河南省电力勘测设计院河南郑州450007
摘要：电力行业的发展与宏观经济走势息息相关，近年来，我国正处在经济转型的重要时期，受到世界经济的影响，中国经济增长延续趋缓态势，国家正在以更大的勇气和决心改造、淘汰落后的电力生产，优化生产关系。受到能源供应结构的影响，我国的电力生产主要以燃煤为主，经过电力的快速发展，我国火电机组供电标准煤耗大大降低，相对于其他非化石能源的发电形式，火电是一种安全、高效的发电形式。基于我国的资源组成，以及技术水平等情况，火电厂在我国电力供给中占有高比重的局面不会改变，因此对于煤电的热效率、环保、综合能源利用等方面的要求与改造会节节攀升。本文就对电厂热力系统的热经济学相关方面进行分析和探讨。
关键词：电厂热力系统；热经济学；优化
1热经济学分析方法
热经济学是将用能单元从两方面去考量：一方面是物理条件，一般而言，定义这个条件的参数主要考量热力学的物理量，如温度、压力、化学能等；另一方面是经济条件，定义这个条件的是一些经济相关的参数，如价格、成本、利润等。物理条件是自然环境，遵守热力学定律；经济条件不受这些物理学定律的制约，但是要遵循一系列的经济规律。当考虑热效率时，想达到的目的是热效率的最大化，当考量经济效益时，则是考虑利益的最大化。
当利用热经济学这个工具时，利用一般社会行为，等价交换的原则，将单一的㶲流商品化，利用商品的单位来衡量热量。最终的计算单位落在了货币单位上，其实，当热经济学最终归结在经济学上时，就可以用经济学的计算指标进行系统评价。能量成本用能量费用和非能量费用两部分来定义，如下所示：
式中：cef、cin—产品㶲单价、输入系统的㶲单价，￥/kJ
C—非能量费用。
2热经济学理论的应用
热经济学分析可以用在各种用能场合中，如复杂的用能场合：火电厂热力系统、燃气轮机、太阳能发电等，也可以用在建筑领域，海上温差发电、二氧化碳的排放等。例如，利用热经济学结构理论对火电厂的热力系统进行故障诊断并以定位故障为目的，开发一种新的模型，预测当某组件表现出异常时，热力学参数的性能曲线改变情况。该模型利用热经济学结构理论定量测量在电厂热力系统性能变化情况，并利用此模型分析了在火力发电厂的几种典型故障的情况下，诊断故障原因。
3几种分析法的比较
3.1能量分析法
分析过程：1)提炼出系统的热力学模型，明确系统的进出口物质、能量，并对其进行平衡计算；2)根据能量的平衡，得出系统的能量损失以及热效率，得出系统的用能完善程度；3)对系统中各个用能过程进行分别核算，得到系统的用能损失的分布情况，并对用能损失较大的环节进行改进。
3.2㶲分析法
㶲分析法基于热力学第二定律，相对于经典的能量分析方法，它是比较新的分析方法。从㶲这个定义出现开始，到现在也就只有四十几年。热力学第二定律的要点在于揭示能量在转化或转移时能量的品质必然会出现耗损的规律，也就是说，当计算某一用能过程中的能质下降量时，做功能力的损失即㶲损失就能对其进行表征。㶲方法是以某一设定好的环境状态作为基准，从㶲的基本定义出发，同时继承热力学惯有的计算方法，核算物质、能流在环境状态下的㶲值，以此来核算不同的过程的㶲损失或是某一子系统的㶲损失，再利用这些参数来计算系统㶲效率，评价热力学完善度等，找出㶲损最大的设备或过程，以此来对不同设备的用能情况做出判断。在利用㶲方法对系统进行评价时，需要把某个独立的用能系统分解成为不同的组成部分，再对各个部分分别计算其㶲损失，寻求最薄弱环节，加以优化。所划分的部分数量越多，就能对这个用能系统进行越详细的分析。
4电厂热力系统的热经济学分析与优化
在热经济学中，很基本的理论就是将单元分成三种，一种是将单元看成是单进单出的子系统；一种是将例外的单元虚拟出“汇合点”和“分流点”，进行单独处理；最后一种都是以一元齐次方程所描述的单元。因此结构理论能够概括之前出现的不同模式，并将它们表示成为对角矩阵或者类似对角矩阵。采用结构理论，可以获得一组描述系统运行特点的特性方程，并由此获得描述整个系统的成本方程组。为了形象化，对于某个单元，将输入称之为燃料（Fuel），输出称之为产品（Product）。这里的输入输出不同于实际物料的输入输出，而是指能量㶲在组元中的交换与转化程度。
具体说来，㶲分析方法与其他能量平衡分析方法相比有三大优点。
1)㶲方法同时关注能量的数量和质量，既遵从能量守恒定律、又是能量转换方向性的体现。如果说热量法只是关注能量利用的数量，是能量守恒定律的衍生物其体现的是同一种质量的能量在数量方面的相等，㶲方法则与之最大的不同点是能够表示出不同品质的能量在数量方面的平衡。
2)从体现能量利用程度的角度出发，㶲分析方法更为简单明了。当需要进行㶲分析时，首先需要明确环境参数，因此㶲分析能够表征能量在一特定环境中被利用的程度。而在使用热量法对能量系统进行分析时，会将一部分基于特定的环境无法被利用的能量也计算在内，从而导致如果需要判断能量的利用程度时，其过程比较繁琐，也不直观。例如在很多参考文献中提到的热力系统中凝汽器的分析计算中，其热损失在热力系统中是最大的，而从㶲分析的角度出发，凝汽器损失的热量中，大部分属于利用率较低的能量，因其排汽的热力学参数与环境状态参数接近，因此，㶲损失并不大。在制定系统的改进方案中，不能将其列入重点。
3)从体现能量利用的合理性的角度出发，㶲方法更为直观。因为㶲的计算是以特定的环境状态为基准为前提进行的，当需要计算不同的能量系统时，能够通过转换直接进行比较，还能体现系统外部和内部的㶲损，并通过简单的分析能够得到这些损失引发的原因。以不同的室内取暖方式为例，假如使用电火炉，虽然电能基本能够全数转换成热能，其热效率很高，但是这部分热能散发在冷空气中便产生了不可逆的㶲损。
热量法依据不同质的能量在数量上的平衡关系去考查能量利用程度，即热效率。它最终能得到系统的外部损失，而㶲方法基于的是能量守恒定律和能量转移的方向性原理，从㶲值不守恒(㶲值减少)的规律评估能量利用程度，即㶲效率。此方法不仅能够揭示外部有效能的损失，同时还能够揭示出内部不可逆因素造成的有效能损失，暴露薄弱环节。因此在能量角度来说，㶲方法是比热量法更科学的方法，但是在实际生产中，需要考虑经济的因素，而无论是热量分析法还是㶲分析法，都不涉及经济因素，与实际生产有些脱节，热经济学的开展，实现了热量与经济的统一，对实际生产更有指导意义。
结语
1)㶲分析能有效反映能量的数量和质量，能够有效地表示能量的可利用程度。2)㶲方法在分析能量转换过程的合理性和能量利用的完善性方面更为直观、有效。对于火电厂的热力系统来说，降低㶲损失可以从这个角度出发：一是要减少㶲的流失损失；二是要降低㶲的退化损失。3)热经济学分析在火电厂的整体经济布局中，也能起到一定的指导作用。
参考文献
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