太阳能热水应用项目节能量与经济性分析

白冰

（中冶集团武汉勘察研究院有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

经济社会的发展速率在能源和污染的矛盾斗争中不断提升，中国作为世界的人口大国，各种不可再生资源的需求量和使用量都分居世界前列。为贯彻科学发展观和可持续发展战略，我国开始加大新能源开发的经济支持力度和政策辅助力度。太阳能具有安全、绿色、环保、节能等优势，是我国新能源开发项目的重点对象。太阳能热水相关应用的开发让我国减少了大规模常规化石能源的消耗速率，减少了能源污染和居民的经济开销。虽然我国太阳能热水技术已经深入千家万户，但是其在轻工业领域、建筑领域等行业的使用尚未成熟，需要用科学的经济成本计算理论对太阳能热水衍生出的其他技术项目的节能量和经济性进行分析，让各行各业都能提高这种新型能源的使用率，缓解我国能源与环境污染危机。

1 太阳能热水应用项目的开发意蕴

1.1 太阳能热水应用项目国内使用现状分析

随着经济发展与能源开发矛盾的不断加剧，开发环保、低碳、绿色、节能的新型可再生能源就成为了各国急需解决的焦点问题。太阳能热水应用项目的开发是符合中国特色科学发展观的新能源开发重点项目，在国内各地区都能看见系统结构相异、应用项目优势不同的太阳能热水技术应用。根据2020年的太阳能热水应用项目大数据统计结果，中国的太阳能热水技术应用总装机容量为416.57GWth，约占世界太阳能热水应用的85%。根据这个数据进行计算，合理利用太阳能热水应用项目每年可为我国节约5000亿元左右的电费[1]。虽然太阳能热水技术在我国已经有大约35年的发展历史，但是其技术仍主要被应用在居民热水供应、居室工业取暖以及各领域行业用水等方面。无盖板太阳能集热器、平板型太阳能集热器、真空管太阳能集热器是太阳能热水系统的三大应用主流，而我国多数使用后两者。随着太阳能热水应用项目在国内的不断发展，分散独立式的太阳能热水系统开始向集中式太阳能热水系统转化。我国的《十二五》规划中也开始针对太阳能热水应用项目的安装、选用、发展做出了相应的规定，使其发展更具统一性。

1.2 太阳能热水应用项目的民用优势

随着我国经济社会的不断发展，居民对生活质量的硬式需求也在不断地提升，太阳能热水系统的使用让国内居民生活热水的能源消耗量不断地减少。太阳能热水应用项目不仅能为国内居民带来经济效益，而且还有许多民用优势[2]。随着太阳能热水应用项目工业制造系统的不断升级，各式种类的太阳能热水应用系统的操作变得简单而便利，易于维护，还能以旧换新，形成了较为完整的体系。太阳能热水应用具有节能性和安全性，利用太阳能的光热效应对低温水源进行加热，以72%的热能转化率造就约电能加热五倍的效益比，并且还减少了很多安全隐患，使其成为国内多数家庭的热水器的首选[3]。太阳能热水应用会产生一定量的二氧化碳以及少量的有害气体和固体颗粒物，按照其12.5年的平均使用寿命来看，单纯使用1平方米的太阳能热水应用项目可以造就800元的环境收益，其环保、低碳的绿色属性让其成为了国内热水生产的主要开发项目。无论是国家政策还是热水器市场，太阳能热水应用技术都具有巨大的发展优势和使用前景。

2 太阳能热水应用项目的节能量分析

2.1 太阳能热水项目的节能效益方式分析

太阳能热水项目的节能效益从单一的数据层面来看并不能较好地展示出它的节能效益优势，所以本文采用对比分析的模式，将电能热水、天然气热水和煤炭热水等作为参照物[4]。用热水集热系统的总体热能产值和辅热系统热能产值总和的平均值与参照物等量的总体热能产值进行对比，再通过标准电和标准煤的换算系统计算出太阳能热水应用项目的等价折标系数，然后就能根据数据信息分析出太阳能热水应用的节能效益[5]。但是鉴于我国地理条件的不同，需要将型号相同、规格相同、品牌相同的太阳能热水产品放置在地理位置不同的城市中，进行一段时间的运行测试，然后就可以从科学角度客观地对其节能效益进行评析。

2.2 太阳能热水项目的节能量

科学的太阳能热水项目的节能量需要从质量检查、运行结构系统检查、节能量评析三个方面来对其进行整体分析。首先将系统环境温度制式参数和每种系统环境温度的太阳能热水应用使用时间输入太阳能热能管理系统中，通过系统的计算输出每个范围的太阳能保证率f,然后根据太阳能辐射量范围以及热能分布计算出太阳能的标准全年节电量和节煤量[6]。最后根据得到的相关数据计算出太阳能热水系统的全年实际耗能量，再与各式常规系统的全年实际耗能量进行对比就可以计算出太阳能热水应用的全年节能量。通过计算得知太阳能热水应用的太阳能保证率一般在45.12%上下范围内波动。如果细分太阳热水系统的类型，并进行对比分析，分散性较强的独立平板式太阳能热水应用的节能效益是最低的[7]。虽然真空管类型的太阳能热水应用节能效益较为出色，但是其辅助加热系统每年也会造成许多的能耗，所以在发展真空管太阳能热水应用时需要针对其辅热系统的运行机制设计一套更为优异的节能系统。

3 太阳能热水应用项目的经济性分析

3.1 太阳能热水应用项目的经济效益方式分析

太阳能热水应用成本一般包括光热转换系统的运行成本和制式规格所需的热水耗能成本。无论将太阳能热水应用放在国内的何种地理环境中都要选取太阳能覆盖率和太阳能保证率都较高的放置位置，因为这不仅会影响太阳能系统本身的运行效益，还会间接地影响整个系统的保温能力和辅热系统，所以从太阳能热水系统的经济成本理论出发，在太阳能热水系统的种类和其放置的外部环境条件相同的情况下，只要更好地控制辅热系统的使用效率、提高应用项目的太阳能集热效益和保证率就能极大程度上降低其运行成本[8]。

3.2 太阳能热水应用项目的经济性

计算太阳能热水应用的经济性仍需要采用对比分析模式。太阳辐射出的太阳能从一定角度上看不需要人们花费更多的经济成本，所以在计算其系统产生的经济收益时，需要将全年产生的热能转化为产生等量热能时所需的电能或是天然气容量，然后分别用它们的市场单价进行乘减操作就能计算出全面的经济效益值。与此同时还要注意不同环境下太阳能热水应用产生的动态投资值和静态投资值，能源价格以及人工维护等价格都存在一定的动态波动性，所以在了解动态投资值的波动规律后就能更好地计算太阳能热水项目的年净值[9]。通过在太阳能热水经济效益管理系统中输入水温差、管道热损失率、热水应用的平均辐射量、集热面积以及需要热水的容量等信息就能计算出太阳能热水应用的年使用费用以及各种能源的年对比标准节省费用。近几年的数据分析显示，太阳能热水应用项目的静态经济效益流保持在平均每年12.13万元，而其应用项目的动态经济效益流保持在平均每年以6.12%比率持续递减[10]。在使用太阳能热水应用后的4.95年就可以收回其原始的投资成本。如果将太阳能热水项目的静态投资期扩大至十年，就能计算出应用项目的财务内部收益率为15.12%，这个数值大于一般风险投资的年收益值，所以购买太阳能热水应用是一种经济效益有保证的投资项目。随着太阳能热水项目投资总额的不断增长，其回收期也会不断地增加，而经济效益也会随着使用年限的增加呈现逐渐递增趋势。

4 结语

太阳能作为一种多优势并存的绿色、节能新能源，在国内的使用率正在逐年提高。太阳能热水等相关应用项目的推广与使用在国内得到了经济支持和政策支持。本文分析了太阳能热水使用项目在国内的使用现状和居民使用优势，并应用经济成本理论和能源经济转换系统等对太阳能热水应用项目的经济效益和节能效益进行了对比参照分析，并总结归纳出其具有节能性高、经济收益高、投资回收期短、供热成本低等优势。但是基于一些数据条件的限制，文中并没有将节能量和经济性分析的具体公式进行代入式计算，希望在未来的学术研究中，此课题的相关研究者可以通过丰富且具体的数据对太阳能热水的各项指标进行分析，让这项技术更加广泛地应用在国内的绿色城市发展中。