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关键词:光伏发电;经济分析;发展预测
太阳能是地球能源的基本来源,因此,如何更好地利用太阳光发电,是人类一直面临的一个棘手的问题。太阳能是一项清洁性、安全性的能源,资源的来源广泛且充足,而且其具有很长的寿命,也不像其他能源那样,需要经常维护。基于这些其他能源不具备的特点,光伏能源被视为21世纪最有利用价值的能源。自上个世纪50年代,太阳能的应用已经从太阳能电池发展到如今太阳能光伏集成建筑等多个不同的领域。纵观全世界的光伏产业,也历经了半个世纪的发展,进入到21世纪之后,我国的光伏产业也渐渐地步入了高速的发展时期。因此,本文将以市场分析为基础,由四个方面来深入探讨技术经济:技术、企业产业、国家。
一、光伏产业的优点
光伏产业是一项绿色又环保的能源,因此被看作是一项战略性的朝阳性产业,各国给予光伏发电的很高的重视程度,并给予大力的扶持,原因如下:
1.《京都议定书》给予各国以压力,迫使各国政府落实积极开发各项清洁型能源,包含太阳能在内,这样有利于减少温室气体的排放。
2.中东是全球的石油主产区,因此,中东地区的政治趋势一直处于一种紧张的状态。为了保证稳定的能源供应,各国政府不得不大力开发国内能源,其中包含太阳能在内。
3.像石油、煤炭这些矿物能源在渐渐枯竭,各国政府不得不积极开发包含太阳能在内的可再生能源,这样才能使能源长期供应。基于以上几个原因,在上世纪末的最后十年,全国光伏发电产业以每年百分之二十的速度高速增长。在新千年以后的三十年中,全球光伏发电产业以每年百分之三十的速度高速增长。光伏能源是可再生能源中一项独具潜力的能源,它的重要性和战略性日益凸显,世界各国积极出台相关政策和法律鼓励光伏产业。自1999年来,世界各国尤其是美、日、德这些西方发达国家逐步推出了大型国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划,这在一定程度上推动了世界光伏产业的发展,世界光伏产业是比IT产业发展还快的产业。作为一项可再生清洁能源,在21世纪前半期,光伏发电将发展成最重要的基础能源。
二、光伏发电成本分析
(一)光伏发电成本和影响因素
光伏发电的成本,直接决定了其能否大规模的快速发展,和其在能源供应中的地位。光伏发电的成本主要受两方面因素的影响:光伏发电总成本以及总发电量。光伏发电成本主要是受初始投资的影响,诸如运行维护费、税收等因素则对系统的发电成本影响较小。1.初始投资。光伏电站的初始投资主要包含光伏组件、电缆、配电设备、并网逆变器等成本,在这其中,光伏组件投资的成本就占初始投资的一半以上。2.发电量。光伏发电系统的发电量受两个因素影响:太阳能资源、太阳发电的效率,与此同时,也受运行方式、线路耗损等因素的影响。因此,在中国与建筑结合在一起的光伏发电系统大多安装在东部沿海地区。3.单位电量成本。(也称度电成本)
(二)多种类型的光伏发电系统度电的成本分析
中国光伏发电市场的起步并不早,主要开展了投资补贴、特许权招标等项目,一些技术的经济分析并不能恰当地反映出成本所在,本文主要结合一些典型的运电站数据来分析。
1.聚光光伏电站的单位投资成本是比晶硅光伏要高的,聚光光伏电站度电成本比薄膜光伏电站要低,但仍然比大规模地面晶硅光伏电站要高一些。
2.薄膜光伏电站的单位成本比晶硅光伏电站的成本要低,但它的效率也低,而度电成本比晶硅光伏电站高。
(三)光伏发电系统度电成本的变化趋势
光伏系统的成本包含太阳电池组件、功率控制、组阵系统平衡、间接费用这四个部分。在这其中,组阵系统平衡涵盖了支撑组件的框架和支架、电线、基础土建和土地的使用费等。功率控制分为两个方面,逆变器和电器控制系统。简介费用包含涵盖了工程建设的管理费、工程设计费、建设期中的利息、意外的费用、运费等等。目前,制约光伏发电规模化发展的一大因素就是成本过高。随着电池效率的提高、组件成本的下降以及寿命的延长,光伏发电的成本和平价上网的水平相近,因此,光伏发电非常具有发电的竞争力。一些国际机构对未来光伏发电的系统度电成本做出了预测:现如今,中国并网光伏的发电单位的初始投资成本大约为15/W,光伏发电装机的容量是3GW。按照中国发电产业现有的发展趋势来看,在技术提升和装备国产化的大前提下,每年的投资成本会有百分之十的下降。按照《可再生能源“十二五”规划》的要求,到2015年年底,中国太阳能光伏发电的装机容量已经达到14GW。预计到2020年年底,太阳能光伏发电的装机容量会达到40GW,到2030年年底,装机容量会达到200GW。根据测算结果来看,2015年中国光伏发电的单位投资成本也大概是11元/W,2020年将会下降至10元/W,2030年会出现大幅下降,降至4元/W。太阳电池成本的下降,不仅仅是依靠技术进步,规模化的生产也在一定程度上降低了成本,使得成本有二分之一到三分之一的下降幅度。而系统平衡需要的构建成本也有了明显的下降。目前微电网的发电技术仍处于深入研究的阶段,虽然成本还是很高,但伴随着技术的不断革新和进步,成本也会逐步降低,未来光伏发电技术的前景是巨大的。2020年前,全球光伏发电的市场还是主要集中于欧盟地区,占到的比例约为百分之四十,2010~2020年,光伏发电在法国、德国、西班牙、意大利等国的地位逐步提升。2020年之后,光伏发电的新兴市场主要是中国、美国、巴西等国,光伏发电技术是重要的可再生能源发电技术。
三、光伏发电发展前景分析
1.多种光伏电池技术争相发展,第一代晶硅电池具有高校、低廉、使用广泛的主要用途,为市场主导。第二代薄膜电池成本低、耗能少,发展前景良好。第三代新型太阳能电池效率高但价格昂贵,目前仍处于探索阶段。
2.光伏微电网发电技术的发展方向是高成本和低稳定性光伏微电网是用光伏发电当作最主要的电源,它可以和其他的储能装置配合,直接在用户负荷周围供电,典型的微电网是可以脱离主网运行的,也可接到主网上运行,这样可以减少配电投资,大大减少了太阳能间歇性对用户带来的影响,这比较适合成本较高的边远山区和对供电有高可靠性的用户使用。
四、发展光伏产业的建议
综上所述,发展我国的光伏产业已经变得刻不容缓了。我国光伏产业的健康稳步发展,是与国家产业政策的宏观调控分不开的,国家各项政策的颁布和落实,将在很大程度上推动我国光伏产业的发展。
1.政府要做好带头作用,设立光伏产业发展的专项经费,更要在资金、电价、税收等方面制定相应的优惠政策,大力扶持。
2.技术上既要自主研发,又要学会技术引进,也可以和国内研究共同公关,建立健全一套创新的技术体系。
3.要以政府作为主导,多元化投资,建立一套完整的产业链,多方参与、共担风险,以更高的水平进行光伏技术师范建设项目。
4.努力培养国内的光伏市场,制定一套具体的分摊上网电价的实施细则,。5.对光伏产业的发展做出合理的规划。对行业标准的制定要加速,提升光伏产业在未来产业中的竞争力。
五、总结
总而言之,太阳能光伏发电是绿色、环保的可再生能源,光伏发电技术的发展前景非常可观,在2030~2050年间,光顾能源和常规能源在价格上会有真正的竞争力出现,因此,这必将成为我国多能互补能源中非常重要的组成部分。我国的光伏产业需要在市场的规范、设备国产化、提高技术支持、产业链的发展等方面继续努力。只有这样,中国的太阳能光伏产业才能跻身世界前列。
作者:杜娟 单位:黄河水电光伏产业技术有限公司
参考文献:
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[关键词]天然气;储运技术;发展现状;分析方法;技术经济分析
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.36.080
在世界能源资源不断减少的环境背景下,人们越来越重视新能源开发,以保证人类社会的可持续发展。天然气以其高热值、低污染、大储量,成为了能源商品的主流,因而其相关技术研究得到了世界各国的广泛关注和重视。天然气储运技术是天然气得以推广利用的基础,如何保证其高效性、稳定性以及安全性成为了业界热议的焦点,对解决社会经济可持续发展问题具有重要的作用和意义。本文主要利用技术经济静态分析法中的计算费用法,对各项天然气储运技术经济进行了分析。
1 天然气储运技术发展现状
在我们生存的自然环境中,存有大量的天然气,在一系列的开采、工艺处理之后,可供给终端用户用作燃料、化工原料等。经过长期的发展,天然气工业体系已逐步形成,主要分为开采净化、输送储存以及分配应用三个环节。目前,天然气已在世界范围内得到广泛的应用,为缓解能源危机、促进经济发展做出了巨大贡献。由于天然气长期深埋地壳中,在经过一系列的地壳运动之后,形成了多样化的沉淀物特征和环境,因而表现出了纷乱繁杂的形态。天然气需要前期加工处理,并利用特殊的储运技术,才能为用户所用。经过较长时间的研究发展,天然气储运技术日渐成熟和多样,满足了人们的日常使用需求。现阶段,常见的天然气储运技术包括液化储运技术、管道储运技术、吸附储运技术以及压缩储运技术等,而且每种技术的优势特性存在差异。在这个环境保护与经济发展同步进行的时代,天然气储运技术得到了世界各国的重视,因其广阔的发展空间,有关方面的研究成为了世界性的课题。从经济的角度对各项天然气储运技术进行分析,有助于我们更加清晰地掌握各类技术的特性,进而制订合理的储气方案。
2 天然气储运技术经济分析
在先进科技的支持下,天然气储运技术得到了有效的发展。笔者基于对天然气储运技术发展现状的认识,重点就几种常见的天然气储运技术经济进行了分析,其具体表述如下。
2.1 液化储运技术
液化储运技术是指将大量的天然气进行液化工艺处理之后储存于低温储罐中,并通过管道、船舶或槽车等工具运输的技术。相较于常用的高压球罐初期、高压管束储气、长输管道末端储气等储气调峰方式,天然气液化调峰具有储藏量大、调节灵活等特点,能够满足季节调峰的要求,而且因其气化站建造成本低、维修方便等优势,未来必然成为城市燃气调峰主流手段之一。一般情况下,液化天然气的最佳储运压力为0.2Mpa,其单位体积的气体储运成本主要产生在起始站、运输以及终点站等几个环节。其中,起始站费用是站点建设费用、调压费用以及槽车费用的总和,槽车费用主要是车辆折旧、维修与保养产生的费用。运输费用则是指运输途中的燃油费。而终点站成本包括建设折旧成本和运营管理成本两个部分。按照当前的市场价格,通过数学公式粗略地计算可以得出:液化技术储运天然气同时可以实现陆地运输和海上运输,而且海上油耗低廉,采用的装置也较为简便灵活、高效低耗,因而具有非常好的经济性能。另外,天然气液化储运技术的关键是压力调节,其在起始站的耗费成本较高,而在终点站的耗费成本较低,两者形成了一种互补。综合来看,天然气液化储运技术创造的经济价值比较高,值得推广和使用。
2.2 管道储运技术
目前,管道储运是陆上天然气运输、贸易的主要方式,世界上有大约65%的天然气输送通过管道实现。天然气具有密度低、易挥散等特性,利用管道储运能够有效保证其产品质量,同时还可以减少环境污染。随着科学技术的发展,天然气管道储运逐步实现了大口径、长运距、网络化,大型供气系统建设拓展到了极地和海洋领域,为天然气的高效、高质输送创造了有利条件。天然气管道储运技术构建的生产、储运、销售一体化系统,具有调峰功能,可实现长距离、高压力以及大流量运输,而且由于管道深藏地底,可以减少泄露、噪声等对生态环境的污染。单位体积的天然气储运成本主要包括起始站成本、运输成本以及终点站成本。其中,由于起始站需要对天然气进行大量的除杂、脱硫、脱碳、调压甚至脱二氧化碳等工艺处理,加上设备折旧,因而耗费的成本较高。而在天然气运输阶段,主要成本来源于管道建设折旧,不涉及燃油费用。终点站因为需要对天然气进行减压处理,所以成本为减压站维护、折旧费用。相比于高压球罐等储运方式,天然气管道储运的操作简便,能够有效解决城市用户日、小时调峰技术问题,且更为安全,但是其前期投资成本较高,随着输送距离的延长,经济优势逐渐显现。虽然时下天然气管道储运技术日渐成熟,但是由于受制于气源、距离以及投资等因素,所产生的日常运行、维护等成本较高。
2.3 吸附储运技术
天然气吸附储运技术是一项利用高比表面积富微孔吸附剂材料,在3.5~5.0Mpa压力下吸附储存天然气的新技术。由于天然气吸附储运的储气压力低,因此在投资成本、运输使用和安全性能等方面表现出了较大优势。这种技术指导下的天然气储运主要包括制备吸附剂、制造储藏罐、储气车载以及净化天然气气质等几个环节。通过对这几个环节成本的粗略计算发现,天然气吸附储运站点建设所需的设备简单,操作方便,整体需要的投资额度低,适用于产气输送不定的偏远地区。但是,车辆折旧所产生的费用在天然气吸附储成本中占有较大比例,因此其技术攻克难点应该放置在高效、价格低的储运车研发上。影响天然气吸附性能的因素有很多,例如,天然气中除了主要的甲烷成分外,还含有C2、水、氮气、二氧化碳等杂质,在经过多次吸附工艺循环处理之后,天然气中的极性化合物杂质在吸附剂上不断积累,从而导致天然气吸附性能下降。因此,在具体的天然气吸附储运技术应用实践中,应该重点解决含硫量等杂质问题。天然气吸附储运技术的经济价值显而易见,未来的发展空间较大,值得加大研发和推广力度。
2.4 压缩储运技术
天然气压缩储运技术的英文简称为CNG,它是将天然气进行压缩工艺处理之后,放置到特殊的容器中,通过公路、海路或铁路间接输送到城市管网的技术。CNG因其高成熟度的技术,满足了零散用户以及车用燃气的需求,在我国得到了一定程度的应用。但是,由于这种储运技术将天然气压缩到了20Mpa以上,对容器的性能要求极高,运输途中有着一定的危险性,因此,很难实现大规模发展应用。一般认为,天然气压缩储运技术适用于地区而非全球,它更多的是作为天然气管道储运的有效补充手段被应用,能够满足管道覆盖不到的中小城镇的天然气需求。综合考虑输送范围、工程投资、运营成本以及销售价格等因素,压缩天然气的储运范围应控制在500km以内。压缩天然气储运成本同样产生在起始站、运输以及终点站三个环节。其中,起始站压缩天然气所需要的基础设备包括压缩机组、加压站、汽化器、储气装置以及换热系统等。除了采购硬件设备,起始站费用还包括调压运行费用。运输成本则由槽车购置、维护、折旧费用组成。为了保证用户直接使用,需要在终点站配套一座调压站。终点站成本绝大部分来源于调压站,包括工艺管道、调压计量设备、自控仪表、运行管理等费用。经过粗略的技术经济分析发现,天然气压缩储运的工艺简便、工期较短、见效迅速,但是受供气规模、用气性质、气源位置、原料价格等诸多因素的影响,需要制订合理的方案。
3 天然气储运技术节能建议
自然与人类之间存在着一种平等互存的关系,保护生态环境人人有责。而且天然气储量有限,为保证其可持续发展,采用必要的天然气储运节能措施十分重要。根据上文的论述与分析,我们不难发现,天然气需要经过不同程度的压缩工艺处理才能进行储运。具体而言,可以充分利用终点站的压力能减少运输成本、环境破坏和噪声污染。同时,还可以通过天然气压力能制冷系统、冷能利用系统,实现压力能利用,如此不可以扩大冷能利用系统的操作弹性,一定程度上稳压、稳流,还能降低电力消耗成本。除此之外,液化天然气常常需要通过气化器汽化处理转变其储藏形态后,才能被使用。在液化天然气形态转化的过程中,将会释放出大量的冷能,假如直接舍弃势必会造成极大的资源浪费。为此,我们可以通过特殊的工艺技术将这部分冷能直接或间接地应用到海水淡化、低温发电、空气分离、污水处理等领域,实现资源的循环利用,拓宽天然气液化储运产业链条的同时,保护生态环境,实现经济的可持续发展。
4 结 论
总之,能源是人类生存与发展的物质基础。天然气作为世界储量丰富的能源之一,其应用应该得到推广。而储运技术作为天然气推广利用的关键,需要加大研发力度。由于个人能力有限,本文有关天然气储运技术经济分析可能存在不足,因此,笔者希望业界更多学者关注天然气储运技术发展,并结合实际情况,有针对性地提出有建设性的建议,从而支持天然气储运工业的可持续发展,使其在低碳经济发展中创造更大的价值。
参考文献:
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【关键词】 电网技术改造 经济分析 设备更新
电网的技术改造,即运用成熟、合适的先进技术、工艺、设备以及材料等,完善、配套或改造现有落后的运行设备及设施,旨在全面促进电网发展,提高设备的健康水平和技术的先进水平,保证电力系统安全、温度、经济、优质地运行,改善电网公司的现代化管理水平和资产管理方式。目前电网技术改造工作中,存在着经济分析方法、设备改进和更新方法、大量投资资源浪费等一系列的问题,需要工作人员去研究和探讨。
1 电网技术改造后运行的经济分析及策略
1.1 建立经济分析评测机制
现代电力系统应建立科学的经济分析评测机制,以保证电网运行经济分析的科学性。以基础电网调研为基础,确定经济分析的重点,引用评测机制,分析电力输送的时间情况,综合指导电网运行经济分析工作,避免管理评价机制不符合实际情况造成问题。
1.2 完善经济分析管理体系
电力管理部门应建立由技术人员、成本核算人员等组成的科学分析部门,运用技术基础、财务理论、组织架构、审核机制等,明确划分各岗位责任,强化经济分析工作、制定工作质量,保证电网改造和运行经济分析的有效性以及科学性,实现现代电力系统技术改造和成本控制的长远目标。
1.3 借助城市规划建设契机
老电网及旧电网是影响电力系统整体能耗的重要因素。通过对老城区电网的改造以及新城区电网建设中电力系统的整体规划与设计,可以在城市规划建设的契机中,实现电网改造过程降低能耗的目标。电力部门还需结合实际供电区域及输电情况,合理配置变压器,建设输电能力,降低电网改造后的电能损耗。
1.4 完善电网供电线路检修体系
由于线路的老旧、损坏严重影响着线路的能耗,电网技术改造过程中,应十分注重供电线路的检修,以降低其对电网改造过程经济因素的影响。现代电网技术改造过程中,线路故障问题依然时有发生,电力部门应对供电线路的检修管理工作加以完善,保证电网改造系统的经济稳定运行。
2 电网改造过程中经济分析方法研究
本文基于同时考虑提高电网的可靠性,同时降低线路线损的双重目标,选择成本分析法来确定电网技术改造过程中电网企业的收益。电力企业为独立经营的公司,在市场中,应保证其投入固定资产时,获得最大效益,所以基于成本分析法,采用了投产还贷期最小收入法,并同时考虑线损率和停电损失进行可靠性经济评估,使其更符合生产实际。
与技术改造过程中的投资成比例关系,反映了除去线损成本和可靠性成本后,其他支出成本对投资的年综合最小收益率需求。电网改造前后,电网公式的收益表现在可靠性提高以及线损的成本支出的减少,当电网公司年收益与投资的比大于时,表明电网公司又盈利。
综合反映了由资金成本、还款时间、折旧方式、工程建设期等一系列因素引起的资金运作成本对投资的影响,同时还有也包括技术改造后新增年维修费以及年保险费,统称资金成本。
投产还贷期最小收入法的经济分析如下:对改造前的G值计算时,投资为0。针对同一电网,比较选择不同的方案时,G值越小,则该方案成本越低,越经济。如果某电网技术改造方案在计算收益时,改造前后G值差额为0,则经济学涵义为,电网公司在投产贷款期,可靠性提高、线损降低以及设备账面价值的收入等于还贷支出,投产贷款期完全为了服务。隐含意义为,如果电网公司继续以该种贷款方式,贷设备帐面价值的钱,则电力公司将获得收益。如果G值差额为负,则电网公司效益较好,可以盈利。
3 电网技术改造过程中设备经济寿命的分析
3.1 设备的磨损
设备磨损导致设备陈旧落后,磨损主要分为有形磨损和无形磨损。有形磨损指在外力作用下,零部件由于摩擦、振动、疲劳等因素,引起设备实体的腐蚀;或设备闲置时,自然力导致的生锈腐损等。无形磨损主要指科学技术进步导致功能更完善、效率更高新设备的出现,导致原有设备相对意义的落后,价值的贬低。无形磨损也称经济磨损。
3.2 设备的最佳更新期
电网技术改造过程中,设备更新改造主要目的为补偿设备有形、无形磨损,提高设备的可靠性,同时降低维修和使用费用。
分析设备改造过程中最佳的更新期时,将设备的寿命分为三类,即物理寿命(从开始使用至报废)、技术寿命(从设备投产至被新技术淘汰)、经济寿命(保证使用费用最经济)。实际情况中,随着使用年份增大,设备的资金回收费用减小,设备维护的保养费、动力、材料消耗费增加,同时,设备的工作精度、生产效率将不断下降。整个变过程,年度总费用与时间呈函数关系,如果能够找到一个时间平衡点使得改点,设备的年度总费用最小,则该时间平衡点即为设备的经济寿命点,同时为设备更新的最佳时间点。
3.3 设备更新时机的计算过程
随着设备使用年限的增加,磨损不断加剧,一方面,设备的技术性能越来越不好,另一方面,设备的维持费用越来越高,该现象称为设备的低劣化。按照资料预测的设备低劣化程度每年以现行递增,则可根据改函数测定设备更新的最佳时期,早作准备。
假设电气设备的原始价格为,使用年数为后设备残余的价值为0,年维持费为,由于设备性能逐年低劣化,导致设备维持费用增加的年平均值为,也称低劣值,年设备折旧费用为,则按如下方法计算设备最佳使用期。
3.4 设备更新方案选择
在电网技术性改造过程中,考虑到补偿电气设备的有形无形磨损,在设备大修、更新及技术改造中,如何选择,以及选择何种设备更新方案十分重要。一般来说,有5种可供选择方式,分别是:继续使用旧设备;对旧设备进行大修;对旧设备进行技术改造;用相同型号的新设备替代旧设备;采用新型号设备替代旧设备等。实际中,一般通过现代设备工程经济学的原理和方法,对设备进行分析、计算,并且通过综合比较后,选择技术经济效益最优的方案。
4 结语
在电网进行技术改造的的过程中,对于其进行技术经济分析,确定最优的电网运行状态、经济分析方法及设备的最佳使用情况十分重要。当然,电网技术改造中的经济分析,需要全体工作人员的共同努力,才能全面促进电网发展,提高设备的健康水平和技术的先进水平,保证电力系统安全、温度、经济、优质地运行。
参考文献
简要介绍了城郊煤矿C2405综采充填工作面沿空留巷的设计方案和实施过程,分析了高水材料充填沿空留巷与新掘进巷道相比具有的优势。
关键词:
沿空留巷;超高水充填;新掘巷道;分析比对
1工作面概况
C2405综采充填工作面位于城郊煤矿四采区,该工作面位于老城北关以北,城厢乡以南,永城市解放路横跨工作面,地表有邻路民房,其余为大量良田。工作面走向长度(胶带顺槽里段419.4m,轨道顺槽里段434.2m)平均426.8m,倾斜长度75.8m,面积32752㎡。工作面开采无煤与瓦斯突出现象,煤尘无爆炸倾向。
2巷内基本支护即掘进期间的锚杆、锚索等支护方式。
2.1顶板支护方式采用锚网带支护,锚杆为Φ20mm×2200mm的高强锚杆,选用4200mm长W钢带配合120mm×240mm×8mm型W托盘、100mm×100mm铁托盘,锚杆间排距为750mm×800mm,选用1000mm×2000mm型平焊网,平焊网搭接长度不小于100mm。顶板除正常的锚网带支护外,垂直于巷道中心线布置一排锚索梁;锚索梁长2000mm,一粱两索,锚索梁采用12#槽钢加工而成,距锚索梁两端200mm各打一个Φ22mm锚索孔,锚索梁排距为3200mm。
2.2帮部支护方式煤柱侧帮部采用锚网梯支护,帮部锚杆选用Φ18mm×2200mm普通树脂锚杆,锚杆间排距为800mm×800mm,矩形布置,从顶板向下300mm开始起锚。帮部从煤壁向外依次采用4000mm×1400mm的双抗网、1000mm×2000mm的平焊网、竖向钢筋梯(用Φ16mm的钢筋焊接而成)及150mm×150mm×8mm的铁托盘支护。按照以上标准进行巷道支护含人工及设备因素,每米巷道掘进成本为4000元/m,但在巷道成型后,由于临近老空,顶、底板压力开始显现,需定期对变形巷道进行维护,成本会进一步增加,综合成本约为4500元/m。
3沿空留巷方案制定
3.1留巷的设计为保证沿空留巷工作安全顺利地进行,减轻工作面采动、周期来压对巷道的影响,需对C2405胶带顺槽里段进行巷内支护。巷内支护分为掘进期间的基本支护、回采前的加强支护、留巷期间的临时支护三部分。
3.1.1加强支护
3.1.1.1巷道顶板加强支护顶板支护采用3000mm长29U型钢锚索梁加固,一梁三索,锚索梁垂直于巷道布置,排距1600mm,与顶板钢带错开布置,锚索梁一端距煤柱侧400mm,另一端距回采侧800mm。锚索规格为Φ21.6mm×8000mm,使用长度不低于7500mm,在锚索锁具与U型钢梁间加垫规格100mm×100mm×10mm的垫片;使用MQ18-200/63型手动锚索张拉机具张拉至预紧力时,压力表读数达到35MPa,锚索端头采用防护管进行防护,锚索外露长度控制在150mm~180mm。当顶板破损时,在锚索梁与顶板之间铺设双层塑编网,塑编网与顶板平焊网之间使用网绳可靠连接,防止顶板矸石掉落,当打注的锚索梁不接顶时,及时背木,保证锚索梁接顶密实。除锚索梁支护外,在每根锚索梁及每两根锚索梁之间对应的回采侧位置打注单根锚索,锚索位置距离煤壁400mm,锚索间距为800mm。在锚索和锁具之间依次安装规格为400mm×400mm×20mm的铁托盘、200mm×200mm×50mm的木托盘及150mm×90mm×12mm的铁托盘,使用MQ18-200/63型手动锚索张拉机具张拉至预紧力时,压力表读数达到30MPa,锚索端头采用防护管进行防护,锚索外露长度控制在150mm~180mm。
3.1.1.1煤柱侧帮部加强支护煤柱侧帮部加强支护采用单锚索+铁托盘支护,五花眼布置,上部锚索距顶板500mm,下部锚索距底板500mm,中间锚索布置在巷帮中部。锚索型号为Φ18.9mm×4800mm,使用长度不小于4500mm,每根锚索配1支MSK2335型(里侧)和1支MSZ2335型(外侧)锚固剂,预紧力100kN,使用MQ19-200/40型锚索张拉机具张拉至预紧力时,压力表读数必须达到20MPa以上;在锚索和锁具之间依次安装规格为400mm×400mm×20mm的铁托盘、200mm×200mm×50mm的木托盘及150mm×90mm×12mm的铁托盘。
3.1.2临时支护沿空留巷在受到工作面采动影响期间及采后留巷期间,巷道围岩活动强烈、顶板下沉量较大。大量观测结果表明,沿空留巷顶板活动强烈的范围在工作面前方20m、工作面回采后方50m范围内。因此,该区域内需要采用临时加强支护。工作面前方20m范围、回采后方50m范围内,根据各区段煤层高度和巷道宽度选取DW25~DW35型单体支柱配合3.6m~4.0m长∏型梁架倾向棚支护,棚距800mm±100mm,∏型梁架设在顶板无钢带、锚索梁支护的巷道中间位置。
3.2充填支护设计根据充填工艺特点及充填材料性质,为节省设备费用,减少过多的留巷充填工序,决定选用超高水材料同时作为巷旁充填材料和采空区充填材料,并使用同一制浆、充填设备。超高水充填材料主要由两种主料和两种外加剂组成,主料包括A料、B料,外加剂包括AA料、BB料。A料以铝土矿、石膏等独立炼制而成,B料由石膏、石灰等混磨成主料,AA料和BB料分别起着复合超缓凝分散剂、复合速凝剂的作用。
4与新掘进巷道相比
沿空留巷综合成本(留巷段再采用单体柱+π型梁加强支护)包括材料、人工等在内约合2000元/米;而目前掘进巷道综合成本(巷道断面为4.2m×2.8m)约4500元/m,每米可节约资金2500元,另外可以解放两个工作面之间的煤柱,煤柱宽度按10m计算,高度按2.8m,工作面走向按400m计算,可以多回收煤炭资源约1.5万t,可创经济效益750万元,获利润390余万元,经济效益十分可观。
5效果评价
【关键词】节能减排 热泵 原理 应用
1 引言
大庆油田是我国最大的油田,年产油气当量在5000万吨以上,在油气开采和集输过程中,产生大量的含油污水,这些低温含油污水多用于回注地层或者直接排放,造成大量热能的损失。采用热泵技术回收含油污水的低温余热可以很好解决这一问题。
2 热泵的优势
与其他的普通制热方式相比,热泵具有很明显的优势:
(1)性价比高。热泵的热源(水、空气、太阳能等)形式多样,且耗电量低。可根据多种热源进行经济性评价,优先出性价比最高的作为热泵热源。
(2)绿色环保。热泵技术与其他的制热方式相比没有明显的限制,在运行过程中无废水,废气,残渣和烟尘,不产生温室效应,是更为理想的生态环保产品。
(3)技术支持。随着科学技术的日益发展,热泵技术换代升级,仅仅通过更换机组的零部件,即可提高热泵的效率,改造成本低,更为节能降耗。
3 热泵技术在油田应用的注意事项
大庆油田多采用水源热泵技术,因此水源的质量是影响热泵机组稳定运行的关键。热泵机组对水源的要求:流量大,温度较高,无腐蚀性。大庆油田的含油污水输出温度在36-42℃间,水量大,满足要求,但含油污水多含油H2S、CO、和O2等腐蚀性物质,不能直接使用。因此,通过应用板式换热器间接换热的方法进行改善。具体流程:含油污水经过净化系统处理后,经加压泵加压送至板式换热器与循环清水换热,再送回热泵系统。大庆油田冬季采取传统的锅炉房集中供热,如采用热泵技术供热,需要对原有的系统进行改造。因此,什么地方适合改造,需要多少改造成本,是一个值得关注的问题。
(1)热泵系统要应用在距离低温热水水源较近的地区,周围有较近的含油污水回收系统,比如联合站和注水转油站等附近场所供暖都可以考虑采用热泵系统。
(2)安装热泵初始投资较高,因此多将热泵系统应用在新建项目中,对于改造工程量较大或者热量需求较小的地方不宜应用。
(3)对于急需改造的联合站和注水转油站,可将热泵系统应用在如地下车库、库房等对采暖要求不高的场所。
4 热泵的运行特点
(1)高效节能。在冬季,水源热泵机组在运行稳定的情况下,通过控制热泵的出水温度,提高热泵的能效比(COP值)。
(2)一机多用。热泵机组可冬季供热、夏季制冷、提供生活热水,一套设备可满足多项要求,减少了设备的初投资。
(3)运行费用低。热泵采用全电脑控制,自动化程度高,系统运行稳定,使用寿命长,维护费用低。
(4)节省空间。使用热泵采暖省去锅炉房及其附属设备、堆煤场、渣场等空间,节省建筑空间。
(5)噪音低。与锅炉房相比,通过对热泵机组机房采取消噪处理,即可减少甚至消除噪音污染。
5 技术经济分析
针对目前我厂配水间现状,优选出三种采暖方式,进行对比分析5.1 能耗对比
2010年2月21日到2010年3月15日,在室内温度同设定为20℃,对三种方式进行了效果对比,如表1。
通过上表可以得知,在室内温度同设定为20℃,室外平均温度为-5℃~-19℃相同范围内时,液能发生器的日耗电量最高,为43.3kW・h/d,实际运行功率为1.8 kW,套管式污水源热泵的日耗电量最低,为12.1 kW・h/ d,实际运行功率为0.5 kW。
5.2 经济对比
根据三种采暖方式现场应用效果,采用十年费用现值,从投资、年运行费用综合对比。设定配水间值班室室内温度为22℃,使用年限10年,电费0.5946元/kW?h,天然气0.99元/m3,每年运行180天。三种采暖方式投资基本相当,均比普通水暖低。从运行费用看,套管式管道换热器最低,地源热泵其次,液流热能发生器相对较高,但也低于普通水暖。对比十年费用现值,由高到低依次为:液流热能发生器、地源热泵、套管式管道换热器最低。
6 结论
(1)目前热泵技术已在大庆油田采油二厂,采油七厂等单位开始逐渐应用,并且在采暖、节能和经济效益上都有十分明显效果,说明应用热泵技术回收油田低温余热是可行的。
(2)解决热泵系统存在的入水流量大,出水温度低的问题,可采用串联两台或者多台热泵热水输出端的方法,以提高输出热水温度,减少循环水系统的流量。
(3)热泵技术在中国的应用有广阔的前景。虽然我国在这方面还比较落后,但大庆油田作为维护国家石油战略安全的重要能源基地,应用并推广热泵节能技术具有重要意义。
参考文献
[1] 陈东,谢继红.热泵技术及其应用[M].北京:化学工业出版社,2005.12
[2] 刘勇,刘宝霞.热泵在油田的应用[J].油气田地面工程,2004,11.
[3] 李涛,梁萌.热泵技术在油田节能降耗上的应用[J].油田节能,2004.3
[4] 胡亚范,刘亚梅.压缩式热泵在油田建筑采暖中的应用[J].油气田地面工程,2001.7