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     對于太陽能熱水系統(tǒng)，我們所了解的用得最多的就是生活用水與洗浴用水。今天，我們來了解下太陽能熱水工程系統(tǒng)在工業(yè)上利用的效果與成本投資回收期。

     山東鑫泰水處理技術(shù)有限公司位于棗莊市市中區(qū)西王莊鄉(xiāng)中泰化工園，職工120人，其中技術(shù)人員32人。年產(chǎn)水處理藥劑4萬噸，2015年開工建設(shè)年產(chǎn)10萬噸精細(xì)化學(xué)品項目，項目建成后可實現(xiàn)年產(chǎn)14萬噸。2014年公司主導(dǎo)產(chǎn)品國內(nèi)市場占有率3.1%，國際市場占有率0.5%，行業(yè)綜合競爭力排名省內(nèi)第三。公司2014年消耗水2萬噸，電280萬千瓦時，鍋爐用煤1.2萬噸。

    系統(tǒng)安裝在鍋爐房周圍空地及草坪、屋面，集熱面積6037.05m²，集熱器傾角為15°，集熱循環(huán)方式為溫差循環(huán)方式，水箱容量為3臺緩沖水箱。

    蛇設(shè)備參數(shù)如下：集熱真空管的長度1800mm，直徑φ58mm，數(shù)量41750支，排列方式橫插式，串、并聯(lián)組合；真空管悶曬輻照量參數(shù)4.1MJ/m²。安裝太陽能集熱器的規(guī)格YGBS5818-50型；每塊集熱模塊含50支真空管（真空管為銅、鋼、鋁磁控濺射三靶鍍膜真空管Ф58-1800mm）、聯(lián)集水箱（內(nèi)膽為SUS304食品級不銹鋼雙氬氣保護電腦自動焊接），集熱面積為7.23m²/塊；附屬設(shè)備，水箱、控制系統(tǒng)、電磁閥、管道、管道保溫及附件。

圖1 太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)

圖2 計量網(wǎng)絡(luò)圖

3.1.1 壽命期內(nèi)太陽熱水系統(tǒng)總節(jié)省費用的預(yù)評估

太陽熱水系統(tǒng)的年節(jié)能量預(yù)評估是針對已設(shè)計完成的太陽能熱水系統(tǒng)，根據(jù)已確定的太陽能熱水系統(tǒng)形式，確定的太陽能集熱器面積及集熱器性能參數(shù)設(shè)計的集熱器傾角及當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件下計算得出的年節(jié)能量。

年節(jié)能量的計算公式見式（1）、（2）。

直接系統(tǒng)    DQ_save=A_cJ_A(1-η_c)η_cd （1）

    該太陽能工業(yè)熱力系統(tǒng)項目擬安裝YGBS5818-50型集熱模塊835組，合計集熱面積Ac為6037.05㎡，莒縣地區(qū)JA=5149.3 MJ/㎡，煙臺地區(qū)JA=5137.75 MJ/㎡，濟南地區(qū)J_A=4407.37 MJ/㎡，本項目以濟南地區(qū)輻照量為準(zhǔn)，帶入公式計算：

DQsave= 12932018 MJ （2）

3.1.2 太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能量

1）以電為輔助熱源

    因為電力不是一次能源，則應(yīng)將節(jié)能量先換算為kW·h，再按系統(tǒng)建設(shè)當(dāng)年我國的單位電煤耗（參考2012年我國的單位供電煤耗為324g/kW·h）直接折算成標(biāo)準(zhǔn)煤后，即為太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能量。計算公式如（3）

（3）

帶入公式計算：

如果用電（90%）：△Q_S = 35906360MJ

2）以其他一次能源為輔助熱，如果是使用天然氣等其他形式的一次能源作為輔助熱源，太陽能熱水系統(tǒng)所節(jié)能量的計算公式見式(4)

如果使用煤炭（60%）：△ Q_S=21553363MJ；

如果使用燃油（70%）：△Q_S= 18474311MJ；

如果使用天然氣（80%）：△Q_S=16165022MJ。

由于我國目前的電費計價體系已將全部發(fā)電成本包括在內(nèi)，所以在進行節(jié)能費用預(yù)評估時，年節(jié)能量的確定圴應(yīng)使用式（4）計算。

簡單年節(jié)能費用的計算見式（5）。

        W_j=C_C△Q_s    （5）

式中：△Q_S -以電及其他一次能源為輔助熱源時，均按照

       其中：C_C= C^，_C/q   (6)

（電0.83元/度，原煤0.6元/kg，柴油6.2元/kg，天然氣4.3元/m³）

q-常規(guī)能源的熱值，MJ/kg或MJ/m³。

（電0.83元/kW·h，原煤0.6元/㎏，燃油6.2元/㎏，天然氣4.3元/m³）

電：3600 kJ/ kW·h；工業(yè)煤：20900 kJ/㎏燃油：41310 kJ/kg；天然氣：35530 kJ/Nm³；

帶入公式計算：

如果用電：W_j=3312832元；  

如果使用煤炭：W_j= 617752元；

如果使用燃油：W_j=2772712元；

如果使用天然氣：W_j=1956364元。

（2）壽命期內(nèi)總節(jié)省費用的計算見式（7）

SAV=PI（△Q_S-A_dDJ）-A_d        （7）

式中： △ Q_S -以電及其他一次能源為輔助熱源時，均按照

    PI-折現(xiàn)系數(shù)；

    C_C-系統(tǒng)評估當(dāng)年的常規(guī)能源熱價，0.23元/MJ；

A_d-太陽能熱水系統(tǒng)總增投資，3870250 元；

D_J-每年用于與太陽能熱水系統(tǒng)有關(guān)的維修費用占總增投資的百分率，一般取1%。

其中 ：

帶入公式計算：

PI=10.35296423

壽命期內(nèi)燃煤總節(jié)省費用：SAV=9266278元

太陽熱水系統(tǒng)的投資組成見圖3。

圖3 太陽熱水系統(tǒng)初投資組成

圖3中的虛線部分，是太陽能熱水系統(tǒng)的增加投資，即太陽能集熱系統(tǒng)的投資部分；太陽集熱系統(tǒng)投資主要包括集熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分的投資。一個設(shè)計合理的太陽能熱水系統(tǒng)，應(yīng)能在壽命期內(nèi)用節(jié)省的總費用補償回收增加的初投資，完成補償?shù)目偫鄯e年份即為增投資的回收年限或增投資的回收期。

增加投資的回收期有兩種算法：一種是靜態(tài)回收期計算法；另一種是動態(tài)回收期計算法。兩種算法的差別在靜態(tài)回收期沒有考慮資金折現(xiàn)系數(shù)的影響，但計算簡便；而動態(tài)回收年限考慮了折現(xiàn)系數(shù)的影響，更加準(zhǔn)確。

    靜態(tài)回收期計算不考慮銀行貸款利率、常規(guī)能源上漲率等影響因素，常用于概念設(shè)計階段，可以迅速了解太陽能系統(tǒng)增投資的大概回收期。靜態(tài)投資回收期可用式（8）計算：

   Y_t=W_z/W_j     (8)

式中Y_t-太陽能熱水系統(tǒng)的簡單投資回收期；

     W_z-太陽能熱水系統(tǒng)與常規(guī)熱水系統(tǒng)相比增加的初投資；

W_j-太陽能熱水系統(tǒng)的簡單年節(jié)能費用。

代入公式計算：

相對于用電的靜態(tài)投資回收期：Yt=1.14；

相對于用煤的靜態(tài)投資回收期：Yt=6.09；

相對于用油的靜態(tài)投資回收期：Yt=1.36；

相對于用氣的靜態(tài)投資回收期：Yt1.92。

    當(dāng)太陽能熱水系統(tǒng)運行n年后節(jié)省的總資金與系統(tǒng)的增加初投資相等時，式（7）成立，即SAV=0

     PI（△Q_SC_{S -}A_dD_J）=A_d     (9)

則此時的總累積年份n定義為系統(tǒng)的動態(tài)回收期N_e

  (10)

           (11)

其中PI=A_d/（△Q_SC_S -A_dDJ） 

式中△Q_S以電及其他一次能源為輔助熱源時，均按照計計算。

相對于用電的動態(tài)回收期：PI=1.15   Ne=1.22；

相對于用煤的動態(tài)回收期：PI=6.49  Ne=8.09；

相對于用油的動態(tài)回收期：PI=1.38  Ne=1.47；

相對于用氣的動態(tài)回收期：PI=1.96  Ne=2.13；

根據(jù)要求投資回收年限宜在10年以內(nèi)，所以本設(shè)計合理，滿足要求。

太陽能熱水系統(tǒng)的費效比是指太陽能熱水系統(tǒng)在壽命期內(nèi)的節(jié)能量與系統(tǒng)增加投資的比值。該值反映了太陽能熱水系統(tǒng)每節(jié)省（替代）1kW·h熱水終端用能所需要的投資成本；其計算公式為（12）。

               （12）

式中   RCE-太陽能熱水系統(tǒng)費效比，元/kW·h；

        n-系統(tǒng)壽命期，年；

△ Q_S以電及其他一次能源為輔助熱源時，圴按照計算。