基于某燃氣分布式能源的綜合能源服務研究

謝玉榮，王世朋，劉潤寶，陳 橋

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

2020年9 月，中國在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布：力爭在2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。

為實現“雙碳”目標，中國陸續出臺了多項指導性政策，推動新型能源技術發展。現階段，燃氣分布式能源和綜合能源服務是實現能源低碳轉型和系統效率提升的重要方式。燃氣分布式能源是以天然氣等一次能源為燃料，布置在用戶附近，通過冷熱電三聯供方式實現能源梯級利用，并在負荷中心就近實現能源供應的現代能源供應方式，理論綜合能源利用效率在70%以上[1]；綜合能源服務以實現“創新、協調、綠色、開放、共享”為宗旨，滿足終端用戶多元、安全、清潔、高效能源需求的新型能源供應與能源服務方式[2]。本文基于燃氣分布式能源先進供能集成技術及綜合能源服務的先進服務理念和商業模式，研究并提出了基于燃氣分布式能源的綜合能源服務，并以國內某典型項目為研究對象，研究并制定以燃氣分布式能源為基礎的綜合能源服務實施方案，并探究方案技術的可行性和經濟性。

1 方案實施技術

1.1 燃氣分布式能源

燃氣分布式能源技術是利用能量梯級轉化利用技術，實現能源的分級高效轉化利用。典型轉化利用流程是以燃氣作為輸入能源，燃燒形成高溫煙氣，經原動機實現第一級能量回收轉化形成電能，再經過第二級回收設備（如余熱鍋爐、煙氣溴化鋰機組）轉化成高品位蒸汽或冷能，最后再經過第三級回收設備（如熱水換熱器、煙氣-熱水型溴化鋰機組）轉化成熱水或冷能，完成燃氣熱值高效梯級利用。

1.2 綜合能源服務

綜合能源服務主要包含2層含義：①綜合供能。涵蓋多種類型，包括電力、蒸汽、熱水、空調冷負荷等。②綜合服務。包括能源供應服務、運維服務、投資服務、工程服務、增值服務等[3]。結合燃氣分布式能源技術和綜合能源服務構架，筆者提出了基于燃氣分布式能源的綜合能源服務，在綜合供能方面，利用燃氣分布式能源提供基礎供能功能；在綜合服務方面，利用燃氣分布式能源的系統、人員和技術等優勢，提供能源供應、能源運維、能源增值等綜合服務。

2 方案實施基礎

2.1 園區發展概況

項目所在園區區位條件較好，位于片區規劃發展重點區域，片區規劃以集高端制造、商務營運、信息服務、冷鏈物流、交通樞紐、生活居住為主，存在多元能源產品（冷、熱、電等）和能源服務（安全用能、綠色用能、售電服務等）需求，需要構建現代化的綜合能源服務體系滿足園區高質量綠色低碳循環發展。

2.2 項目資源情況

項目占地共計約10萬m2，現已開發利用場地約3.3萬m2；配有技術人員60多人，專業涉及能源領域多個專業。

項目是園區唯一熱源點，采用燃氣-蒸汽聯合循環機組，裝機容量為30.062 MW+1.7 MW，另配套建成2臺20 t/h燃氣鍋爐，作為供熱備用汽源。項目富余供熱能力，中壓蒸汽額定度年供熱量為35萬t，實際供熱量為8.70萬t；低壓蒸汽額定度年供熱量為20萬t，實際供熱量為9.45萬t。

3 實施方案構建

3.1 實施方案綜合設想

本方案以現有的燃氣分布式能源項目為基礎，充分利用項目閑置建設用地、系統集成能力、富余供能能力和人才技術隊伍等優勢，并新增低碳數據中心廠房、冷鏈物流中心廠房、集中供能系統、儲能服務系統、交通服務系統等，開展基于燃氣分布式能源的綜合能源服務業務。

在綜合供能方面，利用燃氣分布式能源基礎供能功能，通過集中供能系統，為已有服務對象提供工業蒸汽，為新增服務對象如低碳數據中心、冷鏈物流中心、儲能服務系統、周邊商業中心等利用富余供熱能力提供空調冷負荷。

在綜合服務方面，主要開設配套租賃服務、能源增值服務、商業化儲能服務和交通支撐服務。在配套租賃方面，利用閑置建設用地建設低碳數據中心和冷鏈物流中心生產廠房，提供廠房租賃服務；在能源增值服務方面，利用人才技術隊伍，為用能對象（如低碳數據中心、冷鏈物流中心和周邊商業中心等）提供節能服務、電力交易服務和用能設備運維托管等；在商業儲能服務方面，利用儲能服務系統提供電網調頻調峰、企業峰谷套利等服務；在交通支撐服務方面，利用交通服務系統光儲充一體化設備為園區新能源出租車、冷鏈物流車、私家車等提供充電服務。

3.2 新增負荷及需求

3.2.1 空調冷負荷需求

通過新建低碳數據中心、冷鏈物流倉儲中心和儲能服務系統，將新增冷負荷約56.3 MW，詳細情況如表1所示。其中低碳數據中心設備散熱新增設計冷負荷18.3 MW，年均空置率按10%計列；冷鏈物流冷庫新增冷負荷18.0 MW，年均空置率按20%計列；儲能服務系統新增冷負荷10.0 MW，年運行小時為1 000 h；周邊商業中心空調冷負荷10.0 MW，年均供冷約1 050 h。

表1 新增空調冷負荷需求情況

3.2.2 電力交易負荷需求

園區內企業電力供應暫由電網公司提供。對園區內典型的12家企業用電情況進行調研，年用電量總負荷約為19 684.58萬kW·h。結合園區現狀和未來規劃新增負荷，“十四五”期間園區企業年總電力交易負荷需求預計可達30 000萬kW·h。

3.2.3 儲能服務需求

項目所在省印發了“十四五”能源發展專項規劃、電力調頻和調峰輔助服務市場交易規則等政策性文件，鼓勵建設儲能電站項目，提供商業化儲能服務，提升當地電網安全性和電能質量，促進當地以新能源為主體的新型電力系統建設。此外，項目所在地企業的峰電價格約是谷電價格的2.8倍，園區企業存在降低電費成本的需求。

3.2.4 其他服務需求

項目所在園區是片區規劃發展核心區，存在綠色交通服務配套需求，為片區數千輛新能源汽車提供充電服務，支撐區域綠色交通發展。

另外，項目所在省售電市場準入存在一定條件限制，導致部分企業不具備準入資格，需要通過代理機構參與售電市場；并且需要代理機構提供專業服務，并通過組團形成一定規模交易量，借助市場競價，獲取低價電量。

3.3 配套新建設施

為滿足園區現有和新增負荷需求，以燃氣分布式能源站為基礎，在能源站內利用閑置建設用地配套建設低碳數據中心廠房、冷鏈物流倉儲中心廠房、集中供能系統、儲能服務系統和交通服務系統。

3.3.1 低碳數據中心廠房

低碳數據中心廠房選址在能源站內，用地面積約14 000 m2，建筑面積約30 000 m2。低碳數據中心規劃容量約為4 000個機柜（由租賃方購置），設計冷負荷為18.3 MW，設計電負荷為14.1 MW。

3.3.2 冷鏈物流倉儲中心廠房

冷鏈物流中心總用地面積約12 000 m2，總建筑面積約24 000 m2。冷鏈物流中心設計冷負荷為18.0 MW，設計電負荷為2.4 MW。

3.3.3 集中供能系統

集中供能系統分為集中供熱和集中供冷2個單元。其中，集中供熱單元以燃氣分布式能源站供熱設施為基礎，滿足現有企業供熱需求和新增低碳數據中心、冷鏈物流倉儲中心、儲能服務系統制冷所需蒸汽需求；集中供冷單元用地面積約為3 000 m2，新建3套2 700 RT+2套800 RT離心式冷水機組及配套設施，同步建設3套1 600 RT蒸汽溴化鋰機組及配套設施，滿足新增空調冷負荷需求。

3.3.4 儲能服務系統

儲能服務系統按照形式分集中式儲能單元和分散式儲能單元。其中，集中式儲能單元建在能源站內，主要為電網提供電力輔助服務，規劃建設總容量為100 MW/200 MW·h，總用地面積約20 000 m2，采用預制集裝箱建設模式，并由集中供能系統為儲能設備提供散熱所需冷負荷；分散式儲能單元建在園區企業廠區內，主要以峰谷套利方式為企業降低用電成本，規劃建設規模為10 MW/20 MW·h，由儲能服務中心提供運行和管理服務。

3.3.5 交通服務系統

交通服務系統建設用地面積約3 000 m2，擬建設150個充電車位及配套設備，并建設1 MW的屋頂光伏電站和容量0.5 MW/1 MW·h的蓄電池，為園區新能源出租車、冷鏈物流車、私家車等提供充電服務，實現光伏電量全額消納。

3.4 方案運營策略

結合本方案實施內容，從綜合供能和綜合服務2個方面制定運營策略：①綜合供能。結合燃氣分布式能源站富余供熱產能和電網谷電價格優勢，按照分時電價時段制定供能方案。在低谷時段，集中供能系統向電網年總購電約1 832萬kW·h驅動電制冷機組，為數據中心、儲能中心、冷鏈物流中心和周邊用戶提供約40.66萬GJ冷量；在平時段和高峰時段，能源站向集中供能系統年供汽量9.32萬t蒸汽驅動溴化鋰機組，為數據中心、儲能中心和周邊用戶提供約35.63萬GJ冷量，同時利用約421萬kW·h網電驅動電制冷機組為冷鏈物流中心提供6.05萬GJ冷量。②綜合服務。在租賃服務方面，利用能源站閑置建設用地開發開發建設30 000 m2低碳數據中心和24 000 m2冷鏈物流中心廠房，提供租賃服務，租金每5年增長5%收取；在能源增值服務方面，開展電力交易服務，通過組團方式為園區企業提供約2億kW·h購售電服務，并開展節能降耗服務，以低碳數據中心和冷鏈物流中心為首批示范，并向園區企業推廣；在商業儲能服務方面，100 MW/200 MW·h集中式儲能單元按照項目所在地電力輔助服務市場規則制定動態運行策略，10 MW/20 MW·h分散式儲能單元以“兩充兩放”模式運行為企業實現峰谷套利服務，年總售電量為1 050萬kW·h；在交通支撐服務方面，交通服務系統優先消納光伏100萬kW·h電量，并通過0.5 MW/1 MW·h的蓄電池系統以“多充多放”模式運行，并由電網補充年均約1 315萬kW·h電量缺口。

4 方案實施收益

4.1 項目初投資

項目預計總投資為9.4億元，投資費用如表2所示，其中低碳數據中心和冷鏈物流倉儲中心廠房建設費僅含土建費用，配套設備費由租賃方承擔。

表2 項目投資費用情況

4.2 盈利模式

本綜合能源服務方案主要盈利模式分為2種類型，即綜合供能收益和綜合服務收益。主要收益情況如下：①綜合供能方面。收益主要來自低碳數據中心、冷鏈物流倉儲中心、儲能服務系統（集中式儲能單元）和周邊商業中心用冷收益。目前參考的含稅冷價為90元/GJ，年售冷量為82.3萬GJ。②綜合服務方面。收益主要來自配套租賃服務、能源增值服務、商業儲能服務和交通支撐服務。其中，配套租賃服務收益主要為低碳數據中心和冷鏈物流倉儲中心租賃服務，收益按照含稅租金為2元/（d·m2），數據中心可出租面積為30 000 m2，冷鏈冷庫可出租面積為24 000 m2，租金每5年增長5%計列；能源增值服務收益暫僅統計售電服務收益，年售電量約為2億kW·h，服務費以0.02元/kW·h計列；商業儲能服務收益分為調峰服務收益和峰谷套利服務收益，其中調峰服務收益的調峰小時數和調峰電價分別暫按1 000 h和0.5元/kW·h計列，谷套利服務以“兩充兩放”模式運行，按照年運行300 d年總售電量為1 050萬kW·h計列；交通支撐服務收益來自充電站售電及服務收益，電動汽車充電價格及服務價格按照1.2元/kW·h計列。

4.3 項目收益分析

4.3.1 測算邊界條件

邊界條件具體如下：①外購能源產品價格。低谷時段電價為0.317 7元/kW·h，平時段電價為0.607 7元/kW·h，高峰時段電價為0.897 7元/kW·h，蒸汽價格為260元/t。②修理費。按固定資產原值的3.5%計取。③折舊。固定資產折舊年限為18年，殘值率為5%，采用年限平均法計算。④攤銷。無形資產按10年攤銷，其他資產按5年攤銷。⑤建設投資長期貸款按貸款期15年，等額本金還款，長期貸款利率為4.9%。⑥流動資金貸款利率為4.35%。

4.3.2 項目收益情況

項目配套建設集中供能中心、低碳數據中心、冷鏈物流倉儲中心、儲能服務中心和綠色交通綜合服務中心，工程靜態投資94 000萬元，項目資本金財務內部收益率11.84%，項目具有較好盈利能力。項目投資收益情況如表3所示。

表3 項目投資收益情況

5 結束語

本文提出了基于燃氣分布式能源的綜合能源服務，結合具體實施案例，得出以下結論：①基于燃氣分布式能源的綜合能源服務耦合了高效能源轉化和先進能源服務理念，可滿足“雙碳”發展要求下終端用戶多元用能需求；②基于典型燃氣分布式能源項目，構建綜合能源服務生態，制定基于燃氣分布式能源的綜合能源服務實施方案，經研發分析，實施方案技術可行且經濟效益顯著；③基于燃氣分布式能源的綜合能源服務發展模式，燃氣分布式能源項目可通過構建供能服務生態方式，解決供能和用能匹配難的問題，提升系統供能效率和設備利用率，實現項目提質增效。