中國儲能網(wǎng)訊：1、介紹
我國北方廣大城鎮(zhèn)地區(qū)采暖季采用分散燃煤小鍋爐、小火爐采暖，造成嚴重的冬季空氣污染，另一方面，這些地區(qū)的可再生能源卻由于消納不足，面臨著嚴重的“棄風棄光問題”，因此利用可再生能源開展北方地區(qū)電儲熱供暖具有重要的意義。
北方地區(qū)能否順利推廣電儲熱供暖項目，電采暖項目能否被供熱市場接受，最關鍵的問題就是電儲熱采暖項目的經(jīng)濟性，本文從電儲熱供暖項目的投資成本，運行費用入手，針對當前的電價政策，供熱價格，分析電儲熱供暖項目的經(jīng)濟可行性和存在的問題，并給出促進電儲熱供暖發(fā)展的建議。
2、電儲熱技術
電儲熱供暖項目是利用電網(wǎng)中的過?？稍偕茉矗虻凸入妰r時的電能，通過電加熱設備，將電能轉化為熱能，存儲在儲熱設備中，當需要對外供熱時，將存儲的熱能通過換熱器釋放，轉化為熱風、熱水、蒸汽等形式對外輸出，可滿足民用供暖需求，也能夠滿足工業(yè)用熱，如下圖1所示。
圖：電儲熱供暖項目示意圖
根據(jù)儲熱設備的載熱材料不同，儲熱技術主要可分為水儲熱，固體儲熱和熔鹽儲熱。
(1)水儲熱技術就是將熱能以熱水的形式存儲起來，根據(jù)存儲熱水的溫度和壓力，水儲熱又可分為常壓儲熱和承壓儲熱;常壓儲熱的溫度利用范圍一般在35℃~85℃，特點是儲熱設備投資成本低，無需換熱設備，適用于對供熱溫度要求不高的民用采暖領域，缺點是儲能密度小，占地面積大;承壓水儲熱的溫度一般在120℃~150℃，優(yōu)點是儲能密度提高，可對外提供蒸汽供熱，主要問題是需要承壓容器，存在一定安全風險，設備成本較高。下圖2是丹麥Aved?re熱電廠用于滿足地區(qū)供熱的熱水儲能罐，容積為2x24,000m3，儲熱溫度為120℃，熱水壓力10bar。
圖：丹麥Aved?re熱電廠的承壓熱水儲能罐
(2)固體儲熱一般采用金屬氧化物作為儲熱介質，如高密度鐵鎂金屬氧化物材料，儲熱溫度最高可達800℃，利用空氣作為換熱介質，由變頻風扇驅動空氣進行熱量循環(huán)和交換，固體儲熱示意圖如圖3所示。固體儲熱溫度高，儲能密度較大，對外輸出熱能的形式多樣，既可以提供最高溫度400℃的熱風，也能夠提供300℃以下的熱油，還可以提供高溫蒸汽和熱水，因此能夠滿足工業(yè)和民用多個領域的用熱需求。
圖：固體儲熱裝置
(3)熔鹽儲熱系統(tǒng)，將電能轉化為高溫熔融態(tài)無機鹽類的顯式熱能，也就是通過電加熱器將廉價電能轉化為熱能，使熔鹽溫度升高，存儲在高溫熔鹽罐中;當需要對外供給熱能時，高溫熔鹽在換熱器內釋放存儲的熱量，溫度降低后的熔鹽存入低溫熔鹽罐，如圖4所示。熔鹽儲熱的儲熱介質和傳熱介質一般為硝酸鹽混合物，如太陽光熱發(fā)電中常用的“太陽鹽”，硝酸鈉和硝酸鉀混合物，或者其他低熔點鹽類，具有無蒸發(fā)壓力，腐蝕性小，比熱容大，熱化學穩(wěn)定性好的優(yōu)點。熔鹽儲熱具有工作溫度范圍寬，儲能密度大，能夠產(chǎn)生高溫高壓蒸汽的優(yōu)點，適用于火電廠靈活性改造的熱能存儲，工業(yè)園區(qū)熱能綜合利用，工業(yè)用熱和大規(guī)模民用集中供暖等領域。
圖：雙罐式熔鹽儲熱設備
水儲熱、固體儲熱和熔鹽儲熱這3種儲熱技術的特點和應用領域可列表1如下所示：
表：各種儲熱技術特點對比表
3、電儲熱采暖項目投資分析
一般來說，供暖項目的投資成本取決于采暖建筑的供暖能耗水平，越節(jié)能的建筑需要供暖能耗越少，相應配置的供熱容量越小，供暖項目的投資成本和運營費用越低。以北京地區(qū)供熱面積為50000m2的住宅建筑冬季采暖設計為例，按照國家“民用建筑能耗標準(GB/T51161-2016)”的采暖指標約束值和引導值，分別估算固體儲熱電供暖項目的投資成本和經(jīng)營成本。
3.1投資成本估算
按照“嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準(JGJ26-2010)”和“民用建筑節(jié)能設計標準(JGJ26-95)”確定的采暖技術參數(shù)作為采暖設計熱指標的引導值和約束值，如下表2所示，循環(huán)水泵的耗電輸熱比忽略不計。
表：采暖設計熱指標的約束值和引導值對比表
根據(jù)上述公式，按照8小時電儲熱，24小時供熱，分別計算采暖設計熱負荷指標約束值和引導值下的電儲熱供暖項目的設備供熱負荷和儲熱容量等參數(shù)用于計算供熱設備投資。
除了電儲熱設備及其安裝工程外，供暖項目的投資費用還包括水循環(huán)系統(tǒng)，電氣設備和控制系統(tǒng)等設備的采購和安裝，另外，還需要建設管理費用和設計費用等，供熱項目工程總投資按照單位千瓦投資800元/KW估算，如下表3所示。
表：采暖設計熱指標約束值和引導值下的工程參數(shù)表
3.2經(jīng)營成本估算
電儲熱供暖項目的經(jīng)營成本主要包括供熱購電成本，用水費用，設備修理費，職工薪酬和其他費用。
(1)購電成本
供熱項目的電費支出是項目經(jīng)營成本的主要內容，由于項目的運行方式為谷電時段存儲熱能，平電和峰電時段輸出熱能，因此具有移峰填谷，不增加供電容量，運行費用低的優(yōu)勢。水循環(huán)系統(tǒng)的水泵電能消耗暫時忽略不計。
這里根據(jù)國家“民用建筑能耗標準(GB/T51161-2016)”的采暖耗熱量指標的約束值和引導值進行電量消耗估算。
根據(jù)上述公式，分別計算采暖耗熱量指標約束值和引導值下的電儲熱項目的耗電量，結果如下表4所示。
圖：采暖設計熱指標約束值和引導值下的耗電量對比表
(2)用水費用
參考其他供熱項目的用水費用情況，估算本供熱項目水費支出1.5萬元。
(3)設備維修費
參照項目固定資產(chǎn)原值的1%進行估算。
(4)職工薪酬
項目定員2人，年工資4.8萬元，福利費、勞保統(tǒng)籌、住房基金等合計為年工資總額的70%計算，職工薪酬支出為16.32萬元。
4、經(jīng)濟評價
電儲熱供暖項目的經(jīng)濟評價計算期為20年，項目當年建成投產(chǎn)，當年投入運營，其中工程建設期為0.5年，生產(chǎn)經(jīng)營期為20年。項目資金全部為自有資金，暫不考慮銀行貸款。
供熱項目收入按照北京地區(qū)的一般民用供暖價格24元/m2計取，年供熱收入為120萬元。
電價方面，按照北京地區(qū)民用低谷電價格0.3元/KWh進行供熱電費測算。
供熱項目補貼方面，按照北京地區(qū)《2017年農村地區(qū)冬季清潔取暖工作實施方案》，北京市區(qū)兩級財政對供熱項目按照設備購置費用的2/3進行補貼。
稅金方面，所得稅按照利潤總額的25%計取;增值稅免征。
供熱項目的固定資產(chǎn)折舊期20年，殘值率5%，綜合折舊率則為4.75%，項目總成本費用見下表5。
圖：采暖設計熱指標約束值和引導值下的總成本費用對比表
從上表可以看出：
(1)在電價為0.3元/KWh的條件下，當供熱項目熱負荷設計采用采暖熱指標約束值時，供熱能耗較大，耗電量較多，購電成本較重，造成項目經(jīng)營成本支出高于供熱收入，入不敷出，項目不具備經(jīng)濟可行性。
(2)在電價同樣為0.3元/KWh的條件下，當供熱項目熱負荷設計采用采暖熱指標引導值時，供熱能耗大幅降低，電能消費大幅減小，電費支出減少，經(jīng)過計算，項目補貼后的稅后項目投資內部收益率IRR為9.04%，以基準收益率8%計算項目稅后凈現(xiàn)值NPV為16.25萬元，該項目具備經(jīng)濟可行性。
以上分析可以得出建筑保溫能耗狀況對供熱項目的經(jīng)濟性有很大影響，建筑保溫能耗越小，電儲熱供暖項目的經(jīng)濟性越好。
5、結論與建議
北方地區(qū)采用電儲熱供暖方式一方面可以減少分散式燃煤低效供暖，減少空氣污染，另一方面可以利用電儲熱優(yōu)勢，大幅提高可再生能源的就地消納水平，有利于減少“棄風棄光”。
但與此同時，還需要注意，與燃煤供暖相比，采用電儲熱供暖還存在一次投資相對較大的問題;另外，在當前電價體制下，電儲熱供暖項目的經(jīng)營成本過大，不利于電儲熱供暖項目的市場化推廣。
當前，國家能源局正在編制《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2020年)》，規(guī)劃將配套制定資金支持、價格機制、電力直接交易、能源供應保障、體制機制改革等多方面的支持保障措施推進北方地區(qū)清潔供暖。為此，結合本文的電儲熱項目的經(jīng)濟性分析結論，提出如下建議：
(1)政府財政對電儲熱供暖項目進行投資補貼，以降低項目投資成本，減少供熱項目運營壓力。
(2)對擬開展電儲熱供暖改造的住宅建筑進行供暖節(jié)能改造，降低建筑物供暖能耗，減小電能消耗和電費支出，提高供熱項目的經(jīng)濟可行性。
(3)供熱項目的經(jīng)濟性很大程度上取決于電價，因此，建議制定優(yōu)惠的供暖電價政策，或者利用市場手段，結合可再生能源消納，降低供熱電價，保障供熱項目具有良好的經(jīng)濟性和市場潛力。
(4)供熱項目的能耗管理水平也非常重要，建議積極利用技術創(chuàng)新，采用信息化技術，開展供熱能耗精細化管理，不斷降低供熱能耗水平，增加電儲熱供暖項目的市場競爭力。
（作者系江蘇中科智儲科技有限公司 張勇 馬駿）
