一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法
【专利摘要】本发明公开了综合供能系统经济指标计算领域一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，其特征在于，估算设备的全寿命周期，即以设备的买入作为时间起点，以设备的大修作为时间结点，在这段时间内为保持设备的正常运行的所有费用的总和。该和值称为设备的全寿命周期成本。本发明考虑设备全寿命周期成本中的以下指标：设备购买以及安装费用、设备维护费用、设备燃料费用、设备大修费用。基于全寿命周期对系统设备的成本进行分析，可以避免在系统规划时，对于设备的选型出现某些错误，从而导致设备运行过程中，获得的收益无法收回维护成本的问题。本发明通过计算系统设备全寿命周期成本，对于系统的初期规划与方案的选择有着重要的指导性意义。
【专利说明】一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属与综合供能系统经济指标计算领域，尤其涉及一种基于全寿命周期成本 分析来优化系统规划方案以及设备选型的方法。
【背景技术】
[0002] 为维持可持续发展，我国经济正处于由粗放式发展向节约式发展的快速转型期。 在能源行业，由于传统的供能系统的能源利用率较低，其经济性已不能满足社会需求。综合 供能系统整合了电、热、冷三大主要供能需求，将系统的一次能源利用率提高到70%以上。 但是，由于综合功能系统所涉及的设备范围广，各个设备型号的种类繁多。所以在保证系统 可靠性的基础上，选择适当型号的设备实现系统的经济效益最大化成为投资决策者最为关 心的问题。
[0003] 系统设备的成本估算值是系统初期规划以及方案选择的重要参考指标。从传统意 义上讲，设备的成本仅仅考虑设备的购买费用以及设备的安装费用，投产后的维护、燃料、 以及大修等费用都不考虑。这种方法得到的成本指标常常会对系统设备的选型造成误导。 例如，选取价格较低的设备以降低设备成本，但实际上，该型号在投产后，获得的收益无法 收回其运营阶段的投资，最终导致整个系统方案选取的失败，对投资者造成较大的损失。本 发明提出的一种基于设备全寿命周期估算系统设备成本的方法，将设备全寿命周期内投入 的所有费用都纳入考虑范畴。通过对这些费用的分析，选取适当的设备型号，使得设备全 寿命周期成本达到较低水平。依据此指标制定的方案可以使得系统的经济状况处于较好的 状态。因此，设备的全寿命周期成本对于整个系统的初期规划以及方案的选取都具有指导 性意义。
【发明内容】
[0004] 根据现有方案的不足，本发明提出一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方 法。首先建立设备每年的全寿命周期成本模型，而后建立设备在系统的全寿命周期内的成 本计算模型。设备的年全寿命周期成本建模大致分为四个方面：根据统计得到设备的购买 价格C buy、安装价格cinstall;根据负荷侧的历史数据，得到设备的年最大负荷运行小时数TM， 结合燃料价格c fml，计算得到设备的年燃料费cfi;采用适当的方法最小化设备的年日常维 护费Cmi ;通过判断语句得到设备的年大修费用Ch。由于资金的时间价值，每年的成本直接 相加没有意义，必须将各项费用折算到某个标准时刻才使得不同设备的成本之间具有可比 性，这样使得经济方案的评价和选择更符合实际。
[0005] 本发明的技术方案是，一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，包括下列 步骤：
[0006] 步骤1 :统计设备的购买价格Cbuy、安装价格Cinstall。
[0007] 步骤2 :根据系统的运行年限n，以及设备的额定运行寿命nw，得到设备需要大修 的年份。
[0008] 步骤3:构建设备的年全寿命周期成本模型。可分为三个分支同时构建。将各个 分支模型做和得到设备的年成本模型。
[0009] 分支1 :根据负荷侧的历史数据，得到设备的年最大负荷运行小时数TM。假定设备 基本运行在额定值附近，并根据设备的热耗率η计算燃料消耗量&，结合燃料价格C fml计 算得到年燃料费用Cfi。
[0010] 分支2 :通过雇佣熟练的技工，将设备日常的维护费用Cmi压缩到最小；雇佣工人的 工资直接计入维护费。
[0011] 分支3 :对于不同型号的设备，其自身的运行寿命nw不同，根据步骤2判断的结 果，在大修的年份将大修费用计入该年的成本。
[0012] 步骤4 :根据系统的运行年限n，计算系统寿命内设备的年成本值Ci。本方法考虑 通胀因素，需要乘以相应有关通胀率系数。由于资金的时间价值，需要将设备各个年分的全 寿命周期成本值换算为现值，再对其进行加和。将设备的购买价格c buy与安装价格cinstall同 时计入到设备全寿命周期的总成本中。
[0013] 步骤5 :将不同型号设备的年全寿命周期成本Q进行表格输出，对于不同型号全 寿命周期设备成本进行比较，选取成本值cs最小的型号。
[0014] 根据上述技术方案，所述一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，其特征 在于，所述步骤2中，当设备的累计运行时间达到设备本身的额定运行寿命n w时，设备需要 大修；同时，设备大修后，相当于设备被更新，运行时间从〇重新累计（不考虑大修的过程时 间）。因此，需要判断某一年设备是否已经满足大修的条件。若已满足，需要将设备大修的 费用计入设备的年全寿命周期成本Q中。
[0015] 假定设备额定寿命1^_大于系统年运行时间TM，判断语句的伪代码如下：
[0016] 定义变量a，表示系统运行寿命内设备的大修周期；
[0017] 定义变量i，用于表征系统的运行年数；
[0018] 从系统运行第一年开始（i = 1)
[0019] { 系统的运行年份i与设备的年运行小时ΓΜ相乘，得到设备的累计 运行时间/.ΤΜ; 设备的累计运行时间/.ΤΜ与设备的额定运行寿命/7。,相除，判断 得数是否小于1; Κ小于1 { 表示设备累计运行时间/.τΜ未达到设备的额定运行寿 命/?〇,.，常数i自加1; } 小于1 { 变量i现有的值即为设备的大修周期，将i赋给a; 返回变量 } 重复上述过程直到得到变量a的数值为止； }
[0020] 根据上述技术方案，所述一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，其特征 在于，所述步骤3中设备的年全寿命周期成本模型公式如下：
[0021] Ci = Cfi+Cmi+Cri (1)
[0022] 其中，年燃料费用Cfi、年维护费用Cmi、年大修费用分为三个分支组成该模型。
[0023] 分支1 :年燃料费用模型Cfi
[0024] 根据负荷侧的历史数据，得到最大负荷运行小时数TM。在其余时间点，系统的利 用率不高，因此按照系统不投入运行处理。为确保设备的运行效率，选型时按照如下原则选 取：设备运行在额定点附近。因此在计算燃料消耗量时，就按照设备的额定燃料流量G f(l计 算。
[0025] 设备的额定燃料流量计算模型如下： (2)
[0026]
[0027] 其中，P表示燃料密度；Hu表示燃料的低发热值；Qf表示设备的额定耗燃率。
[0028] 根据燃料价格Cfuel，最终得到设备年燃料费模型：
[0029] Cfi = Gf * Cfuel * TM (3)
[0030] 分支2 :年维护费用模型Cmi
[0031] 通过雇佣熟练技工，维护设备的正常运行。通过统计得到维护费用Cmi。
[0032] 分支3 :年大修费用
[0033] 通过所述步骤2的判断语句，得到需要大修的年份，将设备大修费用加入需要大 修的年成本中。
[0034] 根据上述技术方案，所述一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，其特征 在于，所述步骤4中，得到设备的年全寿命周期成本Q后，考虑通胀因素并将其换算为现 值，得到换算后的设备年全寿命周期成本：
[0035] C/ = (Cfi+Cmi+Cri) · (l+g)i/(l+d)i (4)
[0036] 其中，g表示通胀率；d表示折现率。
[0037] 在系统运行年限η内，将每年的设备年全寿命周期成本加和，同时考虑设备的购 买费用以及安装费用，最终得到设备全寿命周期成本C s，公式如下：
[0038]
【权利要求】
1. 一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，所述方法包括下列步骤： 步骤1:统计设备的购买价格cbuy、安装价格cinstall; 步骤2 :根据系统的运行年限n，以及设备的额定运行寿命nw，得到设备需要大修的年 份； 步骤3 :构建设备的年全寿命周期成本模型Q; 步骤4 :根据系统的运行年限n，计算系统寿命内设备的年成本值Q。本方法考虑通胀 因素，需要乘以相应有关通胀率系数。由于资金的时间价值，需要将设备各个年分的全寿命 周期成本值换算为现值，再对其进行加和。将设备的购买价格C buy与安装价格Cinstall同时 计入到设备全寿命周期的总成本中； 步骤5:将不同型号设备的年全寿命周期成本(；进行表格输出，对于不同型号全寿命 周期设备成本进行比较，选取成本值Cs最小的型号。
2. 根据权利要求1所述的一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，所述步骤2 中的判断设备是否需要大修的逻辑如下： 当设备的累计运行时间达到设备本身的额定运行寿命nw时，设备需要大修，同时，设 备大修后，相当于设备被更新，运行时间从〇重新累计，因此，需要判断某一年设备是否已 经满足大修的条件，若已满足，需要将设备大修的费用计入设备的年全寿命周期成本(； 中； 需假定设备额定寿命nw大于系统年运行时间TM，判断语句的伪代码如下： 定义变量a，表示系统运行寿命内设备的大修周期； 定义变量i，用于表征系统的运行年数； 从系统运行第一年开始（i = 1) { 系统的运行年份i与设备的年运行小时ΓΜ相乘，得到设备的累计 运行时间，ΤΜ; 设备的累计运行时间/.ΤΜ与设备的额定运行寿命72。.,相除，判断 得数是否小于1; 竹小于1 { 表示设备累计运行时间/.ΤΜ未达到设备的额定运行寿命 常数i自加1; 。 } 巧小小T· 1 { 变量i现有的值即为设备的大修周期，将i赋给a; 返回变量a; } 重复上述过程直到得到变量<3的数值为止； }
3.根据权利要求1所述的一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，所述步骤3 在所述步骤2的基础上，建立设备年全寿命周期成本模型： c, = cfi+cffli+cri 其中，年燃料费用cfi、年维护费用cmi、年大修费用分为三个分支组成该模型，其具体 内容如下： 分支1:年燃料费用模型cfi 根据负荷侧的历史数据，得到最大负荷运行小时数TM，在其余时间点，系统的利用率不 高，因此按照系统不投入运行处理，为确保设备的运行效率，选型时按照设备运行在额定点 附近的原则选取，在计算燃料消耗量G f时，就按照设备的额定燃料流量Gf(l计算，计算模型 为：
其中，P表示燃料密度，Hu表示燃料的低发热值，(^表示设备的额定耗燃率，根据燃料 价格CflKl，最终得到设备年燃料费模型： Cfi = Gf · Cfuel · TM 分支2:年维护费用模型Cmi 通过雇佣熟练技工，将设备日常的维护费用压缩到最小，且维护设备的正常运行，雇佣 工人的工资直接计入维护费，通过统计得到维护费用Cmi ; 分支3 :年大修费用Ch 通过步骤2的判断语句，得到需要大修的年份，将设备大修费用加入需要大修的年成 本中。
4. 根据权利要求1所述的一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，所述步骤4 中，得到设备的年全寿命周期成本q后，考虑通胀因素并将其换算为现值，得到换算后的设 备年全寿命周期成本： c/ = (cfi+cmi+cri) · (l+^Vd+d)1 其中，g表示通胀率；d表示折现率。 在系统运行年限η内，将每年的设备年全寿命周期成本加和，同时考虑设备的购买费 用以及安装费用，最终得到设备全寿命周期成本Cs，公式如下：
5. 根据权利要求1所述的一种基于全寿命周期估算系统设备成本的方法，所述步骤 5基于步骤3,得到的设备的年全寿命周期成本，形成设备的全寿命周期成本现金流，并通 过表格输出；同时基于步骤4,得到设备全寿命周期成本，将不同设备之间的成本值进行对 t匕，选择全寿命周期成本Cs最小的设备。
【文档编号】G06Q10/04GK104091212SQ201410334581
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】陈旭, 许爱东, 杨振纲, 关南强, 申展, 陈钢, 肖蔚然, 雷金勇 申请人:中国南方电网有限责任公司, 南方电网科学研究院有限责任公司, 南方电网综合能源有限公司