变频调速节能改造方案的经济性评价和比较

1、变频调速节能改改造方案的经经济性评价和和比较摘 要： 本文文详细介绍了了变频调速节节能改造方案案的经济性评评价方法。静静态分析法包包括投资回收收期法、抵偿偿年限法和年年计算费用法法；动态分析析法则包括净净现值法、内内部回收率法法、总费用现现值法和最小小年费用法。关键词：静态分析法，动态分析法，投资回收期，总费用现值。 1、前言 每一个变频调速速节能改造项项目，在实施施前都要进行行全面深入的的可行性研究究，可行性研研究一般包括括以下内容：首先，生产产工艺是否需需要调速？是是否允许调速速？要改造的的生产设备原原来采用什么么调节方式？变频调速改改造后的节能能效果又如何何？其次，调调速装置和调调速系统

2、的可可靠性是首要要的前提，因因为它关系到到生产设备的的安全可靠运运行。可靠性性问题不仅体体现在调速装装置本身，同同时也体现在在调速系统的的设计，以及及备用手段和和切换方式等等方面。还有有调速系统技技术指标的先先进性，包括括调速范围、稳稳速精度，动动态响应速度度，设备的运运行效率，输输入功率因数数，输出转矩矩脉动，以及及输入输出谐谐波，对电动动机绝缘的影影响，对电网网电压的适应应性，冗余设设计和易维护护性等指标。最后，一个技术方案的可行性，不但要从技术观点评价，还必须用经济观点评价，只有那些技术上先进，经济上合理的方案才能在实际中得到应用和推广。譬如一个泵或风机系统的节能方案，虽然它在技术上是先

3、进的，节电效果也很显著，但若初投资太高，在当时当地的具体条件下，经济上不合理，那么这个技术方案就不宜采用。所以，在考虑和选择泵或风机系统的节能技术方案时，需要通过经济性的评价或比较，确定或选用技术上先进，经济上合理的最佳方案。进行经济性评价或比较时，根据是否考虑资金的时间因素，把分析比较方法区分为静 态分析法和动态分析法两类。静态分析法不考虑资金的时间价值，但资金的时间价值是客观存在的，它表现为资金随时间的增值能力，其实质就是利率。静态分析法不考虑时间价值，这就影响到对各方案评价的正确性。静态分析法的优点是简单易行，常用于时间因素对投资和效益影响较小的工程项目，在小型的泵与通风机系统的选型设计

4、和节能技术改造方案的确定或比较时，仍可采用静态分析比较方法。动态分析法考虑资金的时间价值，它在进行方案的技术经济分析时，对在方案实施全过程中有关的所有的资金款项，如各年的投资、费用及收入等款项，都应考虑其时间价值。具体的做法是：按资金的时间价值规律把资金和效益折算到同一基准年，然后再计算各项指标，评价或比较各方案的经济性。在理论上，基准年可以任意选定。但为了方便计算，通常取项目完工年（开始运行投产年）或使用寿命的末年（运行生产的最末年）作为基准年。显然，动态分析法比静态分析法更符合实际情况，更加合理，但用动态分析法比静态分析法要复杂一些。因此，对于一些中、大型项目，应采用动态分析法。2 静态分

5、析法 工矿企业对技术术方案进行经经济性评价或或比较时，常常用的静态分分析法有投资资回收期法，静静态差额投资资回收期法及及年计算费用用法等。（11）投资回收收期法。投资资回收期是以以节能投资项项目的全部净净收益抵偿全全部投资所需需的时间ptt表示，即ppt（Ci-Co）t=0 （33-10）rr=1式中（CCi-Co）t第t年年现金流入量量Ci与现金流出出量Co）之差（万万元）；pt投资回回收期（年）。投资回收期法适用于节能项目投资的经济性评价。当投资回收期pt小于基准投资回收期pc时，即ptpc时，认为项目可以接受。（2）静态差额投资回收期法。又称抵偿年限法，追加投资偿还年限法。它被定义为：对

6、比方案投资差额与年运行成本节约额之比。即：式中 Pa静态差额投资回收期（年）；I1第二方案和第一方案的总投资（万元），且I2I1C1、c2、方案一和方案二的年运行费用（年成本费用），万元/年，且c1c2当PaPc（基准投资回收期），则说明方案二所增加的投资可以在规定的抵偿年限内偿还，故方案二优于方案一。目前我国对基准投资回收期Pc尚未作统一规定，故Pc值有取3年的、5年的、7年的。但Pc取5年左右为宜。抵偿年限法适用用于两个方案案间的比较。若若比较的方案案数目大于两两个时，不但但计算较繁杂杂，有时还会会得出相互矛矛盾的结果。如如现有三个方方案，它们的的总投资和年年运行费用分分别为：I115万元

7、，II26万元，II310万元元；c13.755万元年，cc22.755万元年，cc32万元年。取规定定值Pc为55年，比较上上述三个方案案的优劣。先先取方案一作作为基础方案案，由式（33-11）计计算出：方案案二追加的投投资将于一年年内偿还，即即Pa =11；方案三追追加的投资则则需在三年内内偿还，即PPa=3。因因此方案二似似优于方案三三。但若取方方案二作为基基础方案，和和方案三比较较，则由式（33-11）得得出：方案三三追加的投资资可在五年内内偿还，即PPa=5PPc=7，即即方案三优于于方案二，这这个结论是与与以方案一为为基础方案的的比较结果相相矛盾的，因因此，可以设设想，若有更更多个

8、方案，轮轮流以每个方方案为基础方方案进行比较较，那就可能能产生更多个个相互矛盾，更更不易分清各各个方案的优优劣。（3）（静态的的）年计算费费用法，设各各方案在基准准投资回收期期Pc内的总总费用以G表示，I为为总投资，cc为年运行费费用，则将上式除以Pcc，得在规定定的抵偿年限限内，各方案案每年的平均均计算费用，以以G表示，则则得：在静态分析法中中，静态的年年计算费用法法可用于多个个方案的比较较，G最小的的为最经济方方案。例3-1 比较下下述三个方案案的优劣，它它们的总投资资和年运行费费用分别为：I1=5万万元，I2=6万元，II3=10万万元；c1=3.75万万元/年，cc2=2.775万元/

9、年年，c3=22万元/年。取取Pc=7年年。解：3 动态分析法法用动态分析法进进行经济比较较时，要考虑虑到资金的时时间价值规律律，故现在的的投资或效益益（即现值）和和其将来值是是不相等的。若若设现在的投投资或效益（即即现值）为 PV元，投投资年利率（贷贷款年利率）为为i（%），按按复利计算，则则t年末的将将来值F按下下式计算：例如，10万元元的投资现值值，若年利率率i=8%，按按复利计算，则则由式（3-13）算出出其10年末末的将来值为为 2159900元；330年末的将将来值为100063000元。反之，要要把将来值折折算成现值（即即折现），或或者说把将来来发生的一切切经济活动拿拿到现在来考

10、考虑。即折现现计算，把tt年末的将来来值折算成现现值PV，其其计算为式（33-13）的的逆运算，即即例如，若年利率率i=8%，则则由式（3-14）求得得10年末的的1000000元折成现现值为463300元，而而30年末的的1000000元只相当当于现在的99940元。用动态分析法进行经济分析比较时，常引用现值系数f这一概念，f的定义是：从1到t年，每年1元钱的现值的相加总和值，即为简化上式，将将式（3-115）两边均均乘以（1 i）得将式（3-155）与式（33-16）两两式相减，并并整理得：现值系数f又称称现值因子或或偿还因子。工矿企业对节能改造等方面的技术方案进行经济性评价或比较时，常用

11、的动态分析法有：净现值法、内部回收率法、总费用现值法及最小年费用法。（1）净现值法。净现值是指节电投资项目等技术方案在计算期m n（建设期年限m与经济使用期年限n之和）年内发生的全部收入与支出的差值，按一个预定的利率i逐年分别折现为项目开始年的现值（称净现值NPV），即式中 NPV净现值，万万元；m nn计算期期（建设期mm与经济使用用期n之和），年年；i年年利率或折现现率，%；（cci-co）t第第t年的现金金流入量Cii与现金流出出量co之差，万元元。当净现值值NPV00时，说明收收入大于支出出，经济效果果好。此技术术方案可取，净净现值法适用用于节电项目目投资的经济济评价。（22）内部回收

12、收率法（又称称内部利润法法或内部收益益率法）。内内部回收率是是指节电投资资项目在计算算期m n（建建设期m与经经济使用期nn之和）年内内净现值NPPV等于零时时的内部回收收率（内部利利润率或内部部收益率）IIRR的值，即即：式中 IRR内部回收收率，%。以以IRR值与与规定的年利利率或折现率率i相比较，若若IRRii，该项目在在经济上是合合理的，在多多个方案比较较时，IRRR值越大的方方案越优。（33）总费用现现值法。总费费用现值是指指将设备的总总投资和设备备经济使用期期的运行费用用均按照资金金的时间价值值规律折算到到经济运行期期第一年的总总费用PVTT，当多个方方案比较时，总总费用现值PPV

13、T最小者为最最可取的方案案。即上三式中 Izz折算到到运行第一年年的设备总投投资，万元；m施工工年限，a；It第t年年的设备投资资，万元；CCpv运行行费用（包括括运行耗电电电费、维修费费和管理费等等）的现值，万万元；Ct第t年年的年运行费费，万元；tt从工程程开工算起的的年限，年；t从工工程开工到部部分投产的年年限，年;nn经济运运行期（全寿寿命），年。对于泵与风机的节能项目，多数是当年施工，当年完工，当年投产，在这种情况下，式（3-20a）可写为Iz=It=I。同时，若在经济运行期内每年的运行费用是等额的，且均等于c，则式（3-20b）可简化为cpv=cf，但这时由式（3-17）求f时，式

14、中的t应以经济运行期n代替。在上述两种情况下，式（3-20）可改写为PVT=I cf （3-21）式中符号的意义与式（3-12）及式（3-17）相同。例3-2 试用总费用现值法比较例3-1三个方案的优劣。设项目当年完工并投产，且每年的运行费均为等值，并设年利率为8%，设备经济运行期为：i=20年。解 由式（3-17）求该使用条件下的f为再由式（3-112）计算可可得：结论是PVT33PVT22PVT11，故第三方方案最经济，第第二方案次之之，第一方案案最差。这结结论与例3-1静态年计计算费用法的的结论相同。（4）最小年费用法。最小年费用法是把节电投资项目等的技术方案从开始施工到施工结束年的所有

15、投资，用规定的年利率折算到基准年（通常指项目完工年），然后把它平均分摊到项目经济运行期的每一年；再和年运行费用相加，称为年费用。各方案相比较，年费用最小的为最经济方案，故称此法为最小年费用法。最小年费用法的计算公式可由总费用现值法各项除以现值系数f得出，即由式（3-20）除以式（3-17）得式中 NF一一年费用；其其余符号的意意义见式（33-20）对对于当年施工工、当年完工工并投产的项项目，IZ=I；若在经经济运行期内内每年的运行行费均相等，则则CPV=ccf ，在上上述情况下，式式（3-222）可改写为为：显然，最小年费费用法和总费费用现值法在在实质上是一一致的，因此此，不论采用用哪一种方法

16、法，计算的结结论应该是相相同的。例33-3 对本本章第二节中中提到的一个个实例：江苏苏徐州某电厂厂的一台5550kW/66kV水源加加压水泵的变变频调速节能能改造项目进进行经济性评评价。设该项项目为当年完完工并投产，且且每年的运行行费用均为等等值，i=88%，t=115年。解：设水泵定速速运行时消耗耗功率为5000kW，每每年运行60000小时，电电价为0.550元/度。则则定速运行时时每年耗电为为300万度度，电费为1150万元；若6kV变变频系统，初初投资为1550万元，节节电率为300%，则年节节电90万度度，节电效益益45万元，年年运行费用为为105万元元；660VV变频系统初初投资为

17、900万元，节电电率为20%，则年节电电60万度，节节电效益300万元，年运运行费用为1120万元。采用投资回收期法：6kV变频系统：150万元45万元=3.33（年）660V变频系统：90万元30万元=3（年）显然660V方案优于6kV方案。采用总费用现值法：由式3-17求得f=8.566kV方案：PVT1=I1 C1f=150 1058.56=1048.8（万元）660V方案：PVT2=I2 C2f=903 1208.56=1147.2（万元）则6kV方案优于660V方案。 4结论一个变频调速节节能改造方案案的可行性研研究，除了技技术上的先进进性和可靠性性之外，还必必须对方案的的经济性进行行全面的分析析比较和评