天然氣分布式供能供氣定價機制研究

孔慶芳

上海燃氣有限公司

0 研究背景

隨著上海市大氣環境治理、節能減排力度的不斷加強，天然氣作為主要清潔能源，在一次能源結構中正占據愈加重要的地位。2015 年天然氣在上海市一次能源中占比達到10%。為提高天然氣銷量，拓展天然氣市場，在發展傳統用戶工業、商業和餐飲用戶之外，燃氣企業積極推廣新型用氣市場，其中包括了天然氣分布式供能。

根據《分布式供能系統工程技術規程》（DG/TJ08-115-2008），分布式供能指“在用戶內部或靠近用戶，聯合供應電、熱（冷）能的系統，系統輸入的能源可以是燃氣、輕柴油、生物質能、氫能或太陽能、風能等”，其優勢包括：能源綜合利用率高，系統效率可達70%以上；對燃氣和電力有雙重削峰填谷作用；具有良好的環保效益；具有良好的經濟性；增強能源供應的安全性。

為支持這一高效節能技術，上海市政府自2004 年已連續三輪對分布式供能項目給予財政扶持。其中，第三輪扶持將分布式供能享受的政府補貼提高至3 000 元/kW（發電裝機容量），有效緩解了項目初期投資較高的問題，有力推動該項技術的發展。上海燃氣企業針對該類項目同步推出優惠氣價，大幅降低了用戶的運行成本，提高了項目的整體經濟性。

分布式供能的能源梯級利用是供氣方、用氣方和社會實現“三贏”的技術，是提高用戶用能運行效益、燃氣企業擴大銷售和實現節能減排社會效益的有機統一，值得各方共同扶持推廣。

從技術可行、經濟性合理兩方面，研究天然氣分布式供能的供氣定價，主要定位于項目規模10 MW以上的大型分布式供能，以期為政府、燃氣企業和用戶三方在制定扶持政策、銷售價格和選擇相關方案時提供參考。

1 項目模型

天然氣分布式供能采用的原動機主要有燃氣內燃機和燃氣輪機。燃氣內燃機采用中低壓供氣，

余熱來自煙氣和缸套水，熱品質較低，一般產熱水，單機容量較低；燃氣輪機采用高壓供氣，余熱來自煙氣，熱品質較高，一般產蒸汽，單機容量較大。

余熱利用設備主要包括余熱鍋爐、吸收式制冷機等。余熱鍋爐是利用原動機煙氣等廢熱來獲取熱媒（主要為蒸汽）的多級換熱裝置，也稱為蒸汽發生器。吸收式制冷機是利用熱源驅動，使工質在一定條件下吸收或解吸，從而釋放冷熱量，完成制冷循環的機組，熱源可采用蒸汽、熱水或煙氣。典型天然氣分布式供能系統的能量梯級利用流程見圖1。

圖1 典型天然氣分布式供能系統的能量梯級利用示意圖

1.1 項目類型

本次定價研究的對象是裝機容量為10 MW，年運行時間5 000 h 的項目，按用戶類型和裝機規模可分為：單體大型用戶（D型），其用電和用熱十分穩定；區域能源中心（Q 型），其特點是發電上網，冷熱聯供；區域熱電聯產（R 型），特點是發電上網，高壓蒸汽外供。項目類型見表1。

1.2 項目規模和機組配置推薦

為便于分析，研究采用國內普遍應用的典型機型QD185、SGT700、PG6581B、PG6111FA。見表2。

表2 項目規模及原動機配置推薦

1.3 系統性能參數

不同類型項目因選用設備的不同，因而存在不同的系統匹配方案，根據匹配方案得到系統的性能參數，包括用氣指標和余熱指標。

1.3.1 用氣指標（GD）

根據天然氣輸入量（低位熱值35 MJ/Nm3）與發電輸出功率之比，得到機組單位發電功率的用氣指標GD；見式1-1。

式中：GD—原動機單位發電功率的用氣量Nm3/(h·MW);

QNG—天然氣小時輸入量Nm3/h，通過燃機熱耗率（kJ/kWh）和低位熱值計算；

Eout—原動機發電輸出功率MW。

1.3.2 余熱指標（Gs）

余熱指標的計算式見式1-2。

式中：GS—原動機單位發電功率的余熱蒸汽發生量t/(h·MW)，計算示例見附件3;

Tsteam—蒸汽小時得熱量GJ/h，通過燃機熱耗率（kJ/kWh）和低位熱值計算；

Eout—原動機發電輸出功率MW。

根據計算公式和系統匹配方案，得到各類用戶的用氣指標和余熱指標，見表3。

表3 各類項目的系統性能參數

2 定價研究

根據不同項目類型及機組配置特點，以現有市場的電力價格，測算項目的目標用戶可承受的氣價。用戶可承受的氣價是指確定邊界條件（如初投資、購電價格、供熱價格和運行時間等）后，采用靜態投資回收期方法，計算在設定回收期（5-15年）內的平衡點氣價。

2.1 邊界條件

D、Q型項目類型的邊界條件見表4。R型項目類型的邊界條件見表5。

表4 D、Q型項目類型的邊界條件

表5 R型項目類型的邊界條件

2.2 定價分析

D型項目用戶可承受氣價和年用氣量見表6。

表6 D型項目用戶可承受氣價和年用氣量

按10年靜態投資回收期，D型用戶的可承受氣價范圍2.83～3.08元/Nm3。

以同樣方法計算Q和R型項目用戶，見表7。

表7 各類項目用戶年用氣量和可承受氣價范圍表

2.3 可承受因素影響分析

通過對不同項目用戶邊界條件中的初投資、蒸汽價格、運行時間、補貼扶持政策、電價等邊界條件進行調整，其結果見表8。

如D 型項目用戶，初投資每增加10%，用戶對可承受氣價的承受力下降3.7%。D 型用戶的氣價可承受因素排序依次為：補貼政策、銷售電價、供熱價格、初投資、運行時間。

3 結論

針對未來裝機容量在10 MW 及以上的大型天然氣分布式供能系統在上海的發展，不同類型項目用戶，單體大型（D型）、區域能源中心（Q型）和區域熱電聯產（R 型），根據其熱電特性、設備配置和投資、現有扶持政策、電力蒸汽能源價格等因素綜合分析和測算，得出以下結論：

1) 三類用戶可承受的氣價不盡相同，相較而言，R型項目用戶可承受氣價范圍最大（2.94～3.45元/Nm3），D 型項目用戶承受的氣價范圍最小（2.83～3.08 元/Nm3），Q 型項目用戶介于兩者之間（3.03～3.18元/Nm3）.

表8 不同項目類型對可承受因素反饋排序表

2)由于初投資中原動機主要依賴進口，投資占比較大。因此，三類用戶對政府的扶持政策都很敏感，扶持政策的減少將影響用戶投資的積極性和項目投資回報。因此，分布式供能作為綜合能源利用率高的新技術，如要大力發展，急需降低設備的初投資，呼吁加快國產化設備的研發節奏。

3)對于需要上網的Q、R型項目，上網電價對其可承受的氣價影響僅次于財政扶持，維持穩定的上網電價將提高用戶采用分布式供能方式的積極性。

4)三類項目用戶的盈利都受供熱價格的影響，而供熱價格與替代能源和其他供熱方式有關聯。對燃氣企業而言，制定差異化的用戶（鍋爐用戶、分布式供能用戶）氣價有利于引導終端用戶采用高效節能的分布式供能系統。

5) 提高系統的運行時間將增加項目對氣價的承受能力，即同等氣價下，項目的盈利能力隨著運行時間的增加而增加。因此，合理配置系統，確保系統高效運行至關重要。

6)對于燃氣企業，發展分布式供能系統可以顯著增加天然氣銷售量（見表7），分布式供能用戶由于運行穩定，是燃氣供應企業不可多得的大用戶，應提高前期引導和后續服務能力。

總之，分布式供能系統是實現天然氣高效、清潔、能源綜合梯級利用的最好的典范，是供氣方、用氣方和社會實現“三贏”的技術，是提高用戶用能運行效益、燃氣企業擴大銷售和實現節能減排社會效益的有機統一，值得各方共同扶持推廣。