合同能源管理模式建設(shè)高校熱水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

潘洲

上海市節(jié)能減排中心有限公司

目前，上海市高校學(xué)生的洗浴方式主要可分為以下幾種：公共浴室集中式洗浴、每幢宿舍樓分散式洗浴和以每間宿舍為單位的單元式洗浴方式，形成了以集中式洗浴為主，結(jié)合分散式和單元式洗浴的模式。然而，近年來(lái)隨著對(duì)學(xué)生生活條件的改善，分散式和單元式洗浴系統(tǒng)改造建設(shè)正在高校中興起。學(xué)生洗浴系統(tǒng)的改造和新建離不開(kāi)供熱方式，即熱源的選擇?；诮?jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)責(zé)任的綜合考慮，高校大多數(shù)選擇空氣源熱泵熱水系統(tǒng)或太陽(yáng)能集熱+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的供熱模式（如圖1）。

空氣源熱泵熱水的系統(tǒng)模式較為單一，而太陽(yáng)能熱泵熱水的系統(tǒng)模式根據(jù)太陽(yáng)能集熱器與空氣源熱泵的不同組合形式，可以分為直接膨脹式太陽(yáng)能熱泵、串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵、并聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵和雙熱源式太陽(yáng)能熱泵熱水等。本文僅以目前運(yùn)用較為廣泛、節(jié)能效益顯著、系統(tǒng)組合靈活的并聯(lián)式單水箱太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)為例與單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)進(jìn)行分析比較。

圖1 并聯(lián)式單水箱太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)

1 研究對(duì)象

本文的研究對(duì)象假定如下：本市某高校四幢類似學(xué)生公寓。每幢學(xué)生公寓樓有7層，入住學(xué)生約400人，浴室位于底樓。每天定時(shí)供水，供水時(shí)間不少于6h，供水溫度不低于55℃。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，每人每日最高用水量60L，每幢學(xué)生公寓日最高用水量約24t。

2 系統(tǒng)方案

根據(jù)《太陽(yáng)熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》（GB/T 18713-2002）等相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)校普遍要求和類似工程項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，若采用太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

同時(shí)，為方便比較，假設(shè)在同樣研究對(duì)象及供熱需求下，采用單一空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表1 單幢學(xué)生公寓太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

表2 單幢學(xué)生公寓熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅用于本文的研究分析，具體情況隨項(xiàng)目不同而變化。

3 全年運(yùn)行能耗

若采用太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，通過(guò)類似工程案例對(duì)比分析及建模計(jì)算，在本文假定的研究對(duì)象前提下，學(xué)生年均用水量約21 000t，系統(tǒng)年均電耗約297 700kWh。

同時(shí)，為方便比較，計(jì)算若采用熱泵熱水系統(tǒng)時(shí)的全年運(yùn)行能耗。

（1）總熱量

Q總=q總cρ（th-tc）

其中：Q總為全年總熱量需求，J；q總為全年總用水量，kg；c為水的比熱容，4 187 J/（kg·℃）；ρ為熱水密度，kg/L；th為熱水溫度，55℃；tc為年均冷水溫度，取15℃。Q總=3517080MJ=976967kWh

（2）熱泵主機(jī)能耗

T熱=Q總/COP

其中：T熱為熱泵主機(jī)，即熱源的年能耗，kWh；COP為暫不考慮用戶熱水需求季節(jié)性差異時(shí)，全年綜合運(yùn)行工況干濕球溫度下擬選機(jī)組的能效比，取2.8。T熱=348916 kWh。

（3）其他能耗

整個(gè)系統(tǒng)中，熱泵主機(jī)能耗為主要能耗，其余還包括增壓泵、循環(huán)泵等輸配設(shè)備能耗、電動(dòng)閥等配件能耗、線損電耗等。

其中：T余為除熱泵主機(jī)外的系統(tǒng)其它能耗，kWh；ki為某一設(shè)備的額定功率，kW；ti為某一設(shè)備的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，h；T損為整個(gè)系統(tǒng)電力損耗，一般按整個(gè)系統(tǒng)能耗的某一百分比折算，kWh。在此估算中，為計(jì)算方便，將水泵等各輔助設(shè)備均看作是在額定工況下工作。T余=30355 kWh。

通過(guò)計(jì)算，該校四幢學(xué)生公寓洗浴熱水若采用熱泵熱水系統(tǒng)時(shí)的全年運(yùn)行能耗約為380 000 kWh。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

針對(duì)同一項(xiàng)目，業(yè)主、投資方、技術(shù)服務(wù)方、融資方等不同主體由于角度不同、需求不同，各自的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性分析也不盡相同。本文的經(jīng)濟(jì)效益分析是針對(duì)投資方基于合同能源管理模式，對(duì)投資項(xiàng)目在合同期內(nèi)進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)效益分析。

4.1 太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)

通過(guò)類似工程案例對(duì)比及工程量清單估算，項(xiàng)目建設(shè)期總投資約為2 150 000元，包括方案設(shè)計(jì)費(fèi)、設(shè)備及材料購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)等。整個(gè)工程范圍包括熱源系統(tǒng)、輸配系統(tǒng)及室內(nèi)末端系統(tǒng)等。在對(duì)投資項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析時(shí)，財(cái)務(wù)模型的建立至關(guān)重要，其中關(guān)鍵是確定合同期、年運(yùn)營(yíng)收入及成本、稅率、貼現(xiàn)率、貸款利率等各項(xiàng)參數(shù)。

（1）合同期

合同期的考慮有客觀和主觀兩方面的因素?？陀^因素主要包括設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命期、年凈現(xiàn)金流入/流出、投資風(fēng)險(xiǎn)等。主觀因素主要包括投資方及業(yè)主期許、項(xiàng)目使用功能變化等。特別需要注意的是，合同期大于設(shè)備設(shè)計(jì)壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實(shí)際使用壽命）的項(xiàng)目，涉及二次投資問(wèn)題，對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益有直接的影響。考慮到投資風(fēng)險(xiǎn)等因素，建議合同期接近于設(shè)備設(shè)計(jì)壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實(shí)際使用壽命）。若合同期延長(zhǎng)，則建議合同期為設(shè)備設(shè)計(jì)壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實(shí)際使用壽命）的整數(shù)倍。為便于分析計(jì)算，本項(xiàng)目假設(shè)合同期為8年。

（2）年運(yùn)營(yíng)收入及費(fèi)用

項(xiàng)目年運(yùn)營(yíng)收入為熱水供應(yīng)收入，計(jì)費(fèi)模式為熱水單價(jià)與熱水供應(yīng)量的乘積。年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用主要包括維保人工費(fèi)、材料費(fèi)、電費(fèi)及水費(fèi)等。其中，系統(tǒng)運(yùn)行的電費(fèi)及水費(fèi)一般由業(yè)主支付，但該費(fèi)用是否從運(yùn)營(yíng)收入中相應(yīng)扣除，則是投資方和業(yè)主重點(diǎn)協(xié)商的內(nèi)容之一。為便于分析計(jì)算，本項(xiàng)目假設(shè)電費(fèi)為單一電價(jià)，0.636元/kWh，水費(fèi)單價(jià)為3.65元/t，熱水售價(jià)為45元/t，電費(fèi)和水費(fèi)從運(yùn)營(yíng)收入中相應(yīng)扣除。

（3）投資風(fēng)險(xiǎn)

本項(xiàng)目采用合同能源管理模式，投資人不僅要考慮初始投資，也要考慮合同期內(nèi)的各項(xiàng)收入和支出。風(fēng)險(xiǎn)期與合同期保持一致。主要風(fēng)險(xiǎn)包括：業(yè)主存續(xù)風(fēng)險(xiǎn)，即業(yè)主本身在合同期內(nèi)能否穩(wěn)定存在的風(fēng)險(xiǎn)，本項(xiàng)目的業(yè)主是高校，相對(duì)于一般企業(yè)，該風(fēng)險(xiǎn)因素較小；熱水需求風(fēng)險(xiǎn)，即改造前后熱水供應(yīng)工況和熱水需求要基本相同，也就是說(shuō)，熱水供應(yīng)學(xué)生數(shù)、熱水供應(yīng)時(shí)間及引起學(xué)生洗浴需求的外在因素應(yīng)變化不大；各項(xiàng)費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)，如電費(fèi)、水費(fèi)單價(jià)在合同期間內(nèi)的變化等。同時(shí)，還包括政策風(fēng)險(xiǎn)、不可抗力風(fēng)險(xiǎn)等。這些風(fēng)險(xiǎn)因素是投資人需提前考慮，也是需要和業(yè)主充分協(xié)商后在協(xié)議中明確的重要內(nèi)容。

稅率、貼現(xiàn)率、貸款利率及融資方案的確定也是影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，本文暫不一一贅述。通過(guò)財(cái)務(wù)模型的建立及計(jì)算，本項(xiàng)目的財(cái)務(wù)指標(biāo)如表3所示。

表3 項(xiàng)目主要財(cái)務(wù)指標(biāo)（自有資金+貸款模式）

在上表財(cái)務(wù)模型的建立過(guò)程中，有以下幾個(gè)主要前提條件：一是投資人自有資金占總投資的30%，其余70%為貸款金額，貸款利率按基準(zhǔn)利率上浮10%計(jì)算；二是總投資收益率計(jì)算公式為：年均息稅前利潤(rùn)/項(xiàng)目總投資；三是貸款的還款模式為等額本金。

若該項(xiàng)目的投資金額全部為自有資金，則項(xiàng)目的財(cái)務(wù)指標(biāo)如表4所示。

表4 項(xiàng)目主要財(cái)務(wù)指標(biāo)（全為自有資金模式）

從表3和表4的對(duì)比可以看出，建設(shè)總投資采用30%自有資金加上70%貸款模式的財(cái)務(wù)指標(biāo)優(yōu)于全部采用自有資金模式。因此，在貸款利率合理、風(fēng)險(xiǎn)可控的基礎(chǔ)上，建議投資人采用可行的融資方案。

在上述財(cái)務(wù)模型建立的基礎(chǔ)上進(jìn)行敏感性分析，以進(jìn)一步深化項(xiàng)目財(cái)務(wù)分析，為投資者決策提供依據(jù)。敏感性分析的計(jì)算過(guò)程繁雜，在此不贅述，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

在上表的敏感性分析中，需要特別注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)建設(shè)總投資全部采用自有資金模式的前提下進(jìn)行分析計(jì)算的，若采用30%自有資金加70%貸款的模式，財(cái)務(wù)指標(biāo)在同類情況下應(yīng)略優(yōu)，讀者可自行研究分析；②上表僅選取售水單價(jià)、合同期等主要影響因素進(jìn)行敏感性分析，且為單因素敏感性分析，讀者可選取其它影響因素或進(jìn)行多因素敏感性分析；③合同期增加1年的前提是假設(shè)合同期在設(shè)備設(shè)計(jì)壽命期（或?qū)嶋H使用壽命期）內(nèi)，投資人不需要進(jìn)行二次投資。

表5 項(xiàng)目敏感性分析（全為自有資金模式）

4.2 熱泵熱水系統(tǒng)

若完全采用熱泵熱水系統(tǒng)，在達(dá)到同等功能需求且合同期、售水單價(jià)等其他因素不變的前提下，采用表2所示的系統(tǒng)設(shè)備配置，則項(xiàng)目的財(cái)務(wù)指標(biāo)如表6和表7所示。

表6 項(xiàng)目主要財(cái)務(wù)指標(biāo)（自有資金+貸款模式）

表7 項(xiàng)目主要財(cái)務(wù)指標(biāo)（全為自有資金模式）

表6和表7的建設(shè)總投資是根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)的估算值，僅用于本文的分析計(jì)算，實(shí)際投資隨具體項(xiàng)目不同而變化。與太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)相比，熱泵熱水系統(tǒng)的初始投資大幅減少，年維保費(fèi)用有所減少，系統(tǒng)年均電耗有所增加，但總體上在達(dá)到同等功能需求且其他因素基本一致的前提下，純熱泵熱水系統(tǒng)的財(cái)務(wù)指標(biāo)要優(yōu)于太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)。關(guān)于熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)敏感性分析暫不在本文贅述，讀者如有興趣，可自行建模分析計(jì)算。

5 結(jié)論與建議

通過(guò)上述分析，在得出下述結(jié)論的同時(shí)提出以下建議：

（1）太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)的年均系統(tǒng)能效要高于熱泵熱水系統(tǒng)，這一點(diǎn)在兩者的年電耗上有著明顯區(qū)別，但從整個(gè)財(cái)務(wù)模型來(lái)看，電費(fèi)差價(jià)對(duì)財(cái)務(wù)指標(biāo)的影響遠(yuǎn)小于建設(shè)總投資對(duì)財(cái)務(wù)指標(biāo)的影響。

（2）無(wú)論是太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)還是熱泵熱水系統(tǒng)，建設(shè)總投資采用30%自有資金和70%貸款模式其財(cái)務(wù)指標(biāo)優(yōu)于全部采用自有資金模式。因此，在貸款利率合理、風(fēng)險(xiǎn)可控的基礎(chǔ)上，建議投資人采用可行的融資方案。

（3）建設(shè)總投資無(wú)論采用哪種模式，在財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值差異不大的情況下，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率有著成倍的差異，這從表3和表4，表6和表7的建模計(jì)算中可以明顯看出，其主要原因是由于建設(shè)總投資的不同融資方案造成的。

（4）通過(guò)經(jīng)濟(jì)敏感性分析可以發(fā)現(xiàn)，提高售水單價(jià)，增加合同期限等措施，能夠明顯提高整個(gè)項(xiàng)目的財(cái)務(wù)效益。當(dāng)然，若合同期延長(zhǎng)，則建議合同期為設(shè)備設(shè)計(jì)壽命期（或系統(tǒng)主要設(shè)備實(shí)際使用壽命）的整數(shù)倍，以求投資人的效益最大化。

（5）合同期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)因素是投資人需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，一是要積極采用相關(guān)措施降低風(fēng)險(xiǎn)乃至轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)；二是在投資協(xié)議中充分考慮并明確各類風(fēng)險(xiǎn)。

（6）有實(shí)力的投資人不妨考慮未來(lái)收益權(quán)質(zhì)押，或者將項(xiàng)目資產(chǎn)中風(fēng)險(xiǎn)與收益進(jìn)行隔離并進(jìn)行結(jié)構(gòu)性重組，進(jìn)而開(kāi)展資產(chǎn)證券化等融資模式，降低融資成本。

在本文的研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)仍有以下幾點(diǎn)值得進(jìn)一步探討。

（1）在上海地區(qū)，針對(duì)類似供應(yīng)對(duì)象和功能需求，計(jì)算分析太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)的年均系統(tǒng)能效是否有顯著差異。同時(shí)，從系統(tǒng)設(shè)備的整個(gè)生命周期去考慮，將太陽(yáng)能集熱設(shè)備的生產(chǎn)和報(bào)廢后處置的能耗、環(huán)境成本與經(jīng)濟(jì)成本考慮在內(nèi)，太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)是否真正比熱泵熱水系統(tǒng)更節(jié)能，具有更好的環(huán)境效益。

（2）熱水投資項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)該是投資人前期決策工作中的重要部分，應(yīng)進(jìn)一步深入研究。同時(shí)，讀者如有興趣，可對(duì)類似熱水項(xiàng)目在合同期的收購(gòu)行為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和風(fēng)險(xiǎn)分析。