电能替代农业烘干领域潜力挖掘模式与实施路径研究

洪 亮，吴凯槟

(1.国网福建省电力有限公司营销部，福建 福州 350003；2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司)， 江苏 南京 210000；3.国网电力科学研究院武汉能效测评有限公司， 湖北 武汉 430074)

2016年5月，国家发展改革委、国家能源局、财政部等八部委出台了《关于推动电能替代的指导意见》，明确了在全国范围内推广电能替代，形成清洁、安全、智能的新型能源消费方式，十三五期间实现能源终端消费环节电能替代散烧煤、燃油消费总量约1.3亿t标煤，带动电煤占煤炭消费比重提高约1.9%。国家电网公司也在2013—2019年，相继出台了电能替代系列政策。

目前，电能替代工作已进入快速发展阶段，但电能替代工作综合性较强，涉及范围广、环节多，对专业技术水平要求高。电网公司营销专责人员在推进过程中存在：对企业用能情况，替代技术、优惠政策不了解，难以有效地进行潜力挖掘、制订针对性的解决方案、调动客户的积极性。

通过梳理对比分析农业领域的电能替代技术，提出电能替代农业烘干领域的潜力挖掘模式与测算方法，以某县食用菌行业为例，调研获取用能单位的用能现状，采用所建模型分析电能替代的理论潜力，针对潜力替代环节进行技术经济性对比分析，获取实际可行电能替代可替代环节，适用替代技术，获取实际可行的潜力、环保潜力，为用户合理用能和实施电能替代项目提供指导性意见和政策建议[1]。有效弥补业务人员项目识别能力方面的不足，增强基层人员项目开拓能力，保证项目顺利实施[2]。

1 农业领域电能替代烘干技术

农业领域传统的烘烤方式主要有土灶、烘房，以散烧煤、散烧柴为主，没有配套的环保设备，烘烤过程中产生大气污染，对烤房附近环境产生了非常大的影响。人员劳动强度大、人工成本高，产品质量受操作工技能和责任心影响较大，品质不易控制[3]。

发展农业电能替代烘干技术，有利于促进农产品深加工，提升农业现代化水平，其主要农业电气化烘干技术包含：电烤烟、电制茶、电制香、热泵烘干(食用菌、果蔬、肉类、木材、粮食)等，按其加热原理主要分为电加热烘干技术和热泵烘干技术，技术原理见图1、图2。

图1 电加热烘干技术原理

图2 热泵烘干技术原理

2 电能替代潜力挖掘模式与测算方法

2.1 电能替代潜力挖掘模式

1)电能替代整体情况摸底

对本地电能替代情况与电能替代业务相关的政策进行梳理分析，获取当地电能替代重点领域和政策现状。

2)电能替代典型行业遴选

根据本地区电能替代情况，进行替代潜力、技术可行性、经济效益等方面的对比分析，遴选出本地典型特色行业。

3)典型行业替代潜力分析

获取典型行业后，进行现场调研，分析其工艺流程，替代潜力环节，设定测算方法，进行潜力项目挖掘与测算，确定替代潜力和环保潜力。

4)典型行业替代技术优选

针对典型行业的工艺流程和替代环节，选定不同的替代技术，进行替代适用性、经济效益、环保效益、替代优劣势等角度的全面分析，优选出典型行业的适用替代技术[4-5]。

图3 电能替代潜力挖掘模式

5)推进措施和政策建议

根据本地区典型行业电能替代重点项目情况以及业务开展模式，提出具体的推进措施，分析项目实施过程中电价、补贴、环保等政策方面的不足之处，积极争取政策扶持。

6)重点潜力项目库

根据本地市公司选定典型行业的特点，制定重点潜力项目收资表，获取项目数据，进行项目潜力测算和项目遴选，建立重点潜力项目库。

2.2 电能替代潜力挖掘测算方法

2.2.1 潜力电量测算

电能替代潜力的测算方法较多，由于农业领域电能替代项目数量较多，较为分散，数据统计存在一定难度，可从以下三个维度进行测算，能源消耗维度、技术替代维度、产品耗电维度，根据收资情况，进行相互校核，以数据最为全面，最为合理的维度作为替代潜力。

1)能源消耗维度

(1)

式中：Qm、Qy、Qc为燃煤替代电量、燃油替代电量、燃柴替代电量，kW·h;Gm、Gy、Gc为燃煤消耗量、燃油消耗量、燃柴消耗量，万t;Zd为电力当量折标系数；ηd为电力设备效率，%。

2)技术替代维度

(2)

式中：Qrb、Qky、Qzc、Qzx为热泵替代电量、电烤烟替代电量、电制茶替代电量、电制香替代电量，kWh;Prb、Pky、Pzc、Pzx为热泵设备功率、电烤烟设备功率、电制茶设备功率、电制香设备功率，kW；Hrb、Hky、Hzc、Hzx为热泵运行时间、电烤烟运行时间、电制茶运行时间、电制香运行时间，h。

3)产品耗电维度

(3)

式中：Q’rb、Q’ky、Q’zc、Q’zx为热泵替代电量、电烤烟替代电量、电制茶替代电量、电制香替代电量，kW;Crb、Cky、Czc、Czx为热泵烘干产品产量、烟叶产量、茶叶产量、香产量，kg；Drb、Dky、Dzc、Dzx为单位产品耗电量、烟叶单位产品耗电量、茶叶单位产品耗电量、香单位产品耗电量，kW·h/kg。

4)可行潜力测算

Qkx=Qxx×f(γ1)×f(γ2)×f(γ3)···f(γn)(4)

式中：Qxx为某种技术选定的数据最为全面、最为精准，经过专家组确认的替代电量，f(γ1)为技术影响因素、f(γ2)经济影响因素、f(γ3)环保影响因素等。

2.2.2 经济性测算

根据电能替代潜力的测算情况，对电能替代设备、业扩投资、年运行费用、利润提升空间、投资回收年限等经济性参数进行计算。

1)一次性投资(万元)

Tz=Cs×Ps/10 000

(5)

式中：Tz为一次性投资，万元；Cs为每千瓦投资成本，元/kW；Ps为设备容量，kW。

2)电力设备业扩费用

Ty=Cy×Ps/10 000

(6)

式中：Ty为一次性投资，万元；Cy为每千瓦投资成本，元/kVA；Ps为新增设备容量，kVA。

3)年用电量

Wn=Ps×tn×ηh/10 000

(7)

式中：Wn为年用电量，kW·h；tn为年运行时间，h；ηh为设备运行负荷率，%。

4)年电力费用

Iwn=Wn×Ce

(8)

式中：Iwn为年电力费用，万元；Ce为用电价格，元/(kW·h)。

5)利润提升空间

Ilr=Cz×Δlr

(9)

式中：Ilr为系统利润提升空间，万元；Cz为年产量，kg；Δlr为产品价格提高部分，元/kg。

6)投资回收年限

(10)

式中：Inv为系统初投资，万元；Inc为年收入，万元；Cos为年成本费用，万元。

2.2.3 减排量测算

根据潜力替代电量的情况，替代前所使用燃料排放因子的情况，获取二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘减排量。

(11)

式中：λ1为二氧化碳排放因子；λ2为二氧化硫排放因子；、λ3为氮氧化物排放因子；、λ4为粉尘排放因子。

3 典型案例

选取某县食用菌行业作为案例，进行整体潜力测算，并选取典型项目分析具体替代环节，进行电能替代烘干技术的对比分析，进而遴选出合适的电能替代烘干技术。食用菌的菌种生产流程，烘干流程见图4。

图4 食用菌的菌种生产流程、烘干流程

3.1 食用菌整体潜力测算

2019年，某县食用菌产量78.35万t。生产以干食用菌为主，干食用菌占比约为85%，鲜品到干品的比例大概为1比8，为8.32万t，鲜菇产量较少，占比约为15%，11.75万t。在当地电力公司的协助下，从食用菌管理局获取数据最为精准，从能源消耗维度进行测算。菌类烘干的能源消耗约为6个菌棒/斤，鲜菇杀菌的能源消耗为0.5个菌棒/斤，每个菌棒1.5斤，生物质发热量估取13 395 kJ/kg。测算情况见图5。

图5 某县食用菌整体潜力测算情况

3.2 热泵与电锅炉产品替代的经济、环保效益对比分析

选取该县的食用菌产量、产值较高的银耳为例，针对食用菌的杀菌、烘干两个可替代环节，进行电能替代，杀菌环节可以用电锅炉替代燃煤锅炉，烘干环节可以用热泵或电锅炉替代燃煤锅炉、燃煤烘干机、废筒烘干机，并进行经济、环保效益的对比分析(如图6、图7所示)。

图6 1蒸吨燃煤锅炉、电锅炉/(热泵+电锅炉)设备参数及一次性投入对比

图7 1蒸吨燃煤锅炉、电锅炉/(热泵+电锅炉)运行、人工、检修等费用情况

1)菌棒杀菌环节

在菌棒的杀菌环节，选取1蒸吨煤锅炉，年产量约400万斤的企业，年运行时间5 000 h，杀菌环节消耗能量较少，每斤菌类的能源消耗约为0.5个菌棒，采用电锅炉(将水从20 ℃加热到170 ℃)/(热泵(将水从20 ℃加热到60 ℃)+电锅炉(60 ℃加热到170 ℃))的方式替换煤锅炉，进行技术经济效益的对比分析。

与电锅炉相比，热泵+电锅炉使系统复杂化，虽然联合运行可降低运行费用1.7万元，但增加初始投资、人工检修等12.8万元。由于杀菌环节要采用蒸汽，热泵将水从20 ℃加热到60 ℃的热量/电锅炉将水从60 ℃加热到170 ℃的热量比例为1/15，热泵贡献较小。故而杀菌环节采用电锅炉更为适合。但电锅炉的运行成本远高于煤锅炉，无法回收成本。

2)食用菌烘干环节

根据本地区的食用菌产量、产值，选取产量、产值较高的银耳为例，选取年产量约14.4万斤的企业(年运行时间5 000 h，每斤银耳的能源消耗约为5个废弃菌棒)。在食用菌的烘干环节，采用热泵、电锅炉替换煤锅炉、燃煤烘干机、废菌筒烘干机，进行经济、环保效益的对比分析(如图8、图9所示)。

图8 热泵烘干机、电锅炉、煤锅炉、燃煤烘干机、废筒烘干机设备关键参数

图9 热泵烘干机、电锅炉、煤锅炉、燃煤烘干机、废筒烘干机使用成本与利润情况

由于电锅炉后期运行费用较高，投资难以回收成本，选择热泵进行替代。采用热泵替换煤锅炉、燃煤烘干机、废筒烘干机，一次设备费用和电力设备费用为20万元，运行与人工费用与之前采用燃烧煤、菌棒的费用基本持平，产品利润提高0.45元/斤，投资回收年限为3.09年。

热泵、电锅炉相比煤锅炉、燃煤烘干机、废菌筒烘干机，减排CO2242.2 t、减排SO21.6 t、减排NOx0.7 t、减排粉尘1.5 t。

4 结 论

本文针对电能替代项目挖掘困难的问题，通过梳理对比分析农业领域的电能替代技术，提出电能替代农业烘干领域的潜力挖掘模式与实施路径，以食用菌行业为例，具体结论如下。

(1)通过对农业烘干领域摸底调研，测算其行业替代潜力分析，明确可替代环节，并优选替代技术，在食用菌菌棒杀菌环节，采用电锅炉更为适合。但电锅炉的运行成本远高于煤锅炉，在现行电价下，企业难以回收成本，替代意愿较低。在食用菌烘干环节，选择热泵进行替代产品利润提高0.45元/斤，投资回收年限为3.09年，用户替代意愿较强，具有较好的推广性。

(2)电能替代实施路径方面：①开展电能替代潜力挖掘工作，遴选本地电能替代典型行业；②推动政府主导电能替代工作，扶持优惠政策相继落地；③省综能公司和地市局协同，创新营销措施拓市成效显著；④整合多方资源齐心协力，构建互利共赢的商业模式；⑤坚持以点带面有序推进，扩大食用菌电能替代示范区；⑥借力内外媒体多样化宣传引导，建立常态化工作机制。