新疆某區域供冷系統節能改造與經濟分析

楊 斌 呂 靜 朱 鵬

1.上海理工大學環境與建筑學院

2.中國石油工程建設有限公司青海分公司

0 引言

區域供冷是在一個建筑群設置集中的制冷站制備空調冷凍水，再通過循環水管道系統，向各座建筑提供冷媒的供冷方式。可采用電能驅動或蒸汽驅動的冷水機組，也可采用燃氣輪機或燃氣鍋爐排氣為能源的吸收式冷水機組[1]。區域供冷系統在節能、環保和運行管理等方面都具有明顯的優勢，國外的技術已經相當先進成熟，但在我國尚處于起步階段[2]。

1 項目概況

新疆庫爾勒市某區域集中供冷項目，總建筑面積98.192×104m2，是某公司生產指揮、科研辦公、文化教育和系統培訓的生產生活中心。區域內原有4 座冷凍換熱站（1#～4#冷凍換熱站）和1座能源站，其中3#冷凍換熱站、4#冷凍換熱站（以下簡稱“3#站、4#站”，所供冷區域為高層住宅。）經過多年運行，設備、管線及閥門老化嚴重，系統運行效率下降；多處管線穿孔，存在制冷劑泄漏等安全隱患；設備故障多，原機型已停產，維修部件采購困難，年維護費高達100 萬元以上，運行成本較大；另外，機組的制冷劑R22 和R123 我國已對其限制生產、逐步淘汰，面臨替代的問題，由此也給機組運維工作帶來不便。本項目將對3#站、4#站和能源站進行改造。原供冷區域冷負荷及機組冷量分配情況見表1。

2 改造方案比較

依據總冷負荷16 088.85 kW，若考慮充分利用能源站已建的2 臺直燃機組（11 630 kW）供冷之后，本次改造還需新建冷源負荷為4 458.85 kW。

2.1 改造方案

根據現場實際4#站距燃氣管網接入點較遠，3#站位于能源站與4#站中間、且距燃氣管網接入點較近等情況，最大化地利用原有輔助設施，本著對環境影響較小的原則，統籌考慮后提出了4 套改造方案見表2。

表1 原供冷區域負荷及機組冷量分配表

表2 改造方案主要內容對比分析表

1）工藝技術：四種方案均采用成熟的工藝流程及設備，運行安全可靠，其中蒸汽溴化鋰吸收式制冷機組由低品位熱能驅動，節能效果明顯[3]；

2）功能性：方案一與方案二利用能源站與3#站、4#站已建的循環水泵組成了二級泵系統，實現了能源站對3#站和4#站轄區用戶以及新辦公樓的集中供冷，并且各區能夠根據負荷大小進行自行調控；方案三和方案四均無法實現3#站、4#站、能源站三個站并網運行、冷源互為備用的功能；

3）環境影響：相對于其他三個方案，方案二將冷源設備集中在能源站，離住宅區較遠，避免了3#、4#站夏季運行時冷卻塔噪聲對周圍居民的影響。采用直燃機設備雖有燃燒的煙氣排放，但屬于達標排放，不會對大氣環境造成破壞。溴化鋰吸收式制冷機的制冷劑工質為溴化鋰-水，均為對環境無害的物質，工作時沒有因壓縮機的運行產生的噪聲和振動，制冷量較大，廢熱可以被利用[4]。

2.2 方案經濟性分析

在工程建設方案的比選上，經濟性分析的結果是十分重要的項目可行性判據。經濟效益評價是至關重要的可行性論證考核指標，投資項目評價不需要長篇的單純定性分析，而是要求“用數據說話”[5]。財務凈現值(FNPV)是擬建項目按部門或行業的基準收益率或設定的折現率，將計算期內各年的凈現金流量折現到建設起點年份(基準年) 的現值累計數。它是評價項目盈利能力的絕對指標，反映項目在滿足基準收益率要求的盈利之外所獲得的超額盈利的現值。

ic— 基準收益率，本次工程改造項目基準收益率取值為5%；

CI—現金流入量，CO—現金流出量；

n—技術方案計算期；

(CI-CO)t—t年的凈現金流量；

FNPV>0時，該技術方案能得到超額收益現值，該技術方案在財務上可行；

FNPV=0 時，該技術方案滿足基準收益率要求的盈利水平，該技術方案財務上可行；

FNPV<0 時，說明該技術方案不滿足基準收益率，該技術方案財務上不可行。

四種方案的經濟效益分析見表3。

1）初投資：方案一最高，方案四最低，方案二和方案三居中且兩者相差不大，但方案三、四均無法實現3#站、4#站、能源站等三個站并網運行、冷源互為備用的功能；

2）成本方面：在營業費、管理費、其他制造費及人員成本相同的情況下，采用現值法測算分析，方案二的生產成本、總成本和經營成本三項均為最低；方案一的生產成本與總成本為最高，方案四的經營成本為最高。

3）財務凈現值分析：本項目屬于改造項目（截至2017 年，3#站已運行22 年，4#站已運行19 年），本次經濟效益分析按18年綜合考慮，固定資產已完全折舊。項目的主要收益為供冷費，按建設期1年，運行期18 年（含建設期）分析測算本項目各方案在運行期內的費用和效益情況，得出方案二的年均財務凈現值最高，因此，方案二的經濟效益好于其他三個方案。

表3 改造方案經濟性對比

綜上所述，本次區域供冷系統節能改造采用方案二。

3 實施效果

本項目于2017年實施，在能源站新建了1臺直燃機組（制冷量5 815 kW），以及新建能源站至3#站、4#站的供冷管網系統；利用能源站與3#站、4#站已建的循環水泵組成了二級泵系統，實現了能源站對3#站和4#站轄區的集中供冷與負荷調控。針對區域供冷選擇冷凍站內各設備尤其是制冷機組的選擇，是保證區域供冷系統經濟合理運行的關鍵[6]，目前經過2 個供冷季的實際運行檢驗，系統運行平穩正常、安全可靠。

經現場實際了解，與改造前相比，已運行2個供冷季的系統，3#站和4#站兩個站所供區域平均每個供冷季能夠節約運行能耗費用約127.58萬元，綜合節能率約為32%，節能效果顯著。具體能耗對比見表4（能耗單價采用當地計費單價）。

表4 3#站、4#站所供區域改造前后年能耗對比表

4 結語

在新疆某區域供冷系統節能改造過程中，基于技術可行對比四種方案，得出方案二的技術可行性最高；在工程的經濟分析中得出方案二經濟評價指標的財務凈現值(FNPV)為1 195.42，為四個方案中數值最高，技術方案財務可行，經濟效益最高。綜合考慮，方案二最佳。目前，改造后的供冷系統在兩個供冷季運行平穩、安全可靠，能夠滿足該區域集中供冷需求，3#站、4#站所供區域改造前后綜合節能率約為32%，節能效果明顯。