分布式能源與中小型鍋爐供熱成本研究與對比分析

胡俊強 姜福長

摘 要：為分析分布式能源供熱方式和傳統(tǒng)的中小型鍋爐集中供熱方式的成本，建立了適用于不同供熱方式的成本分析方法，并結(jié)合傳統(tǒng)的中小型鍋爐集中供熱調(diào)查情況及典型分布式能源供熱參數(shù)，詳細分析了中小型燃煤鍋爐、中小型燃氣鍋爐、分布式能源的供熱成本。分布式能源供熱平均成本約為46.71元/GJ，是中小型燃煤鍋爐的57.28%，是中小型燃氣鍋爐的33.79%。

關(guān)鍵詞：鍋爐；分布式能源；供熱成本

1 引言

分布式能源系統(tǒng)（Distributed Energy System）利用一次能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，對產(chǎn)生的能量進行綜合運用，在一個區(qū)域內(nèi)提供電、熱、冷等多種終端能源產(chǎn)品。

中國承諾“到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年減少40%～45%”[1]。“十二五”期間我國擬建設(shè)1000個左右天然氣分布式能源項目，并擬建設(shè)10個左右各類典型特征的分布式能源示范區(qū)域。設(shè)定目標到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機規(guī)模達到5000萬千瓦，初步實現(xiàn)分布式能源裝備產(chǎn)業(yè)化[2]。

與傳統(tǒng)的中小型鍋爐集中供熱方式相比，天然氣分布式能源NOx排放量可以控制在100mg/Nm3，CO排放量可以控制在100mg/Nm3，排放降低了約80%；傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)機組的能源利用效率一般在50%左右，而天然氣分布式能源系統(tǒng)，實現(xiàn)了能源梯級利用，利用效率可達80%-90%。

發(fā)展天然氣分布式能源雖然有良好的政策支持、技術(shù)基礎(chǔ)和環(huán)境條件，但對于天然氣分布式能源系統(tǒng)設(shè)備而言，氣價/電價比的迅速攀升極大地影響了分布式熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的推廣[3]。盡管如此，天然氣分布式能源在供熱成本上相對于傳統(tǒng)的中小型供熱方式仍然具有優(yōu)勢。

2 供熱成本研究與分析

2.1 分析方法

中小型鍋爐集中供熱采用燃煤或者燃氣的方式將一次能源的能量轉(zhuǎn)化為水蒸汽攜帶的熱能，運行過程中主要的成本來自采購燃料的費用。

天然氣分布式能源采用燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電、供熱、供冷，天然氣燃燒主要用于推動燃氣輪發(fā)電機組做功和發(fā)電。燃氣輪機排放的煙氣則用于產(chǎn)生蒸汽，并最終用于蒸汽輪發(fā)電機組發(fā)電和供熱，屬于余熱利用。天然氣分布式能源供熱的主要影響是減少了蒸汽輪機的發(fā)電量。

綜合上述特點，針對分布式能源與中小型鍋爐供熱的特點，為利于對比分析，將供熱成本分為供熱燃料成本和供熱影響發(fā)電折算成本兩個組成部分。

2.2 中小型燃煤鍋爐供熱成本分析

令Wc為燃煤鍋爐蒸發(fā)量（t/h），mc為消耗標煤（t/h），rc為標煤價（元/t），Hc為蒸汽焓值（kJ/kg），A1c為供熱燃料成本（元/GJ），A2c為供熱影響發(fā)電折算成本（元/GJ），Ac為供熱合計成本（元/GJ），則：

在計算供熱影響發(fā)電折算成本時，假定供熱蒸汽用于推動汽輪發(fā)電機組做功并發(fā)電，令？濁c為蒸汽輪發(fā)電機組發(fā)電效率，Sc為上網(wǎng)電價（元/kWh），則：

結(jié)合式（1）（3）（4）并綜合中小型燃煤鍋爐調(diào)查情況，得到中小型燃煤鍋爐供熱成本如表1所示。

2.3 中小型燃氣鍋爐供熱成本分析

令Wg為燃煤鍋爐蒸發(fā)量（t/h），mg為消耗標煤（t/m3），rg為標煤價（元/m3），Hg為蒸汽焓值（kJ/kg），A1g為供熱燃料成本（元/GJ），A2g為供熱影響發(fā)電折算成本（元/GJ），Ag為供熱合計成本（元/GJ），？濁g為假定蒸汽輪發(fā)電機組發(fā)電效率，Sg為上網(wǎng)電價（元/kWh），依據(jù)公式（1）（3）（4）得：

綜合中小型燃氣鍋爐調(diào)查情況，得到中小型燃氣鍋爐供熱成本如下表2所示：

2.4 分布式能源供熱成本分析

令Bd為分布式能源的蒸汽輪發(fā)電機組熱耗（kJ/kWh），Sd為燃氣發(fā)電上網(wǎng)電價（元/kWh），A1d為供熱燃料成本（元/GJ），A2d為供熱影響發(fā)電折算成本（元/GJ），Ad為供熱合計成本（元/GJ），則：

綜合典型分布式能源參數(shù)，得到分布式能源供熱成本如表3所示：

3 供熱成本對比分析

圖1所示為中小型燃煤鍋爐、中小型燃氣鍋爐和分布式能源供熱成本曲線。

圖2所示為中小型燃煤鍋爐、中小型燃氣鍋爐和分布式能源供熱成本中燃料成本占用的比例曲線。

從圖1中可分析得到，中小型燃煤鍋爐供熱平均成本為81.55元/GJ，中小型燃氣鍋爐供熱平均成本為138.23元/GJ，分布式能源供熱平均成本為46.71元/GJ，分布式能源供熱平均成本是中小型燃煤鍋爐的57.28%，是中小型燃氣鍋爐的33.79%，分布式能源供熱具有非常明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

從圖2中可分析得到，中小型燃煤鍋爐供熱成本中，燃料成本占的平均比例為35.86%；中小型燃氣鍋爐供熱成本中，燃料成本占的平均比例為55.51%；分布式能源進行余熱利用，沒有燃料成本。天然氣燃料價格的昂貴直接增加了燃氣鍋爐的供熱成本，而分布式能源供熱，由于合理地利用廢熱，減少了對燃料的依賴，從而極大地降低了供熱成本。

4 結(jié)論

分布式能源供熱平均成本約為46.71元/GJ，是中小型燃煤鍋爐的57.28%，是中小型燃氣鍋爐的33.79%。

分布式能源供熱，利用了燃氣輪機排氣攜帶的廢熱能，沒有對燃料的依賴性，從而相對于傳統(tǒng)的供熱方式具有非常明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

參考文獻

[1]馬悅，董舟.分布式能源系統(tǒng)的研究及配置方案分析[J].節(jié)能，2011，345（4）：15～19.

[2]關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見.發(fā)改能源[2011]2196號.

[3]黃東風.分布式能源發(fā)展的影響因素分析[J].能源工程，2005：7～10.