循环水余热利用收益的算法讨论

姚群力

摘 要：利用热泵吸收电厂循环水中的余热用于冬季采暖，有节能减排的社会效益，但对于电厂自身而言，其获得的收益和其投入相比并不十分理想。就目前可供参考的此方面资料来看，其中对于电厂收益的计算都有或多或少的放大，热泵投运后的效果和预期相去较远。文章仅对热泵在电厂循环水余热利用中，就电厂自身所得收益的算法进行讨论、讨论中不涉及财务及税收问题，仅针对技术性的问题进行讨论。

关键词：热泵；循环水余热利用；节能减排；算法

1 常见算法极其缺陷

1.1 按燃料价格计算

当下常见的算法之一，就是按燃料计算收益。持这种观点的人认为：电厂增加热泵后，其供热量就会增加且增加的供热量就是热泵所吸收的热量，电厂所得到的收益，就是热泵所吸收的热量折算燃料的费用，当然也考了热泵投入后所伴随的一些损失。这里的问题在于，对于电厂而言，热泵所吸收的热量并不能简单折算成燃料费用。下面详细解释一下。

为了使问题简化我们做一些假设，第一、热泵投入后不会对电厂产生任何附加损失，无论是汽轮机背压升高产生的损失还是由于管道阻力增加造成的热网循环泵电耗增加，第二，热泵自身不消耗任何形式的能量，其作用仅仅是将循环水中的余热吸收到供热系统中。

有了如上假设之后，可以这样描述热泵投入后的作用：当热泵投入后，就会有一些“白得的”热量进入热网系统，在供热量不变的情况下，供热抽汽就会相应的减少，减少的这部分抽汽当然会返回汽轮机中做功或者说发电。由于电厂发多少电，是由电网决定的，因此我们进一步假定，当供热抽汽被排挤到汽轮机中做功时，还需保证汽轮机组的发电功率不变。为此只有减少主蒸汽的进汽量。显然，减少的主蒸汽，或者说省下来的这部分主蒸汽所发的电，应等于被排挤到汽轮机中的供热抽汽所发的电。增加热泵后，电厂所得的收益就是这部分被剩下来的主蒸汽，确切的说，就是加热这部分主蒸汽所消耗的燃料。由此可见，把热泵吸收的热量直接折算成燃料费用，并以此作为电厂的收益，显然不尽合理。

为了此后叙述方便，把上面这种算法叫做“排挤抽汽法”。显然这种算法更为合理。需要指出的是，当电厂的供热抽汽量达到最大，再也无法增加供热时，这时热泵所吸收的热量可以按燃料费用计算收益，但也只有超出电厂最大供热能力的那部分热量可以如此计算。有关这一点在后面加以详细讨论。

1.2 按热价计算

这种算法是把热泵吸收的热量直接乘以热价作为电厂的收益，显然这种算法更加夸大了电厂的真实收益。

对于这个问题可以这样考虑，只要供热量没有超出电厂的最大供热能力，那么加入热泵后的结果，一定是将一部分供热抽汽排挤回汽轮机中做功，电厂所得到的真实收益就应按排挤抽汽法进行计算。原因很简单，在供热量没有超出电厂供热能力的情况下，即便不使用热泵，电厂也可以正常供热，只不过使用的是抽汽。加入热泵后，仅仅是少用了部分抽汽，电厂能得到的，仅是这部分抽汽所蕴含的能力。更确切的说，这部分被省下来的抽汽能为电厂带来多大收益，关于这一点在前面已经做了详细的讨论，这里不再重复。

1.3 按电价计算

首先這种算法认为，对于电厂而言，加入热泵后，就会有和热泵吸收热量相应的供热抽汽被排挤到汽轮机中做功或者发电，其次认为这些“多发的电”乘上上网电价就是电厂所得到的收益。

这种算法的前半部分是正确的，即热泵加入后，如果供热量没有超出电厂的最大供热能力，那么就可以看做有部分抽汽被排挤到汽轮机中做功或发电。其错误在后半部分，即，电厂的收益能不能以“多发的电”乘以上网电价来计算。

假如由于表计的准确性问题，电网多计量了一度电，电厂当然也就多收入了一度的电钱。问题是这一度电如果是电厂自己发的，也会有相同的收入，只不过增加了一些燃料费用，因此这些燃料费用才是电厂真正所得。

2 正确的算法

首先，无论供热量扩大与否，加入热泵后都会产生排挤抽汽的效应，即会有一部分蒸汽被排挤到汽轮机中做功或发电，这部分收益显然是确定的。其次，如果由于热泵的投入，致使供热量却有实际的增加，则这部分由于热泵投入而增加的供热量也会为电厂产生收益。第三，热泵投入后，电厂的供热如果在某一时段超出了原有的最大供热量，则超出的这部分供热量就可以折合成燃料费用计算收益。电厂所得到的收益就是这三部分收益之和。下面详细讨论。

2.1 按排挤抽汽计算的收益基本上是确定的，只要热泵能够正常运行，自然会排挤一定量的蒸汽回到汽轮机，自然也会产生做功或发电的效益，有关这一点已在前面进行了详细的讨论。

2.2 增加的供热量所产生的收益

图1中的a和b分别为加入热泵前后的供热量和时间的关系曲线，可以看出b线和a线相比，最大供热量和最小供热量都有所提高。

显然，阴影部分的面积为加入热泵后总供热量的增加量。这部分供热增加量给电厂带来的收益可以这样计算：

这部分供热所用的抽汽如果返回汽轮机发电就会得到发电收益，如果用于供热就会产生供热收益。供热收益减去发电收益就是电厂所得到的收益。具体算法如下：

2.3 请注意图2中的阴影区域，只有这部分供热量可以直接换算成燃料费用作为电厂的收益。原因是：未投入热泵之前，电厂的供热能力不能提供这部分热量。

3 结束语

综上所述，热泵投入后，对于电厂而言，其收益主要为两部分之和：排挤抽汽产生的收益和供热量增加带来的收益。

至于图2阴影区域所显示的热量尽管可以按热量直接换算成燃料费用进行计算，但由于其所占比例很小，且电厂在正常供热中很难达到其最大供热，因此将此部分收益略去也不会对收益的计算结果产生大的影响。