基于生命周期成本理論的電鍋爐供暖方案優選方法研究

劉衛東　潘廣旭　王曉梅　任學良　牛蔚然　楊偉進　李一真　顏勇

摘 要：為了分析電鍋爐供暖系統的經濟性，建立了壽命周期成本計算模型，以壽命周期成本最小為決策準則，優選電鍋爐供暖方案。并闡述了電鍋爐供暖系統成本計算的方法。算例分析表明全蓄熱供暖系統的壽命周期成本最低，當采用電鍋爐作為供暖熱源時宜采用全蓄熱供暖系統供暖。

關鍵詞：電鍋爐；供暖；全生命周期成本；運行模式

引言

隨著社會的發展，人們對生活質量的要求越來越高，消費水平和消費能力不斷增強，這就要求提供更多更好的商品，而這是以能源消費為基礎的。我國的能源現狀決定了以化石能源消耗為主的能源消費結構，這造成了嚴重環境污染，有資料指出，嚴重的霧霾天氣主要是由于化石能源消耗引起的。需要尋求以清潔能源代替化石能源的能源消費方式是治理環境污染的有效手段，因此，提出了電能替代的解決方案[1]。

我國現階段冬季采暖要消耗大量的煤炭，排放的大量的污染物。作為電能替代的一個方面，用電采暖取代燃煤取暖是可行的方向。電采暖的類型很多，有電暖氣、電熱膜、電鍋爐等。電鍋爐采暖具有清潔、高效、結構簡單等特點，具有推廣價值。但是由于現階段電鍋爐采暖的初投資和運行成本都比較高，給推廣帶來一定的困難，這就需要優化熱源方案和運行參數以降低投資運行成本。為電鍋爐供暖系統設計一套合理的評價方法，對優化投資決策、降低投資運行成本具有相當重要的意義。

1 壽命周期成本評價模型的建立

電鍋爐供暖是一個龐大的系統，其初投資是巨大的，在傳統的設計思想指導下，供暖設計人員主要考慮減小一次性投資，這樣運行和維護費用將加大。同時，在電鍋爐供暖技術不斷向前發展的過程中，人們也在不斷的尋求節能和途徑和降低運行成本的方法，相應的節能措施又會增加系統的初投資。因此，需要建立一個合理的方法對電鍋爐供暖系統進行成本控制與技術評價。

近年來工程設計人員采用各種經濟評價方法對供暖熱源系統進行評價，其中計算壽命周期成本（Life Cycle Cost，簡稱LCC），被廣泛應用[2]。LCC是指系統從誕生到報廢過程中為實現其功能所支付的總費用。

在使用效果相同的情況下，LCC、EUAC、Ci越小，系統的經濟效益越高。文章針對采用電鍋爐為熱源的供暖系統進行分析，分別分析直熱供暖系統、采用全谷電（8h）蓄熱供暖系統、采用谷電（8h）+平電（2h）蓄熱供暖系統的壽命周期成本，以壽命周期成本最小為決策準則，優選供熱方案。

2 成本分析

2.1 初投資分析

初投資為電鍋爐供暖系統各部分投資之和，包括基本設備費和安裝費。基本設備主要是指鍋爐、水泵、管網、增加設備用房、變配電設備等主輔助設備；安裝費主要包括設備的裝配費和調試費。

（1）鍋爐的初投資

電鍋爐的初投資可以根據設計熱負荷來確定鍋爐的規格與臺數，根據市場上鍋爐的品牌、規格與臺數來確定鍋爐的初投資。

供暖電鍋爐系統形式不同，容量的選擇也不相同，直熱式電鍋爐供暖系統運行，部分峰谷時段，根據溫度需要隨時開啟電鍋爐取暖。

（3）管道初投資

其中，Mpi為第i段管道單位管長投資額，元/m；Li為第i段管道長度，m。

供暖管網的材質一般采用無縫鋼管，管徑的選取都是以離散管徑計算，取相近的管徑規格。單位管長各種管徑的投資額是根據《城市基礎設施工程投資估算指標》和預算定額標準，綜合熱力管道市場價格，并考慮閥門、吊架等水系統附件投資和水系統安裝成本的改變得到的。

供暖系統在熱量輸送過程造成很大的熱量損失，保溫層的厚度直接關系到供暖系統的運行成本，同時也對管網造價造成影響。根據管道管徑、保溫層厚度等參數，可以得到管道保溫材料的投資成本。

3 計算實例

通過實例計算，分析電鍋爐供暖在不同的供暖運行模式、不同的供暖面積、不同的設備使用年限下的投資成本、運行成本，以及壽命周期成本。

3.1 不同電鍋爐供暖運行模式成本分析

當電鍋爐選擇不同的運行模式時，直熱電鍋爐與蓄熱電鍋爐，蓄熱電鍋爐蓄熱時間的不同，投資和運行成本都不相同。文章分別對直熱電鍋爐供暖系統、蓄熱電鍋爐供暖系統蓄熱時間為8h和10h的成本進行分析。

分析以一個10萬m2的居民建筑為基準。取采暖期180天，根據GJJ34-90《城市熱力網設計規范》的建筑物采暖熱指標，居民住宅的采暖熱指標推薦值為58-64W/m2，文章取58W/m2。電鍋爐的熱效率取95%。根據計算水泵的流量、揚程分別為200m3/h，30mH2O，水泵的功率為18kW。供暖管網選管徑為DN600、管網長度500m。

（1）系統的初投資

鍋爐的購置成本按361.2元/kW、蓄熱水箱的購置成本按2336.1元/m3，水泵購置成本按3445.2元/kW，配電成本按500元/kW計算。設備的安裝費率取35%。各方案的初投資成本見表1。

（2）系統的運行成本

如果某一地區的電價政策實行峰谷電價，且峰電、谷電、平電的時間各為8h。谷電電價0.364元/kWh、平電電價0.580元/kWh、峰電電價0.798元/kWh進行運行成本計算。各方案的運行成本見表2。

（3）維護成本

維護成本包括人工費和維修費用，如果一個電鍋爐供暖項目需要管理人員10人，每人每月工資按3000元計算，每月需要人工費3萬元，每年人工費用為36萬元。設備維修費用按照折舊費用的10%計算，設備折舊年限為15年。折舊費按年限平均法計算。各方案的維護成本見表3。

（4）殘值

殘值按系統初投資的4%計。各方案的殘值見表4。

（5）壽命周期成本

假設所有的電鍋爐設備的使用年限為15年，在使用年限內，各年的運行成本、維修費用均相等，折現率按8%計算。按照前面壽命周期成本分析模型對各方案進行成本計算，見表5。

由計算結果可以看出，一個10萬m2的居民建筑采用電鍋爐供暖，當采用蓄熱供暖系統供暖時初投資是直熱供暖系統初投資的2.2～2.8倍，但每年的運行費用是直熱供暖系統的66%～68%。全壽命周期成本（LCC）蓄熱供暖系統比直熱供暖系統低30%，全年均值費用（EUCA）和壽命周期成本系數（C）也比直熱供暖系統低。同時由于蓄熱供暖系統蓄熱時間的不同， LCC、EUAC、C也顯示出全谷電（8h）蓄熱系統的經濟性要谷電（8h）+平電（2h）蓄熱系統。

3.2 不同供暖面積成本分析

不同的電鍋爐供暖系統適用于不同的供暖情況，當供暖面積不同時，由于供暖量不同，鍋爐的容量和管網的選擇都不相同，相應的投資和運行成本也不同。以一個1000m2的居民建筑來分析直熱式電鍋爐供暖系統、蓄熱式電鍋爐供暖系統的成本。見表6。

由計算結果看出，一個1000m2的居民建筑，由于熱負荷較供暖面積10萬m2小，初投資和運行費用都低。和供暖面積10萬m2表現相同，直熱供暖系統的初投資雖然低但運行費高，全壽命周期成本（LCC）、全年均值費用（EUCA）和壽命周期成本系數（C）也比蓄熱供暖系統的高。同時表現為全谷電（8h）蓄熱系統供暖系統比谷電（8h）+平電（2h）蓄熱系統的經濟性要好。

3.3 不同使用年限成本分析

為了比較不同使用年限的壽命周期成本，以一個1000m2的居民建筑電鍋爐供暖系統為基礎，分別計算使用年限為15年、20年的壽命周期成本，計算結果如表所示。

由計算結果可知，無論使用年限時15年還是20年，全谷電（8h）蓄熱系統的壽命周期成本、全年均值費用、壽命周期成本系數都最小。使用年限越高，各供暖模式的壽命周期成本（LCC）、全年均值費用（EUCA）越高，而壽命周期成本系數差別不大。

4 結束語

（1）采用壽命周期成本評價方法對電鍋爐供暖系統進行評價，建立了壽命周期成本計算模型，計算壽命周期成本、全年均值費用、壽命周期成本系數。以壽命周期成本最小為決策準則，優選電鍋爐供暖方案。（2）通過對電鍋爐供暖系統的分析，闡述了供暖系統初投資成本、運行成本、維修成本以及系統殘值的計算的方法。（3）算例分析表明，在不同的供暖運行模式、不同的供暖面積、不同的使用年限條件下，直熱供暖系統的初投資都比蓄熱供暖系統的初投資低、但是運行成本高。全蓄熱供暖系統的壽命周期成本、全年均值費用和壽命周期成本系數都是最低的，所以當采用電鍋爐作為供暖熱源時宜采用全蓄熱供暖系統供暖。

參考文獻

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[8]張靜.基于LCC評價方法的重慶地區某住宅小區供暖方案分析[D].重慶：重慶大學，2015.

作者簡介：劉衛東（1967-），男，本科，高級工程師，國網日照供電公司黨委委員、副總經理。

潘廣旭（1983-），男，本科，助理工程師，國網日照供電公司營業及電費室主任師。