太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目節(jié)能量與經(jīng)濟(jì)性分析

白冰

（中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展速率在能源和污染的矛盾斗爭中不斷提升，中國作為世界的人口大國，各種不可再生資源的需求量和使用量都分居世界前列。為貫徹科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國開始加大新能源開發(fā)的經(jīng)濟(jì)支持力度和政策輔助力度。太陽能具有安全、綠色、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢，是我國新能源開發(fā)項(xiàng)目的重點(diǎn)對象。太陽能熱水相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)讓我國減少了大規(guī)模常規(guī)化石能源的消耗速率，減少了能源污染和居民的經(jīng)濟(jì)開銷。雖然我國太陽能熱水技術(shù)已經(jīng)深入千家萬戶，但是其在輕工業(yè)領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域等行業(yè)的使用尚未成熟，需要用科學(xué)的經(jīng)濟(jì)成本計(jì)算理論對太陽能熱水衍生出的其他技術(shù)項(xiàng)目的節(jié)能量和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，讓各行各業(yè)都能提高這種新型能源的使用率，緩解我國能源與環(huán)境污染危機(jī)。

1 太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)意蘊(yùn)

1.1 太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目國內(nèi)使用現(xiàn)狀分析

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源開發(fā)矛盾的不斷加劇，開發(fā)環(huán)保、低碳、綠色、節(jié)能的新型可再生能源就成為了各國急需解決的焦點(diǎn)問題。太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)是符合中國特色科學(xué)發(fā)展觀的新能源開發(fā)重點(diǎn)項(xiàng)目，在國內(nèi)各地區(qū)都能看見系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相異、應(yīng)用項(xiàng)目優(yōu)勢不同的太陽能熱水技術(shù)應(yīng)用。根據(jù)2020年的太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，中國的太陽能熱水技術(shù)應(yīng)用總裝機(jī)容量為416.57GWth，約占世界太陽能熱水應(yīng)用的85%。根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，合理利用太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目每年可為我國節(jié)約5000億元左右的電費(fèi)[1]。雖然太陽能熱水技術(shù)在我國已經(jīng)有大約35年的發(fā)展歷史，但是其技術(shù)仍主要被應(yīng)用在居民熱水供應(yīng)、居室工業(yè)取暖以及各領(lǐng)域行業(yè)用水等方面。無蓋板太陽能集熱器、平板型太陽能集熱器、真空管太陽能集熱器是太陽能熱水系統(tǒng)的三大應(yīng)用主流，而我國多數(shù)使用后兩者。隨著太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目在國內(nèi)的不斷發(fā)展，分散獨(dú)立式的太陽能熱水系統(tǒng)開始向集中式太陽能熱水系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。我國的《十二五》規(guī)劃中也開始針對太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的安裝、選用、發(fā)展做出了相應(yīng)的規(guī)定，使其發(fā)展更具統(tǒng)一性。

1.2 太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的民用優(yōu)勢

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，居民對生活質(zhì)量的硬式需求也在不斷地提升，太陽能熱水系統(tǒng)的使用讓國內(nèi)居民生活熱水的能源消耗量不斷地減少。太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目不僅能為國內(nèi)居民帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且還有許多民用優(yōu)勢[2]。隨著太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目工業(yè)制造系統(tǒng)的不斷升級，各式種類的太陽能熱水應(yīng)用系統(tǒng)的操作變得簡單而便利，易于維護(hù)，還能以舊換新，形成了較為完整的體系。太陽能熱水應(yīng)用具有節(jié)能性和安全性，利用太陽能的光熱效應(yīng)對低溫水源進(jìn)行加熱，以72%的熱能轉(zhuǎn)化率造就約電能加熱五倍的效益比，并且還減少了很多安全隱患，使其成為國內(nèi)多數(shù)家庭的熱水器的首選[3]。太陽能熱水應(yīng)用會產(chǎn)生一定量的二氧化碳以及少量的有害氣體和固體顆粒物，按照其12.5年的平均使用壽命來看，單純使用1平方米的太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目可以造就800元的環(huán)境收益，其環(huán)保、低碳的綠色屬性讓其成為了國內(nèi)熱水生產(chǎn)的主要開發(fā)項(xiàng)目。無論是國家政策還是熱水器市場，太陽能熱水應(yīng)用技術(shù)都具有巨大的發(fā)展優(yōu)勢和使用前景。

2 太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的節(jié)能量分析

2.1 太陽能熱水項(xiàng)目的節(jié)能效益方式分析

太陽能熱水項(xiàng)目的節(jié)能效益從單一的數(shù)據(jù)層面來看并不能較好地展示出它的節(jié)能效益優(yōu)勢，所以本文采用對比分析的模式，將電能熱水、天然氣熱水和煤炭熱水等作為參照物[4]。用熱水集熱系統(tǒng)的總體熱能產(chǎn)值和輔熱系統(tǒng)熱能產(chǎn)值總和的平均值與參照物等量的總體熱能產(chǎn)值進(jìn)行對比，再通過標(biāo)準(zhǔn)電和標(biāo)準(zhǔn)煤的換算系統(tǒng)計(jì)算出太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的等價(jià)折標(biāo)系數(shù)，然后就能根據(jù)數(shù)據(jù)信息分析出太陽能熱水應(yīng)用的節(jié)能效益[5]。但是鑒于我國地理?xiàng)l件的不同，需要將型號相同、規(guī)格相同、品牌相同的太陽能熱水產(chǎn)品放置在地理位置不同的城市中，進(jìn)行一段時(shí)間的運(yùn)行測試，然后就可以從科學(xué)角度客觀地對其節(jié)能效益進(jìn)行評析。

2.2 太陽能熱水項(xiàng)目的節(jié)能量

科學(xué)的太陽能熱水項(xiàng)目的節(jié)能量需要從質(zhì)量檢查、運(yùn)行結(jié)構(gòu)系統(tǒng)檢查、節(jié)能量評析三個(gè)方面來對其進(jìn)行整體分析。首先將系統(tǒng)環(huán)境溫度制式參數(shù)和每種系統(tǒng)環(huán)境溫度的太陽能熱水應(yīng)用使用時(shí)間輸入太陽能熱能管理系統(tǒng)中，通過系統(tǒng)的計(jì)算輸出每個(gè)范圍的太陽能保證率f,然后根據(jù)太陽能輻射量范圍以及熱能分布計(jì)算出太陽能的標(biāo)準(zhǔn)全年節(jié)電量和節(jié)煤量[6]。最后根據(jù)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出太陽能熱水系統(tǒng)的全年實(shí)際耗能量，再與各式常規(guī)系統(tǒng)的全年實(shí)際耗能量進(jìn)行對比就可以計(jì)算出太陽能熱水應(yīng)用的全年節(jié)能量。通過計(jì)算得知太陽能熱水應(yīng)用的太陽能保證率一般在45.12%上下范圍內(nèi)波動(dòng)。如果細(xì)分太陽熱水系統(tǒng)的類型，并進(jìn)行對比分析，分散性較強(qiáng)的獨(dú)立平板式太陽能熱水應(yīng)用的節(jié)能效益是最低的[7]。雖然真空管類型的太陽能熱水應(yīng)用節(jié)能效益較為出色，但是其輔助加熱系統(tǒng)每年也會造成許多的能耗，所以在發(fā)展真空管太陽能熱水應(yīng)用時(shí)需要針對其輔熱系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制設(shè)計(jì)一套更為優(yōu)異的節(jié)能系統(tǒng)。

3 太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益方式分析

太陽能熱水應(yīng)用成本一般包括光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運(yùn)行成本和制式規(guī)格所需的熱水耗能成本。無論將太陽能熱水應(yīng)用放在國內(nèi)的何種地理環(huán)境中都要選取太陽能覆蓋率和太陽能保證率都較高的放置位置，因?yàn)檫@不僅會影響太陽能系統(tǒng)本身的運(yùn)行效益，還會間接地影響整個(gè)系統(tǒng)的保溫能力和輔熱系統(tǒng)，所以從太陽能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本理論出發(fā)，在太陽能熱水系統(tǒng)的種類和其放置的外部環(huán)境條件相同的情況下，只要更好地控制輔熱系統(tǒng)的使用效率、提高應(yīng)用項(xiàng)目的太陽能集熱效益和保證率就能極大程度上降低其運(yùn)行成本[8]。

3.2 太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性

計(jì)算太陽能熱水應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性仍需要采用對比分析模式。太陽輻射出的太陽能從一定角度上看不需要人們花費(fèi)更多的經(jīng)濟(jì)成本，所以在計(jì)算其系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)收益時(shí)，需要將全年產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生等量熱能時(shí)所需的電能或是天然氣容量，然后分別用它們的市場單價(jià)進(jìn)行乘減操作就能計(jì)算出全面的經(jīng)濟(jì)效益值。與此同時(shí)還要注意不同環(huán)境下太陽能熱水應(yīng)用產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)投資值和靜態(tài)投資值，能源價(jià)格以及人工維護(hù)等價(jià)格都存在一定的動(dòng)態(tài)波動(dòng)性，所以在了解動(dòng)態(tài)投資值的波動(dòng)規(guī)律后就能更好地計(jì)算太陽能熱水項(xiàng)目的年凈值[9]。通過在太陽能熱水經(jīng)濟(jì)效益管理系統(tǒng)中輸入水溫差、管道熱損失率、熱水應(yīng)用的平均輻射量、集熱面積以及需要熱水的容量等信息就能計(jì)算出太陽能熱水應(yīng)用的年使用費(fèi)用以及各種能源的年對比標(biāo)準(zhǔn)節(jié)省費(fèi)用。近幾年的數(shù)據(jù)分析顯示，太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)效益流保持在平均每年12.13萬元，而其應(yīng)用項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)效益流保持在平均每年以6.12%比率持續(xù)遞減[10]。在使用太陽能熱水應(yīng)用后的4.95年就可以收回其原始的投資成本。如果將太陽能熱水項(xiàng)目的靜態(tài)投資期擴(kuò)大至十年，就能計(jì)算出應(yīng)用項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為15.12%，這個(gè)數(shù)值大于一般風(fēng)險(xiǎn)投資的年收益值，所以購買太陽能熱水應(yīng)用是一種經(jīng)濟(jì)效益有保證的投資項(xiàng)目。隨著太陽能熱水項(xiàng)目投資總額的不斷增長，其回收期也會不斷地增加，而經(jīng)濟(jì)效益也會隨著使用年限的增加呈現(xiàn)逐漸遞增趨勢。

4 結(jié)語

太陽能作為一種多優(yōu)勢并存的綠色、節(jié)能新能源，在國內(nèi)的使用率正在逐年提高。太陽能熱水等相關(guān)應(yīng)用項(xiàng)目的推廣與使用在國內(nèi)得到了經(jīng)濟(jì)支持和政策支持。本文分析了太陽能熱水使用項(xiàng)目在國內(nèi)的使用現(xiàn)狀和居民使用優(yōu)勢，并應(yīng)用經(jīng)濟(jì)成本理論和能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等對太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益進(jìn)行了對比參照分析，并總結(jié)歸納出其具有節(jié)能性高、經(jīng)濟(jì)收益高、投資回收期短、供熱成本低等優(yōu)勢。但是基于一些數(shù)據(jù)條件的限制，文中并沒有將節(jié)能量和經(jīng)濟(jì)性分析的具體公式進(jìn)行代入式計(jì)算，希望在未來的學(xué)術(shù)研究中，此課題的相關(guān)研究者可以通過豐富且具體的數(shù)據(jù)對太陽能熱水的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，讓這項(xiàng)技術(shù)更加廣泛地應(yīng)用在國內(nèi)的綠色城市發(fā)展中。