基于生命周期成本理論的電鍋爐供暖方案優(yōu)選方法研究

劉衛(wèi)東　潘廣旭　王曉梅　任學(xué)良　牛蔚然　楊偉進(jìn)　李一真　顏勇

摘 要：為了分析電鍋爐供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，建立了壽命周期成本計算模型，以壽命周期成本最小為決策準(zhǔn)則，優(yōu)選電鍋爐供暖方案。并闡述了電鍋爐供暖系統(tǒng)成本計算的方法。算例分析表明全蓄熱供暖系統(tǒng)的壽命周期成本最低，當(dāng)采用電鍋爐作為供暖熱源時宜采用全蓄熱供暖系統(tǒng)供暖。

關(guān)鍵詞：電鍋爐；供暖；全生命周期成本；運行模式

引言

隨著社會的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，消費水平和消費能力不斷增強(qiáng)，這就要求提供更多更好的商品，而這是以能源消費為基礎(chǔ)的。我國的能源現(xiàn)狀決定了以化石能源消耗為主的能源消費結(jié)構(gòu)，這造成了嚴(yán)重環(huán)境污染，有資料指出，嚴(yán)重的霧霾天氣主要是由于化石能源消耗引起的。需要尋求以清潔能源代替化石能源的能源消費方式是治理環(huán)境污染的有效手段，因此，提出了電能替代的解決方案[1]。

我國現(xiàn)階段冬季采暖要消耗大量的煤炭，排放的大量的污染物。作為電能替代的一個方面，用電采暖取代燃煤取暖是可行的方向。電采暖的類型很多，有電暖氣、電熱膜、電鍋爐等。電鍋爐采暖具有清潔、高效、結(jié)構(gòu)簡單等特點，具有推廣價值。但是由于現(xiàn)階段電鍋爐采暖的初投資和運行成本都比較高，給推廣帶來一定的困難，這就需要優(yōu)化熱源方案和運行參數(shù)以降低投資運行成本。為電鍋爐供暖系統(tǒng)設(shè)計一套合理的評價方法，對優(yōu)化投資決策、降低投資運行成本具有相當(dāng)重要的意義。

1 壽命周期成本評價模型的建立

電鍋爐供暖是一個龐大的系統(tǒng)，其初投資是巨大的，在傳統(tǒng)的設(shè)計思想指導(dǎo)下，供暖設(shè)計人員主要考慮減小一次性投資，這樣運行和維護(hù)費用將加大。同時，在電鍋爐供暖技術(shù)不斷向前發(fā)展的過程中，人們也在不斷的尋求節(jié)能和途徑和降低運行成本的方法，相應(yīng)的節(jié)能措施又會增加系統(tǒng)的初投資。因此，需要建立一個合理的方法對電鍋爐供暖系統(tǒng)進(jìn)行成本控制與技術(shù)評價。

近年來工程設(shè)計人員采用各種經(jīng)濟(jì)評價方法對供暖熱源系統(tǒng)進(jìn)行評價，其中計算壽命周期成本（Life Cycle Cost，簡稱LCC），被廣泛應(yīng)用[2]。LCC是指系統(tǒng)從誕生到報廢過程中為實現(xiàn)其功能所支付的總費用。

在使用效果相同的情況下，LCC、EUAC、Ci越小，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益越高。文章針對采用電鍋爐為熱源的供暖系統(tǒng)進(jìn)行分析，分別分析直熱供暖系統(tǒng)、采用全谷電（8h）蓄熱供暖系統(tǒng)、采用谷電（8h）+平電（2h）蓄熱供暖系統(tǒng)的壽命周期成本，以壽命周期成本最小為決策準(zhǔn)則，優(yōu)選供熱方案。

2 成本分析

2.1 初投資分析

初投資為電鍋爐供暖系統(tǒng)各部分投資之和，包括基本設(shè)備費和安裝費。基本設(shè)備主要是指鍋爐、水泵、管網(wǎng)、增加設(shè)備用房、變配電設(shè)備等主輔助設(shè)備；安裝費主要包括設(shè)備的裝配費和調(diào)試費。

（1）鍋爐的初投資

電鍋爐的初投資可以根據(jù)設(shè)計熱負(fù)荷來確定鍋爐的規(guī)格與臺數(shù)，根據(jù)市場上鍋爐的品牌、規(guī)格與臺數(shù)來確定鍋爐的初投資。

供暖電鍋爐系統(tǒng)形式不同，容量的選擇也不相同，直熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)運行，部分峰谷時段，根據(jù)溫度需要隨時開啟電鍋爐取暖。

（3）管道初投資

其中，Mpi為第i段管道單位管長投資額，元/m；Li為第i段管道長度，m。

供暖管網(wǎng)的材質(zhì)一般采用無縫鋼管，管徑的選取都是以離散管徑計算，取相近的管徑規(guī)格。單位管長各種管徑的投資額是根據(jù)《城市基礎(chǔ)設(shè)施工程投資估算指標(biāo)》和預(yù)算定額標(biāo)準(zhǔn)，綜合熱力管道市場價格，并考慮閥門、吊架等水系統(tǒng)附件投資和水系統(tǒng)安裝成本的改變得到的。

供暖系統(tǒng)在熱量輸送過程造成很大的熱量損失，保溫層的厚度直接關(guān)系到供暖系統(tǒng)的運行成本，同時也對管網(wǎng)造價造成影響。根據(jù)管道管徑、保溫層厚度等參數(shù)，可以得到管道保溫材料的投資成本。

3 計算實例

通過實例計算，分析電鍋爐供暖在不同的供暖運行模式、不同的供暖面積、不同的設(shè)備使用年限下的投資成本、運行成本，以及壽命周期成本。

3.1 不同電鍋爐供暖運行模式成本分析

當(dāng)電鍋爐選擇不同的運行模式時，直熱電鍋爐與蓄熱電鍋爐，蓄熱電鍋爐蓄熱時間的不同，投資和運行成本都不相同。文章分別對直熱電鍋爐供暖系統(tǒng)、蓄熱電鍋爐供暖系統(tǒng)蓄熱時間為8h和10h的成本進(jìn)行分析。

分析以一個10萬m2的居民建筑為基準(zhǔn)。取采暖期180天，根據(jù)GJJ34-90《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》的建筑物采暖熱指標(biāo)，居民住宅的采暖熱指標(biāo)推薦值為58-64W/m2，文章取58W/m2。電鍋爐的熱效率取95%。根據(jù)計算水泵的流量、揚程分別為200m3/h，30mH2O，水泵的功率為18kW。供暖管網(wǎng)選管徑為DN600、管網(wǎng)長度500m。

（1）系統(tǒng)的初投資

鍋爐的購置成本按361.2元/kW、蓄熱水箱的購置成本按2336.1元/m3，水泵購置成本按3445.2元/kW，配電成本按500元/kW計算。設(shè)備的安裝費率取35%。各方案的初投資成本見表1。

（2）系統(tǒng)的運行成本

如果某一地區(qū)的電價政策實行峰谷電價，且峰電、谷電、平電的時間各為8h。谷電電價0.364元/kWh、平電電價0.580元/kWh、峰電電價0.798元/kWh進(jìn)行運行成本計算。各方案的運行成本見表2。

（3）維護(hù)成本

維護(hù)成本包括人工費和維修費用，如果一個電鍋爐供暖項目需要管理人員10人，每人每月工資按3000元計算，每月需要人工費3萬元，每年人工費用為36萬元。設(shè)備維修費用按照折舊費用的10%計算，設(shè)備折舊年限為15年。折舊費按年限平均法計算。各方案的維護(hù)成本見表3。

（4）殘值

殘值按系統(tǒng)初投資的4%計。各方案的殘值見表4。

（5）壽命周期成本

假設(shè)所有的電鍋爐設(shè)備的使用年限為15年，在使用年限內(nèi)，各年的運行成本、維修費用均相等，折現(xiàn)率按8%計算。按照前面壽命周期成本分析模型對各方案進(jìn)行成本計算，見表5。

由計算結(jié)果可以看出，一個10萬m2的居民建筑采用電鍋爐供暖，當(dāng)采用蓄熱供暖系統(tǒng)供暖時初投資是直熱供暖系統(tǒng)初投資的2.2～2.8倍，但每年的運行費用是直熱供暖系統(tǒng)的66%～68%。全壽命周期成本（LCC）蓄熱供暖系統(tǒng)比直熱供暖系統(tǒng)低30%，全年均值費用（EUCA）和壽命周期成本系數(shù)（C）也比直熱供暖系統(tǒng)低。同時由于蓄熱供暖系統(tǒng)蓄熱時間的不同， LCC、EUAC、C也顯示出全谷電（8h）蓄熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要谷電（8h）+平電（2h）蓄熱系統(tǒng)。

3.2 不同供暖面積成本分析

不同的電鍋爐供暖系統(tǒng)適用于不同的供暖情況，當(dāng)供暖面積不同時，由于供暖量不同，鍋爐的容量和管網(wǎng)的選擇都不相同，相應(yīng)的投資和運行成本也不同。以一個1000m2的居民建筑來分析直熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)、蓄熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)的成本。見表6。

由計算結(jié)果看出，一個1000m2的居民建筑，由于熱負(fù)荷較供暖面積10萬m2小，初投資和運行費用都低。和供暖面積10萬m2表現(xiàn)相同，直熱供暖系統(tǒng)的初投資雖然低但運行費高，全壽命周期成本（LCC）、全年均值費用（EUCA）和壽命周期成本系數(shù)（C）也比蓄熱供暖系統(tǒng)的高。同時表現(xiàn)為全谷電（8h）蓄熱系統(tǒng)供暖系統(tǒng)比谷電（8h）+平電（2h）蓄熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要好。

3.3 不同使用年限成本分析

為了比較不同使用年限的壽命周期成本，以一個1000m2的居民建筑電鍋爐供暖系統(tǒng)為基礎(chǔ)，分別計算使用年限為15年、20年的壽命周期成本，計算結(jié)果如表所示。

由計算結(jié)果可知，無論使用年限時15年還是20年，全谷電（8h）蓄熱系統(tǒng)的壽命周期成本、全年均值費用、壽命周期成本系數(shù)都最小。使用年限越高，各供暖模式的壽命周期成本（LCC）、全年均值費用（EUCA）越高，而壽命周期成本系數(shù)差別不大。

4 結(jié)束語

（1）采用壽命周期成本評價方法對電鍋爐供暖系統(tǒng)進(jìn)行評價，建立了壽命周期成本計算模型，計算壽命周期成本、全年均值費用、壽命周期成本系數(shù)。以壽命周期成本最小為決策準(zhǔn)則，優(yōu)選電鍋爐供暖方案。（2）通過對電鍋爐供暖系統(tǒng)的分析，闡述了供暖系統(tǒng)初投資成本、運行成本、維修成本以及系統(tǒng)殘值的計算的方法。（3）算例分析表明，在不同的供暖運行模式、不同的供暖面積、不同的使用年限條件下，直熱供暖系統(tǒng)的初投資都比蓄熱供暖系統(tǒng)的初投資低、但是運行成本高。全蓄熱供暖系統(tǒng)的壽命周期成本、全年均值費用和壽命周期成本系數(shù)都是最低的，所以當(dāng)采用電鍋爐作為供暖熱源時宜采用全蓄熱供暖系統(tǒng)供暖。

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作者簡介：劉衛(wèi)東（1967-），男，本科，高級工程師，國網(wǎng)日照供電公司黨委委員、副總經(jīng)理。

潘廣旭（1983-），男，本科，助理工程師，國網(wǎng)日照供電公司營業(yè)及電費室主任師。