大型天然气CCHP复合系统的经济分析

张 伟，傅道友，夏剑锋，姚明强

（1.重庆工商职业学院，重庆 400052；2.重庆中法能源服务有限责任公司，重庆 400020；3.重庆市住房和城乡建设委员会，重庆 401520；4.重庆市合川建设工程有限公司，重庆 401520）

0 引 言

在我国，建筑能耗占全社会终端能耗的比率已从1978年的10%发展到2014年的27.5%[1]。世界银行预测，到2020年我国将新增建筑面积200多亿m2，建筑能耗有望超越工业用能，成为我国用能的第一领域。到2030年，建筑能耗总量较2010年将增加1倍以上[2]。目前，普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足矛盾的最有效措施之一[3-4]。

重庆所处的四川盆地是我国天然气资源最丰富的地区之一，可供勘探的天然气资源面积18万km2，总资源量7.2万亿m3。重庆地处川东3大天然气气田——龙岗气田、普光气田和元坝气田附近。由于靠近资源地，管道运输成本较低，使得重庆的天然气用气成本较国内大多数城市具有价格优势。此外，三峡库区长江流域水资源丰富，重庆库区内流域面积大于50 km2的河流约370条，境内各类水资源总计4 624.42亿m3[5]，拥有丰富的地表水源（特别是江水）和良好的水量、水温和水质条件。

在节能减排的大背景下，作为应用可再生能源和提高一次能源利用效率的重要技术，冷热电三联供和江水源热泵系统在三峡库区的应用需求更加迫切，而运行的经济性是CCHP+江水源热泵复合系统运营考虑的首要问题。本文以重庆市某大型CCHP复合系统为例，对其经济性进行评价，旨在为该类系统的推广和运营提供参考。

1 项目简介

重庆市某CBD位于长江和嘉陵江两江交汇处，背依南山，东、北、西三面临江，采用以天然气为一次能源进行发电。利用发电余热制冷制热的三联供和江水源热泵复合系统，通过区域管网和能源换热站供给整个区域79.99万m2建筑物各楼栋用户进行集中供冷供热，是长江上游最大的天然气CCHP系统，容积率4.71，其中一期工程建筑面积130 732.87 m2。该CBD总部经济区由15栋建筑构成，功能包括办公、酒店、公寓、会展、商业、餐饮以及金融等，具体指标如表1所示。

该CBD具有建筑物容积率高、空调负荷特性一致性高且毗邻长江具备可再生能源集中利用的优势。同时，区域内天然气供应的保障度高，具备冷热电三联供系统（CCHP）和江水源热泵系统的综合利用，并具有区域供冷供热的条件。

本项目复合系统能源站项目计算期确定为25年，其中建设期5年，生产期20年。本项目计算期第2年生产负荷为15%，第3年为35%，第4年为35%，第5年为35%，第6年及以后各年为100%。

2 复合供能系统配置

此复合能源系统设计中，由燃气内燃机发电承担能源站用电，不足电量由市电补充，多余电量上网，由市电统一输配。在市电事故期间，发电机承担能源站重要电力负荷，保证能源站供电的安全性。在发电的同时，夏季回收烟气废热和缸套水废热驱动溴化锂单、双效复合型吸收式机组制冷；冬季利用吸收式机组回收发电机烟气热量，利用板式换热器回收发电机缸套水热量直接供暖，冷暖不足部分由江水源冷水机组和江水源热泵机组供给。CCHP复合供能系统运行原理如图1所示。

表1 建筑群各功能区面积比例情况

图1 天然气内燃机CCHP和江水源热泵的复合供能系统示意图

3 天然气CCHP复合系统的经济分析

在进行经济评价时，选取常规空调系统作为案例复合供能系统的对比系统。目前，最常规的中央空调系统即为单体建筑设置单独冷热源，对建筑供应冷热负荷。对比系统选取冷水机组+冷却塔+燃气锅炉的常规冷热源系统，单独为各建筑供冷供热。

3.1 总成本费用估算

3.1.1 项目总投资

根据初步设计方案比选报告，常规空调系统初投资情况如表2所示，复合供能系统的各项初投资亦列入其中。

3.1.2 复合供能系统的经营成本

经营成本是项目经济评价中使用的特定概念。作为项目运营期的主要现金流出，它的构成和估算可用下列方法表达[6]：

经营成本=外购原材料、燃料动力费+工资及福利费+修理费+其他费用

表2 系统初投资汇总比较 /万元

①外购原材料、燃料动力费。天燃气价格为2.14元/m3，电价0.805 5元/kW·h，水资源价格0.005元/（kW·h发电量）。

②人员工资及福利费。按项目组织机构，项目建成后编制人员为20人，其中工人4人，按每人平均3万元/年工资测算；技术人员14人，按每人平均7.5万元/年工资测算；管理人员2人，按每人平均10万元/年工资测算。福利费，按人员工资的40%计算。

③修理费用。按运营方要求，本项目中维护修理费包括大修理费、经常修理费等，按设备总投资的10%计算。

④其他费用。其他管理费用按工资及福利费之和为基数的10%计算，其他营业费按营业收入的2%计算。

⑤基本电费。用电容量在315 kVA及以上的大工业用户，执行二部制电价。二部制电价即电费的计算分为两部分：一部分是电度电费，根据用电量计算；一部分是基本电费，根据变压器的容量或设备需用的最大功率按月计算。本项目采用第二种方法计算基本电费。二部制电费的计算公式为：

式中，Ce为电度电费，元；Peb为下载电量电度电价，元/kW·h；Qe为耗电量，元/kW·h；Ceb为基本电费，元；Peb为基本电价，元/（千伏安·月），重庆地区取26元/（千伏安·月）[7]；qeMAXmonth为月最大用电负荷，kW。

本项目能源站每月需用的最大功率如表3所示。

表3 能源站月耗电最大功率表

通过式（1）计算，可得本项目年基本电费为2 011 024.01元。

3.2 复合系统总营业收入估算

3.2.1 营业收入

营业收入主要由供冷、供热和上传电量组成。本工程年供冷量为7 147.97万kW·h，供热量为2 226.59万kW·h，供冷价格为0.6元/kW·h。本项目上网电价按照“渝价[2011]424号”文件中重庆同兴垃圾处理有限公司1号机组按生物质标杆电价0.577元/kW·h执行。

3.2.2 其他收入

①补贴收入。总补贴收入为2 000万元，第2年到第5年每年500万元分拨。

②用户接入费收入。本项目运行时预期接入费按80元/m2（建筑面积）收取。

③其他收入。回收固定资产残值按净残值率取5%计算；回收流动资金按投入资金量计算。

3.3 正常运行年份运行费用估算

此处所说“正常运行年份”指系统建设完成100%，并按优化的运行方式运行时的各年份。以㶲经济成本为优化目标的“余上缺下”运行方式为例，复合系统与常规空调系统在正常运行年份的运行相关费用如表4所示。

表4 正常年份运行费用 /万元

其中，常规空调系统运行耗水费用时，水价按非居民生活用水综合水价按现行价格4.55元/m3执行[8]。

可见，复合系统正常运行年份运行费用略低，比常规空调系统节省5.72%；而年营业收入有大幅增加，增加幅度为23.19%。

4 经济评价

本文选取增量投资回收期（PΔt，年）、净现金流量（NCF，万元）和投资回收期（Pt，年）为评价指标，对案例项目的经济性进行评价。3个指标的计算方法为：

式中，I1、I2为第一、第二方案的投资，万元；C1、C2为第一、二方案的运行费用，万元；A1、A2为第一、第二方案的收益，万元；CI、CO为项目现金流入和现金流出，万元；t表示年份；n为包含建设期的项目寿命，年；T表示各年累计净现金流量的现值首次为正值或零的年数，其他符号同前。

根据式（2），复合系统对常规空调系统的增量投资回收期可以从正常年份的年运行费用节省量和年营业收入增量两方面分别考虑。根据表4可计算出年运行费用节省量方面，常规空调系统年运行费用为4 284.94万元，复合系统为4 039.70万元，增量投资回收期大于25年；而在年营业收入增量方面，常规空调系统年营业收入为5 685.90万元，复合系统为7 004.59万元，增量投资回收期为8.88年；若从年运行费用节省量和年营业收入增量两方面考虑运行期间净现金流量，复合系统运行期间比常规空调系统多1 563.93万元，增量投资回收期为7.49年。

根据式（3）计算可得本项目寿命周期内净现金流量为38 523.41万元，根据式（4）计算可得本项目静态投资回收期为12.64年。

5 结 论

与常规空调系统相比，天然气CCHP+江水源热泵复合系统初投资高出49.77%，正常运行年份运行费用节省5.72%，年营业收入增加23.19%。经济评价中，投资回收期为12.64年，与常规空调系统相比，增量投资回收期仅为7.49年，项目寿命周期内净现金流量为38 523.41万元。从经济评价指标来看，项目盈利状况较好，能较快收回投资成本，尤其是对常规空调系统的增量投资费用。综上所述，天然气CCHP+江水源热泵复合系统在经济上较常规空调系统更具优势，在有条件的地区推广应用是我国建筑节能的有效途径。