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一、 我國天然氣分布式供能行業(yè)發(fā)展概述

發(fā)展現(xiàn)狀

能源與環(huán)境問題是制約我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的長期“瓶頸”，發(fā)展先進供能系統(tǒng)是實施我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的重大需求。分布式能源系統(tǒng)是布置在需求側(cè)附近，直接面向用戶，按用戶的需求就近生產(chǎn)并供應(yīng)能量，具有多種功能、可滿足多重目標的中、小型能量轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)。作為新一代的終端供能系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)是集中式供能系統(tǒng)的有力補充；二者的有機結(jié)合，是未來能源系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國“國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要”中指出，“加快發(fā)展非化石能源，堅持集中式和分布式并舉”，“加快發(fā)展東中部分布式能源”，“建設(shè)一批多能互補的清潔能源基地”。隨著煤炭的逐步減量，可再生能源和清潔燃料在能源結(jié)構(gòu)中的比例將迅速增加，以多能互補、電冷熱聯(lián)供為主要形式的分布式能源系統(tǒng)將在國家能源體系中發(fā)揮越來越重要的作用，對于建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。分布式能源的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展擁有廣闊市場。

相比國際上的迅速發(fā)展，我國天然氣分布式能源系統(tǒng)在我國起步較晚。據(jù)中國城市燃氣協(xié)會分布式能源專業(yè)委員會不完全統(tǒng)計，截止到2020年底，天然氣分布式供能項目共計632個，總裝機22.74 GW。相較于2015年，項目個數(shù)增加了344個，年均增速17.0%，裝機規(guī)模增加了11.62 GW，同比增長15.4%。目前分布式能源系統(tǒng)在我國城市化程度高，產(chǎn)業(yè)投資能力和能源價格承受能力強的地區(qū)得到相對快速發(fā)展，截止到2020年底，項目主要分布在京津冀魯、長三角、珠三角、成渝等地區(qū)，其中長三角地區(qū)項目數(shù)量占比最多，占總項目數(shù)量的30.7%。從裝機規(guī)模來看，傳統(tǒng)地區(qū)中珠三角的占比最多，為25.4%。此外，在人口密集、工業(yè)發(fā)達、經(jīng)濟水平較高、冷熱電負荷需求較大、具備豐富氣源的其他省市和地區(qū)，分布式供能行業(yè)也呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。

從應(yīng)用場景來看，天然氣分布式能源項目主要集中在園區(qū)類、辦公類和工業(yè)類。其中園區(qū)類項目在數(shù)量和裝機容量上均為最高，數(shù)量占比48.6%，裝機規(guī)模占比84.7%。目前，絕大部分項目相對于集中供能方式具有明顯的節(jié)能收益，能源綜合利用率分布在65%-85%之間，相對節(jié)能率主要在10%~20%，節(jié)能水平還有進一步提高的潛力。

從經(jīng)濟角度來看，一些分布式供能項目存在單位投資成本高，投資回收期長，經(jīng)濟效益不理想的問題。動力機組裝機容量的增大，項目投資成本逐漸降低，小于1 MW的項目投資成本為1.5~3.0萬元/kW，1~5 MW的投資成本為1.0~1.5萬元/kW，大于5 MW的投資成本為0.5~1.0萬元/kW。投資成本為0.5~1.0萬元/kW的項目投資回收期為5~10年，投資成本為大于1.5萬元/ kW的項目投資回收期超過10年。

存在的主要問題

當(dāng)前我國天然氣分布式能源行業(yè)發(fā)展中存在著以下主要問題：

（1）觀念與認識問題。目前，天然氣分布式供能的社會認知度得到較大提升，不過行業(yè)總體仍處于發(fā)展初期，在概念、定位及其作用的深入認識和準確理解方面還存在問題。一方面，雖然國家對發(fā)展天然氣分布式能源系統(tǒng)提出了指導(dǎo)意見和原則性定義，但在實際運行中燃氣分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢和必要性尚未充分體現(xiàn)，對其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認識和定位仍不清晰，容易產(chǎn)生燃氣分布式供能項目界定范圍模糊、補貼資金預(yù)算難制定、標準規(guī)范難以落實等問題，困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（2）資源與價格體系的制約。我國能源環(huán)境問題突出，隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，天然氣在國家能源結(jié)構(gòu)中的作用將越發(fā)重要。近年來天然氣需求快速增長，導(dǎo)致天然氣價格偏高，還出現(xiàn)短時間的“氣荒”現(xiàn)象，對燃氣分布式供能行業(yè)的發(fā)展造成不利影響。未來隨著國家節(jié)能減排，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以及天然氣的大量開發(fā)和引進，國內(nèi)油氣市場將持續(xù)寬松，天然氣價格也將維持在一個正常的水平。同時，隨著增量配網(wǎng)建設(shè)和電力定價體制的逐步放開，分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟效益將得到提升。

（3）技術(shù)發(fā)展不成熟，經(jīng)濟性不佳。我國對燃氣發(fā)電機組的基礎(chǔ)研究力量不足，特別是微小型燃氣輪機，研發(fā)制造滯后于市場需求，目前90％以上機組都需要從國外引進。雖然我國著手加快燃氣輪機等裝備的自主研發(fā)，并積極尋求與國際知名設(shè)備制造商的合作，但關(guān)鍵裝備、某些關(guān)鍵部件、運行控制等核心技術(shù)依然依賴進口，導(dǎo)致項目總投資難以下降。此外低品位余熱利用技術(shù)、吸收式冷凍技術(shù)、高溫?zé)岜眉夹g(shù)、蓄能技術(shù)、多能源互補技術(shù)等均處于研發(fā)階段，距規(guī)?；瘧?yīng)用尚存差距，限制了分布式供能系統(tǒng)性能的提升。

（4）系統(tǒng)設(shè)計方法不健全，評價方法不完善。現(xiàn)有設(shè)計方法大部分沿用火電設(shè)計規(guī)范，使規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行各環(huán)節(jié)的工作程序與燃煤電廠一樣繁瑣、耗時，從而導(dǎo)致分布式能源系統(tǒng)并未真正實現(xiàn)因地制宜與用戶融合。設(shè)計時未充分考慮供需匹配，也導(dǎo)致我國的部分天然氣分布式供能項目存在用戶負荷分析和預(yù)測不夠精準，裝機容量過大，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，能的梯級利用水平總體不高，節(jié)能潛力未能充分發(fā)揮。在多能互補的集成設(shè)計上，缺乏品位和動態(tài)特征的高度契合，互補形式單一，方法簡單粗放，未能充分發(fā)揮多能互補的優(yōu)勢。在系統(tǒng)調(diào)控方面，缺乏對設(shè)備和系統(tǒng)變工況問題的深入認識，采用被動跟隨負荷的調(diào)控方式，造成系統(tǒng)變工況性能大幅下降，進一步影響了能效的提升。

二、 影響天然氣分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟性的主要因素

影響分布式供能項目經(jīng)濟性的因素錯綜復(fù)雜，主要有市場因素（投資成本、氣電價格）、技術(shù)因素（集成設(shè)計技術(shù)、調(diào)控技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備）、相關(guān)政策和商業(yè)模式等方面。將影響天然氣分布式能源系統(tǒng)投資回收期的影響因素按投資成本、氣電價格比、冷熱價、運行時長、維修費用和設(shè)備折舊率進行梳理，同時考慮項目的技術(shù)水平，以相對節(jié)能率為代表，也作為分布式供能項目經(jīng)濟性的影響因素，一并納入考查范圍。通過敏感性分析，由圖1可以看出，影響天然氣分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟性的主要因素依次為相對節(jié)能率、投資成本、氣電價格比和運行時長。說明項目集成設(shè)計及主動調(diào)控等技術(shù)水平是決定其經(jīng)濟性的關(guān)鍵。其次，設(shè)備及建筑安裝等費用的成本投入對項目的經(jīng)濟性也至關(guān)重要，且合理的氣電價格比對項目也是影響系統(tǒng)經(jīng)濟性的重要因素。


圖1 影響天然氣分布式能源項目經(jīng)濟性的主要因素權(quán)重占比

三、 改善天然氣分布式能源項目經(jīng)濟性的措施

節(jié)能水平低、動力設(shè)備主要依賴進口、建筑工程安裝費用高、氣電價格不合理是影響天然氣分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟性的主要原因。提高系統(tǒng)節(jié)能水平、降低投資成本、合理的氣電價格比是改善其經(jīng)濟性的主要方向。

提高系統(tǒng)相對節(jié)能率

目前，分布式能源項目節(jié)能水平還不高，需要圍繞系統(tǒng)的集成設(shè)計、過程轉(zhuǎn)化和智能調(diào)控等方面提高。系統(tǒng)集成設(shè)計方面，基于品位概念，建立能的綜合梯級利用設(shè)計方法；基于大數(shù)據(jù)分析，精準評估用戶實時負荷需求，開發(fā)模塊式集成方法，針對不同用戶對象量體裁衣。系統(tǒng)變工況調(diào)控方法方面，以用戶負荷需求為核心，開發(fā)主動蓄能、燃機尾氣回注、混合動力等變工況調(diào)控手段，拓寬系統(tǒng)冷熱電負荷輸出可調(diào)范圍，改善與用戶負荷供需匹配關(guān)系。

模塊化集成，動力設(shè)備國產(chǎn)化

設(shè)備購置費約占項目初始投資50~60%，建筑安裝工程費約占25%。由于核心動力設(shè)備依賴進口，導(dǎo)致項目整體投資成本較高。突破傳統(tǒng)以燃煤電廠建設(shè)天然氣分布式供能項目的思路，通過模塊化的集成手段，對具體的服務(wù)對象量體裁衣，減少建筑安裝費用投入，同時提高動力設(shè)備的國產(chǎn)化率，項目投資成本可減少約30~40%，投資回收期縮短3~5年。

實施峰谷電價，維持合理的氣電價格水平

在系統(tǒng)集成設(shè)計階段，要考慮服務(wù)地區(qū)是否具備適合的氣電價格水平；在系統(tǒng)運行階段，根據(jù)峰谷電價情況，調(diào)整系統(tǒng)合適的運行時間和運行狀態(tài)。

四、 發(fā)展建議

01、建立節(jié)能獎勵機和降碳機制。綜合考慮分布式供能項目在節(jié)能降碳方面的貢獻，注重項目建成后的運行效果和節(jié)能水平，從“組織領(lǐng)導(dǎo)、機制完善、特許經(jīng)營、投資補貼、稅收減免、財政獎勵”等方面制定具體的可操作性措施和節(jié)能獎勵機制，完善國產(chǎn)化設(shè)備示范應(yīng)用獎勵機制，支持科技攻關(guān)和首臺套示范，鼓勵企業(yè)多場景梯級應(yīng)用集成創(chuàng)新。

02、大力推進分布式能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)動力裝備國產(chǎn)化，完善設(shè)計規(guī)范，降低項目投資，增加運行時長，提高經(jīng)濟收益。研發(fā)分布式供能的核心動力，加大對天然氣及多能互補分布式能源系統(tǒng)設(shè)計、中小規(guī)模高效低氮燃氣內(nèi)燃機及燃氣輪機、適應(yīng)不同溫度的余熱轉(zhuǎn)換利用、多能互補、系統(tǒng)主動調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)的科研投入，提高系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保水平和用戶的供需匹配程度。

03、政策保障。綜合考慮技術(shù)、成本、用戶接受程度、電網(wǎng)接納能力等因素，提高國家和行業(yè)協(xié)會對分布式供能發(fā)展的預(yù)測能力。政府補貼傾向于節(jié)能環(huán)保性能好、社會效益突出的技術(shù)與項目。綜合考慮分布式供能在節(jié)能環(huán)保與減碳方面的貢獻，促進分布式能源發(fā)電上網(wǎng)的政策與制度保障。

馮樂軍 ：中國科學(xué)院工程熱物理研究所，博士后。研究方向：多能互補分布式能源系統(tǒng)協(xié)同集成與主動調(diào)控，儲能。

隋軍 ：中國科學(xué)院工程熱物理研究所，研究員。研究方向：多能源互補的分布式能源系統(tǒng)，包括能的綜合梯級利用與全工況系統(tǒng)集成、余熱驅(qū)動的吸收循環(huán)、太陽能熱化學(xué)發(fā)電等方向。

原標題：天然氣分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)