热电冷联供应用于住宅的经济性分析

热电冷联产是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，将制冷、供热(采暖和供热水)及发电过程一体化的多联产总能系统。作为一种新型的能源生产、供应系统以其能源利用效率高的特点在西方国家得到了普遍的应用。目前我国结合城市集中供热的优势和成功经验也开始逐步推广此项技术，最早于1992年在山东淄博展开了住宅项目的试点，经过十多年的运行展示了其良好的经济效益和综合环境效益。本文将以山东济南一实际运行10年的热电冷联供住宅小区为例，结合用户侧的实际运行数据对其经济性进行深入细致的分析。

1 初投资比较

研究用户侧的初投资因投资范围选取不同会产生较大的差异，这里所研究的用户侧投资仅限于整个小区围墙内，用户使用权限以外的土地、设备等费用一律不予考虑。该小区建筑面积57,000平方米，空调面积46,000平方米，设计空调负荷5,100kW，于1993年正式投入使用，初投资情况参见下表1。由于空调主要用能形式主要分为四种——电力、燃气、蒸汽和地热，但是系统形式很多，所以为了尽可能的比对各种系统的投资情况，这里尽可能多的列举了各种不同用能途径的系统形式而不涉及具体的方案实施情况。以期针对不同的用能方式对他们的投资成本、运营成本与收益、内部收益率和投资回收周期等经济性指标作全面的比较。表中除热电冷联产以外其他系统形式的投资和运行费用是根据采用这种形式的住宅实际投资和运行费用按照单位面积投资与运行费用折算过来的。

注：1）除水源热泵系统外，每种系统都采用集中供暖，而水源热泵形式冬季需要加装锅炉辅助加热。表中的管线及末端设备是指集中供暖系统采用散热器片，户式分散空调方式使用地板辐射采暖。2）变电设备费只是计入由于空调引起的用电负荷而要加装的变电设备费。3）针对寒冷地区的特点户式分散空调系统以集中供暖为主，空调采暖为辅。4）集中电制冷选取通用性较高的离心式压缩机组。6）济南市民用天然气增容费为750元/m3/日，集中供暖增容费为25元/m2.。

从上面的初投资分析可以看出，热电冷联供方式的初投资并不是最低的，这也比较符合人们普遍的观念。人们一般认为采用电制冷的投资是空调系统投资最少的，从上面的表中也不难验证他们的观点。一般热电冷联供要比电制冷方式的投资高出10%—15%，而直燃机方式一般要远远超过其他空调方式的初投资，但是如果系统采用的是双效直燃机则还可以供应生活热水（热电冷联供亦可），这是电制冷方式所做不到的。直燃机空调方式投资高的主要原因是燃气增容费的收取，鉴于部分城市已经取消电力增容费，天然气增容费的取消也是大势所趋。如果取消燃气增容费燃气空调的价格将会和电制冷空调的价格比较接近，所以这种系统的投资在未来会逐步降下来。热电冷联供系统的制冷设备初投资比集中电动制冷系统要高，这种投资上的差异主要体现在制冷机的价格差异上，同时这也是不利于此项技术推广的原因之一。户式空调的价格与热电冷联供存在较大的差异，这里面除了成本和技术上的差距以外，人为炒作的因素亦占很大的比例。因为现在户式分散空调的生产企业多、使用群体多、加上有利可图，所以不但空调的技术成熟而且价格也要比各种集中式空调低很多。总结住宅空调的投资比较可以得出，户式分散空调的价格最低、集中电制冷其次、热电冷联供稍差、直燃机系统的价格最高。

从用能的角度整体来看，在用户端应用一次能源的空调系统一般投资比较高，而应用二次能源的空调系统投资比较经济。虽然热电冷联供亦使用二次能源，但是从大角度来说，它使用的是一次能源的附属产品或废品—蒸汽，所以又算不上是完全意义上的二次能源。从使用角度来说，使用一次能源的空调从能源供应上来说更为稳定。其投资额的增加主要是来源于能源形式的初步转换，比如使用燃气先要增加锅炉产生热水或蒸汽才能供应给空调。而使用二次能源的空调其能源使用投资降低主要是随着社会的发展公用事业的完善而带来的利益。比如说电制冷形式如果冬季采用了城市集中供暖，就等于从热电冷联产项目中得到了实惠而不需要另外添置集中锅炉房，如果添置集中锅炉房就需要增加冬季供暖的投资，初投资额将会超过热电冷联产。另外，因为所取投资主体的范围不同而造成电制冷系统投资上的优势明显。如果扩大投资主体考虑到新增或扩容电厂而增加的费用而不计入电网与热网的投资，根据现行电厂的建设费用，其投资将会大于热电冷联产和直燃机系统。而区域热电冷联产是建立在充分利用电厂热、电的基础上建立起来的，做到了热与电的双重利用除了很少一部分管线投资外空调系统用电只占电厂建设费的很小一部分几乎是可以忽略的。所以站在整个国民经济发展的高度上来说，热电冷联产是要比其他空调方式经济的。

2 运行费用比较

对系统的评价除了投资上的比较以外，运行费用的比较是另外一项衡量系统经济性的重要内容。下面分别对所取实例的年运行能耗、运行费进行比较，如表2所示。其中各系统的运行成本可近似视为初投资的折旧与运行费用之和。但是，户式分散空调制冷方式或者家用中央空调的折旧率与其他系统有显著区别，夏季供冷部分的投资要按照年均折旧法每年折旧费以7%来计（根据中国家电行业协会标准家用空调器的平均使用年限为10—15年），其他系统的折旧率按5%计算。同样，其他系统的运行数据也是根据相似的住宅运行数据折算后得到。

注：1、按照济南市物价局规定，民用电价为0.64元/kW-h（济南市民用电未实行分时电价），蒸汽热价为99元/吨，天然气价格为1.60元/m3 ，天然气的热值按照44.8元／GJ计算。

通过比较我们可以得出：（1）从运行费用来说，户式分散空调是最不划算的。除了折旧成本高的原因以外，因为分散电制冷的COP低，同样冷量下电力的消耗几乎是集中电制冷的2倍，所以运行费用高自然是不可避免的。因为各种系统都是采用集中供暖，所以他们运行费用的差距主要是夏季制冷而引起的。所以，上面比较的结果也可以说是整个夏季运行的比较结果。（2）新兴的水源热泵形式其空调费用较高，主要体现在冬季加装了锅炉辅助采暖，这样不但折旧费用上升而且冬季的运行费用也不划算。反而还不如集中电制冷的经济性好更不如热电冷联供的经济性。另外一点值得注意的是，由于水源热泵的冷却水来自于地下，夏季供冷主要能耗应该在泵送上面。但是由于地下水流量的加大（与负荷容量有很大关系），反而不能体现出水源热泵的优势所在。加上济南市已经明令禁止私人或企业擅自开采地下水资源，所以这种形式今后的发展不为看好。（3）从整体来说，还是传统的集中电制冷、直燃机和热电冷联供形式较好。但是因为初投资的偏高导致直燃机的折旧费用大大高于集中电制冷，虽然直燃机的运行成本低于集中电制冷，但是整个运行费用比较下来还是集中电制冷更划算一些。（4）热电冷联产方式都是最为经济的，总结其中原因主要是热电冷联产虽然取用的能源品位低，但是能源的价格亦低。如果折算热价的话，热产品的价格仅为0.10元/kW-h（热）,而电的价格为0.64元/ kW-h,这样生产同样单位冷量的成本上,热电冷联供具有很大的优势。因为每一种空调方式的运行费用对能源价格比较敏感，所以热电冷联产的经济性较好。

3 整体经济性评价

3.1 经济性的横向对比

下面对先对所取实例中各种系统整体的横向经济性进行分析，引用工程经济学中费用—效果分析（Cost—Effectiveness Analysis）的理论。因为本例所达到的效果相同，即为用户提供优质、优价的空调效果，所以这里可以利用此理论对不同的系统进行比较。根据公式：对各种系统投资与消耗的费用进行对比。将各种系统按照降序排列，按照次序给定分值，总分最小的系统就是投资与效益较佳的系统，对比结果见表3。

从横向对比的结果看出，从用户角度来说热电冷联产和集中电制冷加集中供暖形式为最佳。直燃机和水源热泵形式都比较差应该尽量避免使用。

3.2 经济性的纵向对比

要对各系统的经济性进行对比，就要按照工程经济指标对各种系统的内部收益率、投资回收周期和投资效果系数等评价指标进行分析。对于民用建筑采暖按照济南市物价局的规定为19.5元/m2，供冷价格按照35.5元/ m2计算。由于集中空调方式过度季仍在运行多数属于免费供冷（暖），所以过度季的空调价格不计入全年，全年的空调价格应为55元/m2。该小区全年的空调销售收入应为275万元，具体结果如表4所示。

1、以上分析均不计入外部环境成本，而且不考虑利率影响仅仅做静态经济性分析。2、各种集中式空调系统的使用寿命按照20年计算，分散式空调系统的使用寿命按照15年计算。

1）虽然热电冷联产的投资比集中制冷高97.7万元，但是每年热电冷联产的运行要比集中电制冷节省24.68万元，只要4年时间就可以完全收回因为采用热电冷联产而多追加的投资。而且热电冷联产的投资回收周期要比集中电制冷早15年。2）直燃机系统虽然方案可行，但是初投资太大、经济效益不佳，造成项目可行但是经济效益差，回收的周期超过系统的使用年限。3）从用户的角度考虑，虽然户式空调降低了投资的成本，但是与集中供冷（暖）相比这种系统的运行费用高，完全是处于被动消耗状态根本达不到最低收益标准，所以无论是户式分散空调还是户式集中空调系统虽然方案可行但应该说是最不经济。

4 结论

首先，从整个经济效益评价来看，热电冷联供系统虽然投资较大，但是运行费用要比其他系统低。所以，热电冷联供系统应用于住宅建筑是完全可行而且经济的。其次，在电力紧张的地区推广三联供技术不但可以有效缓解电力供求矛盾，而且能够提高热电厂夏季用热负荷和电厂利用效率，为贯彻以热定电的方针提供有力的支持。最后，热电冷三联供的实施对于提高整个热电系统的能源利用效率，降低发电煤耗减少废热排放所带来的热环境污染，有着更积极的作用。