選

如果多種蓄熱式電采暖方案相比市政采暖方案均具備經(jīng)濟(jì)性，則其臨界低谷電價(jià)最高的方案經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

在分析項(xiàng)目可行性時(shí)，決策者首先要計(jì)算某種蓄熱式電采暖方案的臨界低谷電價(jià)，只有當(dāng)實(shí)際低谷電價(jià)低于臨界低谷電價(jià)時(shí)，該方案才具備可行性。當(dāng)多種蓄熱式電采暖方案均具有可行性時(shí)，需要進(jìn)行多方案優(yōu)選，即臨界低谷電價(jià)最高的為最優(yōu)方案。

典型項(xiàng)目中市政采暖費(fèi)用為27元/m2，接口費(fèi)為70元/m2，利率取6%，項(xiàng)目壽命期取20年。按照該方法計(jì)算，高溫固體蓄熱電鍋爐方案、電極鍋爐和水蓄熱方案、電鍋爐和相變蓄熱方案的臨界低谷電價(jià)分別為0.301 5元/kWh、0.294 2元/kWh、0.244 2元/kWh。當(dāng)?shù)貙?shí)際低谷電價(jià)為0.280 2元/kWh，因此，高溫固體蓄熱電鍋爐方案和電極鍋爐和水蓄熱方案相比市政采暖具備經(jīng)濟(jì)可行性，且前者的經(jīng)濟(jì)性最好，電鍋爐和相變蓄熱方案不具備經(jīng)濟(jì)可行性。

5 敏感性分析

對(duì)于某種蓄熱式電采暖方案，其臨界低谷電價(jià)受市政采暖費(fèi)，市政采暖接口費(fèi)，利率，該方案的初投資、單位面積年耗電量等5個(gè)因素影響，最后2種因素基本固定不變，因此，臨界低谷電價(jià)主要受前3中因素影響，為研究敏感性，本文提供了3種蓄熱式電采暖方案的臨界低谷電價(jià)隨3中主要影響因素的變化曲線。

圖2是臨界低谷電價(jià)隨市政采暖費(fèi)的變化曲線，可見(jiàn)，臨界低谷電價(jià)與市政采暖費(fèi)的呈線性關(guān)系，市政采暖價(jià)格越高，蓄熱式電采暖方案的臨界低谷電價(jià)越高。

圖3是臨界低谷電價(jià)隨利率的變化曲線，可見(jiàn)，利率越高，蓄熱式電采暖方案的臨界低谷電價(jià)越低。

圖4是臨界低谷電價(jià)隨市政采暖接口費(fèi)的變化曲線，可見(jiàn)，蓄熱式電采暖的臨界電價(jià)與市政采暖接口費(fèi)呈線性關(guān)系，市政采暖接口費(fèi)越高，臨界電價(jià)越高。

圖2 蓄熱式電采暖方案臨界低谷電價(jià)-市政采暖價(jià)格關(guān)系

圖3 蓄熱式采暖方案臨界低谷電價(jià)-利率關(guān)系

圖4 蓄熱式采暖方案臨界低谷電價(jià)-市政采暖接口費(fèi)關(guān)系

6 結(jié)論

通過(guò)本文以上研究分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）高溫固體蓄熱電鍋爐、電極鍋爐和水蓄熱、電鍋爐和相變蓄熱是目前市場(chǎng)主流的3種蓄熱式電采暖技術(shù)，其運(yùn)行費(fèi)用基本相同，單位面積初投資由低到高依次為：高溫固體蓄熱電鍋爐、電極鍋爐和水蓄熱、電鍋爐和相變蓄熱。

（2）臨界低谷電價(jià)是判斷蓄熱式電采暖相比市政采暖是否具備經(jīng)濟(jì)可行性的關(guān)鍵指標(biāo)，臨界低谷電價(jià)主要受當(dāng)?shù)厥姓膳瘍r(jià)格、利率、采暖接口費(fèi)影響。當(dāng)項(xiàng)目所在地實(shí)際低谷電價(jià)低于臨界低谷電價(jià)時(shí)，蓄熱式電采暖相比市政采暖才具備經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，實(shí)際低谷電價(jià)相比臨界低谷電價(jià)低得越多，蓄熱式電采暖相比市政采暖的經(jīng)濟(jì)越好。臨界低谷電價(jià)既可以作為評(píng)價(jià)方案是否具備經(jīng)濟(jì)可行性的定性指標(biāo)，也可作為多方案優(yōu)選的定量指標(biāo)。

（3）按照臨界電價(jià)法綜合分析主流蓄熱式電采暖方案的經(jīng)濟(jì)性，高溫固體蓄熱電鍋爐方案最佳，電極鍋爐+水蓄熱其次，電鍋爐+相變蓄熱方案最差。D