大型天然氣CCHP復(fù)合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析

張 偉，傅道友，夏劍鋒，姚明強(qiáng)

（1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 400052；2.重慶中法能源服務(wù)有限責(zé)任公司，重慶 400020；3.重慶市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，重慶 401520；4.重慶市合川建設(shè)工程有限公司，重慶 401520）

0 引 言

在我國，建筑能耗占全社會終端能耗的比率已從1978年的10%發(fā)展到2014年的27.5%[1]。世界銀行預(yù)測，到2020年我國將新增建筑面積200多億m2，建筑能耗有望超越工業(yè)用能，成為我國用能的第一領(lǐng)域。到2030年，建筑能耗總量較2010年將增加1倍以上[2]。目前，普遍認(rèn)為建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、最直接有效的方式，是緩解能源緊張、解決社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足矛盾的最有效措施之一[3-4]。

重慶所處的四川盆地是我國天然氣資源最豐富的地區(qū)之一，可供勘探的天然氣資源面積18萬km2，總資源量7.2萬億m3。重慶地處川東3大天然氣氣田——龍崗氣田、普光氣田和元壩氣田附近。由于靠近資源地，管道運(yùn)輸成本較低，使得重慶的天然氣用氣成本較國內(nèi)大多數(shù)城市具有價(jià)格優(yōu)勢。此外，三峽庫區(qū)長江流域水資源豐富，重慶庫區(qū)內(nèi)流域面積大于50 km2的河流約370條，境內(nèi)各類水資源總計(jì)4 624.42億m3[5]，擁有豐富的地表水源（特別是江水）和良好的水量、水溫和水質(zhì)條件。

在節(jié)能減排的大背景下，作為應(yīng)用可再生能源和提高一次能源利用效率的重要技術(shù)，冷熱電三聯(lián)供和江水源熱泵系統(tǒng)在三峽庫區(qū)的應(yīng)用需求更加迫切，而運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是CCHP+江水源熱泵復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)營考慮的首要問題。本文以重慶市某大型CCHP復(fù)合系統(tǒng)為例，對其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價(jià)，旨在為該類系統(tǒng)的推廣和運(yùn)營提供參考。

1 項(xiàng)目簡介

重慶市某CBD位于長江和嘉陵江兩江交匯處，背依南山，東、北、西三面臨江，采用以天然氣為一次能源進(jìn)行發(fā)電。利用發(fā)電余熱制冷制熱的三聯(lián)供和江水源熱泵復(fù)合系統(tǒng)，通過區(qū)域管網(wǎng)和能源換熱站供給整個(gè)區(qū)域79.99萬m2建筑物各樓棟用戶進(jìn)行集中供冷供熱，是長江上游最大的天然氣CCHP系統(tǒng)，容積率4.71，其中一期工程建筑面積130 732.87 m2。該CBD總部經(jīng)濟(jì)區(qū)由15棟建筑構(gòu)成，功能包括辦公、酒店、公寓、會展、商業(yè)、餐飲以及金融等，具體指標(biāo)如表1所示。

該CBD具有建筑物容積率高、空調(diào)負(fù)荷特性一致性高且毗鄰長江具備可再生能源集中利用的優(yōu)勢。同時(shí)，區(qū)域內(nèi)天然氣供應(yīng)的保障度高，具備冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP）和江水源熱泵系統(tǒng)的綜合利用，并具有區(qū)域供冷供熱的條件。

本項(xiàng)目復(fù)合系統(tǒng)能源站項(xiàng)目計(jì)算期確定為25年，其中建設(shè)期5年，生產(chǎn)期20年。本項(xiàng)目計(jì)算期第2年生產(chǎn)負(fù)荷為15%，第3年為35%，第4年為35%，第5年為35%，第6年及以后各年為100%。

2 復(fù)合供能系統(tǒng)配置

此復(fù)合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電承擔(dān)能源站用電，不足電量由市電補(bǔ)充，多余電量上網(wǎng)，由市電統(tǒng)一輸配。在市電事故期間，發(fā)電機(jī)承擔(dān)能源站重要電力負(fù)荷，保證能源站供電的安全性。在發(fā)電的同時(shí)，夏季回收煙氣廢熱和缸套水廢熱驅(qū)動溴化鋰單、雙效復(fù)合型吸收式機(jī)組制冷；冬季利用吸收式機(jī)組回收發(fā)電機(jī)煙氣熱量，利用板式換熱器回收發(fā)電機(jī)缸套水熱量直接供暖，冷暖不足部分由江水源冷水機(jī)組和江水源熱泵機(jī)組供給。CCHP復(fù)合供能系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖1所示。

表1 建筑群各功能區(qū)面積比例情況

圖1 天然氣內(nèi)燃機(jī)CCHP和江水源熱泵的復(fù)合供能系統(tǒng)示意圖

3 天然氣CCHP復(fù)合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析

在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)時(shí)，選取常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)作為案例復(fù)合供能系統(tǒng)的對比系統(tǒng)。目前，最常規(guī)的中央空調(diào)系統(tǒng)即為單體建筑設(shè)置單獨(dú)冷熱源，對建筑供應(yīng)冷熱負(fù)荷。對比系統(tǒng)選取冷水機(jī)組+冷卻塔+燃?xì)忮仩t的常規(guī)冷熱源系統(tǒng)，單獨(dú)為各建筑供冷供熱。

3.1 總成本費(fèi)用估算

3.1.1 項(xiàng)目總投資

根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案比選報(bào)告，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)初投資情況如表2所示，復(fù)合供能系統(tǒng)的各項(xiàng)初投資亦列入其中。

3.1.2 復(fù)合供能系統(tǒng)的經(jīng)營成本

經(jīng)營成本是項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)中使用的特定概念。作為項(xiàng)目運(yùn)營期的主要現(xiàn)金流出，它的構(gòu)成和估算可用下列方法表達(dá)[6]：

經(jīng)營成本=外購原材料、燃料動力費(fèi)+工資及福利費(fèi)+修理費(fèi)+其他費(fèi)用

表2 系統(tǒng)初投資匯總比較 /萬元

①外購原材料、燃料動力費(fèi)。天燃?xì)鈨r(jià)格為2.14元/m3，電價(jià)0.805 5元/kW·h，水資源價(jià)格0.005元/（kW·h發(fā)電量）。

②人員工資及福利費(fèi)。按項(xiàng)目組織機(jī)構(gòu)，項(xiàng)目建成后編制人員為20人，其中工人4人，按每人平均3萬元/年工資測算；技術(shù)人員14人，按每人平均7.5萬元/年工資測算；管理人員2人，按每人平均10萬元/年工資測算。福利費(fèi)，按人員工資的40%計(jì)算。

③修理費(fèi)用。按運(yùn)營方要求，本項(xiàng)目中維護(hù)修理費(fèi)包括大修理費(fèi)、經(jīng)常修理費(fèi)等，按設(shè)備總投資的10%計(jì)算。

④其他費(fèi)用。其他管理費(fèi)用按工資及福利費(fèi)之和為基數(shù)的10%計(jì)算，其他營業(yè)費(fèi)按營業(yè)收入的2%計(jì)算。

⑤基本電費(fèi)。用電容量在315 kVA及以上的大工業(yè)用戶，執(zhí)行二部制電價(jià)。二部制電價(jià)即電費(fèi)的計(jì)算分為兩部分：一部分是電度電費(fèi)，根據(jù)用電量計(jì)算；一部分是基本電費(fèi)，根據(jù)變壓器的容量或設(shè)備需用的最大功率按月計(jì)算。本項(xiàng)目采用第二種方法計(jì)算基本電費(fèi)。二部制電費(fèi)的計(jì)算公式為：

式中，Ce為電度電費(fèi)，元；Peb為下載電量電度電價(jià)，元/kW·h；Qe為耗電量，元/kW·h；Ceb為基本電費(fèi)，元；Peb為基本電價(jià)，元/（千伏安·月），重慶地區(qū)取26元/（千伏安·月）[7]；qeMAXmonth為月最大用電負(fù)荷，kW。

本項(xiàng)目能源站每月需用的最大功率如表3所示。

表3 能源站月耗電最大功率表

通過式（1）計(jì)算，可得本項(xiàng)目年基本電費(fèi)為2 011 024.01元。

3.2 復(fù)合系統(tǒng)總營業(yè)收入估算

3.2.1 營業(yè)收入

營業(yè)收入主要由供冷、供熱和上傳電量組成。本工程年供冷量為7 147.97萬kW·h，供熱量為2 226.59萬kW·h，供冷價(jià)格為0.6元/kW·h。本項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)按照“渝價(jià)[2011]424號”文件中重慶同興垃圾處理有限公司1號機(jī)組按生物質(zhì)標(biāo)桿電價(jià)0.577元/kW·h執(zhí)行。

3.2.2 其他收入

①補(bǔ)貼收入?？傃a(bǔ)貼收入為2 000萬元，第2年到第5年每年500萬元分撥。

②用戶接入費(fèi)收入。本項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)預(yù)期接入費(fèi)按80元/m2（建筑面積）收取。

③其他收入?；厥展潭ㄙY產(chǎn)殘值按凈殘值率取5%計(jì)算；回收流動資金按投入資金量計(jì)算。

3.3 正常運(yùn)行年份運(yùn)行費(fèi)用估算

此處所說“正常運(yùn)行年份”指系統(tǒng)建設(shè)完成100%，并按優(yōu)化的運(yùn)行方式運(yùn)行時(shí)的各年份。以?經(jīng)濟(jì)成本為優(yōu)化目標(biāo)的“余上缺下”運(yùn)行方式為例，復(fù)合系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)在正常運(yùn)行年份的運(yùn)行相關(guān)費(fèi)用如表4所示。

表4 正常年份運(yùn)行費(fèi)用 /萬元

其中，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行耗水費(fèi)用時(shí)，水價(jià)按非居民生活用水綜合水價(jià)按現(xiàn)行價(jià)格4.55元/m3執(zhí)行[8]。

可見，復(fù)合系統(tǒng)正常運(yùn)行年份運(yùn)行費(fèi)用略低，比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省5.72%；而年?duì)I業(yè)收入有大幅增加，增加幅度為23.19%。

4 經(jīng)濟(jì)評價(jià)

本文選取增量投資回收期（PΔt，年）、凈現(xiàn)金流量（NCF，萬元）和投資回收期（Pt，年）為評價(jià)指標(biāo)，對案例項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價(jià)。3個(gè)指標(biāo)的計(jì)算方法為：

式中，I1、I2為第一、第二方案的投資，萬元；C1、C2為第一、二方案的運(yùn)行費(fèi)用，萬元；A1、A2為第一、第二方案的收益，萬元；CI、CO為項(xiàng)目現(xiàn)金流入和現(xiàn)金流出，萬元；t表示年份；n為包含建設(shè)期的項(xiàng)目壽命，年；T表示各年累計(jì)凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值首次為正值或零的年數(shù)，其他符號同前。

根據(jù)式（2），復(fù)合系統(tǒng)對常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的增量投資回收期可以從正常年份的年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省量和年?duì)I業(yè)收入增量兩方面分別考慮。根據(jù)表4可計(jì)算出年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省量方面，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用為4 284.94萬元，復(fù)合系統(tǒng)為4 039.70萬元，增量投資回收期大于25年；而在年?duì)I業(yè)收入增量方面，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年?duì)I業(yè)收入為5 685.90萬元，復(fù)合系統(tǒng)為7 004.59萬元，增量投資回收期為8.88年；若從年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省量和年?duì)I業(yè)收入增量兩方面考慮運(yùn)行期間凈現(xiàn)金流量，復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行期間比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)多1 563.93萬元，增量投資回收期為7.49年。

根據(jù)式（3）計(jì)算可得本項(xiàng)目壽命周期內(nèi)凈現(xiàn)金流量為38 523.41萬元，根據(jù)式（4）計(jì)算可得本項(xiàng)目靜態(tài)投資回收期為12.64年。

5 結(jié) 論

與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，天然氣CCHP+江水源熱泵復(fù)合系統(tǒng)初投資高出49.77%，正常運(yùn)行年份運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省5.72%，年?duì)I業(yè)收入增加23.19%。經(jīng)濟(jì)評價(jià)中，投資回收期為12.64年，與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，增量投資回收期僅為7.49年，項(xiàng)目壽命周期內(nèi)凈現(xiàn)金流量為38 523.41萬元。從經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)來看，項(xiàng)目盈利狀況較好，能較快收回投資成本，尤其是對常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的增量投資費(fèi)用。綜上所述，天然氣CCHP+江水源熱泵復(fù)合系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)更具優(yōu)勢，在有條件的地區(qū)推廣應(yīng)用是我國建筑節(jié)能的有效途徑。