從天然氣分布式到智慧能源的上海實踐與未來

劉惠萍 宋天琦

1．上海市分布式能源產業技術創新戰略聯盟

2．上海航天智慧能源研究院

0 背景

天然氣分布式能源系統是清潔能源應用方式發展的一個重要方向，具有促進節能環保、提高能源利用效率、安全保障和推動相關產業發展等多重社會效益和經濟效益，也是世界各國鼓勵和發展的方向。上海分布式能源發展起步較早，天然氣分布式能源系統是其重要的探索方向之一，在近50個超過十類用戶場景項目中進行了先導性科創探索與商業化應用實踐，目前已擁有一批良好運行的單體和區供項目，走在全國前列，其所歷所得，值得借鑒。

1 回顧推進天然氣分布式能源系統實踐，六個方面做法可借鑒

二十年來，上海從市場潛力分析、發展可行性研究、試點項目探索和國際合作研究交流等方面開展了一系列先導工作。在1999年4月東海天然氣登陸上海之前，上海就如何讓天然氣“用早、用好、用足”開展了系列產業技術裝備和機制創新研究，探索分布式能源系統應用也從大學實驗室走向產業園區、機場商圈等各類用戶場景。從申博成功的前期研究到世博試點，從打造永不落幕世博會出發探索虹橋低碳商務區區域分布式能源系統商業化示范，到后世博園區、前灘、徐匯濱江、迪斯尼的全方位推廣，歷時又十年。自2004年起，上海市接續出臺了四輪天然氣分布式能源系統的扶持政策，從建立協調機構、擬訂政策、制訂規范、科技支撐、項目推進、聯盟協同、組織宣傳等方面積極推動，具體做法梳理如下。

1.1 協調機構從無到有，推進工作卓有成效

上海市委、市政府高度重視，將發展分布式供能系統作為供能安全保障、推進節能減排工作的重要抓手，多次召開工作會議進行決策部署。2004年，上海市發展改革委牽頭會同相關委辦成立了市燃氣空調和分布式供能系統推進發展工作小組，在原市建管委燃氣行業管理部門下設辦公室——上海市燃氣管理處，負責具體日常推進工作。十五年來，已經形成了相關市（區縣）政府部門及企業共同參與的協同工作網絡。

1.2 政策支持持續穩定，扶持模式逐步優化

2004年9月和2008年11月，上海市陸續發布了《關于本市鼓勵發展燃氣空調和分布式供能系統的意見》和《上海市分布式供能系統和燃氣空調發展專項扶持辦法》，在此基礎上，2013年3月又發布了《上海市天然氣分布式供能系統和燃氣空調發展專項扶持辦法》，在前兩輪設備投資補貼、電力并網、道路掘路、優惠氣價等支持基礎上，進一步明確對項目能效后評估項目再予以補貼的扶持政策。即年平均能源綜合利用效率達到70%及以上且年利用小時在2 000h及以上的分布式供能項目再給予2000元/kW的補貼。每個項目享受的補貼金額最高不超過5 000萬元。同時，明確政府投資項目優先使用。即要求政府投資項目，設計單位在可行性研究報告中要有分布式供能方案的比選論證，具備安裝使用條件的，應使用該系統，包括醫院等公益性項目和年用能（熱、電、冷）超過5 000tce的重大基礎設施建設項目。2017年，上海市出臺第四輪扶持辦法，在前三輪的基礎之上，提出對年平均能源綜合利用效率達到80%及以上且年利用小時在3 000h及以上的天然氣分布式供能項目，再給予500元/kW的獎勵性支持。

1.3 技術規程國內首創，突破瓶頸日益完善

鑒于當時國內尚無相應的分布式供能系統設計、施工和驗收技術規程，為盡快突破這一技術“瓶頸”，2004年底，上海市發改委牽頭、市科委立項組織重大攻關，成立電力、燃氣、建筑企業及設計院專家和市政、消防、質監、安監、規劃、環保等部門共11個單位38人組成規程研究編制組。2005年，上海市建設交通委把建設工程規范編制列入計劃，8月批準上海實施《分布式供能系統工程技術規程（試行）》，2008年又完成了規程修訂并頒布正式實施。2015年，針對近年來國家、行業及地方頒發的有關促進天然氣分布式供能系統健康發展的政策和規定,總結經驗和問題,針對性地開展了如區域分布式能源系統、滿足環保新標準等專題研究，在廣泛征求意見基礎上,完成第三次技術規程修編，《天然氣分布式供能系統工程技術規程》已正式實施。

1.4 科技支撐試點示范，項目推進覆蓋城鄉

項目涉及類別從單一用戶型向多用戶區域型拓展，現正逐步向美麗鄉村綜合型延伸，能源品種選擇從單一品種向多能互補轉型。如從城市用戶供能型包括低碳商務園區示范、工業園區燃煤鍋爐替代示范、與可再生能源結合的新能源產業基地示范、與電動車船用戶及儲能結合試點等。行業涉及面幾乎覆蓋醫院、賓館、辦公、學校、工業及區域供能等適合的領域。區域如虹橋商務區、世博、前灘、徐匯濱江、航天飛奧以及科技大學、迪斯尼等。同時，鼓勵能源、裝備等企業組建大型能源服務公司，專業從事分布式能源系統和智慧能源服務項目，同時注重從大學學科建設到設計建設工程實踐一線培育能源服務產業人才和能源管理服務隊伍。

1.5 聯盟攜手模式創新，抱團發展催生市場

在互聯網+智慧能源的推動下，市場活躍度不斷提高。各類能源、信息、制造、地產、金融等企業以發展分布式能源為重要契機，拓展業務板塊，延伸企業價值鏈。2014年，圍繞以企業為主體，以形成產業核心競爭力為目標，成立了上海市分布式能源產業技術創新戰略聯盟，圍繞優化分布式能源產業技術創新鏈及產學研用結合機制，實現企業、高校和科研機構在戰略層面的有效結合，共同致力于突破分布式能源技術創新和產業發展的技術瓶頸，提升分布式能源產業行業整體水平。如，針對分布式能源系統是為用戶定制化服務的市場需求，2017年組織行業企業開展上海市地方標準《天然氣分布式能源系統項目服務規范》和格式服務合同的編制，為規范行業服務填補空白。

1.6 宣傳推廣形式多樣，精準服務力度加大

2004年以來，上海市政府多次組織大型宣傳活動，包括各區縣政府、相關行業的現場推進大會，政策解讀、規范宣貫會議以及關鍵技術應用大型研討會等。2008年，上海市政府通過新聞發布的形式，對發展分布式能源系統的發展意義和新一輪政策進行了宣傳。同時，在燃煤鍋爐替代等行動中，相關協會、聯盟也積極組織能源服務公司與潛在用能企業對接，通過大型論壇、網站、微信等新媒體大力宣傳，利用互聯網+分布式能源思維模式創新商業模式，推廣分布式能源系統。2018年6月，首屆“長三角能源互聯網創新論壇”在上海召開，為更好普及安全、高效、清潔用能創新方式，倡導區域能源互聯、綠色智慧共享，筆者受委托率聯盟專家委創立專欄“慧能評說”，重點分享分布式能源、綠色交通和智慧能源產業技術創新故事，受到行業的歡迎。目前，已經有一大批分布式能源的志愿者加入科普公益宣傳隊伍。

2 重塑分布式能源系統發展優勢，四大特征需關注

天然氣分布式能源系統由于其系統靠近用戶端、運行方式多樣，相比傳統的集中式供能系統，具有安全、清潔、高效、靈活的四大特征優勢。我們發現部分企業在市場拓展，向業主用戶宣傳分布式能源優勢時，提及高效節能較多，提及安全保障和靈活性特征少。行業中也有部分設計單位缺乏經驗，承接項目后按大電廠、房地產建筑思路設計分布式能源系統，帶來了一定偏差，讓用戶體會不到分布式能源系統的優勢。推進中，我們體會是成功的項目往往正是更加關注其提高用能可靠性，關注低碳形象和綠色價值，從而提升項目的品質帶來新的溢出價值。如將分布式能源系統提前納入園區基礎設施一體化建設規劃，同時能源服務企業提前介入，有利于提升園區專業化高質量全生命周期的能源服務，提升園區環境品質和用戶舒適度同時，對招商引資具正向促進作用。

2.1 更加關注天然氣分布式能源系統可提高用戶端用能安全可靠性

在意外災害、市電故障、電力檢修等情況下，分布式能源系統是對單一大電網、大電源的有益補充，具有在線備用電源的功能，相比傳統的柴油機備用，更具及時響應與清潔排放。在2003年美、加大停電、2011年日本大地震、2007年我國南方冰雪等歷次災害事故中已凸顯其作用。根據行業調研，未來無論是對單一用戶或區域用戶，城市或鄉村，市場需要都呈現上升趨勢。如何提高用戶端抗風險能力，提高供能可靠性，盡管目前已從科技試點到實戰演練進行布局，但調研中發現，還有一定差距，許多用戶得知時項目已經設計，預算已經框定，為此，建議項目開發前期規劃階段就要介入。能源服務企業對于交通樞紐、醫院、數據中心、重要部門及不可間斷能源的工藝特需、科研實驗室、醫養結合養老服務場所、農業養殖等量大面廣的重要負荷用戶要更加關注。

2.2 更加關注基于用戶端的兼具靈活特征的分布式能源系統微網可幫助氣電大網削峰填谷

分布式能源系統一般針對用戶特征設計，設備、基礎設施建設等根據用戶量身定制，靈活選擇技術和運行方式。同時，分布式能源系統可以根據新增負荷，靈活配備新的能源系統。

基于用戶端的分布式能源系統可以起到削減高峰負荷的作用，通過價格手段引導用戶在用電高峰時段發電，在用電低谷時段減少分布式能源系統的電力輸出，盡量使用電網低谷電，可有效減少電網的調峰需求。同時，我國天然氣絕大部分用于冬季供暖，夏季處于用氣低谷，恰好與電力峰谷互補，因此，天然氣分布式供能系統也具有天然氣季節性削峰填谷的作用。

隨著分布式可再生能源如光伏項目增多，借鑒國際電力交易經驗，通過互聯網+智慧調度，將氣象情況變化與用能調度結合，創新機制，實現天然氣分布式能源為分布式光伏調峰。為此，建議未來在城市更新，特別是美麗鄉村建設中要更加關注與農村多種可再生能源的互補，研究支持農村地區天然氣供應的非管輸利用及鄉村社員微能網與大能網的結合，充分考慮“電商、電樁、電能”融合，構建鄉村能源合作社，提升鄉村用能保障品質，為鄉村振興產業發展助力。

2.3 更加關注分布式能源系統兼具有清潔與高效的綜合綠色效益

天然氣分布式能源與采用煤炭等傳統化石能源的集中式供能系統相比，污染物與溫室氣體排放均大幅削減。

分布式能源的梯級利用特征，相比傳統的單獨供能方式，要滿足用戶同樣的能源需求所消耗的一次能源更少，顯著提高了能源利用效率。同時，因用戶的就地使用，減少了電能、熱能等遠距離輸送引起的能源損耗。對用戶而言，減少燃料費用，可產生直接經濟效益。對社會而言，達到同樣的能源供應量所消耗的資源更少，減少對環境的影響，具有明顯的社會效益。如何用數據說話，建議未來要更加關注綠能、綠度評價和認證，關注區塊鏈在分布式能源中的應用包括能源交易、碳交易、綠度評價和認證等。

3 突破分布式能源系統商業化瓶頸，兩大關鍵需關注

總體看，分布式能源系統在我國仍處于示范與推廣應用并存階段，未來市場是否會叫好不叫座，或只是情懷使然？結合上海前四輪政策推進實踐，以及聯盟對上海、長三角以及部分省市行業內的專家用戶問卷調研表明，擔心不少，但信心更足。如有用戶認知和設計引導問題，氣電價格比問題，也有園區開發用戶入住具一定周期，導致供能用戶負荷提升存在不確定性，影響經濟性等。還有多種外部效益尚未兌現收益的糾結，如環境效益不能轉化收益、輔助服務未能發揮作用的利益等。但經深層次的分析，有兩點值得更加關注，即設備系統自主創新與便利化服務，冷熱價格機制與穩定的收益，這是影響用戶安心和開心的根本原因。

3.1 更加關注運營環節精打細算特別是冷熱價格機制與服務合約談判能力

同樣的投資，基于穩定用能負荷、用能時間的用戶，在氣電價格由外部主導的前提下，內部的冷熱價格機制是項目經濟性的關鍵指標。從主觀原因看，部分（業主）投資方冷、熱價格談判能力不強。部分項目（業主）投資方在價格談判中對天然氣價格波動缺少預期，冷熱定價采用一口價，或冷、熱價和氣價的聯動公式設計不合理，當氣價上升時無法向用戶傳遞成本。此外，部分項目因為多種因素在議價談判中的商業讓步，降低了項目自身的收益。

3.2 更加關注設備自主創新與便利服務問題

部分關鍵技術設備未實現自主創新，（如微型燃機）、高額的設備成本及其進口稅費制約了項目的經濟性，往往會帶來售后服務等問題。此外，內燃機、熱氣機的產業化程度也亟需提高，這是目前最需要全力突破的瓶頸，也是我國分布式能源系統技術裝備產業發展的重要機遇。

4 關注天然氣分布式能源系統設備自主創新的上海實踐與未來

在世界工業領域，燃氣輪機一直被譽為“皇冠明珠”。國家更是給予其巨大的發展空間，如：《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》的能源領域部分列出了重點突破基于化石能源的微小型燃氣輪機、冷熱電系統綜合技術；在《我國應掌握自主知識產權的關鍵技術和產品目錄》、“航空發動機與燃氣輪機”兩機專項中出現；國家發改委等四部委聯合發布《發展天然氣分布式能源指導意見》中提出，2020年以前實現分布式能源關鍵設備（燃氣輪機）的自主創新；《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030）》第11部分的高效燃氣輪機創新技術；《國家十三五規劃的100個重大項目》中，其排名首位等等。隨著天然氣分布式能源的發展和其智慧化所蘊藏的能源改革巨大潛能被不斷發掘，模塊化小型燃氣輪機自主創新領域產業發展空間和價值潛力值得關注。

4.1 支持科技攻關和首臺套示范

近年，上海在多年天然氣分布式能源系統設備自主創新科技布局基礎上，乘勢而動，在設備自主創新示范應用扶持政策方面積極行動，對采用國內研發的首臺套作為天然氣分布式能源系統項目核心裝備，且滿足項目后評估考核指標的項目給予額外獎勵。如中科院上海高等科學研究院、上海航天智慧能源研究院便是及早布局，積極行動實踐的典型代表。

4.2 支持研發機構產業化創新

中科院上海高等科學研究院經過十年實踐積累和探索，研發的相關設備技術系統成果轉化落地，已相繼在上海校區和商務區供項目調試成功進行示范應用，其小型燃氣輪機產品已逐步成型，結構從全徑流過渡到全軸流，形成系列產品，成為目前國內備受矚目的自主研發燃氣輪機產品中的一個主要系列。

4.3 鼓勵企業多場景梯級應用集成創新

小型燃氣輪機的目標領域主要有工業分布式供能、商業分布式供能、固定應急電源、移動應急電源、動力拖動場合和可再生能源等。分布式能源是其中的重要市場，隨著近期國家對應急產業的高度重視和不斷推進發展，分布式供能與應急產業結合的部分，預期將是小型燃氣輪機未來應用的一個重點方向。航天智慧能源研究院基于這樣的背景，基于十五年多個項目經驗積累，通過自主創新路線，率先研制了一體式撬裝小型燃氣輪機能源站產品，并在園區試點應用。

5 結語

回顧上海推進天然氣分布式能源系統實踐，分析商業化應用的未來關注，推進分布式能源系統發展如同系統本身，注定要高效聯供、梯級協同、綠值共享。天然氣優雅知性，走進用戶端的分布式能源系統未來向更高品質邁進是方向。

清潔能源、智慧利用。關注重視設計與評估，使分布式能源向更精益、更實用的方向發展，以獲得更高的系統年運行小時數和更高的年綜合能源利用效率。

對接場景、安全為本。國家對各類應急能力的提升日益重視，對重要負荷能源保障兼具調峰和應急響應的天然氣分布式能源系統也將更受青睞。

天然氣質、科產相攜。解決“痛點”，分布式能源系統核心裝備系統自身產業技術的發展、自主創新模式的理順將是未來一段時間里最具潛力的一個切入點和重點。

智慧能源時代，基于能源流、信息流、價值流的同軸驅動，設計與評估預測的數字化模擬，氣電融合技術的不斷滲透，天然氣與可再生能源智慧化結合的模塊化裝備，給我們提供了追求更便利、更經濟、更安全、更清潔、更互聯互通的可能。冬夏知冷暖，春秋呵溫濕。滿足人民追求美好生活的“不平衡、不充分”需求，做好社區和社員的能源服務員，分布式能源主力市場就在城市更新和鄉村振興的希望田野上。