太陽能熱水應用項目節能量與經濟性分析

白冰

（中冶集團武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

經濟社會的發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。為貫徹科學發展觀和可持續發展戰略，我國開始加大新能源開發的經濟支持力度和政策輔助力度。太陽能具有安全、綠色、環保、節能等優勢，是我國新能源開發項目的重點對象。太陽能熱水相關應用的開發讓我國減少了大規模常規化石能源的消耗速率，減少了能源污染和居民的經濟開銷。雖然我國太陽能熱水技術已經深入千家萬戶，但是其在輕工業領域、建筑領域等行業的使用尚未成熟，需要用科學的經濟成本計算理論對太陽能熱水衍生出的其他技術項目的節能量和經濟性進行分析，讓各行各業都能提高這種新型能源的使用率，緩解我國能源與環境污染危機。

1 太陽能熱水應用項目的開發意蘊

1.1 太陽能熱水應用項目國內使用現狀分析

隨著經濟發展與能源開發矛盾的不斷加劇，開發環保、低碳、綠色、節能的新型可再生能源就成為了各國急需解決的焦點問題。太陽能熱水應用項目的開發是符合中國特色科學發展觀的新能源開發重點項目，在國內各地區都能看見系統結構相異、應用項目優勢不同的太陽能熱水技術應用。根據2020年的太陽能熱水應用項目大數據統計結果，中國的太陽能熱水技術應用總裝機容量為416.57GWth，約占世界太陽能熱水應用的85%。根據這個數據進行計算，合理利用太陽能熱水應用項目每年可為我國節約5000億元左右的電費[1]。雖然太陽能熱水技術在我國已經有大約35年的發展歷史，但是其技術仍主要被應用在居民熱水供應、居室工業取暖以及各領域行業用水等方面。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的三大應用主流，而我國多數使用后兩者。隨著太陽能熱水應用項目在國內的不斷發展，分散獨立式的太陽能熱水系統開始向集中式太陽能熱水系統轉化。我國的《十二五》規劃中也開始針對太陽能熱水應用項目的安裝、選用、發展做出了相應的規定，使其發展更具統一性。

1.2 太陽能熱水應用項目的民用優勢

隨著我國經濟社會的不斷發展，居民對生活質量的硬式需求也在不斷地提升，太陽能熱水系統的使用讓國內居民生活熱水的能源消耗量不斷地減少。太陽能熱水應用項目不僅能為國內居民帶來經濟效益，而且還有許多民用優勢[2]。隨著太陽能熱水應用項目工業制造系統的不斷升級，各式種類的太陽能熱水應用系統的操作變得簡單而便利，易于維護，還能以舊換新，形成了較為完整的體系。太陽能熱水應用具有節能性和安全性，利用太陽能的光熱效應對低溫水源進行加熱，以72%的熱能轉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，使其成為國內多數家庭的熱水器的首選[3]。太陽能熱水應用會產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用項目可以造就800元的環境收益，其環保、低碳的綠色屬性讓其成為了國內熱水生產的主要開發項目。無論是國家政策還是熱水器市場，太陽能熱水應用技術都具有巨大的發展優勢和使用前景。

2 太陽能熱水應用項目的節能量分析

2.1 太陽能熱水項目的節能效益方式分析

太陽能熱水項目的節能效益從單一的數據層面來看并不能較好地展示出它的節能效益優勢，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]。用熱水集熱系統的總體熱能產值和輔熱系統熱能產值總和的平均值與參照物等量的總體熱能產值進行對比，再通過標準電和標準煤的換算系統計算出太陽能熱水應用項目的等價折標系數，然后就能根據數據信息分析出太陽能熱水應用的節能效益[5]。但是鑒于我國地理條件的不同，需要將型號相同、規格相同、品牌相同的太陽能熱水產品放置在地理位置不同的城市中，進行一段時間的運行測試，然后就可以從科學角度客觀地對其節能效益進行評析。

2.2 太陽能熱水項目的節能量

科學的太陽能熱水項目的節能量需要從質量檢查、運行結構系統檢查、節能量評析三個方面來對其進行整體分析。首先將系統環境溫度制式參數和每種系統環境溫度的太陽能熱水應用使用時間輸入太陽能熱能管理系統中，通過系統的計算輸出每個范圍的太陽能保證率f,然后根據太陽能輻射量范圍以及熱能分布計算出太陽能的標準全年節電量和節煤量[6]。最后根據得到的相關數據計算出太陽能熱水系統的全年實際耗能量，再與各式常規系統的全年實際耗能量進行對比就可以計算出太陽能熱水應用的全年節能量。通過計算得知太陽能熱水應用的太陽能保證率一般在45.12%上下范圍內波動。如果細分太陽熱水系統的類型，并進行對比分析，分散性較強的獨立平板式太陽能熱水應用的節能效益是最低的[7]。雖然真空管類型的太陽能熱水應用節能效益較為出色，但是其輔助加熱系統每年也會造成許多的能耗，所以在發展真空管太陽能熱水應用時需要針對其輔熱系統的運行機制設計一套更為優異的節能系統。

3 太陽能熱水應用項目的經濟性分析

3.1 太陽能熱水應用項目的經濟效益方式分析

太陽能熱水應用成本一般包括光熱轉換系統的運行成本和制式規格所需的熱水耗能成本。無論將太陽能熱水應用放在國內的何種地理環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，因為這不僅會影響太陽能系統本身的運行效益，還會間接地影響整個系統的保溫能力和輔熱系統，所以從太陽能熱水系統的經濟成本理論出發，在太陽能熱水系統的種類和其放置的外部環境條件相同的情況下，只要更好地控制輔熱系統的使用效率、提高應用項目的太陽能集熱效益和保證率就能極大程度上降低其運行成本[8]。

3.2 太陽能熱水應用項目的經濟性

計算太陽能熱水應用的經濟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更多的經濟成本，所以在計算其系統產生的經濟收益時，需要將全年產生的熱能轉化為產生等量熱能時所需的電能或是天然氣容量，然后分別用它們的市場單價進行乘減操作就能計算出全面的經濟效益值。與此同時還要注意不同環境下太陽能熱水應用產生的動態投資值和靜態投資值，能源價格以及人工維護等價格都存在一定的動態波動性，所以在了解動態投資值的波動規律后就能更好地計算太陽能熱水項目的年凈值[9]。通過在太陽能熱水經濟效益管理系統中輸入水溫差、管道熱損失率、熱水應用的平均輻射量、集熱面積以及需要熱水的容量等信息就能計算出太陽能熱水應用的年使用費用以及各種能源的年對比標準節省費用。近幾年的數據分析顯示，太陽能熱水應用項目的靜態經濟效益流保持在平均每年12.13萬元，而其應用項目的動態經濟效益流保持在平均每年以6.12%比率持續遞減[10]。在使用太陽能熱水應用后的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目的靜態投資期擴大至十年，就能計算出應用項目的財務內部收益率為15.12%，這個數值大于一般風險投資的年收益值，所以購買太陽能熱水應用是一種經濟效益有保證的投資項目。隨著太陽能熱水項目投資總額的不斷增長，其回收期也會不斷地增加，而經濟效益也會隨著使用年限的增加呈現逐漸遞增趨勢。

4 結語

太陽能作為一種多優勢并存的綠色、節能新能源，在國內的使用率正在逐年提高。太陽能熱水等相關應用項目的推廣與使用在國內得到了經濟支持和政策支持。本文分析了太陽能熱水使用項目在國內的使用現狀和居民使用優勢，并應用經濟成本理論和能源經濟轉換系統等對太陽能熱水應用項目的經濟效益和節能效益進行了對比參照分析，并總結歸納出其具有節能性高、經濟收益高、投資回收期短、供熱成本低等優勢。但是基于一些數據條件的限制，文中并沒有將節能量和經濟性分析的具體公式進行代入式計算，希望在未來的學術研究中，此課題的相關研究者可以通過豐富且具體的數據對太陽能熱水的各項指標進行分析，讓這項技術更加廣泛地應用在國內的綠色城市發展中。