某产业园区供能方案对比选择

王开杰

南瑞电力设计有限公司 江苏 南京 211100

产业园区是区域经济发展、产业调整和升级的重要空间聚集形式，聚集了众多大工业用户，对冷、热、电等多种能源的需求量很大且集中，这类园区对供能的可靠性要求较高。2016年，我国工业园区能源消费总量为14.5亿吨标准煤，占全国能源消费总量的1/3[1]。

工业园区是聚集多种产能、用能主体的综合能源系统，涉及电、热、冷、气等多种能源的生产、转移和消费[2]。目前浙江区域有很多大型生产型企业，其生产过程中有大量的电、热、冷需求。目前主流的能源供应方式有以下两种：

采用传统的市电带动生产设备，采用电制冷机组对车间、办公楼等有供冷需求的地方进行供冷，采用燃气锅炉供应生产所需蒸汽。

采用天然气冷热电三联供系统，以天然气为主要燃料带动天然气轮机或内燃机等天然气发电设备运行，产生电力以满足用户电力需求[3]，而系统排出的废热则通过余热锅炉或溴化锂等设备向用户供蒸汽及供冷[4]。

本文以浙江省某大型生产企业为例，该企业是典型的工业生产企业，厂内电、热、冷均有一定量的需求。以下就对该企业上述两种方案的经济性进行分析。

1 项目用能需求分析

园区占地面积550亩，企业为医药制造企业，总建筑面积30万平米，其中办公研发楼建筑面积约为5万平方米，工业生产车间面积约为25万平方米。

该园区能源需求主要包括建筑采暖供冷空调用能、办公动力设备用电和照明用电、生活热水用热以及工业建筑用能、工业生产用能等。

根据经验数据，各公司生产车间冷负荷取均值180w/m2，根据前述面积概述，故生产车间冷负荷合计45000kw。办公楼冷负荷取均值90W/m2，根据前述面积，故办公楼冷负荷合计4500kw。故该园区总的空调冷负荷为49500kw。

由于生产车间工艺过程中释放出部分热量，故考虑生产车间空调热负荷取均值40W/m2，根据前述生产车间面积，可得生产车间热负荷10000kw。办公楼热负荷取70W/m2，故办公楼热负荷3500kw。故该园区总的空调热负荷为13500kw。

本项目工业园区为内企业为医药制造企业，属二类工业用地。根据《热电联产规划设计手册》，同时结合各区实际情况，二类工业用地每公顷用蒸汽按0.2-0.5t/h。考虑园区的主要产业有较高的用汽量，考虑整体负荷情况和同时使用系数，暂按0.45t/h每公顷计算，本项目预计集中供热热负荷为16.5t/h。

根据与企业交流和调研所得资料分析，该园区的总体电力负荷需求为18MW，包括办公设施用电及生产车间设备用电（不含电制冷机组用电）。

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2 项目规划设计方案

作为一个食品及制药工业园区，企业的主要耗能有以下形式：热能（蒸汽）、冷能（车间降温降湿）和电能（设备运转及办公用电）。根据当地资源禀赋，冷热源供应可以有如下两种方案：

2.1 电制冷机组+燃气锅炉

方案一拟完全采用市电供应设备运转、办公用电及空调制冷，采用燃气锅炉供应蒸汽和满足采暖需求。根据前述负荷需求分析，本项目拟配置总计14078RT高效制冷机组和蒸发量为16.5t/h的燃气锅炉机组。

主设备配置表如下：

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2.2 冷热电三联供机组+电制冷机组

方案二拟采用燃气冷热电三联供机组供应生产电力需求、全部蒸汽需求、全部供暖需求及部分供冷需求，不足部分由市电及电制冷机组补充。

主设备配置表如下：

5 5 水-水板换 2 换热量3.5MW 3 溴化锂机组 2 额定制冷量9.3MW，额定烟气流量57800kg/h；额定制热量6.1MW，额定烟气流量61079kg/h 4 高效离心冷水机组7℃-12℃：制冷量1800RT

3 运行费用分析

本文考虑生产车间生产用电负荷一年内大部分时间处于24h运行状态，部分时间段检修及低负荷运行，折合全年满负荷运行时间6500h。由于暂不确定园区的变压器容量与实际需量的关系，暂按分时平均电价0.7元/kwh来计算总的运行电费。夏季供冷及冬季供暖分别按120天计算，考虑负荷同时系数0.6。该园区工艺蒸汽使用量与用电负荷基本同步，按全年满负荷6500h进行计算。天然气价格暂按3.2元/Nm3计算。可得两种方案运行费用如下：

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4 投资及回收期对比分析

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由上述表格对比可以看出，方案二的投资较方案一要高出很多，但是年运行费用要低不少，方案二相对方案一的增量投资回收期约5.3年。

本项目采用BOO模式，由投资方负责建设能源供应系统并负责运维，向园区供冷供热供蒸汽，收取供冷费用、供热费用、供蒸汽费用。根据市场价格，暂定供冷价格40元/m2，供热价格25元/m2，蒸汽300t/h。

在计算方案二收入时，将园区采用三联供机组的电能从而减少从市电采购的电费也计列入收入。

两种方案收入、成本、静态回收期如下表所示：

方案一电制冷机组+燃气锅炉单位：万元方案二冷热电三联供机组+电制冷机组单位：万元收入 成本 收入 成本夏季供冷 1200 1330.56 1200 2395.01冬季供暖 750 414.72 750 1548.29工艺用蒸汽 3900 3120 3900 5824设备及办公用电 --- --- 6865.6 ---合计 5850 4865.28 12715.6 9767.3毛利润 984.72 2948.3初投资（万元） 3720 14150静态投资回收期（年） 3.78 4.80

由上表可以看出，方案一的静态投资回收期约3.78年（税前），投资内部收益率26%，方案二静态投资回收期约4.80年（税前），投资内部收益率19%。相较之下，方案一投资更省，回收期更短。

5 敏感性分析

利用小时数（h） 静态回收期 投资内部收益率电制冷+燃气锅炉100%负荷，工业用汽6500h 3.78 25.60%75%负荷，工业用汽5000h 4.94 18.71%50%负荷，工业用汽3500h 7.12 11.18%三联供机组+电制冷100%负荷，工业用汽6500h 4.80 19.37%75%负荷，工业用汽5000h 6.85 11.88%50%负荷，工业用汽3500h 11.98 2.95%

6 结论与建议

1）传统方案与采用天然气冷热电三联供方案均可满足园区的能源需求，传统方案的投资收益略优于天然气冷热电三联供方案。三联供方案投资较传统方案高出较多，但其运行费用较低，增量投资回收期约为5.3年，尚处于可接受范围内。

2）天然气冷热电三联供相对传统方案对利用小时数的敏感性更高，在较低负荷时，投资回收期会迅速拉长。

3）目前的成本分析是以天然气价格3.2元/m3，电价0.7元/kwh来作为输入进行计算。天然气价格是参照现行当地工业企业从城市燃气公司购气价格，电价是按照工业电价加权而得，均有一定的浮动空间。目前国际能源形势变化较大，尤其是LNG价格下降较多。浙江地区允许企业采购LNG作为企业用气气源，若园区采用自购LNG，会大大降低天然气的使用成本。电价是根据园区内用电时段会有浮动，若园区长期工作在峰电时段，平均电价会有所上涨。

4）目前两方案投资回收年限及收益率差距不大，若天然气价格降低或使用电价上涨，两者的经济性差距会被进一步缩小，甚至天然气冷热电三联供的经济性会优于传统方案。建议园区在建设时，充分与城市燃气机LNG供应商洽谈价格，并根据园区内生产情况推算合理电价后，确定能源供应方案。