工业园区能源投资模式决策分析

摘要：工业园区得以生存及发展的源动力是能源，但是能源储量的不足和能源消耗量的持续增长之间的矛盾从环境、成本、政策等角度影响工业园区内各企业的发展，现有的能源投资模式，不利于企业以及环境的可持续发展。本文首先阐述工业园区的能源投资模型，然后构建基于设施管理的分析模型，为工业园区能源投资设计提供科学依据；最后应运用投资决策模型分析某大型工业园区能源投资决策。

关键词：工业园区 设施管理 能源 投资

1.工业园区能源投资模式

国外在区域性（包括工业园区）设施管理能源投资方面已经积累了很多经验。如在日本大阪世博园、德国汉诺威世博村、西班牙巴塞罗那文化论坛、日本爱知世博园等大规模区域开发项目中，都有深入完整的能源投资方案。能源投资的首要任务是能源系统方案的选择，可供选择的能源系统方案主要有：集中式能源系统；分布式能源系统。

1.1集中式能源系统

集中式能源系统是指在“规模效益”法则下，“大机组、大电网/热网”构筑了集中式功能。这种供能模式是当今能源工业的主要特征，正在为全世界90%以上的能源负荷供能，是发达国家能源工业走过的道路，也是发展中国家能源工业正在走的道路。集中式供能系统主要对工业园区能源投资来讲，主要可分为两种种类型：工业园区所有电能/热能需求均向园区外购买；工业园区设施管理者生产电能/热能用于园区内使用，多余/不足部分向园区外出售/购买。这种集中式供能集中供能具有一次性投资大、规模效益大、非可再生能源耗量高等特点。

1.2分布式能源

分布式能源是相对于现行的集中式供能方式而言的能源系统（也可理解为分散式供冷、热、电），它是用洁净能源（天然气）、生物质（秸秆、沼气）、新能源（氢）和可再生能源（风、太阳能、小水利）等为一次能源，将规模不一的发电和供热制冷等设备加以集成，分散式的方式布置在用户附近的能源系统，类似一个可独立地输出冷、热、电等能源的多功能小电站。

2.案例分析

2.1园区简介

某工业园区拥有较好的规划条件，快速发展的经济基础，已入驻较多企业，并且拥有完善的服务体系，其具体的基本概况如下：园区总规划面积31.34平方公里，近期规划面积13.57平方公里。已建成主干道15条33公里，主要道路网络基本形成；水、电、通讯等配套设施齐全，已基本实现“七通一平”。2012年，某工业园区实现工业总产值67.46亿元，工业增加值15.51亿元，完成固定资产投资10.54亿元。现拥有各类企业百余家，其中主要企业26家。基本以机械电子、农副产品深精加工、皮革加工、化工等为主导的产业格局。

2.2能源投资决策

在该工业园区电、热能量需求能源的条件下，可优先选择不同方案设计得到系统总费用最少的可持续发展的不可再生与可再生能源的最优分配（能源选择）、最优能源转化技术的系统组合。对于本案例工业园区的能源投资，设施管理服务主要可以分为四个方案：

方案一，工业园区所需所有的能源均向园区外购买，包括电能和热能；

方案二，工业园区的热需求由燃煤锅炉供应，电需求全部由设施管理服务商向园区外的电网购买；

方案三，工业园区设施管理服务商引入以燃煤、燃气为燃料的锅炉和汽轮机的CHP系统；

方案四，工业园区设施管理服务商引入除方案三以外的设备，备选设备有燃油机、光伏电板等。

本案例设备资源库为太阳能光伏电板、CHP锅炉和汽轮机、燃油机I类、燃油机II类、燃油机III类、燃气轮机I类、燃气轮机II类、燃气轮机III类、供热锅炉。表示分别为xis=[x11，x21，x311，x321，x331，x411，x421，x431，x51]。所对应的环境成本值相对值，如表2所示。

表2设备所对应相关费用

在MATLAB工具箱中，调用函数linprog，[z，Fmin，exitflag]=linprog（c，b，d，beq，deq，ldz，udz，z0，options），计算四种方案的结果，根据计算结果得出工业园区不同能源方案对比表（年均），如表3所示。该表给出了不同方案设施管理公司的利润、工业园区外购电能量、外购热能量、外购电能费、外购热能费、设施管理公司成本。其中外购能源费和外购热能费指的是工业园区各企业用户直接/间接（通过设施管理公司，而设施管理公司不在从中赚取差价）向园区外电网/热网购买电能/热能所需的费用。管理者利润是指工业园区设施管理公司在投资规划期内每年年均获得的收益，从表中可以看出，方案二的收益为负，这是因为环境成本的原因（上文已有叙述），管理者成本指的是指工业园区设施管理公司每年所投入的成本，包括环境成本、设备成本、燃料成本等。

园区能源总成本对比，如图2所示，即表示了该工业园区能源总成本在不同方案下的比较，包括园区内设施管理公司产能的成本以及各企业向园区外购买能源所需要的成本。图中，方案一与方案二的总成本基本持平，因为该工业园区的热需求总量不大，由燃煤锅炉供应热能基本不能获取利润，形成不了规模效益。在考虑环境成本下，设施管理公司甚至还面临亏损；方案三总成本较方案二减少20.3%，因为热电联产系统，能够对不同品质的能量进行梯级利用，温度比较高的、具有较大可用能的热能用来被发电，而温度比较低的低品位热能则被用来供热供冷，确保了能源的利用效率；方案四总成本较方案三减少9%，相对与方案二减少27.4%，因为在热电联产系统的基础上，引入了燃油机、燃气机、以及太阳能光伏发电设备，能够首先利用燃油、天然气生产高价值的电力，再将余热用于供热或工业蒸汽负荷，并且创造比前者更加显著的经济效益，于此同时又利用光伏发电减少了二氧化碳和二氧化硫的排放，两者相得益彰，一同缩小了环境成本支出。

能源系统管理者成本对比，如图3所示，方案一与方案二基本持平，这是加入燃煤锅炉供应该工业园区体量不大的热需求，其成本支出较低。方案三是方案二成本的490倍，这是因为引入一整套热电联产系统并依靠其供电，所需要的费用较高。而方案四的成本更高，是方案三的2.35倍，是方案二的千倍以上，这说明依靠虽然有集中式系统供能，但是引入分布式系统供能所需要的成本相当高，例如，单太阳能光伏电板的固定费用就高达40000元/KW。

综上所述，每一种方案都有其具体的价值，虽然后两者与环境和谐度更高，但是园区设施管理者所需要投入的成本也高，因此针对不同的投资主体和环境条件需要选择不同的能源投资方案。

4.结束语

工业园区设施管理能源投资与常规能源投资不同的是，设施管理者致力于将传统大众化的能源解决方案变成为高效的为工业园区专门设计的能源解决方案，以期获得效益。在工业园区逐步演化过程里，设施管理者在其中扮演者能源的领导者。作为一个经济组织，设施管理者将很自然的追求从提供的能源解决方案中获得一定的利润。与此同时，为谋求可持续发展，设施管理者将借助能源系统的集成和藕合，实现不同能量利用系统之间物质和能量的优化配置，以有效提高能源资源的综合利用效率。

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