基于某燃气分布式能源的综合能源服务研究

谢玉荣，王世朋，刘润宝，陈 桥

（华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

2020年9 月，中国在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：力争在2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。

为实现“双碳”目标，中国陆续出台了多项指导性政策，推动新型能源技术发展。现阶段，燃气分布式能源和综合能源服务是实现能源低碳转型和系统效率提升的重要方式。燃气分布式能源是以天然气等一次能源为燃料，布置在用户附近，通过冷热电三联供方式实现能源梯级利用，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，理论综合能源利用效率在70%以上[1]；综合能源服务以实现“创新、协调、绿色、开放、共享”为宗旨，满足终端用户多元、安全、清洁、高效能源需求的新型能源供应与能源服务方式[2]。本文基于燃气分布式能源先进供能集成技术及综合能源服务的先进服务理念和商业模式，研究并提出了基于燃气分布式能源的综合能源服务，并以国内某典型项目为研究对象，研究并制定以燃气分布式能源为基础的综合能源服务实施方案，并探究方案技术的可行性和经济性。

1 方案实施技术

1.1 燃气分布式能源

燃气分布式能源技术是利用能量梯级转化利用技术，实现能源的分级高效转化利用。典型转化利用流程是以燃气作为输入能源，燃烧形成高温烟气，经原动机实现第一级能量回收转化形成电能，再经过第二级回收设备（如余热锅炉、烟气溴化锂机组）转化成高品位蒸汽或冷能，最后再经过第三级回收设备（如热水换热器、烟气-热水型溴化锂机组）转化成热水或冷能，完成燃气热值高效梯级利用。

1.2 综合能源服务

综合能源服务主要包含2层含义：①综合供能。涵盖多种类型，包括电力、蒸汽、热水、空调冷负荷等。②综合服务。包括能源供应服务、运维服务、投资服务、工程服务、增值服务等[3]。结合燃气分布式能源技术和综合能源服务构架，笔者提出了基于燃气分布式能源的综合能源服务，在综合供能方面，利用燃气分布式能源提供基础供能功能；在综合服务方面，利用燃气分布式能源的系统、人员和技术等优势，提供能源供应、能源运维、能源增值等综合服务。

2 方案实施基础

2.1 园区发展概况

项目所在园区区位条件较好，位于片区规划发展重点区域，片区规划以集高端制造、商务营运、信息服务、冷链物流、交通枢纽、生活居住为主，存在多元能源产品（冷、热、电等）和能源服务（安全用能、绿色用能、售电服务等）需求，需要构建现代化的综合能源服务体系满足园区高质量绿色低碳循环发展。

2.2 项目资源情况

项目占地共计约10万m2，现已开发利用场地约3.3万m2；配有技术人员60多人，专业涉及能源领域多个专业。

项目是园区唯一热源点，采用燃气-蒸汽联合循环机组，装机容量为30.062 MW+1.7 MW，另配套建成2台20 t/h燃气锅炉，作为供热备用汽源。项目富余供热能力，中压蒸汽额定度年供热量为35万t，实际供热量为8.70万t；低压蒸汽额定度年供热量为20万t，实际供热量为9.45万t。

3 实施方案构建

3.1 实施方案综合设想

本方案以现有的燃气分布式能源项目为基础，充分利用项目闲置建设用地、系统集成能力、富余供能能力和人才技术队伍等优势，并新增低碳数据中心厂房、冷链物流中心厂房、集中供能系统、储能服务系统、交通服务系统等，开展基于燃气分布式能源的综合能源服务业务。

在综合供能方面，利用燃气分布式能源基础供能功能，通过集中供能系统，为已有服务对象提供工业蒸汽，为新增服务对象如低碳数据中心、冷链物流中心、储能服务系统、周边商业中心等利用富余供热能力提供空调冷负荷。

在综合服务方面，主要开设配套租赁服务、能源增值服务、商业化储能服务和交通支撑服务。在配套租赁方面，利用闲置建设用地建设低碳数据中心和冷链物流中心生产厂房，提供厂房租赁服务；在能源增值服务方面，利用人才技术队伍，为用能对象（如低碳数据中心、冷链物流中心和周边商业中心等）提供节能服务、电力交易服务和用能设备运维托管等；在商业储能服务方面，利用储能服务系统提供电网调频调峰、企业峰谷套利等服务；在交通支撑服务方面，利用交通服务系统光储充一体化设备为园区新能源出租车、冷链物流车、私家车等提供充电服务。

3.2 新增负荷及需求

3.2.1 空调冷负荷需求

通过新建低碳数据中心、冷链物流仓储中心和储能服务系统，将新增冷负荷约56.3 MW，详细情况如表1所示。其中低碳数据中心设备散热新增设计冷负荷18.3 MW，年均空置率按10%计列；冷链物流冷库新增冷负荷18.0 MW，年均空置率按20%计列；储能服务系统新增冷负荷10.0 MW，年运行小时为1 000 h；周边商业中心空调冷负荷10.0 MW，年均供冷约1 050 h。

表1 新增空调冷负荷需求情况

3.2.2 电力交易负荷需求

园区内企业电力供应暂由电网公司提供。对园区内典型的12家企业用电情况进行调研，年用电量总负荷约为19 684.58万kW·h。结合园区现状和未来规划新增负荷，“十四五”期间园区企业年总电力交易负荷需求预计可达30 000万kW·h。

3.2.3 储能服务需求

项目所在省印发了“十四五”能源发展专项规划、电力调频和调峰辅助服务市场交易规则等政策性文件，鼓励建设储能电站项目，提供商业化储能服务，提升当地电网安全性和电能质量，促进当地以新能源为主体的新型电力系统建设。此外，项目所在地企业的峰电价格约是谷电价格的2.8倍，园区企业存在降低电费成本的需求。

3.2.4 其他服务需求

项目所在园区是片区规划发展核心区，存在绿色交通服务配套需求，为片区数千辆新能源汽车提供充电服务，支撑区域绿色交通发展。

另外，项目所在省售电市场准入存在一定条件限制，导致部分企业不具备准入资格，需要通过代理机构参与售电市场；并且需要代理机构提供专业服务，并通过组团形成一定规模交易量，借助市场竞价，获取低价电量。

3.3 配套新建设施

为满足园区现有和新增负荷需求，以燃气分布式能源站为基础，在能源站内利用闲置建设用地配套建设低碳数据中心厂房、冷链物流仓储中心厂房、集中供能系统、储能服务系统和交通服务系统。

3.3.1 低碳数据中心厂房

低碳数据中心厂房选址在能源站内，用地面积约14 000 m2，建筑面积约30 000 m2。低碳数据中心规划容量约为4 000个机柜（由租赁方购置），设计冷负荷为18.3 MW，设计电负荷为14.1 MW。

3.3.2 冷链物流仓储中心厂房

冷链物流中心总用地面积约12 000 m2，总建筑面积约24 000 m2。冷链物流中心设计冷负荷为18.0 MW，设计电负荷为2.4 MW。

3.3.3 集中供能系统

集中供能系统分为集中供热和集中供冷2个单元。其中，集中供热单元以燃气分布式能源站供热设施为基础，满足现有企业供热需求和新增低碳数据中心、冷链物流仓储中心、储能服务系统制冷所需蒸汽需求；集中供冷单元用地面积约为3 000 m2，新建3套2 700 RT+2套800 RT离心式冷水机组及配套设施，同步建设3套1 600 RT蒸汽溴化锂机组及配套设施，满足新增空调冷负荷需求。

3.3.4 储能服务系统

储能服务系统按照形式分集中式储能单元和分散式储能单元。其中，集中式储能单元建在能源站内，主要为电网提供电力辅助服务，规划建设总容量为100 MW/200 MW·h，总用地面积约20 000 m2，采用预制集装箱建设模式，并由集中供能系统为储能设备提供散热所需冷负荷；分散式储能单元建在园区企业厂区内，主要以峰谷套利方式为企业降低用电成本，规划建设规模为10 MW/20 MW·h，由储能服务中心提供运行和管理服务。

3.3.5 交通服务系统

交通服务系统建设用地面积约3 000 m2，拟建设150个充电车位及配套设备，并建设1 MW的屋顶光伏电站和容量0.5 MW/1 MW·h的蓄电池，为园区新能源出租车、冷链物流车、私家车等提供充电服务，实现光伏电量全额消纳。

3.4 方案运营策略

结合本方案实施内容，从综合供能和综合服务2个方面制定运营策略：①综合供能。结合燃气分布式能源站富余供热产能和电网谷电价格优势，按照分时电价时段制定供能方案。在低谷时段，集中供能系统向电网年总购电约1 832万kW·h驱动电制冷机组，为数据中心、储能中心、冷链物流中心和周边用户提供约40.66万GJ冷量；在平时段和高峰时段，能源站向集中供能系统年供汽量9.32万t蒸汽驱动溴化锂机组，为数据中心、储能中心和周边用户提供约35.63万GJ冷量，同时利用约421万kW·h网电驱动电制冷机组为冷链物流中心提供6.05万GJ冷量。②综合服务。在租赁服务方面，利用能源站闲置建设用地开发开发建设30 000 m2低碳数据中心和24 000 m2冷链物流中心厂房，提供租赁服务，租金每5年增长5%收取；在能源增值服务方面，开展电力交易服务，通过组团方式为园区企业提供约2亿kW·h购售电服务，并开展节能降耗服务，以低碳数据中心和冷链物流中心为首批示范，并向园区企业推广；在商业储能服务方面，100 MW/200 MW·h集中式储能单元按照项目所在地电力辅助服务市场规则制定动态运行策略，10 MW/20 MW·h分散式储能单元以“两充两放”模式运行为企业实现峰谷套利服务，年总售电量为1 050万kW·h；在交通支撑服务方面，交通服务系统优先消纳光伏100万kW·h电量，并通过0.5 MW/1 MW·h的蓄电池系统以“多充多放”模式运行，并由电网补充年均约1 315万kW·h电量缺口。

4 方案实施收益

4.1 项目初投资

项目预计总投资为9.4亿元，投资费用如表2所示，其中低碳数据中心和冷链物流仓储中心厂房建设费仅含土建费用，配套设备费由租赁方承担。

表2 项目投资费用情况

4.2 盈利模式

本综合能源服务方案主要盈利模式分为2种类型，即综合供能收益和综合服务收益。主要收益情况如下：①综合供能方面。收益主要来自低碳数据中心、冷链物流仓储中心、储能服务系统（集中式储能单元）和周边商业中心用冷收益。目前参考的含税冷价为90元/GJ，年售冷量为82.3万GJ。②综合服务方面。收益主要来自配套租赁服务、能源增值服务、商业储能服务和交通支撑服务。其中，配套租赁服务收益主要为低碳数据中心和冷链物流仓储中心租赁服务，收益按照含税租金为2元/（d·m2），数据中心可出租面积为30 000 m2，冷链冷库可出租面积为24 000 m2，租金每5年增长5%计列；能源增值服务收益暂仅统计售电服务收益，年售电量约为2亿kW·h，服务费以0.02元/kW·h计列；商业储能服务收益分为调峰服务收益和峰谷套利服务收益，其中调峰服务收益的调峰小时数和调峰电价分别暂按1 000 h和0.5元/kW·h计列，谷套利服务以“两充两放”模式运行，按照年运行300 d年总售电量为1 050万kW·h计列；交通支撑服务收益来自充电站售电及服务收益，电动汽车充电价格及服务价格按照1.2元/kW·h计列。

4.3 项目收益分析

4.3.1 测算边界条件

边界条件具体如下：①外购能源产品价格。低谷时段电价为0.317 7元/kW·h，平时段电价为0.607 7元/kW·h，高峰时段电价为0.897 7元/kW·h，蒸汽价格为260元/t。②修理费。按固定资产原值的3.5%计取。③折旧。固定资产折旧年限为18年，残值率为5%，采用年限平均法计算。④摊销。无形资产按10年摊销，其他资产按5年摊销。⑤建设投资长期贷款按贷款期15年，等额本金还款，长期贷款利率为4.9%。⑥流动资金贷款利率为4.35%。

4.3.2 项目收益情况

项目配套建设集中供能中心、低碳数据中心、冷链物流仓储中心、储能服务中心和绿色交通综合服务中心，工程静态投资94 000万元，项目资本金财务内部收益率11.84%，项目具有较好盈利能力。项目投资收益情况如表3所示。

表3 项目投资收益情况

5 结束语

本文提出了基于燃气分布式能源的综合能源服务，结合具体实施案例，得出以下结论：①基于燃气分布式能源的综合能源服务耦合了高效能源转化和先进能源服务理念，可满足“双碳”发展要求下终端用户多元用能需求；②基于典型燃气分布式能源项目，构建综合能源服务生态，制定基于燃气分布式能源的综合能源服务实施方案，经研发分析，实施方案技术可行且经济效益显著；③基于燃气分布式能源的综合能源服务发展模式，燃气分布式能源项目可通过构建供能服务生态方式，解决供能和用能匹配难的问题，提升系统供能效率和设备利用率，实现项目提质增效。