天然氣分布式能源優劣勢分析及行業發展對策

肖劍 孫軼

中船重工第七一一研究所上海齊耀動力

0 概述

基于天然氣發電的分布式能源可分為兩種：一種是以燃氣輪機為核心設備的中大型天然氣發電項目，主要用于大型園區、居民區發電和供熱；另一種是以燃氣內燃機為核心設備的中小型發電項目，主要用于醫院、樓宇、園區等的冷熱電三聯供。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得到快速發展。一些樓宇、醫院、數據中心以及商業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。其中，很多項目已經實施落地，也有一些項目在優化方案設計和進行可行性論證中。2017年，國內天然氣由于出現氣荒及一些其它原因，天然氣分布式能源項目在國內的發展勢頭有些回落，有些項目胎死腹中，有些項目在實施過程中被更換建設方案。本文針對這一現象進行了一些探討，對燃氣分布式能源行業作了簡要的優劣勢分析，找出造成行業快速低迷的原因，提出了相應的行業發展對策。

1 天然氣分布式能源的特點與優勢

相比較于傳統能源，天然氣分布式能源有著明顯的特點和優勢，具體表現在以下4個方面。

1）有效減少環境排放

天然氣分布式能源系統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電后的余熱供熱、制冷，實現了能源的梯級利用，能源綜合利用率達到70%～90%。項目建設往往靠近用戶端，減少了能源遠距離傳輸的損耗。可再生能源密度較低、穩定性差、資源分布不均，難以作為大型的集中供能手段。建設分布式系統，就地生產、就地消納是其較為理想的選擇。

3）提高了能源供應的安全性

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

4）能夠提供冷熱電三聯供應，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，有些是受政策法規的制約，有些則是受技術發展的制約，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虧損，無法實現盈利。

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電和制冷、制熱產生，而成本主要由天然氣價格決定。按目前市場上的常規天然氣發電機組的發電效率計算，1Nm3天然氣產生電力在3.5～4.2KWh 之間，以每 KWh 電并網結算價格 0.8 元計算（平均），電力產生的收益在2.8～3.2元之間，輔以制冷、制熱產生的收益在0.3～0.5元之間，所以 1Nm3天然氣產生的總收益在 3.3～3.7 元之間，扣除人工、耗水、項目本身自耗電、環保處理等成本外，1Nm3天然氣產生的凈收益在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，如無政府相應補貼，絕大多數項目無法實現盈利。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，投資風險很高。

3）項目裝機功率較小，不能實現規模效應。如果說，天然氣分布式能源受天然氣價格和電力價格影響，是使項目投資風險大的重要原因外，那么項目的裝機功率低，不能實現規模效應則是致使項目不能實現規模收益的一道難以逾越的坎。目前，分布式能源發電在很多地方還不能上網，只能以并網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模，要保證運行時間越長，則裝機規模相應越低；相反，運行時間越短，裝機規模則越大。如果選擇裝機規模大，運行時間短，則設備的初始投資額大，年折舊高，機組經濟性越差，且存在著大馬拉小車現象，機組長時間不能滿載運行，經濟效益不好。因此，對于絕大多數分布式能源項目，一般都追求運行時間長，裝機規模小的模式，以終端基礎負荷來確定裝機容量。這樣，設備的運行成本雖降低了，但是裝機規模也小了，比較難以達到規模效應。

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、供熱設備配合使用。根據終端用戶的基礎用電負荷來決定發電機組的裝機規模后，由于裝機規模偏小，勢必導致燃氣發電機組提供的冷、熱、電不能滿足終端用戶的需求。在滿足電力基礎負荷，以電定熱的設計前提下，燃氣發電機組提供的冷、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、熱都依賴于傳統供能方式，使用燃氣鍋爐或者空調制冷，這又相應地增加了設備的初始投資額，同時在運行過程中，多設備的運行切換，也使得控制系統變得相對復雜，增加了運行難度和人員投入成本，以及設備運行維護成本。

5）環保要求趨嚴，NOx排放值越來越低，增加額外成本。環保要求越來越高，國家對天然氣發電機組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）核心設備依賴進口，售價高昂，致使項目經濟效益差。天然氣內燃發電機組是分布式能源的核心設備。目前，在國內市場上，天然氣內燃發電機組絕大部分是國外的品牌機組。發電機組設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，單是進口的燃氣發電機組價格就要占到整個項目投資額的60～70%，由于進口設備價格高，致使項目投資額居高不下，影響項目投資回收期。

7）受技術水平限制，并網運行的發電機組無法作為應急發電機組使用，且無法實現黑啟動。燃氣發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從啟動到滿載運行，決定了天然氣發電機組無法作為應急發電機組使用。同時，當主電網斷電時，由于并網運行的機組在技術上還存在不足，無法實現黑啟動功能，也無法實現在受到自然災害影響、主電網斷電情況下作為備用電源功能，實現救災發電功能。

3 行業發展對策

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的發展，但隨著化石能源短缺和環境污染的日益嚴重，分布式能源作為一種清潔、高效的新型能源利用技術，被認為是未來電力市場發展的主要方向。分布式能源已有30多年的發展歷史，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與使用，天然氣分布式能源行業將會再次迎來行業發展機會。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）放開天然氣發電上網許可，允許以市場價格消化吸收天然氣發電機組產生的電力，以提高機組裝機規模，實現規模經濟。同時，在不配置更多供冷、供熱設備的情況下，滿足末端用戶用熱用冷需求，真正實現以熱定電，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，同時相應降低天然氣成本，以實現項目有利可圖。

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

4 結束語

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