張禮平（上海科瑞真誠建設項目管理有限公司， 上海 200092）

1 項目簡介

湖南省長沙市某項目占地約 6.67 hm2，建設規(guī)模約 22萬 m2，是一個集大型演藝活動、影視節(jié)目生產、藝術展覽、創(chuàng)意工坊、數(shù)據(jù)中心及觀眾參觀通道等功能于一體的現(xiàn)代化“環(huán)球夢工廠”式的節(jié)目生產基地。項目包括 6 幢演播廳、1 幢美術館、1 幢數(shù)據(jù)技術大樓和 1 幢下沉式廣場+漂浮辦公樓和數(shù)據(jù)中心。其中：數(shù)據(jù)中心總設計 1000 個機柜；一期投入約 280 個機柜，二期投入約 720 個機柜。

鑒于該項目建筑業(yè)態(tài)的多樣性，不同功能用房空調負荷有較大差異性。其中數(shù)據(jù)中心要求全年 24 h 不間斷運行，具有非常高的電力負荷和冷負荷，空調和電力保障高度重要，為分布式能源系統(tǒng)（冷熱電三聯(lián)供）的選用和長期滿載運行提供了必備條件。

2 能源中心建設方案及設備選型

2.1 項目技術方案

根據(jù)該項目的資料，數(shù)據(jù)中心設計冷負荷 10500 kW，機柜配電容量 8000 kW，其中一期建設 4000 kW。數(shù)據(jù)中心全年 24 h 不間斷運行，具有穩(wěn)定的電負荷和冷負荷，非常適合應用分布式能源系統(tǒng)，為該項目提供空調冷熱源和部分電力?，F(xiàn)擬采用冷熱電聯(lián)產集成技術，建設天然氣冷熱電三聯(lián)供結合電制冷機組、溴化鋰直燃機組構成的復合式能源供給系統(tǒng)。本項目采用一體化冷熱電三聯(lián)供，通過優(yōu)化設備配置和多項節(jié)能技術的搭配，實現(xiàn)發(fā)電機和余熱設備的最佳匹配。

2.2 項目主要設備選型

燃氣內燃發(fā)電機組和燃氣輪機均可以滿足本項目的需要。考慮設備性能、初始投資、運行維護等綜合因素，本項目采用發(fā)電功率 2000 kW 的燃氣內燃發(fā)電機組（二用一備）作為三聯(lián)供能源系統(tǒng)的發(fā)電機。發(fā)電優(yōu)先供應數(shù)據(jù)中心用電負荷，多余部分供應暖通等其他用電。

燃氣內燃發(fā)電機組的余熱主要是以高溫煙氣（約456℃）和缸套水（約 90℃）的形式存在，余熱通過一體化熱水煙氣直燃機利用，利用發(fā)電機高溫煙氣和高溫缸套水作為熱源制冷。余熱利用機組設計選用冷負荷 2300 kW的一體化熱水煙氣直燃機，無需消耗一次能源，本身含輸配系統(tǒng)且與發(fā)電機一一對應。為確保該項目數(shù)據(jù)中心和其他業(yè)態(tài)供能的安全可靠性，按該項目的全部冷負荷容量配置離心式電冷機（2 臺 1000 RT 和 1 臺 2000 RT），當燃氣供應有問題時，電冷機可完全滿足冷負荷要求。

數(shù)據(jù)中心冬季有冷量需求，當濕球溫度低于 10℃ 時，設計采用余熱配套的冷卻塔作為自然冷源與電制冷機并聯(lián)，通過換熱器將冷量傳遞給空調冷水，并通過空調冷水的循環(huán)水泵輸送至數(shù)據(jù)中心機房的空調末端，提供冷量。根據(jù)長沙的氣象參數(shù)統(tǒng)計，全年中約 20% 的時間可以采用冷卻塔等自然冷卻的方式。

并網(wǎng)能夠提高分布式能源站的可靠性，但目前的國家政策是競價上網(wǎng)，天然氣發(fā)電成本高，上網(wǎng)難以盈利[1]。如果“并網(wǎng)不上網(wǎng)”，則無需對上一級電網(wǎng)進行改造，可以省去上網(wǎng)的電網(wǎng)改造費用，節(jié)約分布式能源的固定資產投資，也可以節(jié)省電網(wǎng)公司一些設備運行維護費。綜合考慮可靠性和經(jīng)濟性（能效、天然氣價格、并網(wǎng)設備投資、上網(wǎng)電網(wǎng)改造費用等）兩方面因素，本項目天然氣分布式能源站適合采用“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的運行方式。

根據(jù)市場行情、當?shù)卣吆唾Y源情況，經(jīng)測算本項目分布式能源投資估算約 7000 萬元，初始投資較大，設備較多，系統(tǒng)復雜。

3 投資運營模式分析比較和本項目的模式選擇

3.1 投資運營模式分析比較

分布式能源尚處于初級階段，投資較大、運行維護成本較高，因此其運營模式至關重要。結合當?shù)厥袌鲑Y源情況，本項目主要考慮的三種商業(yè)運營模式及各自的優(yōu)劣勢對比，如表1 所示。

表1 能源中心投資運營模式對比表

模式一增加了初始投資的資金壓力，而且需配備專業(yè)運營管理團隊，但運營階段的運營成本相對較低。模式二增加了初始投資的資金壓力，但省了運營管理的麻煩且供能可靠性提高。模式三減輕了業(yè)主初始投資的資金壓力和運營管理的麻煩，但業(yè)主每年需向其繳納用冷熱電的費用，共20a，帶來長期的運營資金流出。模式一適用于無初始投資資金壓力或壓力不大，且有專業(yè)運營管理技術團隊力量儲備的建設項目。從目前我國國情考慮，模式一和模式二相當于業(yè)主的自備電廠，是最簡單、最經(jīng)濟的商業(yè)運行模式[2]。對初始投資資金壓力較大且無專業(yè)運營管理技術團隊力量儲備的建設項目，合同能源管理模式則是比較合適的選擇。

3.2 本項目的投資運營模式指標分析

表2的經(jīng)濟性指標分析，模式一最為經(jīng)濟。模式一相當于自備電廠發(fā)電自用，分布式能源站生產運營屬于企業(yè)內部核算，發(fā)電單位和用電單位不發(fā)生買賣交易，相關交易稅費相應減少，且業(yè)主能享受一定的財政補貼（據(jù)初步調研，政策補貼約占初始投資的 7%）。如采用模式三，財政補貼歸能源服務單位，業(yè)主無法享受。

表2 三種投資運營模式指標分析

4 能源中心投資運營成本估算

分布式能源項目不僅初始投資較大，運營成本也較高。若達產年的市場供應量不能達到規(guī)模的 64%，項目運營將無法產生經(jīng)濟效益[3]。測算結果表明，燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組每立方米天然氣可發(fā)電 4 kW·h；按天然氣 3 元/m3，則燃料成本為 0.75 元/（kW·h）。采用進口燃氣發(fā)電機組，設備及折舊成本高于火電設備，加上設備運行維護成本，分布式能源站最低電價為 1.15 元/（kW·h）[4]。由此可見，分布式能源系統(tǒng)只有靠提高天然氣的綜合利用率、節(jié)能減排、出售或利用熱能和冷能，來部分抵消發(fā)電成本。本項目利用熱能和冷能滿足數(shù)據(jù)中心的冷負荷需求，將這些成本均攤入冷熱電的單價中，得出本項目的運營成本估算（如表3 所示），在達產負荷至 75% 的情況下，最低用電成本降低至 0.64 元/（kW·h）；和利用市電相比，具有一定的經(jīng)濟效益。

表3 能源中心運營成本估算表

與單一使用市政電力方式相比，天然氣分布式能源系統(tǒng)通過冷熱電三聯(lián)供等方式實現(xiàn)能源的多重利用，不僅使該項目運營成本降低，一次能源綜合利用效率可以達到70%～90%[5]，而且靠近負荷中心、供能方式靈活，能夠滿足建設單位的多種用能需求。經(jīng)計算，本項目的綜合能源利用效率經(jīng)計算約為 85%，遠高于國家現(xiàn)行標準《燃氣冷熱電三聯(lián)供工程技術規(guī)程》三聯(lián)供系統(tǒng)年平均能源綜合利用率應大于 70% 的要求。

經(jīng)過充分的市場調研，測算和對比兩家能源服務單位的合作意向方案，并與業(yè)主投資模式進行比較（見表3）。從表3 運營期的冷熱電的單價測算顯示：模式三最高，模式二次之，模式一最低。合同能源服務單位的年均凈利潤率達到 24% 以上，基本反映行業(yè)內新興能源服務的市場行情，即這個行業(yè)具備服務能力的能源服務單位較少且項目周期長，存在較大的不確定性和市場風險，故行業(yè)利潤率較為可觀。與此對應的，一方面，合同能源服務單位能提供給業(yè)主最專業(yè)的能源管理服務；另一方面，分布式能源系統(tǒng)的投資運營風險都轉移給合同能源服務單位，分布式能源系統(tǒng)供能的可靠性也相應得到提高。

5 結論及建議

本文以湖南省長沙市某項目的實例，為天然氣分布式能源項目的投資建設提供經(jīng)驗借鑒和選擇參考。對比分析天然氣分布式能源系統(tǒng)的投資模式，綜合考慮本項目業(yè)主的初始資金壓力較小，并根據(jù)表2 經(jīng)濟性指標分析和表3的運營成本估算來考慮節(jié)約后續(xù)運營的現(xiàn)金流，科學選擇了該項目分布式能源系統(tǒng)的投資運營模式和評估了成本效益水平。模式一和模式二（業(yè)主投資模式）均為本項目的最佳選擇，但業(yè)主需詳細評估自身的運營管理技術團隊能否滿足本項目的運營需要，之后再行確定是否委托專業(yè)能源服務單位進行運行維護管理。

本項目通過利用分布式能源的熱能和冷能來部分抵消發(fā)電成本，使達產負荷至 75% 運營情況下，最低用電成本降低至 0.64 元/（kW·h）。不但具有一定的經(jīng)濟效益，而且節(jié)能減排效果明顯，帶來良好的環(huán)境效益。

隨著天然氣價格改革的深入，天然氣價格的大幅上漲勢在必行，且當前國內制約天然氣分布式能源發(fā)展的因素有政策和市場因素，如政策支持力度有限且缺乏操作性，天然氣的壓力和供氣能力不足，氣價和電價差距太大等，建議采取簽訂天然氣長期低價采購協(xié)議、使用較為便宜的LNG 并建立 LNG 站、采用合理的峰谷發(fā)電電價機制、申請政府政策支持等措施，促使項目正常運營。