區(qū)域性電能替代經(jīng)濟(jì)性分析與電網(wǎng)適應(yīng)性研究

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司 陳 飛

1 引言

貴州省仁懷市作為我國白酒生產(chǎn)重要地區(qū)，隨著我國節(jié)能減排戰(zhàn)略和生態(tài)環(huán)保戰(zhàn)略的實(shí)施，白酒行業(yè)的電氣化、智能化、低碳化成為重要發(fā)展方向。2019年5月，貴州電網(wǎng)公司印發(fā)《關(guān)于印發(fā)〈2019年貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司增供擴(kuò)銷實(shí)施方案〉的通知》，明確要全力推動(dòng)仁懷市釀酒企業(yè)實(shí)施電釀酒改造。2020年，遵義市生態(tài)環(huán)境局仁懷分局明確提出要在2020年12月31日前實(shí)現(xiàn)完全取締煤鍋爐的目標(biāo)，以及在2021年12月31日前實(shí)現(xiàn)完全取締油鍋爐及生物燃料等鍋爐的目標(biāo)。

當(dāng)前，仁懷市部分酒企已開始使用電鍋爐烤酒，電鍋爐烤酒用電量大，供電可靠性要求較高，隨著電鍋爐烤酒的不斷推廣，將有越來越多的酒企愿意實(shí)施“煤改電、氣改電”電能替代技術(shù)烤酒改造，這對(duì)供電局增供擴(kuò)銷工作具有重要作用。為滿足仁懷市以白酒工業(yè)為核心的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用電需要，打造堅(jiān)強(qiáng)仁懷市智能電網(wǎng)迫在眉睫。

2 電能替代理論概述

無論從發(fā)展趨勢(shì)、現(xiàn)實(shí)要求，還是從技術(shù)條件分析，電能替代都是終端能源替代的重要趨勢(shì)，以電氣化提高和電能替代為主要方向推進(jìn)終端能源替代符合我國基本國情。

根據(jù)《關(guān)于推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見》，劃分領(lǐng)域及電能替代現(xiàn)狀，在不同行業(yè)，電能替代的技術(shù)應(yīng)用可以被劃分為建筑行業(yè)、工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)和其他行業(yè)。其基本分類見表1。

表1 電能替代涉及領(lǐng)域及主要替代技術(shù)

3 仁懷醬香型白酒現(xiàn)狀分析

不同類型鍋爐蒸煮原理相同，均是通過鍋爐蒸出的水蒸汽對(duì)不同發(fā)酵程度的糧食進(jìn)行高溫加熱。下文從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、操作性四個(gè)方面對(duì)燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐烤酒的優(yōu)劣性進(jìn)行分析。

經(jīng)濟(jì)性：電能替代項(xiàng)目的鍋爐使用經(jīng)濟(jì)性分析，主要是通過在相同用能需求情況下，對(duì)鍋爐的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行測(cè)算。煤鍋爐和電鍋爐的設(shè)備費(fèi)用比氣鍋爐低，煤鍋爐與氣鍋爐需要考慮因?qū)ιa(chǎn)產(chǎn)生的二氧化碳、二氧化硫等有害物質(zhì)進(jìn)行處理后排放的污染防治費(fèi)用，電鍋爐不需要考慮污染防治費(fèi)用，只需要支付相應(yīng)的配電設(shè)施費(fèi)及其設(shè)施運(yùn)維費(fèi)用。

可靠性：燃煤鍋爐的燃燒方式為層燃燃燒，燃煤鍋爐在自動(dòng)控制方面能力差，不利于鍋爐的安全工作[1]。因此，燃煤鍋爐運(yùn)行可靠性較差，而燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)較為緊張，用氣高峰期不能保證區(qū)域穩(wěn)定可靠供氣，因此，燃?xì)忮仩t運(yùn)行可靠性一般。

安全性：由于鍋爐內(nèi)煤粉的存在，使得燃煤鍋爐的使用存在較大的不安全性。作為氣體燃料的天然氣，易燃易爆性強(qiáng)，在使用時(shí)存在一定的危險(xiǎn)。電鍋爐有著較高的安全系數(shù)，具有可靠的運(yùn)行系統(tǒng)[2]。

操作性：由于煤炭質(zhì)量會(huì)影響煤鍋爐的運(yùn)行，需先對(duì)煤炭進(jìn)行處理，在生產(chǎn)過程中還必須定期添煤，操作較為煩瑣，且人力成本較高。而天然氣鍋爐和電鍋爐可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行控制，在實(shí)際操作中較為便捷。

表2 各方案綜合性能對(duì)比

目前，鍋爐主要以燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t為主，這兩類對(duì)環(huán)境影響較大，而電鍋爐具有熱效率高、穩(wěn)定性好、可靠性高、維護(hù)簡便、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，使用電鍋爐可以有效降低化石能源和環(huán)境治理成本，有較高的環(huán)境效益。

4 仁懷電能替代潛力分析

4.1 電量潛力測(cè)算

電量潛力測(cè)算主要有等熱值法和單耗法[3]，本文采用等熱值法對(duì)其進(jìn)行測(cè)算。設(shè)M噸（天然氣單位為m3）某化石能源，熱效益為k%。理論上，燃燒1t標(biāo)準(zhǔn)煤可以產(chǎn)生29271kJ的熱量，1kWh的電能可以產(chǎn)生3600kJ的能量。假設(shè)用電設(shè)備的利用效率為j%，若用電能替代M千克某化石能源，需配備的設(shè)備電功率P可用下式計(jì)算：

α—為替代能源的折算成標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB2589-81）可知，原煤折算系數(shù)0.7143，石油折算系數(shù)1.4286，天然氣折算系數(shù)1.2143；

k%—為消耗化石能源的用能設(shè)備平均熱效率，其中燃煤鍋爐平均熱效率約為67%；

j%—為利用電能的設(shè)備平均熱效率，其中電鍋爐總體平均運(yùn)行熱效率約為96%。

Kx—為用電設(shè)備的需要系數(shù)，其中電鍋爐需要系數(shù)為0.65～0.75。

4.2 白酒企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷電量預(yù)測(cè)

4.2.1 電量潛力測(cè)算

根據(jù)電量潛力測(cè)算公式以及數(shù)據(jù)可知，仁懷市白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷實(shí)施電鍋爐替代燃燒化石能源鍋爐，每個(gè)酒甑每小時(shí)消耗的化石能源相當(dāng)于經(jīng)過效率轉(zhuǎn)換后的電量B為160kWh，其中鍋爐的實(shí)用系數(shù)為0.65～0.75，本項(xiàng)目取中間值0.7，即每小時(shí)耗電112kWh。另外，根據(jù)對(duì)酒廠烤酒時(shí)間的調(diào)研可得，酒廠每年蒸糧和烤酒時(shí)間為234d，每天平均烤酒11h。預(yù)計(jì)到2025年，仁懷氣鍋爐改造比例為30%，煤鍋爐及其他生物燃料鍋爐改造比例為60%。根據(jù)以上數(shù)據(jù)及實(shí)際情況，計(jì)算得到每年新增的負(fù)荷及電量數(shù)據(jù)見表3。

表3 白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷“電能替代”新增電量

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，仁懷市白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷改造后，預(yù)計(jì)新增電量16.26億kWh。

4.2.2 減排潛力測(cè)算

根據(jù)貴州“十三五”輸電網(wǎng)規(guī)劃修編研究成果，截至2020年年底，貴州統(tǒng)調(diào)電網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5160萬kW，其中水電1506萬kW、火電2824萬kW、新能源830萬kW。火電裝機(jī)比例為45.27%。

表4 “電能替代”節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量

根據(jù)燃燒化石能源的排放系數(shù)可知，實(shí)施電能替代項(xiàng)目后，將會(huì)向大氣減少57372t的CO2、減少1413噸的SO2、減少1336噸氮氧化物的排放。

表5 大氣污染物排放系數(shù)

5 白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷電能替代技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

5.1 實(shí)際案例經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

選取仁懷市6個(gè)釀酒企業(yè)為研究對(duì)象，分析6個(gè)酒企的釀酒燃料成本，結(jié)果見表6。

表6 不同鍋爐的燃料成本對(duì)比

釀酒的成本主要包括建設(shè)成本和運(yùn)行成本，選取仁懷市標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)車間作為研究對(duì)象，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車間生產(chǎn)有48個(gè)窖池，8個(gè)酒甑，每個(gè)窖池年產(chǎn)酒量為7.5t。針對(duì)不同的鍋爐，根據(jù)一個(gè)輪次烤酒消耗的實(shí)際燃料費(fèi)用和建設(shè)費(fèi)用進(jìn)行綜合對(duì)比分析。

通過比較分析可得，利用谷時(shí)電價(jià)烤酒的電鍋爐年燃料成本最低，其次是煤鍋爐，經(jīng)濟(jì)性最差的是按峰谷電價(jià)計(jì)算電費(fèi)且不調(diào)整烤酒時(shí)間的電鍋爐。

5.2 電網(wǎng)投資效益分析

電力體制改革為電能替代提供了更加靈活的市場(chǎng)環(huán)境，在新環(huán)境下電力市場(chǎng)環(huán)境多方主體收益呈現(xiàn)出新的態(tài)勢(shì)[4]。依據(jù)電能替代總體發(fā)展路線，電能替代的成本主要用電設(shè)備初始投資、運(yùn)營成本和控制平臺(tái)系統(tǒng)投資，以及因推廣導(dǎo)致的其他能源供應(yīng)商的收益損失等外部成本；電能替代總體的收益來源主要為可再生能源的所創(chuàng)造的直接收益、發(fā)電企業(yè)碳排放交易導(dǎo)致的成本降低，以及用電側(cè)電能替代所帶來的環(huán)保性外部效益（碳排放權(quán)、污染治理等）；電能替代多方主體收益情況如圖1所示。

表7 用戶年節(jié)約費(fèi)用

根據(jù)“仁懷市十四五配電網(wǎng)規(guī)劃”“仁懷市白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷電能替代專項(xiàng)規(guī)劃”，到2025年，則區(qū)域內(nèi)需新建220kV變電站1座、擴(kuò)建1座，總投資為2.34億元；新建110kV變電站4座、擴(kuò)建4座，總投資為2.47億元；中壓配電網(wǎng)項(xiàng)目總投資為3.48億元，投資合計(jì)8.29億元。依據(jù)相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃，到2025年仁懷市220kV變電站容載比由1.22提升至1.84，110kV變電站容載比由1.60提升至2.12；仁懷地區(qū)線路可轉(zhuǎn)供電率由6.25%提升至100%，供電可靠性可由99.79%提升至99.98%，使用電鍋爐進(jìn)行烤酒的穩(wěn)定可靠性可得到進(jìn)一步提升。

依據(jù)仁懷市電能替代專項(xiàng)規(guī)劃，對(duì)財(cái)務(wù)分析主要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，指標(biāo)結(jié)果見表8。

表8 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表

由表8可見，通過仁懷市局購售電價(jià)，計(jì)算仁懷市白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷“電能替代”專項(xiàng)規(guī)劃投資經(jīng)濟(jì)效益，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)很好。項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率為24.37%，遠(yuǎn)高于基準(zhǔn)收益率（7%）。

6 結(jié)論

仁懷市憑借其得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢(shì)和釀酒傳統(tǒng)工藝，成為我國醬香型白酒的重要生產(chǎn)基地，該地白酒工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)值得關(guān)注的問題，對(duì)其他地區(qū)實(shí)行大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)電能替代具有一定的示范作用。隨著電能替代逐步推進(jìn)，將化學(xué)燃料鍋爐替換成電鍋爐，該市將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的負(fù)荷增長，這對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的建設(shè)提出了更高的要求。同時(shí)，由于電鍋爐使用過程中不產(chǎn)生大氣污染物排放，能夠獲得較高的環(huán)境效益，使得工人的工作環(huán)境變好，若計(jì)及人工費(fèi)用，電鍋爐工人較少，可減少工資支出。并且，使用電鍋爐可有效解決氣鍋爐運(yùn)行可靠性和安全性較差等問題，如加以適當(dāng)補(bǔ)貼政策支持，還可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。