移動式余熱利用系統(tǒng)應用規(guī)模的成本和收益估算

移動式余熱利用系統(tǒng)應用規(guī)模的成本和收益估算

余熱利用系統(tǒng)mwhu（移動激勵技術）是一項集殘余回收、蓄熱和加熱應用于一體的綜合能源利用技術。它通過蓄熱材料將余熱源側的余熱進行回收,利用汽車、火車或輪船等交通工具將蓄熱材料運輸?shù)接脩籼?然后通過熱交換器將熱量釋放到用戶處的供熱系統(tǒng)中。國外一些學者進行了大量系統(tǒng)實驗和應用研究。日本栗本鐵工株式會社科技發(fā)展與研究所熱工部的Fujita等人利用夫機相變材料醋酸鈉和有機相變材料赤藻糖醇進行了低溫余熱收集和運輸?shù)膽醚芯?并建立了小型示范工程。東京核能與創(chuàng)新能源系統(tǒng)研究所的Yukitaka等人對日本余熱資源和移動式余熱利用系統(tǒng)的應用范圍進行了調研和總結。瑞典麥拉達倫大學的王維龍等人進行了應用移動式余熱利用系統(tǒng)替代當?shù)匦⌒腿紱]鍋爐系統(tǒng)的可行性研究。為了適應我國的余熱資源情況和用戶特點,本文結合實際情況對移動式余熱利用系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性分析研究,以期為該項目在國內的立項和建設提供一些參考和依據(jù)。1成本效益估計1.1成本估算1.1.1蓄熱器部件參數(shù)和費用估算在對實際規(guī)模蓄熱器進行成本估算過程中取長方體間接式蓄熱器作為研究對象,蓄熱器尺寸按照20GP標準集裝箱規(guī)格設計,體積為26.4m3。蓄熱器內蓄熱材料裝載體積比例為85%。換熱管設置采用文獻實驗中的管徑與箱體體積比例。蓄熱器的部件參數(shù)和費用估算詳細情況如表1所示。蓄熱器總重量為37.2t,考慮重型卡車配置拖掛后的重量約為47.2t。根據(jù)《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值》(GB1589-2004)進行校核表明從重量上考慮該案例中的蓄熱器是符合要求的。系統(tǒng)中其它設備如管道、閥門和儀表等按1萬元計算。設備安裝費參照《機械工業(yè)建設項目概算編制辦法及各項概算指標》中熱水鍋爐房標準計算?？紤]到移動式余熱利用系統(tǒng)的具體情況,取設備安裝費為總設備費的7%,共計6.1萬元。熱源和用戶側的改造施工費約為5萬元。因此,項目總投資成本共計98.78萬元。1.1.2蓄熱器運行費用運輸費用實行包車制付費,取0.4元/t·km。若熱源與用戶間距離為10km,卡車運輸時速40km/h,蓄熱器往返熱源與用戶間的運輸時間為半小時,則進行一次蓄熱器運輸?shù)倪\費為297.6元。根據(jù)系統(tǒng)實驗和模擬研究數(shù)據(jù)可知,優(yōu)化后的蓄熱器充熱時間為3h、放熱時間為1h。在120d的供暖季內,蓄熱器在熱源與用戶間共可往返運送600趟,涉及的運輸成本共計17.9萬元。由于余熱屬于二次回收利用資源,目前尚無統(tǒng)一價格標準,在經(jīng)濟性分析中將余熱資源的年運行費用分為7類進行討論。本研究案例中系統(tǒng)的年收益為44.8萬元,在扣除年運輸成本17.9萬元后得到余熱年運行成本的變動范圍為0-26.9萬元,因此7類余熱年運行費用分別為0、5、10、15、20、25和26.9萬元。1.2余熱利用系統(tǒng)效率移動式余熱利用系統(tǒng)的收益估算為:式中:I—應用移動式余熱利用系統(tǒng)進行供暖的收益,萬元/年;f—供暖收費標準,25元/m2;n—移動式余熱利用供熱系統(tǒng)一年內的供熱次數(shù),600次;η—移動式余熱利用系統(tǒng)效率,90%;Qmax—蓄熱器的最大放熱量,GJ;qi—供暖熱負荷指標,40W/m2(包含5%的管網(wǎng)熱損失)。蓄熱器完成放熱過程后,進行下一次充熱時的初始溫度約為50℃。蓄熱器的最大蓄熱量為:通過式(2)計算蓄熱器的最大蓄熱量Qmax約為13.8GJ。因此由式(1)可知,在120d的供暖季內應用移動式余熱利用系統(tǒng)進行供熱取得的收益為44.8萬元。2經(jīng)濟評估2.1目標運行年限內系統(tǒng)的nbv值移動式余熱利用項目的凈現(xiàn)值計算式為:式中:NPV—項目凈現(xiàn)值,萬元;It—系統(tǒng)運行第t年的收益,萬元;C0—系統(tǒng)的投資成本,萬元;Ct—系統(tǒng)運行第t年的運行成本,萬元;r—折現(xiàn)率;l—系統(tǒng)的運行年限。假設移動式余熱利用項目運行年限為15a,對于上述分析的7類余熱運行成本,當折現(xiàn)率r取7%、10%、12%和15%時系統(tǒng)的NPV值隨項目運行年份的變化情況如圖1所示。從圖1中可以看到,當折現(xiàn)率取7%時,余熱運行成本為0、5、10和15萬元時對應系統(tǒng)的NPV值在15年內為正值,表示在項目運行年限內可收回成本并產(chǎn)生一定利潤。當折現(xiàn)率分別取10%、12%和15%,對應余熱價格為0、5和10萬元時系統(tǒng)NPV值在15年內為正值,通過凈現(xiàn)值分析項目經(jīng)濟可行。另一方面,分析圖1中不同折現(xiàn)率條件下系統(tǒng)的NPV值可知,隨著折現(xiàn)率的提高,項目收益越來越低,可接受的余熱成本也越來越低。由于一般情況下工程項目的折現(xiàn)率不會高于15%,因此,當余熱成本低于10萬元時該項目在經(jīng)濟性上具有一定的抗風險能力。2.2ct系統(tǒng)運行成本移動式余熱利用項目的投資回收期計算式為:式中:Tp—動態(tài)投資回收期,a;It—系統(tǒng)運行第t年的收益,萬元;C0—系統(tǒng)的投資成本,萬元;Ct—系統(tǒng)運行第t年的運行成本,萬元;r—折現(xiàn)率。經(jīng)計算,折現(xiàn)率為7%、10%、12%和15%時項目在運行年限內的投資回收期如表2所示。分析表2可以知道,隨著折現(xiàn)率和余熱成本的提高,系統(tǒng)的投資回收期越來越長。當余熱成本大于15萬元/a時,只有折現(xiàn)率取7%時可在第13年收回投資成本。更高的余熱成本和折現(xiàn)率將使得該系統(tǒng)在經(jīng)濟上不可行。3不確定性因素隨時間的變化對于蓄熱器充熱時間、熱源距離和余熱價格這3種不確定性因素,當其它兩種取案例中的數(shù)值并固定不變時,分別計算充熱時間為1、2、3、4、5、6和7h,熱源距離為5、10、15和20km,余熱價格為3、5、7、10和15萬元/a時系統(tǒng)NPV值隨時間的變化情況,如圖2-圖4所示。從圖2-圖4中可以看出,為了保證項目在運行年限內收回成本,即運行15年時的NPV值大于零,案例中的3種不確定性因素變化范圍分別為1-6、5-15和3-12。計算3種不確定性因素變化范圍內項目運行15年時系統(tǒng)的NPV值,計算結果如表3所示。根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)繪制敏感性分析圖,如圖5所示。從圖中可以看出,由于受到自身變化范圍的影響,3種不確定性因素的變動幅度存在一定差距。然而,通過對比圖中的3條曲線斜率可以看出,除了在-60%--40%變動幅度內蓄熱器充熱時間的斜率大于熱源距離斜率外,二者平均斜率基本一致,且均高于余熱成本曲線的平均斜率。因此可以知道3種不確定性因素對項目經(jīng)濟性影響程度為:蓄熱器充熱時間≈熱源距離>余熱價格。4在投資回收期方面,各類型企業(yè)在最佳條件下運行仿真針對移動式余熱利用系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行了研究,對實際應用規(guī)模的系統(tǒng)進行了成本和收益估算,通過凈現(xiàn)值、投資回收期這兩個經(jīng)濟性指標對案例中系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行了評價分析,對系統(tǒng)進行了敏感性研究。主要研究結論為:(1)對于文中的研究案例,當折現(xiàn)率為7%、余熱成本低于15萬元/年時,或折現(xiàn)率為10%、12%和15%、余熱成本低于10萬元/年時,移動式余熱利用項目在系統(tǒng)運行年限內的凈現(xiàn)值大于零。根據(jù)余熱成本的不同,在折現(xiàn)率為7%、10%、12%和15%時的最長投資回收期分別為13、9、11和15a,表明滿足上述條件時案例中的移動式余熱利用項目在經(jīng)濟上是可行的。(2)經(jīng)對案例中的項目進行敏感性分析可知,蓄熱器充熱時間、熱源距離和余熱價格3種不確定性因素對項目經(jīng)濟性的影響程度為:蓄熱器充熱時間≈熱源距離>余