天然气分布式能源建设投资运营模式及成本浅析

张礼平（上海科瑞真诚建设项目管理有限公司， 上海 200092）

1 项目简介

湖南省长沙市某项目占地约 6.67 hm2，建设规模约 22万 m2，是一个集大型演艺活动、影视节目生产、艺术展览、创意工坊、数据中心及观众参观通道等功能于一体的现代化“环球梦工厂”式的节目生产基地。项目包括 6 幢演播厅、1 幢美术馆、1 幢数据技术大楼和 1 幢下沉式广场+漂浮办公楼和数据中心。其中：数据中心总设计 1000 个机柜；一期投入约 280 个机柜，二期投入约 720 个机柜。

鉴于该项目建筑业态的多样性，不同功能用房空调负荷有较大差异性。其中数据中心要求全年 24 h 不间断运行，具有非常高的电力负荷和冷负荷，空调和电力保障高度重要，为分布式能源系统（冷热电三联供）的选用和长期满载运行提供了必备条件。

2 能源中心建设方案及设备选型

2.1 项目技术方案

根据该项目的资料，数据中心设计冷负荷 10500 kW，机柜配电容量 8000 kW，其中一期建设 4000 kW。数据中心全年 24 h 不间断运行，具有稳定的电负荷和冷负荷，非常适合应用分布式能源系统，为该项目提供空调冷热源和部分电力。现拟采用冷热电联产集成技术，建设天然气冷热电三联供结合电制冷机组、溴化锂直燃机组构成的复合式能源供给系统。本项目采用一体化冷热电三联供，通过优化设备配置和多项节能技术的搭配，实现发电机和余热设备的最佳匹配。

2.2 项目主要设备选型

燃气内燃发电机组和燃气轮机均可以满足本项目的需要。考虑设备性能、初始投资、运行维护等综合因素，本项目采用发电功率 2000 kW 的燃气内燃发电机组（二用一备）作为三联供能源系统的发电机。发电优先供应数据中心用电负荷，多余部分供应暖通等其他用电。

燃气内燃发电机组的余热主要是以高温烟气（约456℃）和缸套水（约 90℃）的形式存在，余热通过一体化热水烟气直燃机利用，利用发电机高温烟气和高温缸套水作为热源制冷。余热利用机组设计选用冷负荷 2300 kW的一体化热水烟气直燃机，无需消耗一次能源，本身含输配系统且与发电机一一对应。为确保该项目数据中心和其他业态供能的安全可靠性，按该项目的全部冷负荷容量配置离心式电冷机（2 台 1000 RT 和 1 台 2000 RT），当燃气供应有问题时，电冷机可完全满足冷负荷要求。

数据中心冬季有冷量需求，当湿球温度低于 10℃ 时，设计采用余热配套的冷却塔作为自然冷源与电制冷机并联，通过换热器将冷量传递给空调冷水，并通过空调冷水的循环水泵输送至数据中心机房的空调末端，提供冷量。根据长沙的气象参数统计，全年中约 20% 的时间可以采用冷却塔等自然冷却的方式。

并网能够提高分布式能源站的可靠性，但目前的国家政策是竞价上网，天然气发电成本高，上网难以盈利[1]。如果“并网不上网”，则无需对上一级电网进行改造，可以省去上网的电网改造费用，节约分布式能源的固定资产投资，也可以节省电网公司一些设备运行维护费。综合考虑可靠性和经济性（能效、天然气价格、并网设备投资、上网电网改造费用等）两方面因素，本项目天然气分布式能源站适合采用“并网不上网”的运行方式。

根据市场行情、当地政策和资源情况，经测算本项目分布式能源投资估算约 7000 万元，初始投资较大，设备较多，系统复杂。

3 投资运营模式分析比较和本项目的模式选择

3.1 投资运营模式分析比较

分布式能源尚处于初级阶段，投资较大、运行维护成本较高，因此其运营模式至关重要。结合当地市场资源情况，本项目主要考虑的三种商业运营模式及各自的优劣势对比，如表1 所示。

表1 能源中心投资运营模式对比表

模式一增加了初始投资的资金压力，而且需配备专业运营管理团队，但运营阶段的运营成本相对较低。模式二增加了初始投资的资金压力，但省了运营管理的麻烦且供能可靠性提高。模式三减轻了业主初始投资的资金压力和运营管理的麻烦，但业主每年需向其缴纳用冷热电的费用，共20a，带来长期的运营资金流出。模式一适用于无初始投资资金压力或压力不大，且有专业运营管理技术团队力量储备的建设项目。从目前我国国情考虑，模式一和模式二相当于业主的自备电厂，是最简单、最经济的商业运行模式[2]。对初始投资资金压力较大且无专业运营管理技术团队力量储备的建设项目，合同能源管理模式则是比较合适的选择。

3.2 本项目的投资运营模式指标分析

表2的经济性指标分析，模式一最为经济。模式一相当于自备电厂发电自用，分布式能源站生产运营属于企业内部核算，发电单位和用电单位不发生买卖交易，相关交易税费相应减少，且业主能享受一定的财政补贴（据初步调研，政策补贴约占初始投资的 7%）。如采用模式三，财政补贴归能源服务单位，业主无法享受。

表2 三种投资运营模式指标分析

4 能源中心投资运营成本估算

分布式能源项目不仅初始投资较大，运营成本也较高。若达产年的市场供应量不能达到规模的 64%，项目运营将无法产生经济效益[3]。测算结果表明，燃气联合循环发电机组每立方米天然气可发电 4 kW·h；按天然气 3 元/m3，则燃料成本为 0.75 元/（kW·h）。采用进口燃气发电机组，设备及折旧成本高于火电设备，加上设备运行维护成本，分布式能源站最低电价为 1.15 元/（kW·h）[4]。由此可见，分布式能源系统只有靠提高天然气的综合利用率、节能减排、出售或利用热能和冷能，来部分抵消发电成本。本项目利用热能和冷能满足数据中心的冷负荷需求，将这些成本均摊入冷热电的单价中，得出本项目的运营成本估算（如表3 所示），在达产负荷至 75% 的情况下，最低用电成本降低至 0.64 元/（kW·h）；和利用市电相比，具有一定的经济效益。

表3 能源中心运营成本估算表

与单一使用市政电力方式相比，天然气分布式能源系统通过冷热电三联供等方式实现能源的多重利用，不仅使该项目运营成本降低，一次能源综合利用效率可以达到70%～90%[5]，而且靠近负荷中心、供能方式灵活，能够满足建设单位的多种用能需求。经计算，本项目的综合能源利用效率经计算约为 85%，远高于国家现行标准《燃气冷热电三联供工程技术规程》三联供系统年平均能源综合利用率应大于 70% 的要求。

经过充分的市场调研，测算和对比两家能源服务单位的合作意向方案，并与业主投资模式进行比较（见表3）。从表3 运营期的冷热电的单价测算显示：模式三最高，模式二次之，模式一最低。合同能源服务单位的年均净利润率达到 24% 以上，基本反映行业内新兴能源服务的市场行情，即这个行业具备服务能力的能源服务单位较少且项目周期长，存在较大的不确定性和市场风险，故行业利润率较为可观。与此对应的，一方面，合同能源服务单位能提供给业主最专业的能源管理服务；另一方面，分布式能源系统的投资运营风险都转移给合同能源服务单位，分布式能源系统供能的可靠性也相应得到提高。

5 结论及建议

本文以湖南省长沙市某项目的实例，为天然气分布式能源项目的投资建设提供经验借鉴和选择参考。对比分析天然气分布式能源系统的投资模式，综合考虑本项目业主的初始资金压力较小，并根据表2 经济性指标分析和表3的运营成本估算来考虑节约后续运营的现金流，科学选择了该项目分布式能源系统的投资运营模式和评估了成本效益水平。模式一和模式二（业主投资模式）均为本项目的最佳选择，但业主需详细评估自身的运营管理技术团队能否满足本项目的运营需要，之后再行确定是否委托专业能源服务单位进行运行维护管理。

本项目通过利用分布式能源的热能和冷能来部分抵消发电成本，使达产负荷至 75% 运营情况下，最低用电成本降低至 0.64 元/（kW·h）。不但具有一定的经济效益，而且节能减排效果明显，带来良好的环境效益。

随着天然气价格改革的深入，天然气价格的大幅上涨势在必行，且当前国内制约天然气分布式能源发展的因素有政策和市场因素，如政策支持力度有限且缺乏操作性，天然气的压力和供气能力不足，气价和电价差距太大等，建议采取签订天然气长期低价采购协议、使用较为便宜的LNG 并建立 LNG 站、采用合理的峰谷发电电价机制、申请政府政策支持等措施，促使项目正常运营。