循環(huán)水余熱利用收益的算法討論

姚群力

摘 要：利用熱泵吸收電廠循環(huán)水中的余熱用于冬季采暖，有節(jié)能減排的社會效益，但對于電廠自身而言，其獲得的收益和其投入相比并不十分理想。就目前可供參考的此方面資料來看，其中對于電廠收益的計算都有或多或少的放大，熱泵投運后的效果和預期相去較遠。文章僅對熱泵在電廠循環(huán)水余熱利用中，就電廠自身所得收益的算法進行討論、討論中不涉及財務及稅收問題，僅針對技術性的問題進行討論。

關鍵詞：熱泵；循環(huán)水余熱利用；節(jié)能減排；算法

1 常見算法極其缺陷

1.1 按燃料價格計算

當下常見的算法之一，就是按燃料計算收益。持這種觀點的人認為：電廠增加熱泵后，其供熱量就會增加且增加的供熱量就是熱泵所吸收的熱量，電廠所得到的收益，就是熱泵所吸收的熱量折算燃料的費用，當然也考了熱泵投入后所伴隨的一些損失。這里的問題在于，對于電廠而言，熱泵所吸收的熱量并不能簡單折算成燃料費用。下面詳細解釋一下。

為了使問題簡化我們做一些假設，第一、熱泵投入后不會對電廠產(chǎn)生任何附加損失，無論是汽輪機背壓升高產(chǎn)生的損失還是由于管道阻力增加造成的熱網(wǎng)循環(huán)泵電耗增加，第二，熱泵自身不消耗任何形式的能量，其作用僅僅是將循環(huán)水中的余熱吸收到供熱系統(tǒng)中。

有了如上假設之后，可以這樣描述熱泵投入后的作用：當熱泵投入后，就會有一些“白得的”熱量進入熱網(wǎng)系統(tǒng)，在供熱量不變的情況下，供熱抽汽就會相應的減少，減少的這部分抽汽當然會返回汽輪機中做功或者說發(fā)電。由于電廠發(fā)多少電，是由電網(wǎng)決定的，因此我們進一步假定，當供熱抽汽被排擠到汽輪機中做功時，還需保證汽輪機組的發(fā)電功率不變。為此只有減少主蒸汽的進汽量。顯然，減少的主蒸汽，或者說省下來的這部分主蒸汽所發(fā)的電，應等于被排擠到汽輪機中的供熱抽汽所發(fā)的電。增加熱泵后，電廠所得的收益就是這部分被剩下來的主蒸汽，確切的說，就是加熱這部分主蒸汽所消耗的燃料。由此可見，把熱泵吸收的熱量直接折算成燃料費用，并以此作為電廠的收益，顯然不盡合理。

為了此后敘述方便，把上面這種算法叫做“排擠抽汽法”。顯然這種算法更為合理。需要指出的是，當電廠的供熱抽汽量達到最大，再也無法增加供熱時，這時熱泵所吸收的熱量可以按燃料費用計算收益，但也只有超出電廠最大供熱能力的那部分熱量可以如此計算。有關這一點在后面加以詳細討論。

1.2 按熱價計算

這種算法是把熱泵吸收的熱量直接乘以熱價作為電廠的收益，顯然這種算法更加夸大了電廠的真實收益。

對于這個問題可以這樣考慮，只要供熱量沒有超出電廠的最大供熱能力，那么加入熱泵后的結果，一定是將一部分供熱抽汽排擠回汽輪機中做功，電廠所得到的真實收益就應按排擠抽汽法進行計算。原因很簡單，在供熱量沒有超出電廠供熱能力的情況下，即便不使用熱泵，電廠也可以正常供熱，只不過使用的是抽汽。加入熱泵后，僅僅是少用了部分抽汽，電廠能得到的，僅是這部分抽汽所蘊含的能力。更確切的說，這部分被省下來的抽汽能為電廠帶來多大收益，關于這一點在前面已經(jīng)做了詳細的討論，這里不再重復。

1.3 按電價計算

首先這種算法認為，對于電廠而言，加入熱泵后，就會有和熱泵吸收熱量相應的供熱抽汽被排擠到汽輪機中做功或者發(fā)電，其次認為這些“多發(fā)的電”乘上上網(wǎng)電價就是電廠所得到的收益。

這種算法的前半部分是正確的，即熱泵加入后，如果供熱量沒有超出電廠的最大供熱能力，那么就可以看做有部分抽汽被排擠到汽輪機中做功或發(fā)電。其錯誤在后半部分，即，電廠的收益能不能以“多發(fā)的電”乘以上網(wǎng)電價來計算。

假如由于表計的準確性問題，電網(wǎng)多計量了一度電，電廠當然也就多收入了一度的電錢。問題是這一度電如果是電廠自己發(fā)的，也會有相同的收入，只不過增加了一些燃料費用，因此這些燃料費用才是電廠真正所得。

2 正確的算法

首先，無論供熱量擴大與否，加入熱泵后都會產(chǎn)生排擠抽汽的效應，即會有一部分蒸汽被排擠到汽輪機中做功或發(fā)電，這部分收益顯然是確定的。其次，如果由于熱泵的投入，致使供熱量卻有實際的增加，則這部分由于熱泵投入而增加的供熱量也會為電廠產(chǎn)生收益。第三，熱泵投入后，電廠的供熱如果在某一時段超出了原有的最大供熱量，則超出的這部分供熱量就可以折合成燃料費用計算收益。電廠所得到的收益就是這三部分收益之和。下面詳細討論。

2.1 按排擠抽汽計算的收益基本上是確定的，只要熱泵能夠正常運行，自然會排擠一定量的蒸汽回到汽輪機，自然也會產(chǎn)生做功或發(fā)電的效益，有關這一點已在前面進行了詳細的討論。

2.2 增加的供熱量所產(chǎn)生的收益

圖1中的a和b分別為加入熱泵前后的供熱量和時間的關系曲線，可以看出b線和a線相比，最大供熱量和最小供熱量都有所提高。

顯然，陰影部分的面積為加入熱泵后總供熱量的增加量。這部分供熱增加量給電廠帶來的收益可以這樣計算：

這部分供熱所用的抽汽如果返回汽輪機發(fā)電就會得到發(fā)電收益，如果用于供熱就會產(chǎn)生供熱收益。供熱收益減去發(fā)電收益就是電廠所得到的收益。具體算法如下：

2.3 請注意圖2中的陰影區(qū)域，只有這部分供熱量可以直接換算成燃料費用作為電廠的收益。原因是：未投入熱泵之前，電廠的供熱能力不能提供這部分熱量。

3 結束語

綜上所述，熱泵投入后，對于電廠而言，其收益主要為兩部分之和：排擠抽汽產(chǎn)生的收益和供熱量增加帶來的收益。

至于圖2陰影區(qū)域所顯示的熱量盡管可以按熱量直接換算成燃料費用進行計算，但由于其所占比例很小，且電廠在正常供熱中很難達到其最大供熱，因此將此部分收益略去也不會對收益的計算結果產(chǎn)生大的影響。