新疆某区域供冷系统节能改造与经济分析

杨 斌 吕 静 朱 鹏

1.上海理工大学环境与建筑学院

2.中国石油工程建设有限公司青海分公司

0 引言

区域供冷是在一个建筑群设置集中的制冷站制备空调冷冻水，再通过循环水管道系统，向各座建筑提供冷媒的供冷方式。可采用电能驱动或蒸汽驱动的冷水机组，也可采用燃气轮机或燃气锅炉排气为能源的吸收式冷水机组[1]。区域供冷系统在节能、环保和运行管理等方面都具有明显的优势，国外的技术已经相当先进成熟，但在我国尚处于起步阶段[2]。

1 项目概况

新疆库尔勒市某区域集中供冷项目，总建筑面积98.192×104m2，是某公司生产指挥、科研办公、文化教育和系统培训的生产生活中心。区域内原有4 座冷冻换热站（1#～4#冷冻换热站）和1座能源站，其中3#冷冻换热站、4#冷冻换热站（以下简称“3#站、4#站”，所供冷区域为高层住宅。）经过多年运行，设备、管线及阀门老化严重，系统运行效率下降；多处管线穿孔，存在制冷剂泄漏等安全隐患；设备故障多，原机型已停产，维修部件采购困难，年维护费高达100 万元以上，运行成本较大；另外，机组的制冷剂R22 和R123 我国已对其限制生产、逐步淘汰，面临替代的问题，由此也给机组运维工作带来不便。本项目将对3#站、4#站和能源站进行改造。原供冷区域冷负荷及机组冷量分配情况见表1。

2 改造方案比较

依据总冷负荷16 088.85 kW，若考虑充分利用能源站已建的2 台直燃机组（11 630 kW）供冷之后，本次改造还需新建冷源负荷为4 458.85 kW。

2.1 改造方案

根据现场实际4#站距燃气管网接入点较远，3#站位于能源站与4#站中间、且距燃气管网接入点较近等情况，最大化地利用原有辅助设施，本着对环境影响较小的原则，统筹考虑后提出了4 套改造方案见表2。

表1 原供冷区域负荷及机组冷量分配表

表2 改造方案主要内容对比分析表

1）工艺技术：四种方案均采用成熟的工艺流程及设备，运行安全可靠，其中蒸汽溴化锂吸收式制冷机组由低品位热能驱动，节能效果明显[3]；

2）功能性：方案一与方案二利用能源站与3#站、4#站已建的循环水泵组成了二级泵系统，实现了能源站对3#站和4#站辖区用户以及新办公楼的集中供冷，并且各区能够根据负荷大小进行自行调控；方案三和方案四均无法实现3#站、4#站、能源站三个站并网运行、冷源互为备用的功能；

3）环境影响：相对于其他三个方案，方案二将冷源设备集中在能源站，离住宅区较远，避免了3#、4#站夏季运行时冷却塔噪声对周围居民的影响。采用直燃机设备虽有燃烧的烟气排放，但属于达标排放，不会对大气环境造成破坏。溴化锂吸收式制冷机的制冷剂工质为溴化锂-水，均为对环境无害的物质，工作时没有因压缩机的运行产生的噪声和振动，制冷量较大，废热可以被利用[4]。

2.2 方案经济性分析

在工程建设方案的比选上，经济性分析的结果是十分重要的项目可行性判据。经济效益评价是至关重要的可行性论证考核指标，投资项目评价不需要长篇的单纯定性分析，而是要求“用数据说话”[5]。财务净现值(FNPV)是拟建项目按部门或行业的基准收益率或设定的折现率，将计算期内各年的净现金流量折现到建设起点年份(基准年) 的现值累计数。它是评价项目盈利能力的绝对指标，反映项目在满足基准收益率要求的盈利之外所获得的超额盈利的现值。

ic— 基准收益率，本次工程改造项目基准收益率取值为5%；

CI—现金流入量，CO—现金流出量；

n—技术方案计算期；

(CI-CO)t—t年的净现金流量；

FNPV>0时，该技术方案能得到超额收益现值，该技术方案在财务上可行；

FNPV=0 时，该技术方案满足基准收益率要求的盈利水平，该技术方案财务上可行；

FNPV<0 时，说明该技术方案不满足基准收益率，该技术方案财务上不可行。

四种方案的经济效益分析见表3。

1）初投资：方案一最高，方案四最低，方案二和方案三居中且两者相差不大，但方案三、四均无法实现3#站、4#站、能源站等三个站并网运行、冷源互为备用的功能；

2）成本方面：在营业费、管理费、其他制造费及人员成本相同的情况下，采用现值法测算分析，方案二的生产成本、总成本和经营成本三项均为最低；方案一的生产成本与总成本为最高，方案四的经营成本为最高。

3）财务净现值分析：本项目属于改造项目（截至2017 年，3#站已运行22 年，4#站已运行19 年），本次经济效益分析按18年综合考虑，固定资产已完全折旧。项目的主要收益为供冷费，按建设期1年，运行期18 年（含建设期）分析测算本项目各方案在运行期内的费用和效益情况，得出方案二的年均财务净现值最高，因此，方案二的经济效益好于其他三个方案。

表3 改造方案经济性对比

综上所述，本次区域供冷系统节能改造采用方案二。

3 实施效果

本项目于2017年实施，在能源站新建了1台直燃机组（制冷量5 815 kW），以及新建能源站至3#站、4#站的供冷管网系统；利用能源站与3#站、4#站已建的循环水泵组成了二级泵系统，实现了能源站对3#站和4#站辖区的集中供冷与负荷调控。针对区域供冷选择冷冻站内各设备尤其是制冷机组的选择，是保证区域供冷系统经济合理运行的关键[6]，目前经过2 个供冷季的实际运行检验，系统运行平稳正常、安全可靠。

经现场实际了解，与改造前相比，已运行2个供冷季的系统，3#站和4#站两个站所供区域平均每个供冷季能够节约运行能耗费用约127.58万元，综合节能率约为32%，节能效果显著。具体能耗对比见表4（能耗单价采用当地计费单价）。

表4 3#站、4#站所供区域改造前后年能耗对比表

4 结语

在新疆某区域供冷系统节能改造过程中，基于技术可行对比四种方案，得出方案二的技术可行性最高；在工程的经济分析中得出方案二经济评价指标的财务净现值(FNPV)为1 195.42，为四个方案中数值最高，技术方案财务可行，经济效益最高。综合考虑，方案二最佳。目前，改造后的供冷系统在两个供冷季运行平稳、安全可靠，能够满足该区域集中供冷需求，3#站、4#站所供区域改造前后综合节能率约为32%，节能效果明显。