貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司 陳 飛
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)銷實施方案〉的通知》,明確要全力推動仁懷市釀酒企業(yè)實施電釀酒改造。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日前實現(xiàn)完全取締煤鍋爐的目標(biāo),以及在2021年12月31日前實現(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施“煤改電、氣改電”電能替代技術(shù)烤酒改造,這對供電局增供擴(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)社會發(fā)展用電需要,打造堅強(qiáng)仁懷市智能電網(wǎng)迫在眉睫。
無論從發(fā)展趨勢、現(xiàn)實要求,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,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)
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、操作性四個方面對燃煤鍋爐、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,對鍋爐的建設(shè)費用和運行費用進(jìn)行測算。煤鍋爐和電鍋爐的設(shè)備費用比氣鍋爐低,煤鍋爐與氣鍋爐需要考慮因?qū)ιa(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用,電鍋爐不需要考慮污染防治費用,只需要支付相應(yīng)的配電設(shè)施費及其設(shè)施運維費用。
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),在使用時存在一定的危險。電鍋爐有著較高的安全系數(shù),具有可靠的運行系統(tǒng)[2]。
操作性:由于煤炭質(zhì)量會影響煤鍋爐的運行,需先對煤炭進(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現(xiàn)全自動運行控制,在實際操作中較為便捷。
表2 各方案綜合性能對比
目前,鍋爐主要以燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t為主,這兩類對環(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)費用低等優(yōu)點,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。
電量潛力測算主要有等熱值法和單耗法[3],本文采用等熱值法對其進(jìn)行測算。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。
4.2.1 電量潛力測算
根據(jù)電量潛力測算公式以及數(shù)據(jù)可知,仁懷市白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷實施電鍋爐替代燃燒化石能源鍋爐,每個酒甑每小時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,其中鍋爐的實用系數(shù)為0.65~0.75,本項目取中間值0.7,即每小時耗電112kWh。另外,根據(jù)對酒廠烤酒時間的調(diào)研可得,酒廠每年蒸糧和烤酒時間為234d,每天平均烤酒11h。預(yù)計到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)及實際情況,計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)計新增電量16.26億kWh。
4.2.2 減排潛力測算
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?;痣娧b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,實施電能替代項目后,將會向大氣減少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)
選取仁懷市6個釀酒企業(yè)為研究對象,分析6個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比
釀酒的成本主要包括建設(shè)成本和運行成本,選取仁懷市標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)車間作為研究對象,一個標(biāo)準(zhǔn)車間生產(chǎn)有48個窖池,8個酒甑,每個窖池年產(chǎn)酒量為7.5t。針對不同的鍋爐,根據(jù)一個輪次烤酒消耗的實際燃料費用和建設(shè)費用進(jìn)行綜合對比分析。
通過比較分析可得,利用谷時電價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計算電費且不調(diào)整烤酒時間的電鍋爐。
電力體制改革為電能替代提供了更加靈活的市場環(huán)境,在新環(huán)境下電力市場環(huán)境多方主體收益呈現(xiàn)出新的態(tài)勢[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、運營成本和控制平臺系統(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)項目總投資為3.48億元,投資合計8.29億元。依據(jù)相關(guān)專項規(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規(guī)劃,對財務(wù)分析主要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行計算,指標(biāo)結(jié)果見表8。
表8 項目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表
由表8可見,通過仁懷市局購售電價,計算仁懷市白酒工業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷“電能替代”專項規(guī)劃投資經(jīng)濟(jì)效益,各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)很好。項目投資內(nèi)部收益率為24.37%,遠(yuǎn)高于基準(zhǔn)收益率(7%)。
仁懷市憑借其得天獨厚的地理優(yōu)勢和釀酒傳統(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)展是一個值得關(guān)注的問題,對其他地區(qū)實行大規(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,該市將會產(chǎn)生一個較大的負(fù)荷增長,這對區(qū)域電網(wǎng)的建設(shè)提出了更高的要求。同時,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,若計及人工費用,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行可靠性和安全性較差等問題,如加以適當(dāng)補貼政策支持,還可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。