某新区区域集中供冷供热模式及经济性探析

许 宁

（广东粤电滨海湾能源有限公司，广东东莞 523000）

0 引言

区域能源技术起源自20世纪70年代的日本，目前已有近50年的发展历史，在欧洲、美国等发达国家及地区比较普及。当前，区域集中供冷技术在我国蓬勃发展，其在珠海横琴新区、深圳前海、上海虹桥商务区、广州大学城均得到了良好应用[1]。

所谓“区域集中供冷”，就是在一个建筑集群内设置一个或多个集中能源站制备空调热（冷）水，再通过地下管网或循环水管道系统向区域内的各座建筑单体提供空调冷量、热量，即集中生产+输配热（冷）量。

1 项目背景

某新区所在区域正在建设三台H级燃气-蒸汽联合循环（总装机容量约2 000 MW）热电联产机组，每台机组设计供热量380 t/h，合计供热量为1 140 t/h，供热参数为300 ℃、1.6 MPa。电厂位于该新区的正北方向，新区所辖范围均处于有效供热范围。

电厂发电是保障区域电力供应安全的刚需，发电产生的余热若不进行有效利用，将造成巨大浪费，因此充分利用电厂余热，对某新区进行集中供热（冷），将大幅度提高区域综合能源利用效率。

区域集中供热（冷）系统相对于各用户自建空调热（冷）源系统，具备显著的经济社会效益。一是可大幅提高土地利用效率，区域入驻用户无须自建空调热（冷）源系统，可大大节约用户热（冷）机房，总体节约空调机房建筑面积比例可达50%以上；二是可减少设备投资，由于区域内各座建筑的负荷峰值不可能同时出现，因此区域供热（冷）系统的总装机容量会大幅小于各用户自建系统的总容量，从而可以有效减少设备投资；三是可提高能源利用效率，通过在区域供热（冷）系统中综合利用各类高效和清洁供能技术，促进多类能源的融合、互补、协同，提升能源利用效率，削减区域能源消费总量；四是提升区域发展品质，各用户建筑无须再单独设置室外挂机、屋面冷却塔，可减少城市热岛效应，消除因常规式供冷大量室外空调设备产生的噪声污染、热污染和飘水影响，同时降低一次能源消耗，减少室内和户外的空气污染[2]。

2 项目建设方案

根据新区开发建设进度以及相关用地规划，计划先在新区其中一个板块实施集中供热（冷）项目。在商业、办公、酒店、医院等用热（冷）集中的公共建筑区域，设置5座集中供热（冷）子站，利用蒸汽作为热源实现供热（冷）子站为公共建筑用户集中供热（冷）。

2.1 项目负荷预测

本项目预计纳入集中供能的建筑面积约1962.88万m2，按60%的建筑采用集中供热（冷），根据各建筑面积、地块性质及CJJ 34—2002《城市热力网设计规范》，采用指标法得到供热（冷）子站供能负荷预测估算，如表1所示[3]。通过供能负荷转化，进而得到供热（冷）子站所需蒸汽负荷估算，如表2所示。

表1 供热（冷）子站供能负荷预测

表2 供热（冷）子站蒸汽负荷预测

2.2 项目建设方案

为保障供能系统的安全可靠，集中供热（冷）子站的供冷系统采用电制冷+吸收式制冷+冰蓄冷相结合的技术方案。为减少项目总投资，降低工程实施难度，缩减工期，实现集约化建设，将集中供热系统与集中供冷系统结合，共用站房及管网，集中供热站服务范围与集中供冷一致。集中供热系统与供冷共用管路，冬季供热、夏季供冷，减少管网投资，降低管网实施难度，实现集约化建设。各区域集中供热用户与市政管网以汽水换热器连接[4]。

供热（冷）子站共设置三层，第一层为蓄冰层及辅助设备层，第二层为制冷主机设备和换热机组设备层，第三层为控制室、办公室等房间，具体规模及参考面积如表3所示。

表3 各供热（冷）子站规模及参考面积

3 项目效益分析

把整个项目作为整体进行投资估算分析，估算范围包含蒸汽管网、供热（冷）子站、冷热水管网[5]。总投资291 206.89万元，其中系统设备及安装工程费用233 229.44万元、建设管理费用36 694.59万元、预备费用21 282.86万元，各供热（冷）子站的建设费用如表4所示。

表4 各供热（冷）子站投资估算汇总表

经测算，在接入费为180、200、220元/m2的前提下，锁定项目全投资内部收益率6%（税后），反向计算项目热冷价格，本项目的各项财务评价指标如表5所示。

表5 项目盈利能力分析统计表

实施集中供热（冷）工程具有显著的节能减排效益，将为新区的节能减排、能耗“双控”等工作做出贡献。实施集中供热（冷）所用蒸汽按废热回收利用核算，则蒸汽碳排放为零，相比常规分散制冷制热方式，每年节约标煤约42 332 t，减少二氧化碳排放115 824.07 t，详细参数如表6所示。

表6 节能减排效果分析

实施集中供热（冷）工程可有效削减新区空调电力负荷需求，从而为新区未来发展腾出更大的电力裕度空间，支撑未来因新基建（如数据中心）等因素带来的超预期的电力负荷需求。初步测算可削减电力负荷需求53.08 MW，如图1所示。

图1 峰值负荷电力需求对比

4 供热（冷）子站运行模式分析

4.1 蒸汽制冷与电制冷成本对比分析

根据溴化锂冷冻机组、螺杆式电冷冻机组的设计参数以及蒸汽热价变化，综合蒸汽焓值曲线[6]，搭建供热价格核算模型如图2所示。

图2 供热价格核算模型

通过核算模型，结合电价情况对电制冷的制冷成本和蒸汽制冷成本（供热蒸汽参数：300 ℃、1.6 MPa）进行了初步核算对比，蒸汽价格126.20元/t（300 ℃、1.6 MPa）时，制冷成本约0.14元/（kW·h）（不含投资及运行费用），若采用电制冷相同制冷成本时对应的电价为0.652元/（kW·h）。也就是说，当电价高于0.652元/（kW·h），采用溴化锂机组制冷经济效益高；当电价低于0.652元/（kW·h），采用电制冷经济效益高。若夜间采用低谷电制冷[0.339元/（kW·h）]，此时的制冷成本价约为0.07元/（kW·h），此时采用电制冷运行方式经济效益最高[7]。

具体情况如表7、表8所示。

表7 不同蒸汽价格的蒸汽制冷成本以及对应的电制冷电价

表8 不同电价的电制冷成本以及对应蒸汽制冷的蒸汽价格

4.2 供热（冷）子站运行模式

综合电厂余热制冷的经济效益和社会效益，因白天电价高，供热（冷）子站宜以溴化锂机组承担负荷为主；夜间有谷电，以电制冷承担负荷为主，同时双工况机组进行蓄冰运行[8]。

按100%负荷考虑，夜间谷电时溴化锂机组承担基载负荷，双工况冷水机组全开蓄冰；白天溴化锂机组和冰槽融冰承担主要负荷，不足部分由电制冷补充。按50%负荷考虑，夜间谷电时溴化锂机组承担基载负荷，双工况冷水机组全开蓄冰；白天溴化锂机组承担主要负荷，由冰槽融冰负责调峰。

5 结论

（1）新区实施集中供热（冷）项目在接入费为220元/m2的前提下，锁定项目全投资内部收益率6%（税后），约11.5年即可回收成本。

（2）项目实施集中供热（冷）相比常规分散制冷制热方式，每年节约标煤约42 332 t，减少二氧化碳排放115 824.07 t，节能降碳效果显著。

（3）实施集中供热（冷）工程可有效削减新区空调电力负荷需求，可削减电力负荷需求约53.08 MW。

（4）集中供热（冷）子站在电价高于0.652元/（kW·h）的情况下，采用溴化锂机组制冷经济效益高。

（5）供热（冷）子站在夜间谷电时宜由电制冷机组运行为主，白天由溴化锂机组运行为主，此运行方式经济效益最高。