天然氣分布式能源優(yōu)劣勢分析及行業(yè)發(fā)展對策

肖劍 孫軼

中船重工第七一一研究所上海齊耀動力

0 概述

基于天然氣發(fā)電的分布式能源可分為兩種：一種是以燃氣輪機為核心設(shè)備的中大型天然氣發(fā)電項目，主要用于大型園區(qū)、居民區(qū)發(fā)電和供熱；另一種是以燃氣內(nèi)燃機為核心設(shè)備的中小型發(fā)電項目，主要用于醫(yī)院、樓宇、園區(qū)等的冷熱電三聯(lián)供。近幾年來，政府的大力支持及政策補貼，天然氣分布式能源項目在國內(nèi)得到快速發(fā)展。一些樓宇、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心以及商業(yè)中心均分別在新建或改建時，考慮使用天然氣分布式能源提供冷熱電的供應(yīng)。其中，很多項目已經(jīng)實施落地，也有一些項目在優(yōu)化方案設(shè)計和進行可行性論證中。2017年，國內(nèi)天然氣由于出現(xiàn)氣荒及一些其它原因，天然氣分布式能源項目在國內(nèi)的發(fā)展勢頭有些回落，有些項目胎死腹中，有些項目在實施過程中被更換建設(shè)方案。本文針對這一現(xiàn)象進行了一些探討，對燃氣分布式能源行業(yè)作了簡要的優(yōu)劣勢分析，找出造成行業(yè)快速低迷的原因，提出了相應(yīng)的行業(yè)發(fā)展對策。

1 天然氣分布式能源的特點與優(yōu)勢

相比較于傳統(tǒng)能源，天然氣分布式能源有著明顯的特點和優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下4個方面。

1）有效減少環(huán)境排放

天然氣分布式能源系統(tǒng)采用天然氣作為燃料，天然氣分布式能源與燃煤、燃油相比，二氧化硫（SO2）和粉塵、固體廢棄物排放幾乎為零，二氧化碳（CO2）和氮氧化物（NOX）排放也能夠降低50%以上。

2）能源實現(xiàn)梯級利用，提升能源綜合利用效率

天然氣分布式能源利用發(fā)電后的余熱供熱、制冷，實現(xiàn)了能源的梯級利用，能源綜合利用率達到70%～90%。項目建設(shè)往往靠近用戶端，減少了能源遠距離傳輸?shù)膿p耗?？稍偕茉疵芏容^低、穩(wěn)定性差、資源分布不均，難以作為大型的集中供能手段。建設(shè)分布式系統(tǒng)，就地生產(chǎn)、就地消納是其較為理想的選擇。

3）提高了能源供應(yīng)的安全性

分布式能源與大電網(wǎng)互為備用，可提高供電可靠性。在大電網(wǎng)故障和意外災(zāi)害情況下，分布式能源可維持重要用戶的供電，保障能源供應(yīng)的可靠性。

4）能夠提供冷熱電三聯(lián)供應(yīng)，滿足終端用戶的冷熱電能源需求

2 天然氣分布式能源存在的問題

天然氣分布式能源也存在各種各樣的問題，有些是受政策法規(guī)的制約，有些則是受技術(shù)發(fā)展的制約，概括起來，大致有以下七個方面的問題。

1）政策補貼退坡，項目投資回收期增長，有些項目甚至難以實現(xiàn)盈利。前幾年，上海、青島、長沙等城市紛紛出臺天然氣分布式能源補貼政策，在初始投資額、天然氣成本和發(fā)電收入等方面進行政策性補貼，使項目的投資回收期顯著縮短，有些項目能在2～3年內(nèi)收回成本。目前，由于政策補貼退坡，一些項目的投資回收期拖得很長，利潤好的項目長達5～10年，利潤較差的項目甚至出現(xiàn)虧損，無法實現(xiàn)盈利。

2）項目受天然氣價格、電力價格因素影響巨大。天然氣分布式能源項目全部收益由發(fā)電和制冷、制熱產(chǎn)生，而成本主要由天然氣價格決定。按目前市場上的常規(guī)天然氣發(fā)電機組的發(fā)電效率計算，1Nm3天然氣產(chǎn)生電力在3.5～4.2KWh 之間，以每 KWh 電并網(wǎng)結(jié)算價格 0.8 元計算（平均），電力產(chǎn)生的收益在2.8～3.2元之間，輔以制冷、制熱產(chǎn)生的收益在0.3～0.5元之間，所以 1Nm3天然氣產(chǎn)生的總收益在 3.3～3.7 元之間，扣除人工、耗水、項目本身自耗電、環(huán)保處理等成本外，1Nm3天然氣產(chǎn)生的凈收益在2.9～3.3元之間，而目前市場上天然氣價格很多都已經(jīng)超過這個價格，即是掌握了氣源的各大燃氣公司，其氣源成本價格也在2元多，因此，剔除天然氣的成本外，如無政府相應(yīng)補貼，絕大多數(shù)項目無法實現(xiàn)盈利。前幾年，天然氣分布式能源項目受電力價格和天然氣價格因素的影響，投資存在很大的不確定性，投資風(fēng)險很高。

3）項目裝機功率較小，不能實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。如果說，天然氣分布式能源受天然氣價格和電力價格影響，是使項目投資風(fēng)險大的重要原因外，那么項目的裝機功率低，不能實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)則是致使項目不能實現(xiàn)規(guī)模收益的一道難以逾越的坎。目前，分布式能源發(fā)電在很多地方還不能上網(wǎng)，只能以并網(wǎng)運行來滿足終端小型用戶的需求，而終端小型用戶的電力需求往往不強，機組裝機功率受限，且存在著終端用戶的電力波峰和波谷需求差別很大。如果考慮機組滿載運行時間和裝機規(guī)模，要保證運行時間越長，則裝機規(guī)模相應(yīng)越低；相反，運行時間越短，裝機規(guī)模則越大。如果選擇裝機規(guī)模大，運行時間短，則設(shè)備的初始投資額大，年折舊高，機組經(jīng)濟性越差，且存在著大馬拉小車現(xiàn)象，機組長時間不能滿載運行，經(jīng)濟效益不好。因此，對于絕大多數(shù)分布式能源項目，一般都追求運行時間長，裝機規(guī)模小的模式，以終端基礎(chǔ)負荷來確定裝機容量。這樣，設(shè)備的運行成本雖降低了，但是裝機規(guī)模也小了，比較難以達到規(guī)模效應(yīng)。

4）用戶端冷、熱、電能源消耗波動大，不能滿足終端冷熱需求，需其他供冷、供熱設(shè)備配合使用。根據(jù)終端用戶的基礎(chǔ)用電負荷來決定發(fā)電機組的裝機規(guī)模后，由于裝機規(guī)模偏小，勢必導(dǎo)致燃氣發(fā)電機組提供的冷、熱、電不能滿足終端用戶的需求。在滿足電力基礎(chǔ)負荷，以電定熱的設(shè)計前提下，燃氣發(fā)電機組提供的冷、熱十分有限，只能提供20～30%左右的冷熱負荷需求，剩余絕大部分冷、熱都依賴于傳統(tǒng)供能方式，使用燃氣鍋爐或者空調(diào)制冷，這又相應(yīng)地增加了設(shè)備的初始投資額，同時在運行過程中，多設(shè)備的運行切換，也使得控制系統(tǒng)變得相對復(fù)雜，增加了運行難度和人員投入成本，以及設(shè)備運行維護成本。

5）環(huán)保要求趨嚴，NOx排放值越來越低，增加額外成本。環(huán)保要求越來越高，國家對天然氣發(fā)電機組NOx排放也越來越嚴，無形中增加了項目的運行成本，致使項目投資回收期增長。

6）核心設(shè)備依賴進口，售價高昂，致使項目經(jīng)濟效益差。天然氣內(nèi)燃發(fā)電機組是分布式能源的核心設(shè)備。目前，在國內(nèi)市場上，天然氣內(nèi)燃發(fā)電機組絕大部分是國外的品牌機組。發(fā)電機組設(shè)備占項目總投資額比重很高，以燃氣機配板式換熱器和余熱鍋爐為例，單是進口的燃氣發(fā)電機組價格就要占到整個項目投資額的60～70%，由于進口設(shè)備價格高，致使項目投資額居高不下，影響項目投資回收期。

7）受技術(shù)水平限制，并網(wǎng)運行的發(fā)電機組無法作為應(yīng)急發(fā)電機組使用，且無法實現(xiàn)黑啟動。燃氣發(fā)電機組從啟動到滿載運行，需要3～5min左右，無法做到在短時間內(nèi)從啟動到滿載運行，決定了天然氣發(fā)電機組無法作為應(yīng)急發(fā)電機組使用。同時，當主電網(wǎng)斷電時，由于并網(wǎng)運行的機組在技術(shù)上還存在不足，無法實現(xiàn)黑啟動功能，也無法實現(xiàn)在受到自然災(zāi)害影響、主電網(wǎng)斷電情況下作為備用電源功能，實現(xiàn)救災(zāi)發(fā)電功能。

3 行業(yè)發(fā)展對策

天然氣分布式能源盡管存在著各種原因和問題，制約著天然氣分布式能源行業(yè)的發(fā)展，但隨著化石能源短缺和環(huán)境污染的日益嚴重，分布式能源作為一種清潔、高效的新型能源利用技術(shù)，被認為是未來電力市場發(fā)展的主要方向。分布式能源已有30多年的發(fā)展歷史，在美國、日本、德國、意大利等國家得到了大力推廣。因此，隨著我國加快清潔能源開發(fā)與使用，天然氣分布式能源行業(yè)將會再次迎來行業(yè)發(fā)展機會。目前，天然氣分布式能源可以在以下三個方面進行改進與提高。

1）放開天然氣發(fā)電上網(wǎng)許可，允許以市場價格消化吸收天然氣發(fā)電機組產(chǎn)生的電力，以提高機組裝機規(guī)模，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。同時，在不配置更多供冷、供熱設(shè)備的情況下，滿足末端用戶用熱用冷需求，真正實現(xiàn)以熱定電，提高項目收益。

2）延長分布式能源項目的政策補貼，降低補貼申請難度，適當提高項目的電力價格，同時相應(yīng)降低天然氣成本，以實現(xiàn)項目有利可圖。

3）鼓勵分布式能源技術(shù)和裝備的研發(fā)和利用。目前，分布式能源系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)和裝備的研發(fā)投入還不足，國產(chǎn)率有待提高。國內(nèi)的智能電網(wǎng)技術(shù)有待突破，尤其是與分布式能源相適應(yīng)的智能化控制技術(shù)還不成熟。核心裝備在一定程度上對進口設(shè)備依賴較嚴重。因此，政府可制定相應(yīng)政策，針對研發(fā)、制造、使用先進技術(shù)和裝備的企業(yè)，可降低稅收，給予適當財政補貼等措施，以鼓勵科研機構(gòu)、裝備制造商加大對核心技術(shù)及裝備的研發(fā)，鼓勵投資商采用先進的技術(shù)和裝備，以縮小國產(chǎn)技術(shù)及裝備與進口之間的差距，降低系統(tǒng)投資，為分布式能源的推廣提供技術(shù)和核心裝備保障。

4 結(jié)束語

天然氣分布式能源是保障未來能源供應(yīng)的有效措施。為了加快天然氣分布式能源的推廣和應(yīng)用，需要充分發(fā)揮政府職能，制定相應(yīng)的法律法規(guī)，降低市場準入，為項目的開發(fā)及落地保駕護航；需要完善合理的政策補貼，制定清潔能源價格機制，吸引產(chǎn)業(yè)資本進入，促進行業(yè)有序健康發(fā)展；需要加快核心技術(shù)及裝備的研發(fā)、制造、推廣和應(yīng)用，真正發(fā)揮分布式能源的突出優(yōu)勢，提供高效、高品質(zhì)的清潔能源。