電能替代農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域潛力挖掘模式與實(shí)施路徑研究

洪 亮，吳凱檳

(1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司營(yíng)銷(xiāo)部，福建 福州 350003；2.南瑞集團(tuán)有限公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司)， 江蘇 南京 210000；3.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢能效測(cè)評(píng)有限公司， 湖北 武漢 430074)

2016年5月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、財(cái)政部等八部委出臺(tái)了《關(guān)于推動(dòng)電能替代的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確了在全國(guó)范圍內(nèi)推廣電能替代，形成清潔、安全、智能的新型能源消費(fèi)方式，十三五期間實(shí)現(xiàn)能源終端消費(fèi)環(huán)節(jié)電能替代散燒煤、燃油消費(fèi)總量約1.3億t標(biāo)煤，帶動(dòng)電煤占煤炭消費(fèi)比重提高約1.9%。國(guó)家電網(wǎng)公司也在2013—2019年，相繼出臺(tái)了電能替代系列政策。

目前，電能替代工作已進(jìn)入快速發(fā)展階段，但電能替代工作綜合性較強(qiáng)，涉及范圍廣、環(huán)節(jié)多，對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平要求高。電網(wǎng)公司營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)責(zé)人員在推進(jìn)過(guò)程中存在：對(duì)企業(yè)用能情況，替代技術(shù)、優(yōu)惠政策不了解，難以有效地進(jìn)行潛力挖掘、制訂針對(duì)性的解決方案、調(diào)動(dòng)客戶(hù)的積極性。

通過(guò)梳理對(duì)比分析農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的電能替代技術(shù)，提出電能替代農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域的潛力挖掘模式與測(cè)算方法，以某縣食用菌行業(yè)為例，調(diào)研獲取用能單位的用能現(xiàn)狀，采用所建模型分析電能替代的理論潛力，針對(duì)潛力替代環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，獲取實(shí)際可行電能替代可替代環(huán)節(jié)，適用替代技術(shù)，獲取實(shí)際可行的潛力、環(huán)保潛力，為用戶(hù)合理用能和實(shí)施電能替代項(xiàng)目提供指導(dǎo)性意見(jiàn)和政策建議[1]。有效彌補(bǔ)業(yè)務(wù)人員項(xiàng)目識(shí)別能力方面的不足，增強(qiáng)基層人員項(xiàng)目開(kāi)拓能力，保證項(xiàng)目順利實(shí)施[2]。

1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域電能替代烘干技術(shù)

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)的烘烤方式主要有土灶、烘房，以散燒煤、散燒柴為主，沒(méi)有配套的環(huán)保設(shè)備，烘烤過(guò)程中產(chǎn)生大氣污染，對(duì)烤房附近環(huán)境產(chǎn)生了非常大的影響。人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、人工成本高，產(chǎn)品質(zhì)量受操作工技能和責(zé)任心影響較大，品質(zhì)不易控制[3]。

發(fā)展農(nóng)業(yè)電能替代烘干技術(shù)，有利于促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品深加工，提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，其主要農(nóng)業(yè)電氣化烘干技術(shù)包含：電烤煙、電制茶、電制香、熱泵烘干(食用菌、果蔬、肉類(lèi)、木材、糧食)等，按其加熱原理主要分為電加熱烘干技術(shù)和熱泵烘干技術(shù)，技術(shù)原理見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 電加熱烘干技術(shù)原理

圖2 熱泵烘干技術(shù)原理

2 電能替代潛力挖掘模式與測(cè)算方法

2.1 電能替代潛力挖掘模式

1)電能替代整體情況摸底

對(duì)本地電能替代情況與電能替代業(yè)務(wù)相關(guān)的政策進(jìn)行梳理分析，獲取當(dāng)?shù)仉娔芴娲攸c(diǎn)領(lǐng)域和政策現(xiàn)狀。

2)電能替代典型行業(yè)遴選

根據(jù)本地區(qū)電能替代情況，進(jìn)行替代潛力、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益等方面的對(duì)比分析，遴選出本地典型特色行業(yè)。

3)典型行業(yè)替代潛力分析

獲取典型行業(yè)后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，分析其工藝流程，替代潛力環(huán)節(jié)，設(shè)定測(cè)算方法，進(jìn)行潛力項(xiàng)目挖掘與測(cè)算，確定替代潛力和環(huán)保潛力。

4)典型行業(yè)替代技術(shù)優(yōu)選

針對(duì)典型行業(yè)的工藝流程和替代環(huán)節(jié)，選定不同的替代技術(shù)，進(jìn)行替代適用性、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益、替代優(yōu)劣勢(shì)等角度的全面分析，優(yōu)選出典型行業(yè)的適用替代技術(shù)[4-5]。

圖3 電能替代潛力挖掘模式

5)推進(jìn)措施和政策建議

根據(jù)本地區(qū)典型行業(yè)電能替代重點(diǎn)項(xiàng)目情況以及業(yè)務(wù)開(kāi)展模式，提出具體的推進(jìn)措施，分析項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中電價(jià)、補(bǔ)貼、環(huán)保等政策方面的不足之處，積極爭(zhēng)取政策扶持。

6)重點(diǎn)潛力項(xiàng)目庫(kù)

根據(jù)本地市公司選定典型行業(yè)的特點(diǎn)，制定重點(diǎn)潛力項(xiàng)目收資表，獲取項(xiàng)目數(shù)據(jù)，進(jìn)行項(xiàng)目潛力測(cè)算和項(xiàng)目遴選，建立重點(diǎn)潛力項(xiàng)目庫(kù)。

2.2 電能替代潛力挖掘測(cè)算方法

2.2.1 潛力電量測(cè)算

電能替代潛力的測(cè)算方法較多，由于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域電能替代項(xiàng)目數(shù)量較多，較為分散，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)存在一定難度，可從以下三個(gè)維度進(jìn)行測(cè)算，能源消耗維度、技術(shù)替代維度、產(chǎn)品耗電維度，根據(jù)收資情況，進(jìn)行相互校核，以數(shù)據(jù)最為全面，最為合理的維度作為替代潛力。

1)能源消耗維度

(1)

式中：Qm、Qy、Qc為燃煤替代電量、燃油替代電量、燃柴替代電量，kW·h;Gm、Gy、Gc為燃煤消耗量、燃油消耗量、燃柴消耗量，萬(wàn)t;Zd為電力當(dāng)量折標(biāo)系數(shù)；ηd為電力設(shè)備效率，%。

2)技術(shù)替代維度

(2)

式中：Qrb、Qky、Qzc、Qzx為熱泵替代電量、電烤煙替代電量、電制茶替代電量、電制香替代電量，kWh;Prb、Pky、Pzc、Pzx為熱泵設(shè)備功率、電烤煙設(shè)備功率、電制茶設(shè)備功率、電制香設(shè)備功率，kW；Hrb、Hky、Hzc、Hzx為熱泵運(yùn)行時(shí)間、電烤煙運(yùn)行時(shí)間、電制茶運(yùn)行時(shí)間、電制香運(yùn)行時(shí)間，h。

3)產(chǎn)品耗電維度

(3)

式中：Q’rb、Q’ky、Q’zc、Q’zx為熱泵替代電量、電烤煙替代電量、電制茶替代電量、電制香替代電量，kW;Crb、Cky、Czc、Czx為熱泵烘干產(chǎn)品產(chǎn)量、煙葉產(chǎn)量、茶葉產(chǎn)量、香產(chǎn)量，kg；Drb、Dky、Dzc、Dzx為單位產(chǎn)品耗電量、煙葉單位產(chǎn)品耗電量、茶葉單位產(chǎn)品耗電量、香單位產(chǎn)品耗電量，kW·h/kg。

4)可行潛力測(cè)算

Qkx=Qxx×f(γ1)×f(γ2)×f(γ3)···f(γn)(4)

式中：Qxx為某種技術(shù)選定的數(shù)據(jù)最為全面、最為精準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家組確認(rèn)的替代電量，f(γ1)為技術(shù)影響因素、f(γ2)經(jīng)濟(jì)影響因素、f(γ3)環(huán)保影響因素等。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)性測(cè)算

根據(jù)電能替代潛力的測(cè)算情況，對(duì)電能替代設(shè)備、業(yè)擴(kuò)投資、年運(yùn)行費(fèi)用、利潤(rùn)提升空間、投資回收年限等經(jīng)濟(jì)性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

1)一次性投資(萬(wàn)元)

Tz=Cs×Ps/10 000

(5)

式中：Tz為一次性投資，萬(wàn)元；Cs為每千瓦投資成本，元/kW；Ps為設(shè)備容量，kW。

2)電力設(shè)備業(yè)擴(kuò)費(fèi)用

Ty=Cy×Ps/10 000

(6)

式中：Ty為一次性投資，萬(wàn)元；Cy為每千瓦投資成本，元/kVA；Ps為新增設(shè)備容量，kVA。

3)年用電量

Wn=Ps×tn×ηh/10 000

(7)

式中：Wn為年用電量，kW·h；tn為年運(yùn)行時(shí)間，h；ηh為設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷率，%。

4)年電力費(fèi)用

Iwn=Wn×Ce

(8)

式中：Iwn為年電力費(fèi)用，萬(wàn)元；Ce為用電價(jià)格，元/(kW·h)。

5)利潤(rùn)提升空間

Ilr=Cz×Δlr

(9)

式中：Ilr為系統(tǒng)利潤(rùn)提升空間，萬(wàn)元；Cz為年產(chǎn)量，kg；Δlr為產(chǎn)品價(jià)格提高部分，元/kg。

6)投資回收年限

(10)

式中：Inv為系統(tǒng)初投資，萬(wàn)元；Inc為年收入，萬(wàn)元；Cos為年成本費(fèi)用，萬(wàn)元。

2.2.3 減排量測(cè)算

根據(jù)潛力替代電量的情況，替代前所使用燃料排放因子的情況，獲取二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵減排量。

(11)

式中：λ1為二氧化碳排放因子；λ2為二氧化硫排放因子；、λ3為氮氧化物排放因子；、λ4為粉塵排放因子。

3 典型案例

選取某縣食用菌行業(yè)作為案例，進(jìn)行整體潛力測(cè)算，并選取典型項(xiàng)目分析具體替代環(huán)節(jié)，進(jìn)行電能替代烘干技術(shù)的對(duì)比分析，進(jìn)而遴選出合適的電能替代烘干技術(shù)。食用菌的菌種生產(chǎn)流程，烘干流程見(jiàn)圖4。

圖4 食用菌的菌種生產(chǎn)流程、烘干流程

3.1 食用菌整體潛力測(cè)算

2019年，某縣食用菌產(chǎn)量78.35萬(wàn)t。生產(chǎn)以干食用菌為主，干食用菌占比約為85%，鮮品到干品的比例大概為1比8，為8.32萬(wàn)t，鮮菇產(chǎn)量較少，占比約為15%，11.75萬(wàn)t。在當(dāng)?shù)仉娏镜膮f(xié)助下，從食用菌管理局獲取數(shù)據(jù)最為精準(zhǔn)，從能源消耗維度進(jìn)行測(cè)算。菌類(lèi)烘干的能源消耗約為6個(gè)菌棒/斤，鮮菇殺菌的能源消耗為0.5個(gè)菌棒/斤，每個(gè)菌棒1.5斤，生物質(zhì)發(fā)熱量估取13 395 kJ/kg。測(cè)算情況見(jiàn)圖5。

圖5 某縣食用菌整體潛力測(cè)算情況

3.2 熱泵與電鍋爐產(chǎn)品替代的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益對(duì)比分析

選取該縣的食用菌產(chǎn)量、產(chǎn)值較高的銀耳為例，針對(duì)食用菌的殺菌、烘干兩個(gè)可替代環(huán)節(jié)，進(jìn)行電能替代，殺菌環(huán)節(jié)可以用電鍋爐替代燃煤鍋爐，烘干環(huán)節(jié)可以用熱泵或電鍋爐替代燃煤鍋爐、燃煤烘干機(jī)、廢筒烘干機(jī)，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益的對(duì)比分析(如圖6、圖7所示)。

圖6 1蒸噸燃煤鍋爐、電鍋爐/(熱泵+電鍋爐)設(shè)備參數(shù)及一次性投入對(duì)比

圖7 1蒸噸燃煤鍋爐、電鍋爐/(熱泵+電鍋爐)運(yùn)行、人工、檢修等費(fèi)用情況

1)菌棒殺菌環(huán)節(jié)

在菌棒的殺菌環(huán)節(jié)，選取1蒸噸煤鍋爐，年產(chǎn)量約400萬(wàn)斤的企業(yè)，年運(yùn)行時(shí)間5 000 h，殺菌環(huán)節(jié)消耗能量較少，每斤菌類(lèi)的能源消耗約為0.5個(gè)菌棒，采用電鍋爐(將水從20 ℃加熱到170 ℃)/(熱泵(將水從20 ℃加熱到60 ℃)+電鍋爐(60 ℃加熱到170 ℃))的方式替換煤鍋爐，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比分析。

與電鍋爐相比，熱泵+電鍋爐使系統(tǒng)復(fù)雜化，雖然聯(lián)合運(yùn)行可降低運(yùn)行費(fèi)用1.7萬(wàn)元，但增加初始投資、人工檢修等12.8萬(wàn)元。由于殺菌環(huán)節(jié)要采用蒸汽，熱泵將水從20 ℃加熱到60 ℃的熱量/電鍋爐將水從60 ℃加熱到170 ℃的熱量比例為1/15，熱泵貢獻(xiàn)較小。故而殺菌環(huán)節(jié)采用電鍋爐更為適合。但電鍋爐的運(yùn)行成本遠(yuǎn)高于煤鍋爐，無(wú)法回收成本。

2)食用菌烘干環(huán)節(jié)

根據(jù)本地區(qū)的食用菌產(chǎn)量、產(chǎn)值，選取產(chǎn)量、產(chǎn)值較高的銀耳為例，選取年產(chǎn)量約14.4萬(wàn)斤的企業(yè)(年運(yùn)行時(shí)間5 000 h，每斤銀耳的能源消耗約為5個(gè)廢棄菌棒)。在食用菌的烘干環(huán)節(jié)，采用熱泵、電鍋爐替換煤鍋爐、燃煤烘干機(jī)、廢菌筒烘干機(jī)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益的對(duì)比分析(如圖8、圖9所示)。

圖8 熱泵烘干機(jī)、電鍋爐、煤鍋爐、燃煤烘干機(jī)、廢筒烘干機(jī)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)

圖9 熱泵烘干機(jī)、電鍋爐、煤鍋爐、燃煤烘干機(jī)、廢筒烘干機(jī)使用成本與利潤(rùn)情況

由于電鍋爐后期運(yùn)行費(fèi)用較高，投資難以回收成本，選擇熱泵進(jìn)行替代。采用熱泵替換煤鍋爐、燃煤烘干機(jī)、廢筒烘干機(jī)，一次設(shè)備費(fèi)用和電力設(shè)備費(fèi)用為20萬(wàn)元，運(yùn)行與人工費(fèi)用與之前采用燃燒煤、菌棒的費(fèi)用基本持平，產(chǎn)品利潤(rùn)提高0.45元/斤，投資回收年限為3.09年。

熱泵、電鍋爐相比煤鍋爐、燃煤烘干機(jī)、廢菌筒烘干機(jī)，減排CO2242.2 t、減排SO21.6 t、減排NOx0.7 t、減排粉塵1.5 t。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)電能替代項(xiàng)目挖掘困難的問(wèn)題，通過(guò)梳理對(duì)比分析農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的電能替代技術(shù)，提出電能替代農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域的潛力挖掘模式與實(shí)施路徑，以食用菌行業(yè)為例，具體結(jié)論如下。

(1)通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域摸底調(diào)研，測(cè)算其行業(yè)替代潛力分析，明確可替代環(huán)節(jié)，并優(yōu)選替代技術(shù)，在食用菌菌棒殺菌環(huán)節(jié)，采用電鍋爐更為適合。但電鍋爐的運(yùn)行成本遠(yuǎn)高于煤鍋爐，在現(xiàn)行電價(jià)下，企業(yè)難以回收成本，替代意愿較低。在食用菌烘干環(huán)節(jié)，選擇熱泵進(jìn)行替代產(chǎn)品利潤(rùn)提高0.45元/斤，投資回收年限為3.09年，用戶(hù)替代意愿較強(qiáng)，具有較好的推廣性。

(2)電能替代實(shí)施路徑方面：①開(kāi)展電能替代潛力挖掘工作，遴選本地電能替代典型行業(yè)；②推動(dòng)政府主導(dǎo)電能替代工作，扶持優(yōu)惠政策相繼落地；③省綜能公司和地市局協(xié)同，創(chuàng)新?tīng)I(yíng)銷(xiāo)措施拓市成效顯著；④整合多方資源齊心協(xié)力，構(gòu)建互利共贏的商業(yè)模式；⑤堅(jiān)持以點(diǎn)帶面有序推進(jìn)，擴(kuò)大食用菌電能替代示范區(qū)；⑥借力內(nèi)外媒體多樣化宣傳引導(dǎo)，建立常態(tài)化工作機(jī)制。