天然氣分布式能源建設(shè)投資運(yùn)營模式及成本淺析

張禮平（上?？迫鹫嬲\建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司， 上海 200092）

1 項(xiàng)目簡介

湖南省長沙市某項(xiàng)目占地約 6.67 hm2，建設(shè)規(guī)模約 22萬 m2，是一個(gè)集大型演藝活動(dòng)、影視節(jié)目生產(chǎn)、藝術(shù)展覽、創(chuàng)意工坊、數(shù)據(jù)中心及觀眾參觀通道等功能于一體的現(xiàn)代化“環(huán)球夢(mèng)工廠”式的節(jié)目生產(chǎn)基地。項(xiàng)目包括 6 幢演播廳、1 幢美術(shù)館、1 幢數(shù)據(jù)技術(shù)大樓和 1 幢下沉式廣場(chǎng)+漂浮辦公樓和數(shù)據(jù)中心。其中：數(shù)據(jù)中心總設(shè)計(jì) 1000 個(gè)機(jī)柜；一期投入約 280 個(gè)機(jī)柜，二期投入約 720 個(gè)機(jī)柜。

鑒于該項(xiàng)目建筑業(yè)態(tài)的多樣性，不同功能用房空調(diào)負(fù)荷有較大差異性。其中數(shù)據(jù)中心要求全年 24 h 不間斷運(yùn)行，具有非常高的電力負(fù)荷和冷負(fù)荷，空調(diào)和電力保障高度重要，為分布式能源系統(tǒng)（冷熱電三聯(lián)供）的選用和長期滿載運(yùn)行提供了必備條件。

2 能源中心建設(shè)方案及設(shè)備選型

2.1 項(xiàng)目技術(shù)方案

根據(jù)該項(xiàng)目的資料，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)冷負(fù)荷 10500 kW，機(jī)柜配電容量 8000 kW，其中一期建設(shè) 4000 kW。數(shù)據(jù)中心全年 24 h 不間斷運(yùn)行，具有穩(wěn)定的電負(fù)荷和冷負(fù)荷，非常適合應(yīng)用分布式能源系統(tǒng)，為該項(xiàng)目提供空調(diào)冷熱源和部分電力?，F(xiàn)擬采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)集成技術(shù)，建設(shè)天然氣冷熱電三聯(lián)供結(jié)合電制冷機(jī)組、溴化鋰直燃機(jī)組構(gòu)成的復(fù)合式能源供給系統(tǒng)。本項(xiàng)目采用一體化冷熱電三聯(lián)供，通過優(yōu)化設(shè)備配置和多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的搭配，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)和余熱設(shè)備的最佳匹配。

2.2 項(xiàng)目主要設(shè)備選型

燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)均可以滿足本項(xiàng)目的需要?？紤]設(shè)備性能、初始投資、運(yùn)行維護(hù)等綜合因素，本項(xiàng)目采用發(fā)電功率 2000 kW 的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組（二用一備）作為三聯(lián)供能源系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)。發(fā)電優(yōu)先供應(yīng)數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷，多余部分供應(yīng)暖通等其他用電。

燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的余熱主要是以高溫?zé)煔猓s456℃）和缸套水（約 90℃）的形式存在，余熱通過一體化熱水煙氣直燃機(jī)利用，利用發(fā)電機(jī)高溫?zé)煔夂透邷馗滋姿鳛闊嵩粗评?。余熱利用機(jī)組設(shè)計(jì)選用冷負(fù)荷 2300 kW的一體化熱水煙氣直燃機(jī)，無需消耗一次能源，本身含輸配系統(tǒng)且與發(fā)電機(jī)一一對(duì)應(yīng)。為確保該項(xiàng)目數(shù)據(jù)中心和其他業(yè)態(tài)供能的安全可靠性，按該項(xiàng)目的全部冷負(fù)荷容量配置離心式電冷機(jī)（2 臺(tái) 1000 RT 和 1 臺(tái) 2000 RT），當(dāng)燃?xì)夤?yīng)有問題時(shí)，電冷機(jī)可完全滿足冷負(fù)荷要求。

數(shù)據(jù)中心冬季有冷量需求，當(dāng)濕球溫度低于 10℃ 時(shí)，設(shè)計(jì)采用余熱配套的冷卻塔作為自然冷源與電制冷機(jī)并聯(lián)，通過換熱器將冷量傳遞給空調(diào)冷水，并通過空調(diào)冷水的循環(huán)水泵輸送至數(shù)據(jù)中心機(jī)房的空調(diào)末端，提供冷量。根據(jù)長沙的氣象參數(shù)統(tǒng)計(jì)，全年中約 20% 的時(shí)間可以采用冷卻塔等自然冷卻的方式。

并網(wǎng)能夠提高分布式能源站的可靠性，但目前的國家政策是競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，天然氣發(fā)電成本高，上網(wǎng)難以盈利[1]。如果“并網(wǎng)不上網(wǎng)”，則無需對(duì)上一級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行改造，可以省去上網(wǎng)的電網(wǎng)改造費(fèi)用，節(jié)約分布式能源的固定資產(chǎn)投資，也可以節(jié)省電網(wǎng)公司一些設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)。綜合考慮可靠性和經(jīng)濟(jì)性（能效、天然氣價(jià)格、并網(wǎng)設(shè)備投資、上網(wǎng)電網(wǎng)改造費(fèi)用等）兩方面因素，本項(xiàng)目天然氣分布式能源站適合采用“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的運(yùn)行方式。

根據(jù)市場(chǎng)行情、當(dāng)?shù)卣吆唾Y源情況，經(jīng)測(cè)算本項(xiàng)目分布式能源投資估算約 7000 萬元，初始投資較大，設(shè)備較多，系統(tǒng)復(fù)雜。

3 投資運(yùn)營模式分析比較和本項(xiàng)目的模式選擇

3.1 投資運(yùn)營模式分析比較

分布式能源尚處于初級(jí)階段，投資較大、運(yùn)行維護(hù)成本較高，因此其運(yùn)營模式至關(guān)重要。結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)資源情況，本項(xiàng)目主要考慮的三種商業(yè)運(yùn)營模式及各自的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比，如表1 所示。

表1 能源中心投資運(yùn)營模式對(duì)比表

模式一增加了初始投資的資金壓力，而且需配備專業(yè)運(yùn)營管理團(tuán)隊(duì)，但運(yùn)營階段的運(yùn)營成本相對(duì)較低。模式二增加了初始投資的資金壓力，但省了運(yùn)營管理的麻煩且供能可靠性提高。模式三減輕了業(yè)主初始投資的資金壓力和運(yùn)營管理的麻煩，但業(yè)主每年需向其繳納用冷熱電的費(fèi)用，共20a，帶來長期的運(yùn)營資金流出。模式一適用于無初始投資資金壓力或壓力不大，且有專業(yè)運(yùn)營管理技術(shù)團(tuán)隊(duì)力量儲(chǔ)備的建設(shè)項(xiàng)目。從目前我國國情考慮，模式一和模式二相當(dāng)于業(yè)主的自備電廠，是最簡單、最經(jīng)濟(jì)的商業(yè)運(yùn)行模式[2]。對(duì)初始投資資金壓力較大且無專業(yè)運(yùn)營管理技術(shù)團(tuán)隊(duì)力量儲(chǔ)備的建設(shè)項(xiàng)目，合同能源管理模式則是比較合適的選擇。

3.2 本項(xiàng)目的投資運(yùn)營模式指標(biāo)分析

表2的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析，模式一最為經(jīng)濟(jì)。模式一相當(dāng)于自備電廠發(fā)電自用，分布式能源站生產(chǎn)運(yùn)營屬于企業(yè)內(nèi)部核算，發(fā)電單位和用電單位不發(fā)生買賣交易，相關(guān)交易稅費(fèi)相應(yīng)減少，且業(yè)主能享受一定的財(cái)政補(bǔ)貼（據(jù)初步調(diào)研，政策補(bǔ)貼約占初始投資的 7%）。如采用模式三，財(cái)政補(bǔ)貼歸能源服務(wù)單位，業(yè)主無法享受。

表2 三種投資運(yùn)營模式指標(biāo)分析

4 能源中心投資運(yùn)營成本估算

分布式能源項(xiàng)目不僅初始投資較大，運(yùn)營成本也較高。若達(dá)產(chǎn)年的市場(chǎng)供應(yīng)量不能達(dá)到規(guī)模的 64%，項(xiàng)目運(yùn)營將無法產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益[3]。測(cè)算結(jié)果表明，燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組每立方米天然氣可發(fā)電 4 kW·h；按天然氣 3 元/m3，則燃料成本為 0.75 元/（kW·h）。采用進(jìn)口燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，設(shè)備及折舊成本高于火電設(shè)備，加上設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本，分布式能源站最低電價(jià)為 1.15 元/（kW·h）[4]。由此可見，分布式能源系統(tǒng)只有靠提高天然氣的綜合利用率、節(jié)能減排、出售或利用熱能和冷能，來部分抵消發(fā)電成本。本項(xiàng)目利用熱能和冷能滿足數(shù)據(jù)中心的冷負(fù)荷需求，將這些成本均攤?cè)肜錈犭姷膯蝺r(jià)中，得出本項(xiàng)目的運(yùn)營成本估算（如表3 所示），在達(dá)產(chǎn)負(fù)荷至 75% 的情況下，最低用電成本降低至 0.64 元/（kW·h）；和利用市電相比，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 能源中心運(yùn)營成本估算表

與單一使用市政電力方式相比，天然氣分布式能源系統(tǒng)通過冷熱電三聯(lián)供等方式實(shí)現(xiàn)能源的多重利用，不僅使該項(xiàng)目運(yùn)營成本降低，一次能源綜合利用效率可以達(dá)到70%～90%[5]，而且靠近負(fù)荷中心、供能方式靈活，能夠滿足建設(shè)單位的多種用能需求。經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目的綜合能源利用效率經(jīng)計(jì)算約為 85%，遠(yuǎn)高于國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《燃?xì)饫錈犭娙?lián)供工程技術(shù)規(guī)程》三聯(lián)供系統(tǒng)年平均能源綜合利用率應(yīng)大于 70% 的要求。

經(jīng)過充分的市場(chǎng)調(diào)研，測(cè)算和對(duì)比兩家能源服務(wù)單位的合作意向方案，并與業(yè)主投資模式進(jìn)行比較（見表3）。從表3 運(yùn)營期的冷熱電的單價(jià)測(cè)算顯示：模式三最高，模式二次之，模式一最低。合同能源服務(wù)單位的年均凈利潤率達(dá)到 24% 以上，基本反映行業(yè)內(nèi)新興能源服務(wù)的市場(chǎng)行情，即這個(gè)行業(yè)具備服務(wù)能力的能源服務(wù)單位較少且項(xiàng)目周期長，存在較大的不確定性和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，故行業(yè)利潤率較為可觀。與此對(duì)應(yīng)的，一方面，合同能源服務(wù)單位能提供給業(yè)主最專業(yè)的能源管理服務(wù)；另一方面，分布式能源系統(tǒng)的投資運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)都轉(zhuǎn)移給合同能源服務(wù)單位，分布式能源系統(tǒng)供能的可靠性也相應(yīng)得到提高。

5 結(jié)論及建議

本文以湖南省長沙市某項(xiàng)目的實(shí)例，為天然氣分布式能源項(xiàng)目的投資建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒和選擇參考。對(duì)比分析天然氣分布式能源系統(tǒng)的投資模式，綜合考慮本項(xiàng)目業(yè)主的初始資金壓力較小，并根據(jù)表2 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析和表3的運(yùn)營成本估算來考慮節(jié)約后續(xù)運(yùn)營的現(xiàn)金流，科學(xué)選擇了該項(xiàng)目分布式能源系統(tǒng)的投資運(yùn)營模式和評(píng)估了成本效益水平。模式一和模式二（業(yè)主投資模式）均為本項(xiàng)目的最佳選擇，但業(yè)主需詳細(xì)評(píng)估自身的運(yùn)營管理技術(shù)團(tuán)隊(duì)能否滿足本項(xiàng)目的運(yùn)營需要，之后再行確定是否委托專業(yè)能源服務(wù)單位進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)管理。

本項(xiàng)目通過利用分布式能源的熱能和冷能來部分抵消發(fā)電成本，使達(dá)產(chǎn)負(fù)荷至 75% 運(yùn)營情況下，最低用電成本降低至 0.64 元/（kW·h）。不但具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且節(jié)能減排效果明顯，帶來良好的環(huán)境效益。

隨著天然氣價(jià)格改革的深入，天然氣價(jià)格的大幅上漲勢(shì)在必行，且當(dāng)前國內(nèi)制約天然氣分布式能源發(fā)展的因素有政策和市場(chǎng)因素，如政策支持力度有限且缺乏操作性，天然氣的壓力和供氣能力不足，氣價(jià)和電價(jià)差距太大等，建議采取簽訂天然氣長期低價(jià)采購協(xié)議、使用較為便宜的LNG 并建立 LNG 站、采用合理的峰谷發(fā)電電價(jià)機(jī)制、申請(qǐng)政府政策支持等措施，促使項(xiàng)目正常運(yùn)營。