區(qū)域供冷系統(tǒng)的可持續(xù)運營性研究

區(qū)域供冷系統(tǒng)的可持續(xù)運營性研究

0投資側(cè)cs定價我國長距離供冷系統(tǒng)cs（二級供暖系統(tǒng)）的經(jīng)濟是一個國內(nèi)熱點。許多研究結(jié)論表明，sd可以在適當?shù)臈l件下進行節(jié)能運行，但根據(jù)用戶的研究結(jié)果，sd的收費往往高于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的ccs（復合強迫系統(tǒng)）。這是真正的供求單方之間的矛盾焦點。用戶側(cè)希望DCS的優(yōu)勢體現(xiàn)在可提供經(jīng)濟性和可靠性更好的服務(wù)上,定價過高會導致用戶對區(qū)域供冷技術(shù)的抵觸,接入后也會由于對用能費用的擔心而抑制需求,而需求不足將進一步導致系統(tǒng)損耗增加和成本上升,使系統(tǒng)陷入使用率不斷降低和成本不斷上升的惡性循環(huán)中。投資側(cè)DCS要真正實現(xiàn)可持續(xù)的商業(yè)化運行,必然需要通過商品化的收費回收前期設(shè)備、配電和土建等巨額投資,希望在定價上獲得理想的回報,以盡快回收資金。因此DCS系統(tǒng)的經(jīng)濟性必須考慮這種大規(guī)模投資系統(tǒng)的特有經(jīng)濟特性,以及商業(yè)化模式帶來的優(yōu)缺點。通過商業(yè)化運營的DCS有利有弊,優(yōu)勢是可以通過商業(yè)化促進機制化的成本控制與運營費節(jié)省,缺點是商業(yè)化可能會帶來短期的資金回報要求。在DCS與CCS的對比中,用戶往往只關(guān)心運行費用而不關(guān)心初投資,而建設(shè)方更關(guān)心初投資而對運行費用缺乏約束底線,如何權(quán)衡,尚沒有現(xiàn)成和統(tǒng)一的方法可供使用。通常DCS的前期運營是虧損的,建設(shè)期的收費扣除運行成本甚至不夠支付建設(shè)費用的融資利息,但隨著負荷率提高,成本得到分攤而降低,現(xiàn)金流量逐漸會由負到正并實現(xiàn)積累。對投資者來說,希望投資盡快回收;對用戶來說,“商品”以何種價格及方式提供給他們,能夠體現(xiàn)公平合理的原則,同時在他們可接受的范圍內(nèi),是所關(guān)心的首要問題。因此DCS的定價并不是單方面的事,而應(yīng)該兼顧用戶和能源投資方的利益,因為只有用戶最終接受并愿意使用這一系統(tǒng),這一系統(tǒng)才能正常運行并發(fā)揮更大效益。本文希望提出一種用戶方和能源投資方均可以接收的DCS定價方式,該方式在首先保證用戶不多花費的基礎(chǔ)上能夠滿足用戶與能源投資方的利益平衡,同時滿足能源投資方的投資回收和適當盈利要求,并每年對各影響因素進行合理的修正。DCS的定價要能體現(xiàn)商業(yè)化供冷的資源配置優(yōu)勢,利用市場的機制來提高效率和配置能源,因此在確定價格的時候還必須確定合理的價格調(diào)整機制,在短期收益分配與長期效率激勵之間作優(yōu)化和平衡,由能源投資方與用戶共同分享DCS帶來的比常規(guī)系統(tǒng)節(jié)省的收益。在實現(xiàn)公平定價的基礎(chǔ)上分析區(qū)域供冷技術(shù)的經(jīng)濟性和適用性,在此基礎(chǔ)上制定雙方接受的定價體系和操作方式。1定成本與定稅率本文的分析基于以下基本設(shè)定:DCS單位冷熱量價格的上限值為CCS的當量價格。當然由于在定價時項目的建設(shè)可能尚未開始,因此可以參考當?shù)仡愃平ㄖδ艿膶嶋H能耗情況來確定。DCS需要回收的成本主要包括三部分:固定成本、浮動成本和利潤稅費。其中固定成本是指項目的初投資,在通常情況下還應(yīng)包括土地使用費、機房與輔助用房建設(shè)費等在壽命周期內(nèi)單位冷熱量上的分攤;浮動成本即是單位冷熱量分攤的水電費等日常運行費用;利潤和稅率是根據(jù)實際情況來計算合理利潤及應(yīng)交稅費。因此在確定價格計算公式的時候還要同時考慮約定的期限長短,必須在收益與分配效率之間作一個權(quán)衡,從而決定是考慮短期還是長期的合約期限。如果價格是在長期內(nèi)進行控制的,那么能源投資方為了保持長期收益,將有動力去減少成本。但是在最后的一段期限內(nèi),價格將明顯高于公司成本,從而導致低效與分配問題。而且如果價格控制操之過急,公司的持續(xù)發(fā)展將受到威脅。如果價格控制的時間比較短,管理者能確保價格與公司成本持平,有利于通過市場機制保證節(jié)能效益的公平分配與系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?？偠灾?用以提高產(chǎn)品效率的動機將隨著期限的縮短而減小。2價格公式的導出和修改2.1單位冷量固定成本計算式固定成本是即使不使用空調(diào)也需要進行分攤的成本,包括系統(tǒng)的初投資、運行維護等費用。CCS系統(tǒng)單位面積的年度固定費用可按下式計算:CB=Cm+Cd+Cadd+Pi(1+i)T(1+i)T?1∑Ai(1)CB=Cm+Cd+Cadd+Ρi(1+i)Τ(1+i)Τ-1∑Ai(1)式中CB為年固定費用,元/(m2·a);Cm為年維護管理費,元/a;Cd為年設(shè)備折舊費,元/a;Cadd為其余附加收費,元/a;P為區(qū)域系統(tǒng)初投資,元;i為年利率;T為設(shè)備使用年限,a;∑Ai為區(qū)域建筑物總面積,m2。CCS系統(tǒng)單位冷負荷的總固定成本CBK計算式為CBK=∑AiCBQcap,t(2)CBΚ=∑AiCBQcap,t(2)式中CBK為系統(tǒng)單位冷負荷所需要的固定成本,元/(kW·a);Qcap,t為系統(tǒng)t年區(qū)域供冷范圍內(nèi)所有用戶的總裝機容量,kW。則根據(jù)前一年固定成本基準并考慮通貨膨脹影響的單位冷量固定成本計算式如下:CBK,t=????????1+It100????????CBK,t?1Qcap,tQl,t(3)CBΚ,t=(1+Ιt100)CBΚ,t-1Qcap,tQl,t(3)式中CBK,t為根據(jù)前一年消費價格指數(shù)修正后的第t年固定成本現(xiàn)值,元/(kW·h);Ii,t為第t與t-1年1月之間的消費價格指數(shù)的百分比增長量;Ql,t為預計第t年區(qū)域供冷范圍內(nèi)所有用戶的總用冷量,kW·h。式(3)是將原來按照裝機容量分攤的固定成本按照年度累計供能分攤到單位冷熱量上去。計算公式采用消費價格指數(shù)(CPI)來更新CCS中的固定成本,CPI可采用當?shù)亟y(tǒng)計部門每個月公布的數(shù)據(jù)。2.2ccs用電成本為了確定CCS用水、電成本,可以對CCS樣本樓制取冷水的水電消耗進行測量并作統(tǒng)計平均,結(jié)合前一年測量數(shù)據(jù)與水電價格計算出當年CCS用水、電的成本基準,單位為元/(kW·h),其他成本以此類推,以后每年的成本則設(shè)置消費價格指數(shù)指標進行修正。第t年CCS冷水的電力成本為CBE,t=????????1+IE,t100????????CBE,t?1(4)CBE,t=(1+ΙE,t100)CBE,t-1(4)式中CBE,t和CBE,t-1為第t年和t-1年CCS的用電成本,元/(kW·h);IE,t為第t年與第t-1年相比電價的百分比增量。同理,第t年CCS冷水的用水成本為CBW,t=????????1+IW,t100????????CBW,t?1(5)CBW,t=(1+ΙW,t100)CBW,t-1(5)式中CBW,t和CBW,t-1分別為第t年和t-1年CCS的用水成本,元/(kW·h);IW,t為第t年與第t-1年相比商業(yè)樓群供水價格的百分比增量。第t年CCS的其他成本為CBO,t=????????1+IO,t100????????CBO,t?1(6)CBΟ,t=(1+ΙΟ,t100)CBΟ,t-1(6)式中CBO,t和CBO,t-1分別為第t年和t-1年CCS的其他成本,元/(kW·h);IO,t為第t年與第t-1年相比除水電外其他費用的消費品價格百分比增量。2.3營盈虧時不分攤收益區(qū)域供冷系統(tǒng)如設(shè)計合理、運營良好,則可以獲得比預期更多的節(jié)能收益,其節(jié)能效益應(yīng)該由用戶與節(jié)能服務(wù)公司分享,但是分享的比例要合理確定。將節(jié)省成本分給DCS運營商有助于他們投入更多的資金來提高能效,但是DCS運營商也要將效率提高帶來的節(jié)省效益給用戶分享一部分,以確保用戶對區(qū)域供冷的信心和消費量,這個平衡點需要仔細判斷。設(shè)第t年DCS分攤給用戶的經(jīng)濟效益值為St,單位為元/(kW·h),則年度運營盈余時St為正值,年度運營虧損時St為零,即虧損時不分攤收益,也不由用戶分攤虧損。St={[CB,t?1Qcap,t?1+Ql,t?1(CBE,t?1+CBW,t?1+CBO,t?1)]?(∑CD,t?1+∑CE,t?1)?Lt?2}?Ql,t(7)St={[CB,t-1Qcap,t-1+Ql,t-1(CBE,t-1+CBW,t-1+CBΟ,t-1)]-(∑CD,t-1+∑CE,t-1)-Lt-2}?Ql,t(7)式中∑CD,t-1為t-1年DCS總的固定運行成本,包括運營商對區(qū)域供冷投資的資金回收,元;∑CE,t-1為t-1年DCS總的可變運行成本,元;Lt-2為第t-2年DCS系統(tǒng)運營的虧損數(shù)額;?為DCS用戶與運營商之間經(jīng)濟效益收入的分配比率。圖1是根據(jù)效率與激勵之間假設(shè)關(guān)系進行的敏感性預測,從中可見區(qū)域供冷的節(jié)省效益分配存在唯一的平衡點。這是由于給能源服務(wù)商分配的節(jié)省效益越多,其越愿意投入更多的資金去提高能效和加強運行管理以獲得更多的收益,即其盈余收入與分配比例的關(guān)系基本是線性的。但是從用戶角度來分析,所獲得的分配比例過低或過高都不能帶來盈余的增長,因為用戶的最終節(jié)省效益分配是分配比例與分配總量的乘積,分配比例過低自然會降低用戶享受到的節(jié)省效益,分配比例過高則會降低能源服務(wù)商對提高能效的動力,從而降低分配基數(shù)。只有在用戶與能源服務(wù)商分配比例基本相當?shù)那闆r下,才可以使用戶的分配收益達到最大,即用戶享受區(qū)域供冷服務(wù)所需要花費的成本達到最低,如圖2所示。2.4區(qū)域供冷系統(tǒng)收費mt根據(jù)以上的分析,則可為DCS確定最高限價,具體如下:Mt=????????????????1+Ii,t100????????CB,t?1Qcap,t?1Ql,t+????????1+IE,t100????????CBE,t?1+????????1+IW,t100????????CBW,t?1+????????1+CBO,t?1100????????CBO,t?1?????????St+Kt(8)Μt=[(1+Ιi,t100)CB,t-1Qcap,t-1Ql,t+(1+ΙE,t100)CBE,t-1+(1+ΙW,t100)CBW,t-1+(1+CBΟ,t-1100)CBΟ,t-1]-St+Κt(8)式中Mt為DCS第t年單位冷量的最高定價,元/(kW·h);Kt為第t年運營收費不足或超出預期收入的修正值,元/(kW·h)。按照CCS計算其費用來給區(qū)域供冷系統(tǒng)定價的方式理論上可以做到每年度的運行費用相同,但所計算的定價在實際收費過程中可能因為各種原因出現(xiàn)偏差,如果在實際操作過程中費用收取不完全,則會造成當年收入少于預期,在商業(yè)化過程中,少收費用應(yīng)當作為虧空記入下一年的成本增加,以保證能源服務(wù)企業(yè)的正常運營;同理如果總收費高于預期,多收費用應(yīng)當記入盈余在下一年度返還給消費者,以平衡合理的市場價格并恢復消費者對區(qū)域供冷的信心。在一些政府主導或推動建設(shè)的區(qū)域供冷系統(tǒng)中,如果政府希望在區(qū)域供冷過程中充當積極角色,可以通過調(diào)整貸款利率或水電價格扶持區(qū)域供冷系統(tǒng)。當修正值為正時,即去年虧空時,政府可以通過下調(diào)給區(qū)域供冷系統(tǒng)的貸款利率給予扶持;當修正值為負時,則保持正常的當年期銀行貸款利率。3固定成本和單位冷量以下按照1000戶居民的10萬m2居住建筑分別采用分體空調(diào)、VRF和區(qū)域供冷技術(shù)作為實例驗證以上公式,一些常用參數(shù)的設(shè)定值為:Qcap,t=5400kW,Ql,t=4500000kW·h,CPI=8%。表1為居住建筑空調(diào)系統(tǒng)案例計算結(jié)果。從表1以及圖3和圖4可以看出,居住建筑空調(diào)系統(tǒng)單位冷量的固定成本和單位冷量的成本均較高,且三種形式分布明顯,區(qū)域供冷高于VRF高于分體空調(diào)。從圖中可以看出,三種供冷形式居住建筑的單位冷量固定成本差別巨大,從0.511元/(kW·h)到2.2元/(kW·h),變化范圍較大。這是由于居住建筑的單位裝機容量年度累計負荷較少造成的,也就是說裝機容量的年度平均利用時間較少,造成的固定成本分攤過高,使得居住建筑中的固定成本占總成本主要部分,區(qū)域供冷增加的投資難以體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟價值,這也是許多住宅區(qū)域供冷系統(tǒng)的運行難以為繼的原因所在。另外由于住宅區(qū)域供冷系統(tǒng)的部分負荷時段較多,輸配管網(wǎng)上損耗較多,雖然區(qū)域供冷高能效主機占有優(yōu)勢,但其系統(tǒng)季節(jié)能效難以提高,也造成了區(qū)域供冷系統(tǒng)的單位冷量成本最高,而分體空調(diào)最便宜,這也說明了在以使用率低、分散度高為特點的居住建筑負荷特性和使用條件下,單獨居住建筑空調(diào)系統(tǒng)更適宜采用分體空調(diào),而不適宜采用高度集中的區(qū)域供冷。4單位冷量固定成本隨累計負荷的變化規(guī)律以50棟1萬m2辦公建筑組成的50萬m2項目為例,分別采用VRF、集中供冷和區(qū)域供冷技術(shù)作為實例驗證以上公式。一些常用參數(shù)的設(shè)定值為:Qcap,t=55000kW,Ql,t=40000MW·h,CPI=8%。表2為公共建筑空調(diào)系統(tǒng)案例計算結(jié)果。對比表1、圖3、圖4以及表2、圖5、圖6可以看出,總體而言,辦公建筑的冷量成本低于居住建筑,這主要是由于單位冷量固定成本更低和系統(tǒng)運行更穩(wěn)定、效率更高兩方面原因造成的。從表2可以看出,公共建筑由于本身的負荷較住宅要大許多,其分攤到裝機容量上的固定成本要低于住宅。公共建筑三種供冷形式的單位冷量固定成本隨累計負荷的變化趨勢是明顯的,集中供冷>VRF>區(qū)域供冷。這是由于區(qū)域供冷需要建設(shè)獨立的機房土建并進行供配電,因此初投資最高,但是區(qū)域供冷建成后每年的運行管理和維護費用相對集中供冷得到了極大的節(jié)省,因而其固定成本分攤后在三種供冷形式中是最低的。而VRF雖然初投資較低且維護費用也不高,但是系統(tǒng)壽命較短造成單位冷量的固定成本分攤最高。在三種供冷形式中,雖然區(qū)域供冷系統(tǒng)的設(shè)備效率最高,但是由于受到輸配管網(wǎng)的影響,尤其是在部分負荷時輸配損耗較高,區(qū)域供冷系統(tǒng)的季節(jié)平均能效在三種供冷形式中也是居中的,這就最終導致了區(qū)域供冷系統(tǒng)的單位冷量成本隨累計負荷變化在三種供冷形式中居中間位置。而集中供冷系統(tǒng)雖然初投資最少,但是由于分散的機房數(shù)量眾多,每年所需要的維護管理花費巨大,造成其單位冷量的固定成本反而是三種供冷形式中最高的,雖然其運行的效率也最高,但是最終的單位冷量成本在大多數(shù)情況下還是較高的,只有在年度累計負荷超過120kW·h時,固定成本在總成本中的比例下降明顯,變動成本成為總成本的主導因素,集中供冷系統(tǒng)效率更高的優(yōu)勢明顯顯現(xiàn),使得集中供冷系統(tǒng)的運行費用在三種系統(tǒng)中最低。而VRF系統(tǒng)作為分散程度最高的供冷系統(tǒng),沒有集中的輸配水系統(tǒng),雖然機組能效最低,但是在中小規(guī)模的辦公建筑中因為無需值班人員,運行管理費用低,在累計負荷小于120kW·h的情況下單位冷量成本最低,這也是最近幾年VRF系統(tǒng)在中小規(guī)模的辦公建筑中應(yīng)用較多的原因之一。5集中供冷與區(qū)域供冷的經(jīng)濟性比較5.1區(qū)域供冷系統(tǒng)的經(jīng)濟性研究必須基于壽命周期成本的分析,按照固定成本和變動成本分別計算匯總,才能客觀公正地與常規(guī)系統(tǒng)進行比較。在這種分析中,系統(tǒng)的初投資、運行費用與管理維護三個主要影響因素對壽命周期成本影響較大,而單純地對比DCS與CCS的初投資、運行費用或管理維護費用是不合適和沒有意義的。5.2本文提出了一種DCS的動態(tài)定價方法,按照常規(guī)系統(tǒng)的收費調(diào)研數(shù)據(jù)確定DCS的收費高限,可以在首先保證用戶不比CCS增加花費的基礎(chǔ)上對DCS系統(tǒng)進行定價,以平衡用戶與能源投資方的利益,同時滿足用戶節(jié)省能源費用支出和能源投資方的合理盈利要求。5.3本文對區(qū)域能源系統(tǒng)產(chǎn)生的節(jié)能效益在能源服務(wù)商與用戶之間的最佳分配進行了探討,研究顯示,只有在用戶與能源服務(wù)商分配比例基本相當?shù)那闆r下,方可使用戶分配的收益達到最大,對DCS的持續(xù)運行最為有利。5.4研究表明,居住建筑空調(diào)系統(tǒng)單位裝機容量的年度累計負荷小于辦公建筑,因而采用分體空調(diào)、VRF或區(qū)域供冷時,其單位冷量的固定成本與分攤到單位冷量的總成本變化規(guī)律相同,且均高于辦公建筑。居住建筑采用DCS的綜合成本高于采用VRF和分體空調(diào)的綜合成本,主要原因是由于居住建筑制冷設(shè)備的年度平均利用時間較少,造成的單位冷量固定成本分攤過高,以及住宅區(qū)域供冷系統(tǒng)的部分負荷時段較多,輸配管網(wǎng)損耗較多。因此在居住建筑負荷特性和使用條件下,單獨居住建筑空調(diào)系統(tǒng)更適宜采用分體空調(diào),而不適宜采用高度集中的區(qū)域供冷。5.5研究發(fā)現(xiàn),公共建筑中DCS初投資高,