合同能源管理模式建设高校热水系统的技术经济分析

2018-08-06潘洲

上海节能 2018年7期

潘洲

上海市节能减排中心有限公司

目前，上海市高校学生的洗浴方式主要可分为以下几种：公共浴室集中式洗浴、每幢宿舍楼分散式洗浴和以每间宿舍为单位的单元式洗浴方式，形成了以集中式洗浴为主，结合分散式和单元式洗浴的模式。然而，近年来随着对学生生活条件的改善，分散式和单元式洗浴系统改造建设正在高校中兴起。学生洗浴系统的改造和新建离不开供热方式，即热源的选择。基于经济效益、环保效益和社会责任的综合考虑，高校大多数选择空气源热泵热水系统或太阳能集热+空气源热泵热水系统的供热模式（如图1）。

空气源热泵热水的系统模式较为单一，而太阳能热泵热水的系统模式根据太阳能集热器与空气源热泵的不同组合形式，可以分为直接膨胀式太阳能热泵、串联式太阳能热泵、并联式太阳能热泵和双热源式太阳能热泵热水等。本文仅以目前运用较为广泛、节能效益显著、系统组合灵活的并联式单水箱太阳能热泵热水系统为例与单一空气源热泵热水系统进行分析比较。

图1 并联式单水箱太阳能热泵热水系统

1 研究对象

本文的研究对象假定如下：本市某高校四幢类似学生公寓。每幢学生公寓楼有7层，入住学生约400人，浴室位于底楼。每天定时供水，供水时间不少于6h，供水温度不低于55℃。根据相关设计标准，每人每日最高用水量60L，每幢学生公寓日最高用水量约24t。

2 系统方案

根据《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》（GB/T 18713-2002）等相关设计标准，结合学校普遍要求和类似工程项目实施经验，若采用太阳能热泵热水系统，则系统设计参数如表1所示。

同时，为方便比较，假设在同样研究对象及供热需求下，采用单一空气源热泵热水系统，则系统设计参数如表2所示。

表1 单幢学生公寓太阳能热泵热水系统设计

表2 单幢学生公寓热泵热水系统设计

上表的系统设计仅用于本文的研究分析，具体情况随项目不同而变化。

3 全年运行能耗

若采用太阳能热泵热水系统，通过类似工程案例对比分析及建模计算，在本文假定的研究对象前提下，学生年均用水量约21 000t，系统年均电耗约297 700kWh。

同时，为方便比较，计算若采用热泵热水系统时的全年运行能耗。

（1）总热量

Q总=q总cρ（th-tc）

其中：Q总为全年总热量需求，J；q总为全年总用水量，kg；c为水的比热容，4 187 J/（kg·℃）；ρ为热水密度，kg/L；th为热水温度，55℃；tc为年均冷水温度，取15℃。Q总=3517080MJ=976967kWh

（2）热泵主机能耗

T热=Q总/COP

其中：T热为热泵主机，即热源的年能耗，kWh；COP为暂不考虑用户热水需求季节性差异时，全年综合运行工况干湿球温度下拟选机组的能效比，取2.8。T热=348916 kWh。

（3）其他能耗

整个系统中，热泵主机能耗为主要能耗，其余还包括增压泵、循环泵等输配设备能耗、电动阀等配件能耗、线损电耗等。

其中：T余为除热泵主机外的系统其它能耗，kWh；ki为某一设备的额定功率，kW；ti为某一设备的年运行小时数，h；T损为整个系统电力损耗，一般按整个系统能耗的某一百分比折算，kWh。在此估算中，为计算方便，将水泵等各辅助设备均看作是在额定工况下工作。T余=30355 kWh。

通过计算，该校四幢学生公寓洗浴热水若采用热泵热水系统时的全年运行能耗约为380 000 kWh。

4 经济效益分析

针对同一项目，业主、投资方、技术服务方、融资方等不同主体由于角度不同、需求不同，各自的项目经济性分析也不尽相同。本文的经济效益分析是针对投资方基于合同能源管理模式，对投资项目在合同期内进行的经济效益分析。

4.1 太阳能热泵热水系统

通过类似工程案例对比及工程量清单估算，项目建设期总投资约为2 150 000元，包括方案设计费、设备及材料购置费、安装费等。整个工程范围包括热源系统、输配系统及室内末端系统等。在对投资项目进行经济效益分析时，财务模型的建立至关重要，其中关键是确定合同期、年运营收入及成本、税率、贴现率、贷款利率等各项参数。

（1）合同期

合同期的考虑有客观和主观两方面的因素。客观因素主要包括设备的设计寿命期、年净现金流入/流出、投资风险等。主观因素主要包括投资方及业主期许、项目使用功能变化等。特别需要注意的是，合同期大于设备设计寿命期（或系统主要设备实际使用寿命）的项目，涉及二次投资问题，对项目的经济效益有直接的影响。考虑到投资风险等因素，建议合同期接近于设备设计寿命期（或系统主要设备实际使用寿命）。若合同期延长，则建议合同期为设备设计寿命期（或系统主要设备实际使用寿命）的整数倍。为便于分析计算，本项目假设合同期为8年。

（2）年运营收入及费用

项目年运营收入为热水供应收入，计费模式为热水单价与热水供应量的乘积。年运营费用主要包括维保人工费、材料费、电费及水费等。其中，系统运行的电费及水费一般由业主支付，但该费用是否从运营收入中相应扣除，则是投资方和业主重点协商的内容之一。为便于分析计算，本项目假设电费为单一电价，0.636元/kWh，水费单价为3.65元/t，热水售价为45元/t，电费和水费从运营收入中相应扣除。

（3）投资风险

本项目采用合同能源管理模式，投资人不仅要考虑初始投资，也要考虑合同期内的各项收入和支出。风险期与合同期保持一致。主要风险包括：业主存续风险，即业主本身在合同期内能否稳定存在的风险，本项目的业主是高校，相对于一般企业，该风险因素较小；热水需求风险，即改造前后热水供应工况和热水需求要基本相同，也就是说，热水供应学生数、热水供应时间及引起学生洗浴需求的外在因素应变化不大；各项费用风险，如电费、水费单价在合同期间内的变化等。同时，还包括政策风险、不可抗力风险等。这些风险因素是投资人需提前考虑，也是需要和业主充分协商后在协议中明确的重要内容。

税率、贴现率、贷款利率及融资方案的确定也是影响项目经济效益的重要因素，本文暂不一一赘述。通过财务模型的建立及计算，本项目的财务指标如表3所示。

表3 项目主要财务指标（自有资金+贷款模式）

在上表财务模型的建立过程中，有以下几个主要前提条件：一是投资人自有资金占总投资的30%，其余70%为贷款金额，贷款利率按基准利率上浮10%计算；二是总投资收益率计算公式为：年均息税前利润/项目总投资；三是贷款的还款模式为等额本金。

若该项目的投资金额全部为自有资金，则项目的财务指标如表4所示。

表4 项目主要财务指标（全为自有资金模式）

从表3和表4的对比可以看出，建设总投资采用30%自有资金加上70%贷款模式的财务指标优于全部采用自有资金模式。因此，在贷款利率合理、风险可控的基础上，建议投资人采用可行的融资方案。

在上述财务模型建立的基础上进行敏感性分析，以进一步深化项目财务分析，为投资者决策提供依据。敏感性分析的计算过程繁杂，在此不赘述，计算结果如表5所示。

在上表的敏感性分析中，需要特别注意以下几点：①当建设总投资全部采用自有资金模式的前提下进行分析计算的，若采用30%自有资金加70%贷款的模式，财务指标在同类情况下应略优，读者可自行研究分析；②上表仅选取售水单价、合同期等主要影响因素进行敏感性分析，且为单因素敏感性分析，读者可选取其它影响因素或进行多因素敏感性分析；③合同期增加1年的前提是假设合同期在设备设计寿命期（或实际使用寿命期）内，投资人不需要进行二次投资。

表5 项目敏感性分析（全为自有资金模式）

4.2 热泵热水系统

若完全采用热泵热水系统，在达到同等功能需求且合同期、售水单价等其他因素不变的前提下，采用表2所示的系统设备配置，则项目的财务指标如表6和表7所示。

表6 项目主要财务指标（自有资金+贷款模式）

表7 项目主要财务指标（全为自有资金模式）

表6和表7的建设总投资是根据类似工程经验的估算值，仅用于本文的分析计算，实际投资随具体项目不同而变化。与太阳能热泵热水系统相比，热泵热水系统的初始投资大幅减少，年维保费用有所减少，系统年均电耗有所增加，但总体上在达到同等功能需求且其他因素基本一致的前提下，纯热泵热水系统的财务指标要优于太阳能热泵热水系统。关于热泵热水系统的经济敏感性分析暂不在本文赘述，读者如有兴趣，可自行建模分析计算。