Вибір альтернативного джерела гарячого водопостачання на основі фінансового оцінювання варіантів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вибір альтернативного джерела гарячого водопостачання на основі фінансового оцінювання варіантів

Вступ

Принципова схема комбінованої системи представлена на Мал. 1. Її робота полягає в наступному. Рідина, що подається насосом 1 і нагріта в СК 2 до температури близької до температури зовнішнього повітря за рахунок сонячної радіації, служить джерелом теплоти для ТН. Рідину спрямовують у випарник 3, де вона охолоджується, віддаючи теплоту холодоагенту, який випаровується. Пари, що утворилися, перегріваються в теплообміннику - переохолоджувачу 4 для забезпечення надійної і безпечної роботи компресора 5. Засмоктувані компресором перегріті пари піддаються стискуванню. При цьому підвищуються тиск і температура холодоагенту. Гарячі пари поступають в конденсатор 6, де охолоджуються і конденсуються, нагріваючи водопровідну воду (ВВ) до необхідної температури. Конденсат холодоагенту переохолоджується в 4 і дроселює в 7. Через це знижується тиск і температура холодоагенту, а волога пара, що утворилася, знову поступає у випарник 3 і цикл замикається.

Мал. 1 - Принципова схема системи ГВП з ТН

При використанні наведеної схеми треба знайти компроміс між двома задачами, що знаходяться у протиріччі. З одного боку, чим нижче температура на вході у колектор, тим вище ККД колектора (з_кол), а з другого боку, чим нижче ця температура, тим нижче температура випаровування теплового насоса, і відповідно зменшується КОП, тобто ефективність ТН. Тому в даному розрахунку розглядається система в якій підтримується постійний з_кол, який близький до максимального значення, рівного F_R(фб)_n. Постійність з_кол забезпечується підтриманням температури у випарнику ТН впродовж місяця на постійному рівні, який розраховується з рівняння колектора. В цьому випадку температура води на виході з випарника ТН (а значить на вході в колектор), буде на кілька градусів вища за середньомісячну температуру зовнішнього повітря.

Використовуючи таку схему, витрата води в циклі сонячного колектора вибирається такою, щоб забезпечити її нагрів всього на кілька градусів. Як зазначено у [2], для роботи ТН достатньо охолодження теплоносія всього на 1 - 2?С. Оскільки температура рідини в СК близька до температури навколишнього середовища, майже повністю усуваються теплові втрати від поверхонь СК, що і призводить до підвищення енергетичної ефективності. Використання такого режиму дозволяє відмовитись від дорогих селективних покриттів. Крім того, набагато скорочуються поверхні СК, підвищується надійність системи ГВП. Вся теплота, зібрана колектором, віддається у випарнику ТН холодоагенту (фреону), і знову надходить в колектор - цикл замикається.

Система працює тільки в денний час. Для покриття навантаження вечірнього і нічного часу використовується бак-акумулятор (на Мал. 1 він не зображений).

Таким чином, навантаження випарника Q_L рівне теплоті, отриманій від сонячного колектора. Тому розрахунок в основному зводиться до того, щоб для кожного місяця роботи системи визначити кількість теплоти отриманої СК за рахунок сонячної енергії і температуру випарника у ТН, а потім використати ці дві величини і температуру води, необхідної споживачу, для розрахунку параметрів ТН (коефіцієнта перетворення - КОП, потужності компресора).

У даному курсовому проекті проводиться наближений техніко-економічний розрахунок комбінованої системи, схема якої зображена на Мал. 1, і отримані фінансові показники порівнюються з відповідними показниками двох альтернативних способів нагріву води:

1. За допомогою сонячної системи ГВП, схема, якої представлена на Мал. 2.

2. Традиційного (за умови наявності єдиного джерела енергії - електричної енергії);

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мал. 2 - Принципові схеми систем сонячного гарячого водопостачання: 1-сонячний колектор; 2 - акумулятор. а) з безпосереднім перемішуванням теплоносіїв у баці акумуляторі; б) з теплообмінником у баці акумуляторі

Для вибору системи гарячого водопостачання (ГВП) порівняти витрати на обладнання та енергоносії для трьох варіантів, та на основі фінансового аналізу вибрати доцільну.

Варіант 1 - використання плоских сонячних колекторів сумісно з тепловим насосом (ТН).

Варіант 2 - використання плоских сонячних колекторів.

Варіант 3 - використання електричного нагрівача.

Об'єкт - сезонна система ГВП бази відпочинку. Термін роботи - квітень - жовтень. Газопостачання відсутнє.

1 Вихідні дані

1. Місто, де проектується система ГВП - Київ (50,5?п.ш).

2. Добове навантаження ГВП, ГДж/добу - 80.

3. Тип колектора - Високоселективний.

4. Термін роботи - квітень-жовтень.

5. Параметри сонячного колектора:

- 

- 

- 

6. Вартість колектора, грн./м² - 620.

7. Температури гарячої води - _. = 55?С.

8. Температури холодної води Т_х.в. = 15?С.

9. Кут нахилу колектора до горизонту - .

Таблиця 1 - Середньомісячне добове надходження сумарної Н і дифузної Н_д сонячної радіації, , на горизонтальну поверхню, коефіцієнт ясності атмосфери К _я, години сонячного сіяння , температура зовнішнього повітря Тв,С

Місяці	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
	13,9	18,76	21,82	20,52	17,28	12,65	7,29
	7,51	9,18	10,0	9,45	7,69	5,84	3,91
	0,45	0,49	0,53	0,52	0,51	0,50	0,45
	182	260	295	296	278	205	130
	7,2	14,3	17,6	18,8	17,7	13,7	7,2

2. Розрахунок величини сумарного надходження сонячної радіації за місяцями робочого терміну

Середні місячні значення величин денних надходжень сонячної радіації на горизонтальну поверхню відомі для багатьох географічних пунктів [4], тоді як для похилої поверхні таких даних немає.

Середньомісячні денні надходження сумарної сонячної радіації на похилу поверхню визначаються таким чином [5]:

де - середньомісячна величина денного надходження сумарної радіації на горизонтальну поверхню, ;

- відношення середньомісячних величин денного надходження сумарної радіації на похилу і горизонтальну поверхні.

Для літнього сезону оптимальним є кут нахилу колектора рівний . Тому величину отримуємо з таблиці Додаток Г [1], за допомогою інтерполяції, для різних значень куту нахилу колектора і коефіцієнта хмарності.

Для квітня при , , :

-

-

Отже

Аналогічно виконуємо розрахунок значення для інших місяців. Результати розрахунків заносимо до таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Значення для при різних

-	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
	1,109	0,990	0,940	1,045	1,063	1,259	1,563
	0,45	0,49	0,53	0,52	0,51	0,50	0,45

Тут і далі розрахунок проводиться для квітня. Результати розрахунку по місяцях зведені в таблицю 6.

Визначаємо середньомісячне денне надходження сумарної сонячної радіації на похилу поверхню, :

Надходження сумарної сонячної радіації в місяць, :

де - кількість діб у даному місяці. Для квітня ;

Дані результати розрахунку для інших місяців зведені в таблиці 2.2

Таблиця 2.2 - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
	15,408	18,571	20,511	21,453	18,370	15,926	11,391
	462,245	575,686	615,324	665,047	569,481	477,791	353,109

3. Розрахунок густини потоку сонячної радіації за місяцями робочого терміну

Визначимо густину потоку сонячної радіації, :

Аналогічно розраховуємо густину потоку сонячної радіації для інших місяців. Результат розрахунку наведені в таблиці 3.1

Таблиця 3.1. - Розрахунок для кожного місяця

Параметри місцевості	Місяць року
	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
Сумарна сонячна радіація ,	462,245	575,686	615,324	665,047	569,481	477,791	353,109
Середньомісячна температура зовнішнього повітря	7,2	14,3	17,6	18,8	17,7	13,7	7,2
Тривалість сонячного сяяння ,	182	260	295	296	278	205	130
Сумарна сонячна радіація ,	705,501	615,049	579,401	624,106	569,026	647,413	754,507

4. Розрахунок площі колектора в системі без ТН

Теплова потужність сонячної системи гарячого водопостачання, :

Таблиця 4.1. - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
,	1903553	1456766,9	1258389,3	1185015,3	1274671,1	1562500	2252907

Ефективність СК залежить від температури рідини на його вході і середньомісячної температури зовнішнього повітря , а також від сумарної сонячної радіації і визначається по формулі:

де - температура води на вході у колектор, приймаємо рівною ;

Аналогічно виконуємо розрахунок значення для інших місяців. Результати розрахунків заносимо до таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
	0,626	0,646	0,658	0,672	0,657	0,648	0,635

Визначаємо необхідну площу колектора звичайної ССТ (без теплового насоса) по наступній формулі [5], :

- для квітня



- для жовтня

Таким чином, розрахувавши та знайшовши площі колекторів для двох найхолоднішим місяців - квітня і жовтня, вибираємо найбільшу.

Отже, найбільшою є площа .

5. Розрахунок температур води на вході в колектор комбінованої системи і температури випарника ТН

В даній комбінованій системі температура рідини в СК близька до температури навколишнього середовища, і тому колектор працює при ефективності, близькій до максимальної. Найбільша ефективність ССТ з ТН для даного типа СК забезпечується при ефективності СК 0,7 - 0,74.

Температура рідини на вході в СК, :

Таблиця 5.1. - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
,	15,50	21,54	24,42	26,14	24,39	21,32	16,08

Температура випаровування холодоагенту у випарнику ТН, :

Аналогічно виконуємо розрахунок значення для інших місяців. Результати розрахунків заносимо до таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
,	10,50	16,54	19,42	21,14	19,39	16,32	11,08

Визначимо температуру конденсації, :

де - температура гарячої води для потреб ГВС,. У курсовому проекті приймаємо ;

Температура холодоносія на вході у випарник, :

Аналогічно виконуємо розрахунок значення для інших місяців. Результати розрахунків заносимо до таблиці 5.3.

Таблиця 5.3 - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
,	17,50	23,54	26,42	28,14	26,39	23,32	18,08

Розрахунок коефіцієнта перетворення (КОП) ТН для квітня:

За допомогою програми CoolPack прийняв перегрів пари на вході у компресор 10 будуємо цикл ТН на p-h діаграмі та визначаємо КОП.

По діаграмі знаходимо значення ентальпій в точках 1, 2, 3, 4:

;

Знаходимо значення ентальпії в точці 3, :

де - ізоентропічний КПД компресора, рівний 0,7.

Визначаємо значення ентальпії на виході з випарника (точка 5), :



Знаходимо значення КОП за формулою:

З урахуванням механічного КПД :

6. Розрахунок холодопродуктивності і затрат енергії компресором, вибір устаткування

Робота виконана компресором, :

Аналогічно виконуємо розрахунок значення для інших місяців. Результати розрахунків заносимо до таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
,	941646,186	595409,584	473770,861	466398,262	519500,542	734093,120	1348383,028

Холодопродуктивність (навантаження випарника ТН), :

Результати розрахунків значень для інших місяців заносимо до таблиці 6.2.

Таблиця 6.2 - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
,	2721357,477	2054163,065	1786116,145	1860929,065	1958517,044	2517939,401	3950762,271

Площа колектора в системі з ТН, :

- для квітня

- для жовтня

Електрична потужність на привод компресора, :

де - механічний ККД компресора, приймаємо рівним 0,95.

Аналогічно виконуємо розрахунок значення N_к для інших місяців. Результати розрахунків заносимо до таблиці 6.3.

Таблиця 6.3 - Значення для кожного місяця

Місяць	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
,	1416009,302	895352,758	712437,385	701350,770	781203,823	1103899,428	2027643,651
Сума У=	7637897,116

Значення потужності компресора для найхолоднішого місяця є вихідною інформацією для вибору ТН; а значення для цього ж місяця визначає площу сонячного колектора в системі з ТН.

7. Розрахунок затрат і порівняння альтернативних систем гарячого водопостачання

7.1 Затрати на сонячну систему без теплового насоса

Капітальні затрати на сонячну систему без теплового насоса визначаються виходячи з площі сонячного колектора, для найхолоднішого місяця - жовтня: .

Тоді для геліоустановки, виконаної на основі імпортного високоселективного колектора:

Параметри колектора:

1. Вартість колектора (з ПДВ) - 620 грн./м².

2. Вартість бака-акумулятора - 6720 грн./м³.

3. Вартість системи автоматичного

контролю і управління - 800 грн.

4. Насосна група - 2000 грн.

5. Додаткові прилади і пристрої - 700 грн.

6. Трубне обв'язування і теплоізоляція - 2000 грн.

7. Транспортування з-за кордону - 5600 грн.

8. Митний збір - 10%

9. Вартість проекту (% від вартості устаткування) - 10%

10. Монтажні і пусконалагоджувальні роботи

(% від вартості устаткування) - 20%.

Таким чином, враховуючи, що об'єм бака-акумулятора рівний 0,075 м³ на 1 м² площі колектора, можемо записати вартість системи сонячного гарячого водопостачання, де площа колектора А = , :



Вартість електроенергії в цьому випадку рівна нулю, оскільки витратами електроенергії на електронасос в контурі гарячого водопостачання можна нехтувати (система може працювати і без електронасоса під тиском водопровідної мережі, тобто:

7.2 Капітальні затрати на комбіновану систему і поточні затрати на роботу компресора ТН

Поточні затрати на роботу компресора, :

Вартість електроенергії, що витрачається на роботу компресора, :

де - вартість електроенергії, ;

Витратами на роботу насоса можна нехтувати, так як вони малі в порівнянні з витратами на роботу компресора. Капітальні витрати на тепловий насос, включаючи проектні роботи та роботи по впровадженню системи, можна прийняти рівним 450 у.о. на 1 кВт електричної потужності.



де - курс долара, ;

- робота компресора для найхолоднішого місяця (жовтень), .

7.2.3 При розрахунку вартості геліосистеми при використанні комбінованої системи треба врахувати, що наявність теплового насосу виключає необхідність дублюючого нагрівника. Комбінована схема також не передбачає теплообмінник у баці-акумуляторі. Виходячі з цього, вартість баку-акумулятора буде значно меншою, її можна прийняти рівною 25% від вартості баку-акумулятора в системі без теплового насосу.

1. Капітальні витрати на тепловий насос, включаючи проектні роботи та роботи по впровадженню системи - 450 $

2. Вартість колектора (з ПДВ) - 620 грн./м².

2. Вартість бака-акумулятора - 0,25*6720 грн./м³.

3. Вартість системи автоматичного контролю і управління - 800 грн.

4. Насосна група - 2000 грн.

5. Додаткові прилади і пристрої - 700 грн.

6. Трубне обв'язування і теплоізоляція - 2000 грн.

7. Транспортування з-за кордону - 5600 грн.

8. Митний збір - 10%.

9. Вартість проекту (% від вартості устаткування) - 10%.

10. Монтажні і пусконалагоджувальні роботи (% від вартості устаткування) - 20%.

Вартість системи сонячного гарячого водопостачання, де площа колектора А = , :

7.3 Розрахунок затрат на роботу традиційної системи з електрокотлом - базовий варіант

В даному випадку приймаємо, що використання нічного тарифу неможливе, враховуючи обмеження на використання електроенергії, що часто трапляється в курортній зоні. Вартість проточно-ємнісного електрокотла приймаємо , включаючи затрати на впровадження.

З вихідних даних добове навантаження ГВП, :

Потужність електрокотла, враховуючи коефіцієнт нерівномірності добового використання гарячої води, :

де - поправочний коефіцієнт, що враховує нерівномірність навантаження на ГВП протягом доби.

Капітальні затрати на установку котла знаходимо за формулою, :

де ? вартість поточно-ємнісного електрокотла, включаючи затрати на впровадження,;

Затрати на експлуатацію котла - кількість електроенергії, споживаної електрокотлом за весь період, :



де - кількість днів робочого періоду;

Річні затрати на роботу системи, :

8. Фінансовий аналіз і вибір найефективнішої системи

Порівняємо два види сонячних систем (з ТН і без ТН) з традиційною системою з електрокотлом, розрахуємо термін окупності, чисту приведену вартість (ЧПВ), внутрішню норму прибутку (ВНП), і на підставі цих розрахунків зробимо вибір найефективнішої системи з фінансової точки зору.

Термін окупності - це відношення капітальних витрат до річної економії. Метод, в якому враховується тимчасова вартість грошей, є розрахунком чистої приведеної вартості (ЧПВ). В такому методі оцінювання враховуються вигоди від проекту на всьому протязі його дії. Він дозволяє приводити майбутні вигоди до поточної вартості грошей (тобто перераховувати їх на теперішній момент).

Розрахунок для моменту внеску коштів в проект геліосистеми без ТН:

Капітальні затрати:

Капітальні витрати системи ГВП без теплового насоса приймаємо рівними різниці між капітальними витратами на придбання і установку сонячної системи і електрокотла.

Економія:

для нульового року

для першого року

Термін окупності:

Потік коштів:

Коефіцієнт дисконтування:

Термін придатності установки - 12 років, тому коефіцієнт дисконтування розраховується для 12 років. Дисконтна ставка - 20%.

Приведений потік коштів:

Приведена вартість вигод, грн:

Чиста дисконтована вартість, грн:

Знаходимо величину дисконтної ставки при ЧДВ=0. Внутрішня норма прибутку (ВНП) склала 12,98%.

Розрахунок для моменту внеску коштів в проект геліосистеми з ТН:

Капітальні витрати системи ГВП з тепловим насосом, грн:

При фінансовій оцінці сонячної системи ГВС з тепловим насосом як капітальні витрати виступає різниця між капітальними витратами на придбання і установку комбінованої системи і електрокотла.

Поточна річна економія на електроенергію для випадку системи ГВП з тепловим насосом, грн:

Термін окупності визначаємо як відношення капітальних витрат до річної економії:

років

Аналогічно розраховуємо вищезазначені величини для 12 років. Дані для розрахунку ЧПВ заносимо до таблиці 8.1. - 8.2.

Таблиця 8.1. Фінансова оцінка сонячної системи без ТН

№ року	Капітальні витрати, грн	Економія, грн	Потік готівки, грн	Kд (20%)	Приведений потік готівки, грн	Kд	Приведений потік готівки, грн
0	17007535,1	0	-17007535,1	1,000	-17007535,070	1,000	-17007535,1
1	0	2092444,445	2092444,45	0,833	1743703,704	0,938	1963451,346
2	0	2092444,445	2092444,45	0,694	1453086,420	0,881	1842410,295
3	0	2092444,445	2092444,45	0,579	1210905,350	0,826	1728831,072
4	0	2092444,445	2092444,45	0,482	1009087,792	0,775	1622253,677
5	0	2092444,445	2092444,45	0,402	840906,493	0,727	1522246,468
6	0	2092444,445	2092444,45	0,335	700755,411	0,683	1428404,411
7	0	2092444,445	2092444,45	0,279	583962,842	0,641	1340347,444
8	0	2092444,445	2092444,45	0,233	486635,702	0,601	1257718,932
9	0	2092444,445	2092444,45	0,194	405529,752	0,564	1180184,227
10	0	2092444,445	2092444,45	0,162	337941,460	0,529	1107429,31
11	0	2092444,445	2092444,45	0,135	281617,883	0,497	1039159,522
12	0	2092444,445	2092444,45	0,112	234681,569	0,466	975098,3672
ЧДВ =	-7718720,691	ЧДВ=	0,000
Дисконтна ставка =	20	ВНП=	6,57

водопостачання гарячий окупність прибуток

Таблиця 8.2. Фінансова оцінка комбінованої системи

№ року	Капітальні витрати, грн	Економія, грн	Потік готівки, грн	Kд (20%)	Приведений потік готівки, грн
	Система	Електрична енергія	Всього
0	3965485,73	0	3965485,73	0	-3965485,725	1,000	-3965485,73
1	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,833	1554713,663
2	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,694	1295594,719
3	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,579	1079662,266
4	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,482	899718,5547
5	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,402	749765,4622
6	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,335	624804,5519
7	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,279	520670,4599
8	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,233	433892,0499
9	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,194	361576,7083
10	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,162	301313,9235
11	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,135	251094,9363
12	0	113394,025	113394,025	1979050,420	1865656,395	0,112	209245,7802
ЧДВ =	4316567,349
Дисконтна ставка =	20

У даній курсовій роботі порівняли два види сонячних систем (з ТН і без ТН) з традиційною системою з електрокотлом, проведена оцінка двох різних пропозицій, розрахували термін окупності, чисту приведену вартість (ЧПВ), внутрішню норму прибутку (ВНП).

1. Термін окупності комбінованої системи менший, ніж геліосистеми без ТН (2,0 і 8,12 років відповідно).

2. Чиста приведена вартість при впровадженні геліосистеми без ТН становить -7718720,691 грн., комбінованої системи 4316567,349 грн. відповідно.

3. Внутрішня норма прибутку в першому випадку менша, ніж в другому (для геліосистеми без ТН - 6,57%, для комбінованої системи - 46,57%).

Виходячі із отриманих результатів розрахунку можна зробити висновок, що впровадження геліосистеми без ТН є найбільш ефективним з фінансової точки зору.

Література

1. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: пер. с англ. - М.:Энергоиздат, 1982. - 224 с.

2. Валов М.И., Казанджан Б.И. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения. - М.: Изд-во МЭИ, 1991. - 140 с.

3. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. многолетние данные. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1990.

4. Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения. - М.: Энергоиздат, 1982. - 80 с.

5. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий./ Константиновский Ю.А., Заваров А.И., Рабинович М.Д., Ферт А.Р. [под ред. Сарнацкого Э.В.]. - К.: Будівельник, 1985. - 104 с.

Размещено на Allbest.ru

...