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        電能替代農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域潛力挖掘模式與實施路徑研究

        2021-11-12 00:27:56吳凱檳
        工業(yè)加熱 2021年10期
        關(guān)鍵詞:電能

        洪 亮,吳凱檳

        (1.國網(wǎng)福建省電力有限公司營銷部,福建 福州 350003;2.南瑞集團有限公司(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司), 江蘇 南京 210000;3.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢能效測評有限公司, 湖北 武漢 430074)

        2016年5月,國家發(fā)展改革委、國家能源局、財政部等八部委出臺了《關(guān)于推動電能替代的指導(dǎo)意見》,明確了在全國范圍內(nèi)推廣電能替代,形成清潔、安全、智能的新型能源消費方式,十三五期間實現(xiàn)能源終端消費環(huán)節(jié)電能替代散燒煤、燃油消費總量約1.3億t標煤,帶動電煤占煤炭消費比重提高約1.9%。國家電網(wǎng)公司也在2013—2019年,相繼出臺了電能替代系列政策。

        目前,電能替代工作已進入快速發(fā)展階段,但電能替代工作綜合性較強,涉及范圍廣、環(huán)節(jié)多,對專業(yè)技術(shù)水平要求高。電網(wǎng)公司營銷專責(zé)人員在推進過程中存在:對企業(yè)用能情況,替代技術(shù)、優(yōu)惠政策不了解,難以有效地進行潛力挖掘、制訂針對性的解決方案、調(diào)動客戶的積極性。

        通過梳理對比分析農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的電能替代技術(shù),提出電能替代農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域的潛力挖掘模式與測算方法,以某縣食用菌行業(yè)為例,調(diào)研獲取用能單位的用能現(xiàn)狀,采用所建模型分析電能替代的理論潛力,針對潛力替代環(huán)節(jié)進行技術(shù)經(jīng)濟性對比分析,獲取實際可行電能替代可替代環(huán)節(jié),適用替代技術(shù),獲取實際可行的潛力、環(huán)保潛力,為用戶合理用能和實施電能替代項目提供指導(dǎo)性意見和政策建議[1]。有效彌補業(yè)務(wù)人員項目識別能力方面的不足,增強基層人員項目開拓能力,保證項目順利實施[2]。

        1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域電能替代烘干技術(shù)

        農(nóng)業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)的烘烤方式主要有土灶、烘房,以散燒煤、散燒柴為主,沒有配套的環(huán)保設(shè)備,烘烤過程中產(chǎn)生大氣污染,對烤房附近環(huán)境產(chǎn)生了非常大的影響。人員勞動強度大、人工成本高,產(chǎn)品質(zhì)量受操作工技能和責(zé)任心影響較大,品質(zhì)不易控制[3]。

        發(fā)展農(nóng)業(yè)電能替代烘干技術(shù),有利于促進農(nóng)產(chǎn)品深加工,提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平,其主要農(nóng)業(yè)電氣化烘干技術(shù)包含:電烤煙、電制茶、電制香、熱泵烘干(食用菌、果蔬、肉類、木材、糧食)等,按其加熱原理主要分為電加熱烘干技術(shù)和熱泵烘干技術(shù),技術(shù)原理見圖1、圖2。

        圖1 電加熱烘干技術(shù)原理

        圖2 熱泵烘干技術(shù)原理

        2 電能替代潛力挖掘模式與測算方法

        2.1 電能替代潛力挖掘模式

        1)電能替代整體情況摸底

        對本地電能替代情況與電能替代業(yè)務(wù)相關(guān)的政策進行梳理分析,獲取當(dāng)?shù)仉娔芴娲攸c領(lǐng)域和政策現(xiàn)狀。

        2)電能替代典型行業(yè)遴選

        根據(jù)本地區(qū)電能替代情況,進行替代潛力、技術(shù)可行性、經(jīng)濟效益等方面的對比分析,遴選出本地典型特色行業(yè)。

        3)典型行業(yè)替代潛力分析

        獲取典型行業(yè)后,進行現(xiàn)場調(diào)研,分析其工藝流程,替代潛力環(huán)節(jié),設(shè)定測算方法,進行潛力項目挖掘與測算,確定替代潛力和環(huán)保潛力。

        4)典型行業(yè)替代技術(shù)優(yōu)選

        針對典型行業(yè)的工藝流程和替代環(huán)節(jié),選定不同的替代技術(shù),進行替代適用性、經(jīng)濟效益、環(huán)保效益、替代優(yōu)劣勢等角度的全面分析,優(yōu)選出典型行業(yè)的適用替代技術(shù)[4-5]。

        圖3 電能替代潛力挖掘模式

        5)推進措施和政策建議

        根據(jù)本地區(qū)典型行業(yè)電能替代重點項目情況以及業(yè)務(wù)開展模式,提出具體的推進措施,分析項目實施過程中電價、補貼、環(huán)保等政策方面的不足之處,積極爭取政策扶持。

        6)重點潛力項目庫

        根據(jù)本地市公司選定典型行業(yè)的特點,制定重點潛力項目收資表,獲取項目數(shù)據(jù),進行項目潛力測算和項目遴選,建立重點潛力項目庫。

        2.2 電能替代潛力挖掘測算方法

        2.2.1 潛力電量測算

        電能替代潛力的測算方法較多,由于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域電能替代項目數(shù)量較多,較為分散,數(shù)據(jù)統(tǒng)計存在一定難度,可從以下三個維度進行測算,能源消耗維度、技術(shù)替代維度、產(chǎn)品耗電維度,根據(jù)收資情況,進行相互校核,以數(shù)據(jù)最為全面,最為合理的維度作為替代潛力。

        1)能源消耗維度

        (1)

        式中:Qm、Qy、Qc為燃煤替代電量、燃油替代電量、燃柴替代電量,kW·h;Gm、Gy、Gc為燃煤消耗量、燃油消耗量、燃柴消耗量,萬t;Zd為電力當(dāng)量折標系數(shù);ηd為電力設(shè)備效率,%。

        2)技術(shù)替代維度

        (2)

        式中:Qrb、Qky、Qzc、Qzx為熱泵替代電量、電烤煙替代電量、電制茶替代電量、電制香替代電量,kWh;Prb、Pky、Pzc、Pzx為熱泵設(shè)備功率、電烤煙設(shè)備功率、電制茶設(shè)備功率、電制香設(shè)備功率,kW;Hrb、Hky、Hzc、Hzx為熱泵運行時間、電烤煙運行時間、電制茶運行時間、電制香運行時間,h。

        3)產(chǎn)品耗電維度

        (3)

        式中:Q’rb、Q’ky、Q’zc、Q’zx為熱泵替代電量、電烤煙替代電量、電制茶替代電量、電制香替代電量,kW;Crb、Cky、Czc、Czx為熱泵烘干產(chǎn)品產(chǎn)量、煙葉產(chǎn)量、茶葉產(chǎn)量、香產(chǎn)量,kg;Drb、Dky、Dzc、Dzx為單位產(chǎn)品耗電量、煙葉單位產(chǎn)品耗電量、茶葉單位產(chǎn)品耗電量、香單位產(chǎn)品耗電量,kW·h/kg。

        4)可行潛力測算

        Qkx=Qxx×f(γ1)×f(γ2)×f(γ3)···f(γn)(4)

        式中:Qxx為某種技術(shù)選定的數(shù)據(jù)最為全面、最為精準,經(jīng)過專家組確認的替代電量,f(γ1)為技術(shù)影響因素、f(γ2)經(jīng)濟影響因素、f(γ3)環(huán)保影響因素等。

        2.2.2 經(jīng)濟性測算

        根據(jù)電能替代潛力的測算情況,對電能替代設(shè)備、業(yè)擴投資、年運行費用、利潤提升空間、投資回收年限等經(jīng)濟性參數(shù)進行計算。

        1)一次性投資(萬元)

        Tz=Cs×Ps/10 000

        (5)

        式中:Tz為一次性投資,萬元;Cs為每千瓦投資成本,元/kW;Ps為設(shè)備容量,kW。

        2)電力設(shè)備業(yè)擴費用

        Ty=Cy×Ps/10 000

        (6)

        式中:Ty為一次性投資,萬元;Cy為每千瓦投資成本,元/kVA;Ps為新增設(shè)備容量,kVA。

        3)年用電量

        Wn=Ps×tn×ηh/10 000

        (7)

        式中:Wn為年用電量,kW·h;tn為年運行時間,h;ηh為設(shè)備運行負荷率,%。

        4)年電力費用

        Iwn=Wn×Ce

        (8)

        式中:Iwn為年電力費用,萬元;Ce為用電價格,元/(kW·h)。

        5)利潤提升空間

        Ilr=Cz×Δlr

        (9)

        式中:Ilr為系統(tǒng)利潤提升空間,萬元;Cz為年產(chǎn)量,kg;Δlr為產(chǎn)品價格提高部分,元/kg。

        6)投資回收年限

        (10)

        式中:Inv為系統(tǒng)初投資,萬元;Inc為年收入,萬元;Cos為年成本費用,萬元。

        2.2.3 減排量測算

        根據(jù)潛力替代電量的情況,替代前所使用燃料排放因子的情況,獲取二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵減排量。

        (11)

        式中:λ1為二氧化碳排放因子;λ2為二氧化硫排放因子;、λ3為氮氧化物排放因子;、λ4為粉塵排放因子。

        3 典型案例

        選取某縣食用菌行業(yè)作為案例,進行整體潛力測算,并選取典型項目分析具體替代環(huán)節(jié),進行電能替代烘干技術(shù)的對比分析,進而遴選出合適的電能替代烘干技術(shù)。食用菌的菌種生產(chǎn)流程,烘干流程見圖4。

        圖4 食用菌的菌種生產(chǎn)流程、烘干流程

        3.1 食用菌整體潛力測算

        2019年,某縣食用菌產(chǎn)量78.35萬t。生產(chǎn)以干食用菌為主,干食用菌占比約為85%,鮮品到干品的比例大概為1比8,為8.32萬t,鮮菇產(chǎn)量較少,占比約為15%,11.75萬t。在當(dāng)?shù)仉娏镜膮f(xié)助下,從食用菌管理局獲取數(shù)據(jù)最為精準,從能源消耗維度進行測算。菌類烘干的能源消耗約為6個菌棒/斤,鮮菇殺菌的能源消耗為0.5個菌棒/斤,每個菌棒1.5斤,生物質(zhì)發(fā)熱量估取13 395 kJ/kg。測算情況見圖5。

        圖5 某縣食用菌整體潛力測算情況

        3.2 熱泵與電鍋爐產(chǎn)品替代的經(jīng)濟、環(huán)保效益對比分析

        選取該縣的食用菌產(chǎn)量、產(chǎn)值較高的銀耳為例,針對食用菌的殺菌、烘干兩個可替代環(huán)節(jié),進行電能替代,殺菌環(huán)節(jié)可以用電鍋爐替代燃煤鍋爐,烘干環(huán)節(jié)可以用熱泵或電鍋爐替代燃煤鍋爐、燃煤烘干機、廢筒烘干機,并進行經(jīng)濟、環(huán)保效益的對比分析(如圖6、圖7所示)。

        圖6 1蒸噸燃煤鍋爐、電鍋爐/(熱泵+電鍋爐)設(shè)備參數(shù)及一次性投入對比

        圖7 1蒸噸燃煤鍋爐、電鍋爐/(熱泵+電鍋爐)運行、人工、檢修等費用情況

        1)菌棒殺菌環(huán)節(jié)

        在菌棒的殺菌環(huán)節(jié),選取1蒸噸煤鍋爐,年產(chǎn)量約400萬斤的企業(yè),年運行時間5 000 h,殺菌環(huán)節(jié)消耗能量較少,每斤菌類的能源消耗約為0.5個菌棒,采用電鍋爐(將水從20 ℃加熱到170 ℃)/(熱泵(將水從20 ℃加熱到60 ℃)+電鍋爐(60 ℃加熱到170 ℃))的方式替換煤鍋爐,進行技術(shù)經(jīng)濟效益的對比分析。

        與電鍋爐相比,熱泵+電鍋爐使系統(tǒng)復(fù)雜化,雖然聯(lián)合運行可降低運行費用1.7萬元,但增加初始投資、人工檢修等12.8萬元。由于殺菌環(huán)節(jié)要采用蒸汽,熱泵將水從20 ℃加熱到60 ℃的熱量/電鍋爐將水從60 ℃加熱到170 ℃的熱量比例為1/15,熱泵貢獻較小。故而殺菌環(huán)節(jié)采用電鍋爐更為適合。但電鍋爐的運行成本遠高于煤鍋爐,無法回收成本。

        2)食用菌烘干環(huán)節(jié)

        根據(jù)本地區(qū)的食用菌產(chǎn)量、產(chǎn)值,選取產(chǎn)量、產(chǎn)值較高的銀耳為例,選取年產(chǎn)量約14.4萬斤的企業(yè)(年運行時間5 000 h,每斤銀耳的能源消耗約為5個廢棄菌棒)。在食用菌的烘干環(huán)節(jié),采用熱泵、電鍋爐替換煤鍋爐、燃煤烘干機、廢菌筒烘干機,進行經(jīng)濟、環(huán)保效益的對比分析(如圖8、圖9所示)。

        圖8 熱泵烘干機、電鍋爐、煤鍋爐、燃煤烘干機、廢筒烘干機設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)

        圖9 熱泵烘干機、電鍋爐、煤鍋爐、燃煤烘干機、廢筒烘干機使用成本與利潤情況

        由于電鍋爐后期運行費用較高,投資難以回收成本,選擇熱泵進行替代。采用熱泵替換煤鍋爐、燃煤烘干機、廢筒烘干機,一次設(shè)備費用和電力設(shè)備費用為20萬元,運行與人工費用與之前采用燃燒煤、菌棒的費用基本持平,產(chǎn)品利潤提高0.45元/斤,投資回收年限為3.09年。

        熱泵、電鍋爐相比煤鍋爐、燃煤烘干機、廢菌筒烘干機,減排CO2242.2 t、減排SO21.6 t、減排NOx0.7 t、減排粉塵1.5 t。

        4 結(jié) 論

        本文針對電能替代項目挖掘困難的問題,通過梳理對比分析農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的電能替代技術(shù),提出電能替代農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域的潛力挖掘模式與實施路徑,以食用菌行業(yè)為例,具體結(jié)論如下。

        (1)通過對農(nóng)業(yè)烘干領(lǐng)域摸底調(diào)研,測算其行業(yè)替代潛力分析,明確可替代環(huán)節(jié),并優(yōu)選替代技術(shù),在食用菌菌棒殺菌環(huán)節(jié),采用電鍋爐更為適合。但電鍋爐的運行成本遠高于煤鍋爐,在現(xiàn)行電價下,企業(yè)難以回收成本,替代意愿較低。在食用菌烘干環(huán)節(jié),選擇熱泵進行替代產(chǎn)品利潤提高0.45元/斤,投資回收年限為3.09年,用戶替代意愿較強,具有較好的推廣性。

        (2)電能替代實施路徑方面:①開展電能替代潛力挖掘工作,遴選本地電能替代典型行業(yè);②推動政府主導(dǎo)電能替代工作,扶持優(yōu)惠政策相繼落地;③省綜能公司和地市局協(xié)同,創(chuàng)新營銷措施拓市成效顯著;④整合多方資源齊心協(xié)力,構(gòu)建互利共贏的商業(yè)模式;⑤堅持以點帶面有序推進,擴大食用菌電能替代示范區(qū);⑥借力內(nèi)外媒體多樣化宣傳引導(dǎo),建立常態(tài)化工作機制。

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