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2021-03-07 16:47:25馬翹楚
科技研究·理論版 2021年16期
馬翹楚
摘要：目前我國化石燃料利用依舊面臨的嚴(yán)峻的局面，消耗量急劇增加，伴隨而來的是環(huán)境的惡化與資源的枯竭，地?zé)崮茏鳛橐环N無污染可再生的清潔能源，其推廣使用對推動綠色發(fā)展，改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。
本文對幾種供暖方式進(jìn)行節(jié)能效益分析、減排效益分析、經(jīng)濟效益分析得出地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯蕿?34%。提供1 GJ熱量大氣污染排放量最少，且能源消耗成本僅為7.82元。地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯首罡撸峁┫嗤瑹崃繒r大氣污染物排放量最小，且能源消耗的成本最小。
關(guān)鍵詞：地?zé)崮芄┡?節(jié)能減排;經(jīng)濟效益;排放量;
1節(jié)能能力分析
通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)我們團隊總結(jié)出了目前最常見的幾種供熱方式：燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、電熱采暖、分體式空調(diào)、空氣源熱泵。我們調(diào)研小組搜集了這幾種供熱方式的能源利用率和COP等數(shù)據(jù)，計算出了其一次能源利用效率，并和地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢眯蔬M(jìn)行比較，從而分析地?zé)嵩礋岜玫墓?jié)能效益。
對于直接將一次能源轉(zhuǎn)化成熱能的供熱方式，其一次能源利用率為它的能源利用率。對于不是直接利用一次能源供暖的供暖方式，其一次能源利用率=熱電廠發(fā)電效率×被有效利用的電能占比×COP。COP為制熱能效比，且COP=Q/W，Q是產(chǎn)生的總熱量，W是被有效利用的電能。
對于燃煤型鍋爐，通過參考文獻(xiàn)可知，其供熱效率通常為55%以內(nèi)。
對于燃煤鍋爐，由于國家規(guī)定燃?xì)忮仩t的熱效率須達(dá)到二級能效即88%以上方可上市銷售，所以我們將燃?xì)忮仩t的熱效率記為88%。
對于電熱采暖，它直接電熱轉(zhuǎn)換，所以有效利用的電能占比為100%，且其COP近似為1，但我國火力發(fā)電的平均發(fā)電效率為33%，所以電熱采暖的一次能源利用效率為：33%×1=33%。
對于分體式空調(diào)，其有效利用的電能占比為90%，且其COP為2左右，又已知熱電廠的發(fā)電效率為33%，所以分體式空調(diào)器的一次能源利用率約為：33%×0.9×2=59.4%。
對于空氣源熱泵，其有效利用的電能占比為90%，COP=3，所以空氣源熱泵的一次能源利用率約為：33%×0.9×3=89.1%。
對于地?zé)嵩礋岜茫溆行Ю玫碾娔苷急葹?0%，COP=4.5，所以地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢寐始s為：33%×0.9×4.5=134%。
標(biāo)準(zhǔn)煤的低位熱值為29.3076MJ/kg，結(jié)合以上數(shù)據(jù)可以計算出每提供1GJ熱量，不同供暖方式各消耗多少標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。不同供暖方式的一次能源利用效率和每產(chǎn)生1GJ熱量需要消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤如圖1所示。
地?zé)崮芄┡瘜σ淮文茉蠢眯首罡撸慨a(chǎn)生1GJ的熱量約消耗2.54kg標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)小于其它供暖方式的消耗量，由此可見，發(fā)展地?zé)崮芄┡瘜ξ覈┡I(lǐng)域的節(jié)能具有重要意義。
2減排能力分析
火力發(fā)電使用的煤炭為褐煤等動力煤，而對動力煤的質(zhì)量要求在煤炭中是最低的，所以我們用原煤的熱值代表火力發(fā)電使用的煤炭的熱值。已知1kg原煤=0.7143kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1立方米天然氣=1.33kg標(biāo)準(zhǔn)煤，我們可以計算出每產(chǎn)生1GJ熱量各供暖方式需要消耗多少原煤和天然氣。
再結(jié)合發(fā)電或供熱的CO2和大氣污染物排放因子;我們可以計算出各供熱方式CO2和大氣污染物的排放量。
由此可見，提供相同的熱量，地?zé)嵩礋岜玫亩趸寂欧帕孔钚。源罅Πl(fā)展地?zé)崮芄┡瘜⒂兄谖覈鴮崿F(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)。不過，由于我國目前還以燃煤發(fā)電為主，所以地?zé)崮芄┡秒妿淼拇髿馕廴静蝗莺鲆暎責(zé)崮芄┡秒娕欧诺拇髿馕廴疚镫m然整體高于消耗清潔能源天然氣的燃?xì)忮仩t，但小于其它供暖方式，特別是主流的燃煤供暖，所以發(fā)展地?zé)崮芄┡兄诮档痛髿馕廴疚锏呐欧拧?/p>
3節(jié)能減排的經(jīng)濟效益
煤炭價格約為220元/噸，即0.22元/kg;天然氣價格約為3.23元/m3。所以可以計算出各供暖方式提供1GJ能量的能源消耗成本，見圖2。
由此可見，燃?xì)忮仩t在運行過程中天然氣消費帶來的成本源高于其它供熱方式煤炭消費帶來的成本。其中，地?zé)崮芄┡茉聪M帶來的成本最低，所以地?zé)崮芄┡谶\行過程中具有相對較好的經(jīng)濟效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳彥麗，陳贊林，趙子萱，康珈，白靜利，吳少華，郝艷紅.CO2熱泵耦合燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)研究[J].熱力發(fā)電， 2021（05）： 133-138.
[2]尹波，張濤，張成昱，戴吉平，李以通.北方農(nóng)村清潔供暖技術(shù)經(jīng)濟性研究[J].科技資訊， 2020， 18（32）： 69-73.
[3]李振博，武衛(wèi)東，汪靜，劉方然.長江流域住宅熱泵供暖技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].暖通空調(diào)， 2021， 51（03）： 37-45.
2136500511329
馬翹楚
摘要：目前我國化石燃料利用依舊面臨的嚴(yán)峻的局面，消耗量急劇增加，伴隨而來的是環(huán)境的惡化與資源的枯竭，地?zé)崮茏鳛橐环N無污染可再生的清潔能源，其推廣使用對推動綠色發(fā)展，改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。
本文對幾種供暖方式進(jìn)行節(jié)能效益分析、減排效益分析、經(jīng)濟效益分析得出地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯蕿?34%。提供1 GJ熱量大氣污染排放量最少，且能源消耗成本僅為7.82元。地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯首罡撸峁┫嗤瑹崃繒r大氣污染物排放量最小，且能源消耗的成本最小。
關(guān)鍵詞：地?zé)崮芄┡?節(jié)能減排;經(jīng)濟效益;排放量;
1節(jié)能能力分析
通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)我們團隊總結(jié)出了目前最常見的幾種供熱方式：燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、電熱采暖、分體式空調(diào)、空氣源熱泵。我們調(diào)研小組搜集了這幾種供熱方式的能源利用率和COP等數(shù)據(jù)，計算出了其一次能源利用效率，并和地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢眯蔬M(jìn)行比較，從而分析地?zé)嵩礋岜玫墓?jié)能效益。
對于直接將一次能源轉(zhuǎn)化成熱能的供熱方式，其一次能源利用率為它的能源利用率。對于不是直接利用一次能源供暖的供暖方式，其一次能源利用率=熱電廠發(fā)電效率×被有效利用的電能占比×COP。COP為制熱能效比，且COP=Q/W，Q是產(chǎn)生的總熱量，W是被有效利用的電能。
對于燃煤型鍋爐，通過參考文獻(xiàn)可知，其供熱效率通常為55%以內(nèi)。
對于燃煤鍋爐，由于國家規(guī)定燃?xì)忮仩t的熱效率須達(dá)到二級能效即88%以上方可上市銷售，所以我們將燃?xì)忮仩t的熱效率記為88%。
對于電熱采暖，它直接電熱轉(zhuǎn)換，所以有效利用的電能占比為100%，且其COP近似為1，但我國火力發(fā)電的平均發(fā)電效率為33%，所以電熱采暖的一次能源利用效率為：33%×1=33%。
對于分體式空調(diào)，其有效利用的電能占比為90%，且其COP為2左右，又已知熱電廠的發(fā)電效率為33%，所以分體式空調(diào)器的一次能源利用率約為：33%×0.9×2=59.4%。
對于空氣源熱泵，其有效利用的電能占比為90%，COP=3，所以空氣源熱泵的一次能源利用率約為：33%×0.9×3=89.1%。
對于地?zé)嵩礋岜茫溆行Ю玫碾娔苷急葹?0%，COP=4.5，所以地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢寐始s為：33%×0.9×4.5=134%。
標(biāo)準(zhǔn)煤的低位熱值為29.3076MJ/kg，結(jié)合以上數(shù)據(jù)可以計算出每提供1GJ熱量，不同供暖方式各消耗多少標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。不同供暖方式的一次能源利用效率和每產(chǎn)生1GJ熱量需要消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤如圖1所示。
地?zé)崮芄┡瘜σ淮文茉蠢眯首罡撸慨a(chǎn)生1GJ的熱量約消耗2.54kg標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)小于其它供暖方式的消耗量，由此可見，發(fā)展地?zé)崮芄┡瘜ξ覈┡I(lǐng)域的節(jié)能具有重要意義。
2減排能力分析
火力發(fā)電使用的煤炭為褐煤等動力煤，而對動力煤的質(zhì)量要求在煤炭中是最低的，所以我們用原煤的熱值代表火力發(fā)電使用的煤炭的熱值。已知1kg原煤=0.7143kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1立方米天然氣=1.33kg標(biāo)準(zhǔn)煤，我們可以計算出每產(chǎn)生1GJ熱量各供暖方式需要消耗多少原煤和天然氣。
再結(jié)合發(fā)電或供熱的CO2和大氣污染物排放因子;我們可以計算出各供熱方式CO2和大氣污染物的排放量。
由此可見，提供相同的熱量，地?zé)嵩礋岜玫亩趸寂欧帕孔钚。源罅Πl(fā)展地?zé)崮芄┡瘜⒂兄谖覈鴮崿F(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)。不過，由于我國目前還以燃煤發(fā)電為主，所以地?zé)崮芄┡秒妿淼拇髿馕廴静蝗莺鲆暎責(zé)崮芄┡秒娕欧诺拇髿馕廴疚镫m然整體高于消耗清潔能源天然氣的燃?xì)忮仩t，但小于其它供暖方式，特別是主流的燃煤供暖，所以發(fā)展地?zé)崮芄┡兄诮档痛髿馕廴疚锏呐欧拧?/p>
3節(jié)能減排的經(jīng)濟效益
煤炭價格約為220元/噸，即0.22元/kg;天然氣價格約為3.23元/m3。所以可以計算出各供暖方式提供1GJ能量的能源消耗成本，見圖2。
由此可見，燃?xì)忮仩t在運行過程中天然氣消費帶來的成本源高于其它供熱方式煤炭消費帶來的成本。其中，地?zé)崮芄┡茉聪M帶來的成本最低，所以地?zé)崮芄┡谶\行過程中具有相對較好的經(jīng)濟效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳彥麗，陳贊林，趙子萱，康珈，白靜利，吳少華，郝艷紅.CO2熱泵耦合燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)研究[J].熱力發(fā)電， 2021（05）： 133-138.
[2]尹波，張濤，張成昱，戴吉平，李以通.北方農(nóng)村清潔供暖技術(shù)經(jīng)濟性研究[J].科技資訊， 2020， 18（32）： 69-73.
[3]李振博，武衛(wèi)東，汪靜，劉方然.長江流域住宅熱泵供暖技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].暖通空調(diào)， 2021， 51（03）： 37-45.
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