康月明 葉強 王銀東 陳琳 劉菲燕

【摘 要】本文針對寧夏校園“煤改電”改造項目實施方案設(shè)計進行研究論證。采用面積估算指標法得出某校峰值熱負荷及不同典型日熱負荷曲線，根據(jù)熱負荷計算結(jié)論作出設(shè)備選型后得出項目初始造價，再根據(jù)寧夏電價政策得出學校運行費用，進一步得到學校電采暖經(jīng)濟敏感性分析結(jié)果。研究結(jié)論如下：固體蓄熱電鍋爐在寧夏校園“煤改電”改造項目中具有占地面積小、造價相對小、使用壽命長等優(yōu)良特性。在當前寧夏校園熱價政策下，采用固體蓄熱電鍋爐開展校園“煤改電”項目仍需政府給予一定補貼方具有較好經(jīng)濟性。

【關(guān)鍵詞】寧夏校園；煤改電；設(shè)計研究；熱負荷計算；初始造價；運行費用；敏感性分析

1.1 項目背景（以銀川某小學為例）

銀川市某小學供暖面積11500m?，供暖范圍為教學區(qū)，無法接入城市集中供熱管網(wǎng)。自建校至2016年初，一直采用小型燃煤機組獨立冬季供暖。按照《銀川市大氣污染防治行動計劃（2014-2017年）》：“2017年年底前拆除 20 t/h 以下燃煤鍋爐”要求，該學校計劃進行“煤改電”，考慮到該學校原有鍋爐房改造空間限制，計劃將原燃煤鍋爐替換為蓄熱式電鍋爐

1.2 技術(shù)路線及工程應用

1.2.1 技術(shù)路線選取

該校供暖面積11500㎡，采用燃煤鍋爐+暖氣片散熱，建有1座煤鍋爐房（建筑尺寸約8×8m），供熱系統(tǒng)設(shè)施完善?？紤]鍋爐房布置空間緊張，不適合采用單臺大型蓄熱裝置（如蓄水罐），而相變蓄熱裝置+電鍋爐系統(tǒng)造價成本太高[5] [11]，故本項目按固體蓄熱鍋爐技術(shù)路線考慮。

1.2.2 技術(shù)路線原理

固體電蓄熱機組供熱系統(tǒng)是由蓄熱機組、循環(huán)泵、補水箱、補水泵、軟化水發(fā)生器等設(shè)備組成[3]。以蓄熱機組為熱源，水為熱媒，利用峰谷電價差，在供電低谷時，開啟蓄熱機組將裝置內(nèi)蓄熱介質(zhì)加熱、保溫、儲存；在供電高峰及平電時，關(guān)閉蓄熱機組，通過蓄熱機組內(nèi)循環(huán)風機將水加熱后輸配到用熱區(qū)域進行供熱。

系統(tǒng)根據(jù)室外溫度變化，自動調(diào)節(jié)供水溫度。系統(tǒng)內(nèi)的蓄熱機組、循環(huán)水泵、均由系統(tǒng)控制柜控制，可做到無人值守全自動運行，也可手動操作運行。

該校原有供熱水網(wǎng)管道運行良好，本期新建固體蓄熱電鍋爐與供熱水網(wǎng)通過氣—水換熱方式換熱供暖。固體蓄熱電鍋爐可適用于暖氣片、地暖、風機盤管等多種末端方式

2 主要設(shè)備選型

固體蓄熱電鍋爐供暖系統(tǒng)主要設(shè)備包括固體蓄熱電鍋爐、循環(huán)泵、供暖末端設(shè)備。據(jù)第二章結(jié)論，學校電采暖宜采用全量蓄熱模式，夜間由固體蓄熱電鍋爐蓄熱，白天用所蓄熱量給教學區(qū)供熱。

2.1 電鍋爐選型

1）電鍋爐容量計算[6]

2）電鍋爐配置

本項目擬選用1臺功率為700 kW的固體蓄熱電鍋爐，最大熱負荷時以97%額定功率運行。

2.2 蓄熱裝置容量

根據(jù)固體蓄熱電鍋爐結(jié)構(gòu)，固體蓄熱電鍋爐蓄熱裝置與加熱模塊為成套裝置，因此無需單獨配置蓄熱裝置，但需蓄熱裝置容量進行計算。

供暖期采用全量蓄熱模式，蓄熱裝置容量在教學日100%典型負荷日的條件下進行選取，該典型日需要的最大需熱量為5770 kW·h，折合20772 MJ。

經(jīng)計算，固體蓄熱電鍋爐蓄熱容量不低于20772MJ。

2.3 循環(huán)水泵

1）二次循環(huán)水泵

用于校區(qū)供暖，流量60 m?/h，揚程30 m H2O，功率4 kW，配置2臺，設(shè)計溫度55 ℃。

2）補水泵

用于給熱網(wǎng)補水，流量5 m?/h，揚程5 mH2O，功率0.5 kW，配置2臺，設(shè)計溫度 55℃。

循環(huán)水泵均配置變頻器。

3 投資和運行費用估算

本工程為電鍋爐改造項目總改造容量為700 kW，主要任務是電鍋爐取暖。本工程建設(shè)期為3個月，生產(chǎn)運行期為20年。

工程靜態(tài)總投資111萬元，動態(tài)投資113萬元。

附屬設(shè)施（如水泵）用電成本。

經(jīng)計算，采暖期運行總費用為15萬元，折合2.7元/月·㎡，低于集中供熱價格（3.8元/月·㎡）。

4 實施效果分析

4.1 環(huán)境效益分析

該學校實施煤改電后，每個采暖季可減少標煤191.7t，減排CO2 477.8 t，SO2 14.4 t，NOx 7.2 t，供暖系統(tǒng)污染物排放為零，實現(xiàn)了淘汰落后燃煤鍋爐和清潔供暖的改造目標。

4.2 盈利能力分析

校園“煤改電”項目建設(shè)中，初始投資和項目經(jīng)營期內(nèi)執(zhí)行的采暖費用標準是直接影響項目經(jīng)濟性的主要因素。銀川某小學不同初始投資和執(zhí)行采暖費用敏感性分析

綜上分析，校園“煤改電”仍需政府給予一定補貼才具有經(jīng)濟性，要提高校園“煤改電”項目的經(jīng)濟性，可采用以下方式：

（1）政府提供初始投資補貼

若校園“煤改電”清潔供暖服務商按當前學校集中供暖標準（即3.8元/月·㎡）向?qū)W校收取采暖費用，則政府需按60元/㎡標準為項目提供初始補貼，可使“煤改電”項目具有較好經(jīng)濟性。

（2）適當提高采暖費收取標準

若校園“煤改電”清潔供暖服務商按5.1元/月·㎡標準向?qū)W校收取采暖費用（不超過改造前燃煤鍋爐采暖費用），則無需政府補貼“煤改電”就具有良好的經(jīng)濟性。

（3）政府提供較小初始投資補貼并適當提高采暖費收取標準

若校園“煤改電”清潔供暖服務商分別按3.92、4.16、4.4、4.6、4.85元/月·㎡向?qū)W校收取采暖費用，則政府需分別按50、40、30、20、10元/㎡標準為項目提供初始補貼，可使“煤改電”項目具有較好經(jīng)濟性。

5 校園“煤改電”開發(fā)模式

結(jié)合寧夏已建成校園清潔取暖項目方案經(jīng)驗，推薦寧夏校園“煤改電”可采用以下兩種開發(fā)模式：

1）政府推動、市場運作

清潔供暖服務商投資實施項目改造，政府提供初始補貼，清潔供暖服務商在一定時期內(nèi)承擔項目運維并向?qū)W校收取合理的采暖費用。

以上述項目為例，該項目可由專業(yè)化清潔供暖服務商投資建設(shè)，政府提供按照50元/㎡提供初始補貼，項目建成后專業(yè)化清潔供暖服務商負責運維，并按照一定的標準向?qū)W校收取采暖費用。

對于政府來講，該模式的優(yōu)點是可以吸引社會資本投資，縮短前期工作周期，促進投資主體多元化，減輕政府財政負擔，有效發(fā)揮政府和專業(yè)化企業(yè)的優(yōu)勢。

對專業(yè)化清潔供暖服務商來講，該模式有利于合理分配項目投資風險，增強投資信心，提高項目內(nèi)部收益率。

2）政府投資建設(shè)

該模式由政府投資全額實施項目改造，并承擔后期運維。

該模式的優(yōu)點是政府可主導項目實施進度，便于政府對項目的綜合管理，雖然初始投資大，但相比“煤改電”前燃煤鍋爐供暖可節(jié)省可觀的采暖費用。

綜上分析，校園“煤改電”項目一方面改善了環(huán)境，實現(xiàn)了清潔供暖，另一方面雖然投入部分改造資金，但降低了運行費用，節(jié)約了人工成本，以上述項目為例，若采用全量蓄熱電鍋爐供暖，比燃煤鍋爐供暖每年可節(jié)約運行費用約25萬元，20年可節(jié)約運行費用500萬元，一舉兩得。

（作者單位：寧夏回族自治區(qū)電力設(shè)計院有限公司）