基于某燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)研究

謝玉榮，王世朋，劉潤寶，陳 橋

（華電電力科學(xué)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(lián)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(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。

為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，中國陸續(xù)出臺了多項指導(dǎo)性政策，推動新型能源技術(shù)發(fā)展。現(xiàn)階段，燃?xì)夥植际侥茉春途C合能源服務(wù)是實現(xiàn)能源低碳轉(zhuǎn)型和系統(tǒng)效率提升的重要方式。燃?xì)夥植际侥茉词且蕴烊粴獾纫淮文茉礊槿剂希贾迷谟脩舾浇ㄟ^冷熱電三聯(lián)供方式實現(xiàn)能源梯級利用，并在負(fù)荷中心就近實現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，理論綜合能源利用效率在70%以上[1]；綜合能源服務(wù)以實現(xiàn)“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、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(yīng)與能源服務(wù)方式[2]。本文基于燃?xì)夥植际侥茉聪冗M(jìn)供能集成技術(shù)及綜合能源服務(wù)的先進(jìn)服務(wù)理念和商業(yè)模式，研究并提出了基于燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)，并以國內(nèi)某典型項目為研究對象，研究并制定以燃?xì)夥植际侥茉礊榛A(chǔ)的綜合能源服務(wù)實施方案，并探究方案技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

1 方案實施技術(shù)

1.1 燃?xì)夥植际侥茉?/h3>

燃?xì)夥植际侥茉醇夹g(shù)是利用能量梯級轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，實現(xiàn)能源的分級高效轉(zhuǎn)化利用。典型轉(zhuǎn)化利用流程是以燃?xì)庾鳛檩斎肽茉矗紵纬筛邷責(zé)煔猓?jīng)原動機(jī)實現(xiàn)第一級能量回收轉(zhuǎn)化形成電能，再經(jīng)過第二級回收設(shè)備（如余熱鍋爐、煙氣溴化鋰機(jī)組）轉(zhuǎn)化成高品位蒸汽或冷能，最后再經(jīng)過第三級回收設(shè)備（如熱水換熱器、煙氣-熱水型溴化鋰機(jī)組）轉(zhuǎn)化成熱水或冷能，完成燃?xì)鉄嶂蹈咝菁壚谩?/p>

1.2 綜合能源服務(wù)

綜合能源服務(wù)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(diào)冷負(fù)荷等。②綜合服務(wù)。包括能源供應(yīng)服務(wù)、運維服務(wù)、投資服務(wù)、工程服務(wù)、增值服務(wù)等[3]。結(jié)合燃?xì)夥植际侥茉醇夹g(shù)和綜合能源服務(wù)構(gòu)架，筆者提出了基于燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)，在綜合供能方面，利用燃?xì)夥植际侥茉刺峁┗A(chǔ)供能功能；在綜合服務(wù)方面，利用燃?xì)夥植际侥茉吹南到y(tǒng)、人員和技術(shù)等優(yōu)勢，提供能源供應(yīng)、能源運維、能源增值等綜合服務(wù)。

2 方案實施基礎(chǔ)

2.1 園區(qū)發(fā)展概況

項目所在園區(qū)區(qū)位條件較好，位于片區(qū)規(guī)劃發(fā)展重點區(qū)域，片區(qū)規(guī)劃以集高端制造、商務(wù)營運、信息服務(wù)、冷鏈物流、交通樞紐、生活居住為主，存在多元能源產(chǎn)品（冷、熱、電等）和能源服務(wù)（安全用能、綠色用能、售電服務(wù)等）需求，需要構(gòu)建現(xiàn)代化的綜合能源服務(wù)體系滿足園區(qū)高質(zhì)量綠色低碳循環(huán)發(fā)展。

2.2 項目資源情況

項目占地共計約10萬m2，現(xiàn)已開發(fā)利用場地約3.3萬m2；配有技術(shù)人員60多人，專業(yè)涉及能源領(lǐng)域多個專業(yè)。

項目是園區(qū)唯一熱源點，采用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，裝機(jī)容量為30.062 MW+1.7 MW，另配套建成2臺20 t/h燃?xì)忮仩t，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(gòu)建

3.1 實施方案綜合設(shè)想

本方案以現(xiàn)有的燃?xì)夥植际侥茉错椖繛榛A(chǔ)，充分利用項目閑置建設(shè)用地、系統(tǒng)集成能力、富余供能能力和人才技術(shù)隊伍等優(yōu)勢，并新增低碳數(shù)據(jù)中心廠房、冷鏈物流中心廠房、集中供能系統(tǒng)、儲能服務(wù)系統(tǒng)、交通服務(wù)系統(tǒng)等，開展基于燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)業(yè)務(wù)。

在綜合供能方面，利用燃?xì)夥植际侥茉椿A(chǔ)供能功能，通過集中供能系統(tǒng)，為已有服務(wù)對象提供工業(yè)蒸汽，為新增服務(wù)對象如低碳數(shù)據(jù)中心、冷鏈物流中心、儲能服務(wù)系統(tǒng)、周邊商業(yè)中心等利用富余供熱能力提供空調(diào)冷負(fù)荷。

在綜合服務(wù)方面，主要開設(shè)配套租賃服務(wù)、能源增值服務(wù)、商業(yè)化儲能服務(wù)和交通支撐服務(wù)。在配套租賃方面，利用閑置建設(shè)用地建設(shè)低碳數(shù)據(jù)中心和冷鏈物流中心生產(chǎn)廠房，提供廠房租賃服務(wù)；在能源增值服務(wù)方面，利用人才技術(shù)隊伍，為用能對象（如低碳數(shù)據(jù)中心、冷鏈物流中心和周邊商業(yè)中心等）提供節(jié)能服務(wù)、電力交易服務(wù)和用能設(shè)備運維托管等；在商業(yè)儲能服務(wù)方面，利用儲能服務(wù)系統(tǒng)提供電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、企業(yè)峰谷套利等服務(wù)；在交通支撐服務(wù)方面，利用交通服務(wù)系統(tǒng)光儲充一體化設(shè)備為園區(qū)新能源出租車、冷鏈物流車、私家車等提供充電服務(wù)。

3.2 新增負(fù)荷及需求

3.2.1 空調(diào)冷負(fù)荷需求

通過新建低碳數(shù)據(jù)中心、冷鏈物流倉儲中心和儲能服務(wù)系統(tǒng)，將新增冷負(fù)荷約56.3 MW，詳細(xì)情況如表1所示。其中低碳數(shù)據(jù)中心設(shè)備散熱新增設(shè)計冷負(fù)荷18.3 MW，年均空置率按10%計列；冷鏈物流冷庫新增冷負(fù)荷18.0 MW，年均空置率按20%計列；儲能服務(wù)系統(tǒng)新增冷負(fù)荷10.0 MW，年運行小時為1 000 h；周邊商業(yè)中心空調(diào)冷負(fù)荷10.0 MW，年均供冷約1 050 h。

表1 新增空調(diào)冷負(fù)荷需求情況

3.2.2 電力交易負(fù)荷需求

園區(qū)內(nèi)企業(yè)電力供應(yīng)暫由電網(wǎng)公司提供。對園區(qū)內(nèi)典型的12家企業(yè)用電情況進(jìn)行調(diào)研，年用電量總負(fù)荷約為19 684.58萬kW·h。結(jié)合園區(qū)現(xiàn)狀和未來規(guī)劃新增負(fù)荷，“十四五”期間園區(qū)企業(yè)年總電力交易負(fù)荷需求預(yù)計可達(dá)30 000萬kW·h。

3.2.3 儲能服務(wù)需求

項目所在省印發(fā)了“十四五”能源發(fā)展專項規(guī)劃、電力調(diào)頻和調(diào)峰輔助服務(wù)市場交易規(guī)則等政策性文件，鼓勵建設(shè)儲能電站項目，提供商業(yè)化儲能服務(wù)，提升當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)安全性和電能質(zhì)量，促進(jìn)當(dāng)?shù)匾孕履茉礊橹黧w的新型電力系統(tǒng)建設(shè)。此外，項目所在地企業(yè)的峰電價格約是谷電價格的2.8倍，園區(qū)企業(yè)存在降低電費成本的需求。

3.2.4 其他服務(wù)需求

項目所在園區(qū)是片區(qū)規(guī)劃發(fā)展核心區(qū)，存在綠色交通服務(wù)配套需求，為片區(qū)數(shù)千輛新能源汽車提供充電服務(wù)，支撐區(qū)域綠色交通發(fā)展。

另外，項目所在省售電市場準(zhǔn)入存在一定條件限制，導(dǎo)致部分企業(yè)不具備準(zhǔn)入資格，需要通過代理機(jī)構(gòu)參與售電市場；并且需要代理機(jī)構(gòu)提供專業(yè)服務(wù)，并通過組團(tuán)形成一定規(guī)模交易量，借助市場競價，獲取低價電量。

3.3 配套新建設(shè)施

為滿足園區(qū)現(xiàn)有和新增負(fù)荷需求，以燃?xì)夥植际侥茉凑緸榛A(chǔ)，在能源站內(nèi)利用閑置建設(shè)用地配套建設(shè)低碳數(shù)據(jù)中心廠房、冷鏈物流倉儲中心廠房、集中供能系統(tǒng)、儲能服務(wù)系統(tǒng)和交通服務(wù)系統(tǒng)。

3.3.1 低碳數(shù)據(jù)中心廠房

低碳數(shù)據(jù)中心廠房選址在能源站內(nèi)，用地面積約14 000 m2，建筑面積約30 000 m2。低碳數(shù)據(jù)中心規(guī)劃容量約為4 000個機(jī)柜（由租賃方購置），設(shè)計冷負(fù)荷為18.3 MW，設(shè)計電負(fù)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(shè)計冷負(fù)荷為18.0 MW，設(shè)計電負(fù)荷為2.4 MW。

3.3.3 集中供能系統(tǒng)

集中供能系統(tǒng)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?xì)夥植际侥茉凑竟嵩O(shè)施為基礎(chǔ)，滿足現(xiàn)有企業(yè)供熱需求和新增低碳數(shù)據(jù)中心、冷鏈物流倉儲中心、儲能服務(wù)系統(tǒng)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(jī)組及配套設(shè)施，同步建設(shè)3套1 600 RT蒸汽溴化鋰機(jī)組及配套設(shè)施，滿足新增空調(diào)冷負(fù)荷需求。

3.3.4 儲能服務(wù)系統(tǒng)

儲能服務(wù)系統(tǒng)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(nèi)，主要為電網(wǎng)提供電力輔助服務(wù)，規(guī)劃建設(shè)總?cè)萘繛?00 MW/200 MW·h，總用地面積約20 000 m2，采用預(yù)制集裝箱建設(shè)模式，并由集中供能系統(tǒng)為儲能設(shè)備提供散熱所需冷負(fù)荷；分散式儲能單元建在園區(qū)企業(yè)廠區(qū)內(nèi)，主要以峰谷套利方式為企業(yè)降低用電成本，規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為10 MW/20 MW·h，由儲能服務(wù)中心提供運行和管理服務(wù)。

3.3.5 交通服務(wù)系統(tǒng)

交通服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)用地面積約3 000 m2，擬建設(shè)150個充電車位及配套設(shè)備，并建設(shè)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(qū)新能源出租車、冷鏈物流車、私家車等提供充電服務(wù)，實現(xiàn)光伏電量全額消納。

3.4 方案運營策略

結(jié)合本方案實施內(nèi)容，從綜合供能和綜合服務(wù)2個方面制定運營策略：①綜合供能。結(jié)合燃?xì)夥植际侥茉凑靖挥喙岙a(chǎn)能和電網(wǎng)谷電價格優(yōu)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(tǒng)向電網(wǎng)年總購電約1 832萬kW·h驅(qū)動電制冷機(jī)組，為數(shù)據(jù)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(tǒng)年供汽量9.32萬t蒸汽驅(qū)動溴化鋰機(jī)組，為數(shù)據(jù)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(wǎng)電驅(qū)動電制冷機(jī)組為冷鏈物流中心提供6.05萬GJ冷量。②綜合服務(wù)。在租賃服務(wù)方面，利用能源站閑置建設(shè)用地開發(fā)開發(fā)建設(shè)30 000 m2低碳數(shù)據(jù)中心和24 000 m2冷鏈物流中心廠房，提供租賃服務(wù)，租金每5年增長5%收取；在能源增值服務(wù)方面，開展電力交易服務(wù)，通過組團(tuán)方式為園區(qū)企業(yè)提供約2億kW·h購售電服務(wù)，并開展節(jié)能降耗服務(wù)，以低碳數(shù)據(jù)中心和冷鏈物流中心為首批示范，并向園區(qū)企業(yè)推廣；在商業(yè)儲能服務(wù)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(wù)市場規(guī)則制定動態(tài)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(yè)實現(xiàn)峰谷套利服務(wù)，年總售電量為1 050萬kW·h；在交通支撐服務(wù)方面，交通服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)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(tǒng)以“多充多放”模式運行，并由電網(wǎng)補(bǔ)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(yù)計總投資為9.4億元，投資費用如表2所示，其中低碳數(shù)據(jù)中心和冷鏈物流倉儲中心廠房建設(shè)費僅含土建費用，配套設(shè)備費由租賃方承擔(dān)。

表2 項目投資費用情況

4.2 盈利模式

本綜合能源服務(wù)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(wù)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(shù)據(jù)中心、冷鏈物流倉儲中心、儲能服務(wù)系統(tǒng)（集中式儲能單元）和周邊商業(yè)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(wù)方面。收益主要來自配套租賃服務(wù)、能源增值服務(wù)、商業(yè)儲能服務(wù)和交通支撐服務(wù)。其中，配套租賃服務(wù)收益主要為低碳數(shù)據(jù)中心和冷鏈物流倉儲中心租賃服務(wù)，收益按照含稅租金為2元/（d·m2），數(shù)據(jù)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(wù)收益暫僅統(tǒng)計售電服務(wù)收益，年售電量約為2億kW·h，服務(wù)費以0.02元/kW·h計列；商業(yè)儲能服務(wù)收益分為調(diào)峰服務(wù)收益和峰谷套利服務(wù)收益，其中調(diào)峰服務(wù)收益的調(diào)峰小時數(shù)和調(diào)峰電價分別暫按1 000 h和0.5元/kW·h計列，谷套利服務(wù)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(wù)收益來自充電站售電及服務(wù)收益，電動汽車充電價格及服務(wù)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(chǎn)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(chǎn)原值的3.5%計取。③折舊。固定資產(chǎn)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(chǎn)按10年攤銷，其他資產(chǎn)按5年攤銷。⑤建設(shè)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(shè)集中供能中心、低碳數(shù)據(jù)中心、冷鏈物流倉儲中心、儲能服務(wù)中心和綠色交通綜合服務(wù)中心，工程靜態(tài)投資94 000萬元，項目資本金財務(wù)內(nèi)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(jié)束語

本文提出了基于燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)，結(jié)合具體實施案例，得出以下結(jié)論：①基于燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)耦合了高效能源轉(zhuǎn)化和先進(jìn)能源服務(wù)理念，可滿足“雙碳”發(fā)展要求下終端用戶多元用能需求；②基于典型燃?xì)夥植际侥茉错椖浚瑯?gòu)建綜合能源服務(wù)生態(tài)，制定基于燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)實施方案，經(jīng)研發(fā)分析，實施方案技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)效益顯著；③基于燃?xì)夥植际侥茉吹木C合能源服務(wù)發(fā)展模式，燃?xì)夥植际侥茉错椖靠赏ㄟ^構(gòu)建供能服務(wù)生態(tài)方式，解決供能和用能匹配難的問題，提升系統(tǒng)供能效率和設(shè)備利用率，實現(xiàn)項目提質(zhì)增效。