大型天然氣CCHP復合系統的經濟分析

張 偉，傅道友，夏劍鋒，姚明強

（1.重慶工商職業學院，重慶 400052；2.重慶中法能源服務有限責任公司，重慶 400020；3.重慶市住房和城鄉建設委員會，重慶 401520；4.重慶市合川建設工程有限公司，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%發展到2014年的27.5%[1]。世界銀行預測，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用能，成為我國用能的第一領域。到2030年，建筑能耗總量較2010年將增加1倍以上[2]。目前，普遍認為建筑節能是各種節能途徑中潛力最大、最直接有效的方式，是緩解能源緊張、解決社會經濟發展與能源供應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，管道運輸成本較低，使得重慶的天然氣用氣成本較國內大多數城市具有價格優勢。此外，三峽庫區長江流域水資源豐富，重慶庫區內流域面積大于50 km2的河流約370條，境內各類水資源總計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、水溫和水質條件。

在節能減排的大背景下，作為應用可再生能源和提高一次能源利用效率的重要技術，冷熱電三聯供和江水源熱泵系統在三峽庫區的應用需求更加迫切，而運行的經濟性是CCHP+江水源熱泵復合系統運營考慮的首要問題。本文以重慶市某大型CCHP復合系統為例，對其經濟性進行評價，旨在為該類系統的推廣和運營提供參考。

1 項目簡介

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行發電。利用發電余熱制冷制熱的三聯供和江水源熱泵復合系統，通過區域管網和能源換熱站供給整個區域79.99萬m2建筑物各樓棟用戶進行集中供冷供熱，是長江上游最大的天然氣CCHP系統，容積率4.71，其中一期工程建筑面積130 732.87 m2。該CBD總部經濟區由15棟建筑構成，功能包括辦公、酒店、公寓、會展、商業、餐飲以及金融等，具體指標如表1所示。

該CBD具有建筑物容積率高、空調負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勢。同時，區域內天然氣供應的保障度高，具備冷熱電三聯供系統（CCHP）和江水源熱泵系統的綜合利用，并具有區域供冷供熱的條件。

本項目復合系統能源站項目計算期確定為25年，其中建設期5年，生產期20年。本項目計算期第2年生產負荷為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 復合供能系統配置

此復合能源系統設計中，由燃氣內燃機發電承擔能源站用電，不足電量由市電補充，多余電量上網，由市電統一輸配。在市電事故期間，發電機承擔能源站重要電力負荷，保證能源站供電的安全性。在發電的同時，夏季回收煙氣廢熱和缸套水廢熱驅動溴化鋰單、雙效復合型吸收式機組制冷；冬季利用吸收式機組回收發電機煙氣熱量，利用板式換熱器回收發電機缸套水熱量直接供暖，冷暖不足部分由江水源冷水機組和江水源熱泵機組供給。CCHP復合供能系統運行原理如圖1所示。

表1 建筑群各功能區面積比例情況

圖1 天然氣內燃機CCHP和江水源熱泵的復合供能系統示意圖

3 天然氣CCHP復合系統的經濟分析

在進行經濟評價時，選取常規空調系統作為案例復合供能系統的對比系統。目前，最常規的中央空調系統即為單體建筑設置單獨冷熱源，對建筑供應冷熱負荷。對比系統選取冷水機組+冷卻塔+燃氣鍋爐的常規冷熱源系統，單獨為各建筑供冷供熱。

3.1 總成本費用估算

3.1.1 項目總投資

根據初步設計方案比選報告，常規空調系統初投資情況如表2所示，復合供能系統的各項初投資亦列入其中。

3.1.2 復合供能系統的經營成本

經營成本是項目經濟評價中使用的特定概念。作為項目運營期的主要現金流出，它的構成和估算可用下列方法表達[6]：

經營成本=外購原材料、燃料動力費+工資及福利費+修理費+其他費用

表2 系統初投資匯總比較 /萬元

①外購原材料、燃料動力費。天燃氣價格為2.14元/m3，電價0.805 5元/kW·h，水資源價格0.005元/（kW·h發電量）。

②人員工資及福利費。按項目組織機構，項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，按人員工資的40%計算。

③修理費用。按運營方要求，本項目中維護修理費包括大修理費、經常修理費等，按設備總投資的10%計算。

④其他費用。其他管理費用按工資及福利費之和為基數的10%計算，其他營業費按營業收入的2%計算。

⑤基本電費。用電容量在315 kVA及以上的大工業用戶，執行二部制電價。二部制電價即電費的計算分為兩部分：一部分是電度電費，根據用電量計算；一部分是基本電費，根據變壓器的容量或設備需用的最大功率按月計算。本項目采用第二種方法計算基本電費。二部制電費的計算公式為：

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

本項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）計算，可得本項目年基本電費為2 011 024.01元。

3.2 復合系統總營業收入估算

3.2.1 營業收入

營業收入主要由供冷、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，供冷價格為0.6元/kW·h。本項目上網電價按照“渝價[2011]424號”文件中重慶同興垃圾處理有限公司1號機組按生物質標桿電價0.577元/kW·h執行。

3.2.2 其他收入

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

②用戶接入費收入。本項目運行時預期接入費按80元/m2（建筑面積）收取。

③其他收入。回收固定資產殘值按凈殘值率取5%計算；回收流動資金按投入資金量計算。

3.3 正常運行年份運行費用估算

此處所說“正常運行年份”指系統建設完成100%，并按優化的運行方式運行時的各年份。以?經濟成本為優化目標的“余上缺下”運行方式為例，復合系統與常規空調系統在正常運行年份的運行相關費用如表4所示。

表4 正常年份運行費用 /萬元

其中，常規空調系統運行耗水費用時，水價按非居民生活用水綜合水價按現行價格4.55元/m3執行[8]。

可見，復合系統正常運行年份運行費用略低，比常規空調系統節省5.72%；而年營業收入有大幅增加，增加幅度為23.19%。

4 經濟評價

本文選取增量投資回收期（PΔt，年）、凈現金流量（NCF，萬元）和投資回收期（Pt，年）為評價指標，對案例項目的經濟性進行評價。3個指標的計算方法為：

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

根據式（2），復合系統對常規空調系統的增量投資回收期可以從正常年份的年運行費用節省量和年營業收入增量兩方面分別考慮。根據表4可計算出年運行費用節省量方面，常規空調系統年運行費用為4 284.94萬元，復合系統為4 039.70萬元，增量投資回收期大于25年；而在年營業收入增量方面，常規空調系統年營業收入為5 685.90萬元，復合系統為7 004.59萬元，增量投資回收期為8.88年；若從年運行費用節省量和年營業收入增量兩方面考慮運行期間凈現金流量，復合系統運行期間比常規空調系統多1 563.93萬元，增量投資回收期為7.49年。

根據式（3）計算可得本項目壽命周期內凈現金流量為38 523.41萬元，根據式（4）計算可得本項目靜態投資回收期為12.64年。

5 結 論

與常規空調系統相比，天然氣CCHP+江水源熱泵復合系統初投資高出49.77%，正常運行年份運行費用節省5.72%，年營業收入增加23.19%。經濟評價中，投資回收期為12.64年，與常規空調系統相比，增量投資回收期僅為7.49年，項目壽命周期內凈現金流量為38 523.41萬元。從經濟評價指標來看，項目盈利狀況較好，能較快收回投資成本，尤其是對常規空調系統的增量投資費用。綜上所述，天然氣CCHP+江水源熱泵復合系統在經濟上較常規空調系統更具優勢，在有條件的地區推廣應用是我國建筑節能的有效途徑。