某新區(qū)區(qū)域集中供冷供熱模式及經(jīng)濟(jì)性探析

許 寧

（廣東粵電濱海灣能源有限公司，廣東東莞 523000）

0 引言

區(qū)域能源技術(shù)起源自20世紀(jì)70年代的日本，目前已有近50年的發(fā)展歷史，在歐洲、美國等發(fā)達(dá)國家及地區(qū)比較普及。當(dāng)前，區(qū)域集中供冷技術(shù)在我國蓬勃發(fā)展，其在珠海橫琴新區(qū)、深圳前海、上海虹橋商務(wù)區(qū)、廣州大學(xué)城均得到了良好應(yīng)用[1]。

所謂“區(qū)域集中供冷”，就是在一個(gè)建筑集群內(nèi)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)集中能源站制備空調(diào)熱（冷）水，再通過地下管網(wǎng)或循環(huán)水管道系統(tǒng)向區(qū)域內(nèi)的各座建筑單體提供空調(diào)冷量、熱量，即集中生產(chǎn)+輸配熱（冷）量。

1 項(xiàng)目背景

某新區(qū)所在區(qū)域正在建設(shè)三臺(tái)H級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)（總裝機(jī)容量約2 000 MW）熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)供熱量380 t/h，合計(jì)供熱量為1 140 t/h，供熱參數(shù)為300 ℃、1.6 MPa。電廠位于該新區(qū)的正北方向，新區(qū)所轄范圍均處于有效供熱范圍。

電廠發(fā)電是保障區(qū)域電力供應(yīng)安全的剛需，發(fā)電產(chǎn)生的余熱若不進(jìn)行有效利用，將造成巨大浪費(fèi)，因此充分利用電廠余熱，對某新區(qū)進(jìn)行集中供熱（冷），將大幅度提高區(qū)域綜合能源利用效率。

區(qū)域集中供熱（冷）系統(tǒng)相對于各用戶自建空調(diào)熱（冷）源系統(tǒng)，具備顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。一是可大幅提高土地利用效率，區(qū)域入駐用戶無須自建空調(diào)熱（冷）源系統(tǒng)，可大大節(jié)約用戶熱（冷）機(jī)房，總體節(jié)約空調(diào)機(jī)房建筑面積比例可達(dá)50%以上；二是可減少設(shè)備投資，由于區(qū)域內(nèi)各座建筑的負(fù)荷峰值不可能同時(shí)出現(xiàn)，因此區(qū)域供熱（冷）系統(tǒng)的總裝機(jī)容量會(huì)大幅小于各用戶自建系統(tǒng)的總?cè)萘浚瑥亩梢杂行p少設(shè)備投資；三是可提高能源利用效率，通過在區(qū)域供熱（冷）系統(tǒng)中綜合利用各類高效和清潔供能技術(shù)，促進(jìn)多類能源的融合、互補(bǔ)、協(xié)同，提升能源利用效率，削減區(qū)域能源消費(fèi)總量；四是提升區(qū)域發(fā)展品質(zhì)，各用戶建筑無須再單獨(dú)設(shè)置室外掛機(jī)、屋面冷卻塔，可減少城市熱島效應(yīng)，消除因常規(guī)式供冷大量室外空調(diào)設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染、熱污染和飄水影響，同時(shí)降低一次能源消耗，減少室內(nèi)和戶外的空氣污染[2]。

2 項(xiàng)目建設(shè)方案

根據(jù)新區(qū)開發(fā)建設(shè)進(jìn)度以及相關(guān)用地規(guī)劃，計(jì)劃先在新區(qū)其中一個(gè)板塊實(shí)施集中供熱（冷）項(xiàng)目。在商業(yè)、辦公、酒店、醫(yī)院等用熱（冷）集中的公共建筑區(qū)域，設(shè)置5座集中供熱（冷）子站，利用蒸汽作為熱源實(shí)現(xiàn)供熱（冷）子站為公共建筑用戶集中供熱（冷）。

2.1 項(xiàng)目負(fù)荷預(yù)測

本項(xiàng)目預(yù)計(jì)納入集中供能的建筑面積約1962.88萬m2，按60%的建筑采用集中供熱（冷），根據(jù)各建筑面積、地塊性質(zhì)及CJJ 34—2002《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用指標(biāo)法得到供熱（冷）子站供能負(fù)荷預(yù)測估算，如表1所示[3]。通過供能負(fù)荷轉(zhuǎn)化，進(jìn)而得到供熱（冷）子站所需蒸汽負(fù)荷估算，如表2所示。

表1 供熱（冷）子站供能負(fù)荷預(yù)測

表2 供熱（冷）子站蒸汽負(fù)荷預(yù)測

2.2 項(xiàng)目建設(shè)方案

為保障供能系統(tǒng)的安全可靠，集中供熱（冷）子站的供冷系統(tǒng)采用電制冷+吸收式制冷+冰蓄冷相結(jié)合的技術(shù)方案。為減少項(xiàng)目總投資，降低工程實(shí)施難度，縮減工期，實(shí)現(xiàn)集約化建設(shè)，將集中供熱系統(tǒng)與集中供冷系統(tǒng)結(jié)合，共用站房及管網(wǎng)，集中供熱站服務(wù)范圍與集中供冷一致。集中供熱系統(tǒng)與供冷共用管路，冬季供熱、夏季供冷，減少管網(wǎng)投資，降低管網(wǎng)實(shí)施難度，實(shí)現(xiàn)集約化建設(shè)。各區(qū)域集中供熱用戶與市政管網(wǎng)以汽水換熱器連接[4]。

供熱（冷）子站共設(shè)置三層，第一層為蓄冰層及輔助設(shè)備層，第二層為制冷主機(jī)設(shè)備和換熱機(jī)組設(shè)備層，第三層為控制室、辦公室等房間，具體規(guī)模及參考面積如表3所示。

表3 各供熱（冷）子站規(guī)模及參考面積

3 項(xiàng)目效益分析

把整個(gè)項(xiàng)目作為整體進(jìn)行投資估算分析，估算范圍包含蒸汽管網(wǎng)、供熱（冷）子站、冷熱水管網(wǎng)[5]。總投資291 206.89萬元，其中系統(tǒng)設(shè)備及安裝工程費(fèi)用233 229.44萬元、建設(shè)管理費(fèi)用36 694.59萬元、預(yù)備費(fèi)用21 282.86萬元，各供熱（冷）子站的建設(shè)費(fèi)用如表4所示。

表4 各供熱（冷）子站投資估算匯總表

經(jīng)測算，在接入費(fèi)為180、200、220元/m2的前提下，鎖定項(xiàng)目全投資內(nèi)部收益率6%（稅后），反向計(jì)算項(xiàng)目熱冷價(jià)格，本項(xiàng)目的各項(xiàng)財(cái)務(wù)評價(jià)指標(biāo)如表5所示。

表5 項(xiàng)目盈利能力分析統(tǒng)計(jì)表

實(shí)施集中供熱（冷）工程具有顯著的節(jié)能減排效益，將為新區(qū)的節(jié)能減排、能耗“雙控”等工作做出貢獻(xiàn)。實(shí)施集中供熱（冷）所用蒸汽按廢熱回收利用核算，則蒸汽碳排放為零，相比常規(guī)分散制冷制熱方式，每年節(jié)約標(biāo)煤約42 332 t，減少二氧化碳排放115 824.07 t，詳細(xì)參數(shù)如表6所示。

表6 節(jié)能減排效果分析

實(shí)施集中供熱（冷）工程可有效削減新區(qū)空調(diào)電力負(fù)荷需求，從而為新區(qū)未來發(fā)展騰出更大的電力裕度空間，支撐未來因新基建（如數(shù)據(jù)中心）等因素帶來的超預(yù)期的電力負(fù)荷需求。初步測算可削減電力負(fù)荷需求53.08 MW，如圖1所示。

圖1 峰值負(fù)荷電力需求對比

4 供熱（冷）子站運(yùn)行模式分析

4.1 蒸汽制冷與電制冷成本對比分析

根據(jù)溴化鋰?yán)鋬鰴C(jī)組、螺桿式電冷凍機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)以及蒸汽熱價(jià)變化，綜合蒸汽焓值曲線[6]，搭建供熱價(jià)格核算模型如圖2所示。

圖2 供熱價(jià)格核算模型

通過核算模型，結(jié)合電價(jià)情況對電制冷的制冷成本和蒸汽制冷成本（供熱蒸汽參數(shù)：300 ℃、1.6 MPa）進(jìn)行了初步核算對比，蒸汽價(jià)格126.20元/t（300 ℃、1.6 MPa）時(shí)，制冷成本約0.14元/（kW·h）（不含投資及運(yùn)行費(fèi)用），若采用電制冷相同制冷成本時(shí)對應(yīng)的電價(jià)為0.652元/（kW·h）。也就是說，當(dāng)電價(jià)高于0.652元/（kW·h），采用溴化鋰機(jī)組制冷經(jīng)濟(jì)效益高；當(dāng)電價(jià)低于0.652元/（kW·h），采用電制冷經(jīng)濟(jì)效益高。若夜間采用低谷電制冷[0.339元/（kW·h）]，此時(shí)的制冷成本價(jià)約為0.07元/（kW·h），此時(shí)采用電制冷運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)效益最高[7]。

具體情況如表7、表8所示。

表7 不同蒸汽價(jià)格的蒸汽制冷成本以及對應(yīng)的電制冷電價(jià)

表8 不同電價(jià)的電制冷成本以及對應(yīng)蒸汽制冷的蒸汽價(jià)格

4.2 供熱（冷）子站運(yùn)行模式

綜合電廠余熱制冷的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因白天電價(jià)高，供熱（冷）子站宜以溴化鋰機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷為主；夜間有谷電，以電制冷承擔(dān)負(fù)荷為主，同時(shí)雙工況機(jī)組進(jìn)行蓄冰運(yùn)行[8]。

按100%負(fù)荷考慮，夜間谷電時(shí)溴化鋰機(jī)組承擔(dān)基載負(fù)荷，雙工況冷水機(jī)組全開蓄冰；白天溴化鋰機(jī)組和冰槽融冰承擔(dān)主要負(fù)荷，不足部分由電制冷補(bǔ)充。按50%負(fù)荷考慮，夜間谷電時(shí)溴化鋰機(jī)組承擔(dān)基載負(fù)荷，雙工況冷水機(jī)組全開蓄冰；白天溴化鋰機(jī)組承擔(dān)主要負(fù)荷，由冰槽融冰負(fù)責(zé)調(diào)峰。

5 結(jié)論

（1）新區(qū)實(shí)施集中供熱（冷）項(xiàng)目在接入費(fèi)為220元/m2的前提下，鎖定項(xiàng)目全投資內(nèi)部收益率6%（稅后），約11.5年即可回收成本。

（2）項(xiàng)目實(shí)施集中供熱（冷）相比常規(guī)分散制冷制熱方式，每年節(jié)約標(biāo)煤約42 332 t，減少二氧化碳排放115 824.07 t，節(jié)能降碳效果顯著。

（3）實(shí)施集中供熱（冷）工程可有效削減新區(qū)空調(diào)電力負(fù)荷需求，可削減電力負(fù)荷需求約53.08 MW。

（4）集中供熱（冷）子站在電價(jià)高于0.652元/（kW·h）的情況下，采用溴化鋰機(jī)組制冷經(jīng)濟(jì)效益高。

（5）供熱（冷）子站在夜間谷電時(shí)宜由電制冷機(jī)組運(yùn)行為主，白天由溴化鋰機(jī)組運(yùn)行為主，此運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)效益最高。