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2021-03-07 16:47:25馬翹楚
科技研究·理論版 2021年16期
馬翹楚
摘要：目前我國化石燃料利用依舊面臨的嚴(yán)峻的局面，消耗量急劇增加，伴隨而來的是環(huán)境的惡化與資源的枯竭，地?zé)崮茏鳛橐环N無污染可再生的清潔能源，其推廣使用對推動綠色發(fā)展，改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。
本文對幾種供暖方式進(jìn)行節(jié)能效益分析、減排效益分析、經(jīng)濟(jì)效益分析得出地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯蕿?34%。提供1 GJ熱量大氣污染排放量最少，且能源消耗成本僅為7.82元。地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯首罡?，提供相同熱量時大氣污染物排放量最小，且能源消耗的成本最小。
關(guān)鍵詞：地?zé)崮芄┡?節(jié)能減排;經(jīng)濟(jì)效益;排放量;
1節(jié)能能力分析
通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)我們團(tuán)隊總結(jié)出了目前最常見的幾種供熱方式：燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、電熱采暖、分體式空調(diào)、空氣源熱泵。我們調(diào)研小組搜集了這幾種供熱方式的能源利用率和COP等數(shù)據(jù)，計算出了其一次能源利用效率，并和地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢眯蔬M(jìn)行比較，從而分析地?zé)嵩礋岜玫墓?jié)能效益。
對于直接將一次能源轉(zhuǎn)化成熱能的供熱方式，其一次能源利用率為它的能源利用率。對于不是直接利用一次能源供暖的供暖方式，其一次能源利用率=熱電廠發(fā)電效率×被有效利用的電能占比×COP。COP為制熱能效比，且COP=Q/W，Q是產(chǎn)生的總熱量，W是被有效利用的電能。
對于燃煤型鍋爐，通過參考文獻(xiàn)可知，其供熱效率通常為55%以內(nèi)。
對于燃煤鍋爐，由于國家規(guī)定燃?xì)忮仩t的熱效率須達(dá)到二級能效即88%以上方可上市銷售，所以我們將燃?xì)忮仩t的熱效率記為88%。
對于電熱采暖，它直接電熱轉(zhuǎn)換，所以有效利用的電能占比為100%，且其COP近似為1，但我國火力發(fā)電的平均發(fā)電效率為33%，所以電熱采暖的一次能源利用效率為：33%×1=33%。
對于分體式空調(diào)，其有效利用的電能占比為90%，且其COP為2左右，又已知熱電廠的發(fā)電效率為33%，所以分體式空調(diào)器的一次能源利用率約為：33%×0.9×2=59.4%。
對于空氣源熱泵，其有效利用的電能占比為90%，COP=3，所以空氣源熱泵的一次能源利用率約為：33%×0.9×3=89.1%。
對于地?zé)嵩礋岜?，其有效利用的電能占比?0%，COP=4.5，所以地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢寐始s為：33%×0.9×4.5=134%。
標(biāo)準(zhǔn)煤的低位熱值為29.3076MJ/kg，結(jié)合以上數(shù)據(jù)可以計算出每提供1GJ熱量，不同供暖方式各消耗多少標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。不同供暖方式的一次能源利用效率和每產(chǎn)生1GJ熱量需要消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤如圖1所示。
地?zé)崮芄┡瘜σ淮文茉蠢眯首罡?，每產(chǎn)生1GJ的熱量約消耗2.54kg標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)小于其它供暖方式的消耗量，由此可見，發(fā)展地?zé)崮芄┡瘜ξ覈┡I(lǐng)域的節(jié)能具有重要意義。
2減排能力分析
火力發(fā)電使用的煤炭為褐煤等動力煤，而對動力煤的質(zhì)量要求在煤炭中是最低的，所以我們用原煤的熱值代表火力發(fā)電使用的煤炭的熱值。已知1kg原煤=0.7143kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1立方米天然氣=1.33kg標(biāo)準(zhǔn)煤，我們可以計算出每產(chǎn)生1GJ熱量各供暖方式需要消耗多少原煤和天然氣。
再結(jié)合發(fā)電或供熱的CO2和大氣污染物排放因子;我們可以計算出各供熱方式CO2和大氣污染物的排放量。
由此可見，提供相同的熱量，地?zé)嵩礋岜玫亩趸寂欧帕孔钚?，所以大力發(fā)展地?zé)崮芄┡瘜⒂兄谖覈鴮?shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)。不過，由于我國目前還以燃煤發(fā)電為主，所以地?zé)崮芄┡秒妿淼拇髿馕廴静蝗莺鲆暎責(zé)崮芄┡秒娕欧诺拇髿馕廴疚镫m然整體高于消耗清潔能源天然氣的燃?xì)忮仩t，但小于其它供暖方式，特別是主流的燃煤供暖，所以發(fā)展地?zé)崮芄┡兄诮档痛髿馕廴疚锏呐欧拧?/p>
3節(jié)能減排的經(jīng)濟(jì)效益
煤炭價格約為220元/噸，即0.22元/kg;天然氣價格約為3.23元/m3。所以可以計算出各供暖方式提供1GJ能量的能源消耗成本，見圖2。
由此可見，燃?xì)忮仩t在運(yùn)行過程中天然氣消費(fèi)帶來的成本源高于其它供熱方式煤炭消費(fèi)帶來的成本。其中，地?zé)崮芄┡茉聪M(fèi)帶來的成本最低，所以地?zé)崮芄┡谶\(yùn)行過程中具有相對較好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳彥麗，陳贊林，趙子萱，康珈，白靜利，吳少華，郝艷紅.CO2熱泵耦合燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)研究[J].熱力發(fā)電， 2021（05）： 133-138.
[2]尹波，張濤，張成昱，戴吉平，李以通.北方農(nóng)村清潔供暖技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究[J].科技資訊， 2020， 18（32）： 69-73.
[3]李振博，武衛(wèi)東，汪靜，劉方然.長江流域住宅熱泵供暖技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].暖通空調(diào)， 2021， 51（03）： 37-45.
2136500511329
馬翹楚
摘要：目前我國化石燃料利用依舊面臨的嚴(yán)峻的局面，消耗量急劇增加，伴隨而來的是環(huán)境的惡化與資源的枯竭，地?zé)崮茏鳛橐环N無污染可再生的清潔能源，其推廣使用對推動綠色發(fā)展，改善環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。
本文對幾種供暖方式進(jìn)行節(jié)能效益分析、減排效益分析、經(jīng)濟(jì)效益分析得出地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯蕿?34%。提供1 GJ熱量大氣污染排放量最少，且能源消耗成本僅為7.82元。地?zé)峁┡囊淮文茉蠢眯首罡?，提供相同熱量時大氣污染物排放量最小，且能源消耗的成本最小。
關(guān)鍵詞：地?zé)崮芄┡?節(jié)能減排;經(jīng)濟(jì)效益;排放量;
1節(jié)能能力分析
通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)我們團(tuán)隊總結(jié)出了目前最常見的幾種供熱方式：燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、電熱采暖、分體式空調(diào)、空氣源熱泵。我們調(diào)研小組搜集了這幾種供熱方式的能源利用率和COP等數(shù)據(jù)，計算出了其一次能源利用效率，并和地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢眯蔬M(jìn)行比較，從而分析地?zé)嵩礋岜玫墓?jié)能效益。
對于直接將一次能源轉(zhuǎn)化成熱能的供熱方式，其一次能源利用率為它的能源利用率。對于不是直接利用一次能源供暖的供暖方式，其一次能源利用率=熱電廠發(fā)電效率×被有效利用的電能占比×COP。COP為制熱能效比，且COP=Q/W，Q是產(chǎn)生的總熱量，W是被有效利用的電能。
對于燃煤型鍋爐，通過參考文獻(xiàn)可知，其供熱效率通常為55%以內(nèi)。
對于燃煤鍋爐，由于國家規(guī)定燃?xì)忮仩t的熱效率須達(dá)到二級能效即88%以上方可上市銷售，所以我們將燃?xì)忮仩t的熱效率記為88%。
對于電熱采暖，它直接電熱轉(zhuǎn)換，所以有效利用的電能占比為100%，且其COP近似為1，但我國火力發(fā)電的平均發(fā)電效率為33%，所以電熱采暖的一次能源利用效率為：33%×1=33%。
對于分體式空調(diào)，其有效利用的電能占比為90%，且其COP為2左右，又已知熱電廠的發(fā)電效率為33%，所以分體式空調(diào)器的一次能源利用率約為：33%×0.9×2=59.4%。
對于空氣源熱泵，其有效利用的電能占比為90%，COP=3，所以空氣源熱泵的一次能源利用率約為：33%×0.9×3=89.1%。
對于地?zé)嵩礋岜?，其有效利用的電能占比?0%，COP=4.5，所以地?zé)嵩礋岜玫囊淮文茉蠢寐始s為：33%×0.9×4.5=134%。
標(biāo)準(zhǔn)煤的低位熱值為29.3076MJ/kg，結(jié)合以上數(shù)據(jù)可以計算出每提供1GJ熱量，不同供暖方式各消耗多少標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。不同供暖方式的一次能源利用效率和每產(chǎn)生1GJ熱量需要消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤如圖1所示。
地?zé)崮芄┡瘜σ淮文茉蠢眯首罡?，每產(chǎn)生1GJ的熱量約消耗2.54kg標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)小于其它供暖方式的消耗量，由此可見，發(fā)展地?zé)崮芄┡瘜ξ覈┡I(lǐng)域的節(jié)能具有重要意義。
2減排能力分析
火力發(fā)電使用的煤炭為褐煤等動力煤，而對動力煤的質(zhì)量要求在煤炭中是最低的，所以我們用原煤的熱值代表火力發(fā)電使用的煤炭的熱值。已知1kg原煤=0.7143kg標(biāo)準(zhǔn)煤，1立方米天然氣=1.33kg標(biāo)準(zhǔn)煤，我們可以計算出每產(chǎn)生1GJ熱量各供暖方式需要消耗多少原煤和天然氣。
再結(jié)合發(fā)電或供熱的CO2和大氣污染物排放因子;我們可以計算出各供熱方式CO2和大氣污染物的排放量。
由此可見，提供相同的熱量，地?zé)嵩礋岜玫亩趸寂欧帕孔钚?，所以大力發(fā)展地?zé)崮芄┡瘜⒂兄谖覈鴮?shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)。不過，由于我國目前還以燃煤發(fā)電為主，所以地?zé)崮芄┡秒妿淼拇髿馕廴静蝗莺鲆暎責(zé)崮芄┡秒娕欧诺拇髿馕廴疚镫m然整體高于消耗清潔能源天然氣的燃?xì)忮仩t，但小于其它供暖方式，特別是主流的燃煤供暖，所以發(fā)展地?zé)崮芄┡兄诮档痛髿馕廴疚锏呐欧拧?/p>
3節(jié)能減排的經(jīng)濟(jì)效益
煤炭價格約為220元/噸，即0.22元/kg;天然氣價格約為3.23元/m3。所以可以計算出各供暖方式提供1GJ能量的能源消耗成本，見圖2。
由此可見，燃?xì)忮仩t在運(yùn)行過程中天然氣消費(fèi)帶來的成本源高于其它供熱方式煤炭消費(fèi)帶來的成本。其中，地?zé)崮芄┡茉聪M(fèi)帶來的成本最低，所以地?zé)崮芄┡谶\(yùn)行過程中具有相對較好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳彥麗，陳贊林，趙子萱，康珈，白靜利，吳少華，郝艷紅.CO2熱泵耦合燃?xì)忮仩t供暖系統(tǒng)研究[J].熱力發(fā)電， 2021（05）： 133-138.
[2]尹波，張濤，張成昱，戴吉平，李以通.北方農(nóng)村清潔供暖技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究[J].科技資訊， 2020， 18（32）： 69-73.
[3]李振博，武衛(wèi)東，汪靜，劉方然.長江流域住宅熱泵供暖技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].暖通空調(diào)， 2021， 51（03）： 37-45.
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