地热-温差发电系统的技术研究和经济性分析

地热能是来自地球深处的可再生能源,是指储存于地球内部、来自于地球深处的高温熔融体或地球内部的放射性元素衰变而释放的热量。在地底深处循环的地下水和来自极深处的岩浆侵入到地壳后,把热量从地下深处带至近地表层,甚至有些地方,热能随自然涌出的热蒸汽和热水到达地面。地热能的储量非常大,且属于清洁能源;其利用非常广泛,即可做电力利用,也可作直接利用。

平博·PINNACLE中国热能地热发电：温差发电作为近年来兴起的一种新的发电形式,随着最新热电材料优值系数的不断提高,温差发电的研究进入了一个新的高潮,国内外与其相关的发电利用系统也相继出现,如汽车尾气的温差发电利用系统、工业余热的温差发电机组等,都具有较高的研究和实用价值。

国内在温差发电方面的研究起步较晚,主要集中在理论和热电材料制备等方面;在温差发电的实用性领域的研究还处于刚刚起步的阶段,实际应用仍处于空白状态。

因此研究一种基于地热能与温差发电装置的新型发电系统。通过对半导体温差发电器件的实验性能分析,获得了适用于地热能温差发电的可行方案,并通过其技术经济性分析,进一步验证了系统的可行性,为地热能源和温差发电的进一步利用提供了新的研究方向。

地热-温差发电系统组成如图1所示,它主要分为温差发电系统和电力转换系统,其中温差发电系统分为3个子部分:地热流部分(即温差发电热端)、循环冷却水部分(即温差发电冷端)、电力生产部分(即温差发电装置)。地热水从生产井流出进入温差发电系统,组成温差发电的热端,循环水进入系统组成冷端,再通过温差发电器件生成电能,最后经过电力转换系统向用户提供合格的电力能源。此电力生产系统无副产品,不存在污染,是洁净能源系统。

温差发电装置采用型号为TEP1-1264-1.5的半导体温差器件,尺寸为40 mm×40 mm,最高承受温度270 ℃,可保证器件在地热水为热端介质时安全运行。地热能源参数选择西藏羊八井地区地热发电厂某一3 000 kW机组的运行参数,而循环冷却水采用藏布曲河河水,河水年平均温度为5 ℃。

地热-温差发电系统的经济性分析

1、静态指标分析

(1)投资收益率

投资收益率是静态衡量投资方案获利水平的评价指标,它是投资方案达到设计生产能力后一个正常生产年份的年净收益总额与方案投资总额的比率。

项目总投资I为1 255万元;经济效益额P为309.6万元;设备折旧期按10年计算,则年折旧费I′为125.5万元;企业所得税率r取25%;能源行业基准投资收益率Rc取9%。

净收益额由公式计算得:

A=P-(P-I′)×r=

309.6-(309.6-125.5)×0.25=263.58万元

投资收益率由公式计算得:

R=A/I×100%=(263.58/1255) ×100%=21%

投资收益率R >行业基准投资收益率Rc,故依据此项指标,该项目投资是可行的。

(2)静态资本回收期

静态投资回收期(是指项目以净收益抵偿全部投资所需的时间)是在不考虑资金时间价值的条件下,以方案的净收益回收其总投资所需要的时间。

静态投资回收期Pz=I/A=4.8 a,因此用净收益额回收其总投资所需要的时间为4.8 a。

动态指标分析

(1)财务净现值

财务净现值是反映投资方案在计算期内获利能力的动态评价指标。能源行业的基础收益率ic的推荐值为6%,财务净现值导出计算式得:FNPV=−I+A[(1+ic)¹⁸−1]/[ic×(1+ic)¹⁸](设备使用期按18a计算)代入数据得:FNPV=1598.94由此指标可以看出FNPV>0,则项目也是可行。

(2)动态投资回收期

动态投资回收期是指项目以净效益的现值抵偿全部投资所需的时间。在实际工程中,用近似公式计算:

P′t=[lgA-lg(A-iI)]/lg(1+i)

折现率i取6%,则动态投资回收期为:P't=5.8 a。

投资项目计算期内的净现金流量按基础收益折成现值之后,净收益额抵偿全部投资所需时间为5.8年,项目具有可行性。