區(qū)域供冷系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)營性研究

0投資側(cè)cs定價(jià)我國長距離供冷系統(tǒng)cs（二級(jí)供暖系統(tǒng)）的經(jīng)濟(jì)是一個(gè)國內(nèi)熱點(diǎn)。許多研究結(jié)論表明，sd可以在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行，但根據(jù)用戶的研究結(jié)果，sd的收費(fèi)往往高于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的ccs（復(fù)合強(qiáng)迫系統(tǒng)）。這是真正的供求單方之間的矛盾焦點(diǎn)。用戶側(cè)希望DCS的優(yōu)勢體現(xiàn)在可提供經(jīng)濟(jì)性和可靠性更好的服務(wù)上,定價(jià)過高會(huì)導(dǎo)致用戶對區(qū)域供冷技術(shù)的抵觸,接入后也會(huì)由于對用能費(fèi)用的擔(dān)心而抑制需求,而需求不足將進(jìn)一步導(dǎo)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(shí)現(xiàn)可持續(xù)的商業(yè)化運(yùn)行,必然需要通過商品化的收費(fèi)回收前期設(shè)備、配電和土建等巨額投資,希望在定價(jià)上獲得理想的回報(bào),以盡快回收資金。因此DCS系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性必須考慮這種大規(guī)模投資系統(tǒng)的特有經(jīng)濟(jì)特性,以及商業(yè)化模式帶來的優(yōu)缺點(diǎn)。通過商業(yè)化運(yùn)營的DCS有利有弊,優(yōu)勢是可以通過商業(yè)化促進(jìn)機(jī)制化的成本控制與運(yùn)營費(fèi)節(jié)省,缺點(diǎn)是商業(yè)化可能會(huì)帶來短期的資金回報(bào)要求。在DCS與CCS的對比中,用戶往往只關(guān)心運(yùn)行費(fèi)用而不關(guān)心初投資,而建設(shè)方更關(guān)心初投資而對運(yùn)行費(fèi)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(yùn)營是虧損的,建設(shè)期的收費(fèi)扣除運(yùn)行成本甚至不夠支付建設(shè)費(fèi)用的融資利息,但隨著負(fù)荷率提高,成本得到分?jǐn)偠档?現(xiàn)金流量逐漸會(huì)由負(fù)到正并實(shí)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(jià)格及方式提供給他們,能夠體現(xiàn)公平合理的原則,同時(shí)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(jià)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?yàn)橹挥杏脩糇罱K接受并愿意使用這一系統(tǒng),這一系統(tǒng)才能正常運(yùn)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(jià)方式,該方式在首先保證用戶不多花費(fèi)的基礎(chǔ)上能夠滿足用戶與能源投資方的利益平衡,同時(shí)滿足能源投資方的投資回收和適當(dāng)盈利要求,并每年對各影響因素進(jìn)行合理的修正。DCS的定價(jià)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(jī)制來提高效率和配置能源,因此在確定價(jià)格的時(shí)候還必須確定合理的價(jià)格調(diào)整機(jī)制,在短期收益分配與長期效率激勵(lì)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(shí)現(xiàn)公平定價(jià)的基礎(chǔ)上分析區(qū)域供冷技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和適用性,在此基礎(chǔ)上制定雙方接受的定價(jià)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(jià)格的上限值為CCS的當(dāng)量價(jià)格。當(dāng)然由于在定價(jià)時(shí)項(xiàng)目的建設(shè)可能尚未開始,因此可以參考當(dāng)?shù)仡愃平ㄖδ艿膶?shí)際能耗情況來確定。DCS需要回收的成本主要包括三部分:固定成本、浮動(dòng)成本和利潤稅費(fèi)。其中固定成本是指項(xiàng)目的初投資,在通常情況下還應(yīng)包括土地使用費(fèi)、機(jī)房與輔助用房建設(shè)費(fèi)等在壽命周期內(nèi)單位冷熱量上的分?jǐn)?浮動(dòng)成本即是單位冷熱量分?jǐn)偟乃娰M(fèi)等日常運(yùn)行費(fèi)用;利潤和稅率是根據(jù)實(shí)際情況來計(jì)算合理利潤及應(yīng)交稅費(fèi)。因此在確定價(jià)格計(jì)算公式的時(shí)候還要同時(shí)考慮約定的期限長短,必須在收益與分配效率之間作一個(gè)權(quán)衡,從而決定是考慮短期還是長期的合約期限。如果價(jià)格是在長期內(nèi)進(jìn)行控制的,那么能源投資方為了保持長期收益,將有動(dòng)力去減少成本。但是在最后的一段期限內(nèi),價(jià)格將明顯高于公司成本,從而導(dǎo)致低效與分配問題。而且如果價(jià)格控制操之過急,公司的持續(xù)發(fā)展將受到威脅。如果價(jià)格控制的時(shí)間比較短,管理者能確保價(jià)格與公司成本持平,有利于通過市場機(jī)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(dòng)機(jī)將隨著期限的縮短而減小。2價(jià)格公式的導(dǎo)出和修改2.1單位冷量固定成本計(jì)算式固定成本是即使不使用空調(diào)也需要進(jìn)行分?jǐn)偟某杀?包括系統(tǒng)的初投資、運(yùn)行維護(hù)等費(fèi)用。CCS系統(tǒng)單位面積的年度固定費(fèi)用可按下式計(jì)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(fèi)用,元/(m2·a);Cm為年維護(hù)管理費(fèi),元/a;Cd為年設(shè)備折舊費(fèi),元/a;Cadd為其余附加收費(fèi),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(fù)荷的總固定成本CBK計(jì)算式為CBK=∑AiCBQcap,t(2)CBΚ=∑AiCBQcap,t(2)式中CBK為系統(tǒng)單位冷負(fù)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(jī)容量,kW。則根據(jù)前一年固定成本基準(zhǔn)并考慮通貨膨脹影響的單位冷量固定成本計(jì)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(fèi)價(jià)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(fèi)價(jià)格指數(shù)的百分比增長量;Ql,t為預(yù)計(jì)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(jī)容量分?jǐn)偟墓潭ǔ杀景凑漳甓壤塾?jì)供能分?jǐn)偟絾挝焕錈崃可先?。?jì)算公式采用消費(fèi)價(jià)格指數(shù)(CPI)來更新CCS中的固定成本,CPI可采用當(dāng)?shù)亟y(tǒng)計(jì)部門每個(gè)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(jìn)行測量并作統(tǒng)計(jì)平均,結(jié)合前一年測量數(shù)據(jù)與水電價(jià)格計(jì)算出當(dāng)年CCS用水、電的成本基準(zhǔn),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(fèi)價(jià)格指數(shù)指標(biāo)進(jìn)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(jià)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(jià)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(fèi)用的消費(fèi)品價(jià)格百分比增量。2.3營盈虧時(shí)不分?jǐn)偸找鎱^(qū)域供冷系統(tǒng)如設(shè)計(jì)合理、運(yùn)營良好,則可以獲得比預(yù)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(yùn)營商有助于他們投入更多的資金來提高能效,但是DCS運(yùn)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(fèi)量,這個(gè)平衡點(diǎn)需要仔細(xì)判斷。設(shè)第t年DCS分?jǐn)偨o用戶的經(jīng)濟(jì)效益值為St,單位為元/(kW·h),則年度運(yùn)營盈余時(shí)St為正值,年度運(yùn)營虧損時(shí)St為零,即虧損時(shí)不分?jǐn)偸找?也不由用戶分?jǐn)偺潛p。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(yùn)行成本,包括運(yùn)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(yùn)行成本,元;Lt-2為第t-2年DCS系統(tǒng)運(yùn)營的虧損數(shù)額;?為DCS用戶與運(yùn)營商之間經(jīng)濟(jì)效益收入的分配比率。圖1是根據(jù)效率與激勵(lì)之間假設(shè)關(guān)系進(jìn)行的敏感性預(yù)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(diǎn)。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(qiáng)運(yùn)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?yàn)橛脩舻淖罱K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(huì)降低用戶享受到的節(jié)省效益,分配比例過高則會(huì)降低能源服務(wù)商對提高能效的動(dòng)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(dāng)?shù)那闆r下,才可以使用戶的分配收益達(dá)到最大,即用戶享受區(qū)域供冷服務(wù)所需要花費(fèi)的成本達(dá)到最低,如圖2所示。2.4區(qū)域供冷系統(tǒng)收費(fèi)mt根據(jù)以上的分析,則可為DCS確定最高限價(jià),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(jià),元/(kW·h);Kt為第t年運(yùn)營收費(fèi)不足或超出預(yù)期收入的修正值,元/(kW·h)。按照CCS計(jì)算其費(fèi)用來給區(qū)域供冷系統(tǒng)定價(jià)的方式理論上可以做到每年度的運(yùn)行費(fèi)用相同,但所計(jì)算的定價(jià)在實(shí)際收費(fèi)過程中可能因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)偏差,如果在實(shí)際操作過程中費(fèi)用收取不完全,則會(huì)造成當(dāng)年收入少于預(yù)期,在商業(yè)化過程中,少收費(fèi)用應(yīng)當(dāng)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(yùn)營;同理如果總收費(fèi)高于預(yù)期,多收費(fèi)用應(yīng)當(dāng)記入盈余在下一年度返還給消費(fèi)者,以平衡合理的市場價(jià)格并恢復(fù)消費(fèi)者對區(qū)域供冷的信心。在一些政府主導(dǎo)或推動(dòng)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(dāng)積極角色,可以通過調(diào)整貸款利率或水電價(jià)格扶持區(qū)域供冷系統(tǒng)。當(dāng)修正值為正時(shí),即去年虧空時(shí),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(dāng)修正值為負(fù)時(shí),則保持正常的當(dāng)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(shí)例驗(yàn)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(jì)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(jī)容量年度累計(jì)負(fù)荷較少造成的,也就是說裝機(jī)容量的年度平均利用時(shí)間較少,造成的固定成本分?jǐn)傔^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(jì)價(jià)值,這也是許多住宅區(qū)域供冷系統(tǒng)的運(yùn)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(fù)荷時(shí)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(jī)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(diǎn)的居住建筑負(fù)荷特性和使用條件下,單獨(dú)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(jì)負(fù)荷的變化規(guī)律以50棟1萬m2辦公建筑組成的50萬m2項(xiàng)目為例,分別采用VRF、集中供冷和區(qū)域供冷技術(shù)作為實(shí)例驗(yàn)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(jì)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(yùn)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(fù)荷較住宅要大許多,其分?jǐn)偟窖b機(jī)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(jì)負(fù)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(dú)立的機(jī)房土建并進(jìn)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(yùn)行管理和維護(hù)費(fèi)用相對集中供冷得到了極大的節(jié)省,因而其固定成本分?jǐn)偤笤谌N供冷形式中是最低的。而VRF雖然初投資較低且維護(hù)費(fèi)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?jǐn)傋罡摺Ｔ谌N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(fù)荷時(shí)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(dǎo)致了區(qū)域供冷系統(tǒng)的單位冷量成本隨累計(jì)負(fù)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(jī)房數(shù)量眾多,每年所需要的維護(hù)管理花費(fèi)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(yùn)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(jì)負(fù)荷超過120kW·h時(shí),固定成本在總成本中的比例下降明顯,變動(dòng)成本成為總成本的主導(dǎo)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(yùn)行費(fèi)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(jī)組能效最低,但是在中小規(guī)模的辦公建筑中因?yàn)闊o需值班人員,運(yùn)行管理費(fèi)用低,在累計(jì)負(fù)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(jì)性比較5.1區(qū)域供冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)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(dòng)成本分別計(jì)算匯總,才能客觀公正地與常規(guī)系統(tǒng)進(jìn)行比較。在這種分析中,系統(tǒng)的初投資、運(yùn)行費(fèi)用與管理維護(hù)三個(gè)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(yùn)行費(fèi)用或管理維護(hù)費(fèi)用是不合適和沒有意義的。5.2本文提出了一種DCS的動(dòng)態(tài)定價(jià)方法,按照常規(guī)系統(tǒng)的收費(fèi)調(diào)研數(shù)據(jù)確定DCS的收費(fèi)高限,可以在首先保證用戶不比CCS增加花費(fèi)的基礎(chǔ)上對DCS系統(tǒng)進(jìn)行定價(jià),以平衡用戶與能源投資方的利益,同時(shí)滿足用戶節(jié)省能源費(fèi)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(jìn)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(dāng)?shù)那闆r下,方可使用戶分配的收益達(dá)到最大,對DCS的持續(xù)運(yùn)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(jī)容量的年度累計(jì)負(fù)荷小于辦公建筑,因而采用分體空調(diào)、VRF或區(qū)域供冷時(shí),其單位冷量的固定成本與分?jǐn)偟絾挝焕淞康目偝杀咀兓?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(shí)間較少,造成的單位冷量固定成本分?jǐn)傔^高,以及住宅區(qū)域供冷系統(tǒng)的部分負(fù)荷時(shí)段較多,輸配管網(wǎng)損耗較多。因此在居住建筑負(fù)荷特性和使用條件下,單獨(dú)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,