楼宇型分布式能源方案猜想与经济性评价

 本报告以具有普适性的楼宇型建筑为研究对象，基于研究对象的设定体量，结合相关规范规程及资料，整理分析其相应的冷、热、电负荷。根据冷、热负荷、电负荷需求，研究电空调、燃气直燃型空调和分布式能源这三种供能方式的装机和运行方案。并基于电空调和燃气直燃型空调机等传统制冷、供热方式的成本测算，对分布式能源系统的装机运行方案进行了完整的经济分析，对这三种供能方式进行了比较与论证，对分布式冷热电三联供能源方案的经济性进行了深入研究，并对分布式能源站的反测电价敏感因素进行了详细探讨，为相关政策制定提供依据。

1. 研究背景

天然气分布式能源的起源可追溯到上世纪80年代在美国的冷热电三联供技术，其利用发电余热来供热或驱动制冷机制冷，一次能源利用率可高达95%以上。作为21世纪科学用能的最佳方式，分布式能源的发展利用在30年间已逐渐得到世界各国的广泛重视。天然气分布式能源系统是一种高效、节能、环保的用户端能源综合利用系统，已成为世界能源技术的发展潮流。国际分布式能源联盟主席汤姆•卡斯顿曾说过：“分布式能源的革命即将发生，将像30年前发生的绿色革命一样产生深远的影响” 。

2010国家能源局召开了《我国天然气分布式能源专题研讨会》，我国开始明确了发展分布式能源系统的必要性。尽管国内目前发展天然气冷热电联产系统的政策不到位，各行业间的认识还没有完全统一，但是以北京、上海、广州等为代表的大城市起了很好的带头作用，使得我国的天然气分布式能源系统建设进入实质性开发阶段，大量的分布式能源系统的实际应用为我国下一步的政策制定、方案推广等起到了很大的作用。同时，地方政府的补贴也在推动分布式系统的发展。例如，目前上海市和长沙市政府对单机1万千瓦及以下的分布式供能系统设备按1000元/千瓦进行补贴。目前国内在建和已建的分布式能源项目超过30个，可以预见，天然气分布式能源在我国有着广阔的应用前景。

虽然天然气分布式供能是一种能源利用率高、环境友好的用户终端能源利用系统，但由于用户侧供能需求不同、各地天然气燃料价格不同，其经济性有待系统的分析研究。因此，本文以典型楼宇式建筑为研究对象，在设定的冷、热、电负荷需求下，对电空调、燃气直燃机空调、分布式能源站这三种供能方式的经济性进行了深入比较，并在此基础上对分布式能源站的经济敏感性进行了研究，对影响能源站经济效益的主要因素(总投资、气价、负荷率)进行了评估，为发展天然气分布式能源站提供了技术经济指导。

2. 研究对象和方法

2.1研究对象

分布式能源系统的建设在于满足需求用户的冷、热、电负荷的同时最大程度实现能源梯级利用。通过在需求现场根据用户对能源产品的不同需求，实现温度对口供应能源。根据国外的分布式能源项目建设模式，其用户对象主要为具有一定用电需求和冷热需求的公共楼宇建筑，如宾馆、学校、商业综合体等，或者是对电源供应要求较高的用户以及电力接入困难的用户。

对于商场、医院、办公楼、学校、宾馆等这些小规模用户的分布式能源系统(或称楼宇式分布式能源)，这些不同场合用户侧的供能模式基本类似，其天然气分布式能源站的区别主要体现在以下两个方面： 1)冷、热、电功率的不同;2)全年冷、热、电总需求的不同。

对于不同的冷、热功率需求，事实上只需增加装机容量，对于单位千瓦的冷、热功率需求来说，其造价大致相同，其耗气量大致相同。也就是说，对于不同的应用场合来说，单位千瓦的冷、热功率的经济评价结果将是大致相同的。而对于全年冷、热需求的不同(也称为负荷率不同)，可以针对负荷率进行敏感性分析，获得具体应用的经济评价。

因此，可以采用典型用户来进行楼宇式分布式能源技术的经济分析，同时通过各类指标的敏感性分析获得其他应用场合的结果。

2.2研究方法

为了评价天然气冷热电三联供系统的经济性，有必要将其与传统电空调和燃气直燃空调来制冷/供热的经济成本进行对比，并对影响分布式能源系统经济性的主要因素进行敏感分析。鉴于此，本文的研究思路和方法如下：

1、以典型楼宇建筑(浙江国际大酒店)为例，设定冷、热、电负荷需求;

2、根据冷热负荷需求进行电空调、燃气直燃空调、分布式能源系统的选型。其中，电空调和燃气直燃空调时用电由市电提供;对于分布式能源站，我们采用以冷、热定电的方式(通常分布式能源站产生的电功率不能完全满足典型楼宇式应用的电功率需求)。因此，分布式能源站装机的选择通常以冷、热功率需求进行选择，不足电量以购买市电方式解决。同时，考虑到外部电网存在较大的峰谷电价差，因此为了用户经济效益，在电价较低的谷电期间，分布式能源站不运行，而主要运行在峰电期间。

3、对电空调方案、燃气直燃空调的年运行情况进行计算分析，得出耗电、耗气、耗水等费用，再考虑机组的总投资以及折旧、维护等相关费用，综合计算出电空调、燃气直燃空调的制冷和制热成本;

4、根据社会市场上电空调和燃气直燃空调的安装比例，加权折算出用户制冷/制热的成本;

5、根据分布式能源站的年运行情况，计算出耗电、耗水、耗气等费用，再考虑机组的总投资及折旧、维护等相关费用可以得出总生产成本;由于能源站的产品包括冷、热、电，因此在冷价和热价一定的前提下，可以反测出分布式能源站的电价，我们用这个反测电价与市电价格对比，即可明确分布式能源站的经济性;

6、对分布式能源站的反测电价进行敏感分析，研究总投资、天然气价、负荷率对反测电价的影响。而这三大因素直接影响到天然气分布式能源站的经济性和政策扶持依据。

3. 负荷设定及方案设想

3.1 负荷设定

基于楼宇型建筑物的特点，以浙江国际大酒店的应用为例，冷、热、电负荷设定依据建筑物冷、热、电负荷指标和建筑物需制冷、供热、供电的建筑面积，以及负荷变化系数进行确定。总建筑面积30000m2，其中需制冷、供热的面积选为25000m2。

制冷期考虑6个月计180天，采暖期考虑4个月计120天，过渡期2个月计60天。冷、热负荷指标依据《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)空调冷热指标推荐值，并参照杭州地区的气候特点，冷、热指标分别选为120W/m2、70 W/m2，则设计冷、热负荷分别为3MW、1.75MW;电负荷指标选为50W/m2，则平均用电负荷为1.5MW。参照浙江省电网电价尖峰、高峰和低谷时段划分，核算各电价时段负荷变化系数，确定不同电价时段对应的冷、热、电负荷。

3.2 方案设想

根据目前市场上常用的供能方式，我们设定了满足该用户冷热电需求的三种方案如下：

一、电空调制冷/制热+市电

二、燃气直燃空调制冷/制热+市电

三、燃气内燃机+热水烟气型溴化锂机组+电空调+市电

对于楼宇式分布式能源站，适用机型是微燃机和燃气内燃机。但由于微燃机容量小，成本较高，效率较低，相比燃气内燃机不具优势。本文研究对象的电负荷1500KW，规模适合内燃机，并且小容量内燃机的发电效率要高于燃气轮机，输出功率基本不受环境温度影响。因此本文对楼宇式分布式能源站的分析采用燃气内燃机进行。

此外，分布式能源站配备了电空调，主要是在谷电期市电价格较低，停运分布式能源站而采用市电和电空调较合适。

4. 方案经济性比较

针对各方案的运行情况和费用计算，我们设定了如下边界条件：

1)电空调机方案静态投资按500万元考虑;

2)燃气直燃型空调机方案工程静态投资暂按700万元考虑;

3)分布式内燃机方案工程静态投资暂按3900万元考虑

4)根据浙江省电网销售电价，一般工商业及其他用电尖峰电价为1.406元/kWh;高峰电价为1.108元/kWh;谷电价为0.596元/kWh;

5)天然气价格：燃气直燃型空调机方案按杭州市商用天然气价格4.84元/Nm3。分布式内燃机方案按浙江省天然气开发有限公司向各城市销售的工业用天然气门站价格，除居民用气外，为3.23元/Nm3，门站后管输价格按0.1元/Nm3考虑，共3.33元/Nm3。

6)天然气热值设为36000kJ/m3。