天然气分布式能源优劣势分析及行业发展对策

肖剑 孙轶

中船重工第七一一研究所上海齐耀动力

0 概述

基于天然气发电的分布式能源可分为两种：一种是以燃气轮机为核心设备的中大型天然气发电项目，主要用于大型园区、居民区发电和供热；另一种是以燃气内燃机为核心设备的中小型发电项目，主要用于医院、楼宇、园区等的冷热电三联供。近几年来，政府的大力支持及政策补贴，天然气分布式能源项目在国内得到快速发展。一些楼宇、医院、数据中心以及商业中心均分别在新建或改建时，考虑使用天然气分布式能源提供冷热电的供应。其中，很多项目已经实施落地，也有一些项目在优化方案设计和进行可行性论证中。2017年，国内天然气由于出现气荒及一些其它原因，天然气分布式能源项目在国内的发展势头有些回落，有些项目胎死腹中，有些项目在实施过程中被更换建设方案。本文针对这一现象进行了一些探讨，对燃气分布式能源行业作了简要的优劣势分析，找出造成行业快速低迷的原因，提出了相应的行业发展对策。

1 天然气分布式能源的特点与优势

相比较于传统能源，天然气分布式能源有着明显的特点和优势，具体表现在以下4个方面。

1）有效减少环境排放

天然气分布式能源系统采用天然气作为燃料，天然气分布式能源与燃煤、燃油相比，二氧化硫（SO2）和粉尘、固体废弃物排放几乎为零，二氧化碳（CO2）和氮氧化物（NOX）排放也能够降低50%以上。

2）能源实现梯级利用，提升能源综合利用效率

天然气分布式能源利用发电后的余热供热、制冷，实现了能源的梯级利用，能源综合利用率达到70%～90%。项目建设往往靠近用户端，减少了能源远距离传输的损耗。可再生能源密度较低、稳定性差、资源分布不均，难以作为大型的集中供能手段。建设分布式系统，就地生产、就地消纳是其较为理想的选择。

3）提高了能源供应的安全性

分布式能源与大电网互为备用，可提高供电可靠性。在大电网故障和意外灾害情况下，分布式能源可维持重要用户的供电，保障能源供应的可靠性。

4）能够提供冷热电三联供应，满足终端用户的冷热电能源需求

2 天然气分布式能源存在的问题

天然气分布式能源也存在各种各样的问题，有些是受政策法规的制约，有些则是受技术发展的制约，概括起来，大致有以下七个方面的问题。

1）政策补贴退坡，项目投资回收期增长，有些项目甚至难以实现盈利。前几年，上海、青岛、长沙等城市纷纷出台天然气分布式能源补贴政策，在初始投资额、天然气成本和发电收入等方面进行政策性补贴，使项目的投资回收期显著缩短，有些项目能在2～3年内收回成本。目前，由于政策补贴退坡，一些项目的投资回收期拖得很长，利润好的项目长达5～10年，利润较差的项目甚至出现亏损，无法实现盈利。

2）项目受天然气价格、电力价格因素影响巨大。天然气分布式能源项目全部收益由发电和制冷、制热产生，而成本主要由天然气价格决定。按目前市场上的常规天然气发电机组的发电效率计算，1Nm3天然气产生电力在3.5～4.2KWh 之间，以每 KWh 电并网结算价格 0.8 元计算（平均），电力产生的收益在2.8～3.2元之间，辅以制冷、制热产生的收益在0.3～0.5元之间，所以 1Nm3天然气产生的总收益在 3.3～3.7 元之间，扣除人工、耗水、项目本身自耗电、环保处理等成本外，1Nm3天然气产生的净收益在2.9～3.3元之间，而目前市场上天然气价格很多都已经超过这个价格，即是掌握了气源的各大燃气公司，其气源成本价格也在2元多，因此，剔除天然气的成本外，如无政府相应补贴，绝大多数项目无法实现盈利。前几年，天然气分布式能源项目受电力价格和天然气价格因素的影响，投资存在很大的不确定性，投资风险很高。

3）项目装机功率较小，不能实现规模效应。如果说，天然气分布式能源受天然气价格和电力价格影响，是使项目投资风险大的重要原因外，那么项目的装机功率低，不能实现规模效应则是致使项目不能实现规模收益的一道难以逾越的坎。目前，分布式能源发电在很多地方还不能上网，只能以并网运行来满足终端小型用户的需求，而终端小型用户的电力需求往往不强，机组装机功率受限，且存在着终端用户的电力波峰和波谷需求差别很大。如果考虑机组满载运行时间和装机规模，要保证运行时间越长，则装机规模相应越低；相反，运行时间越短，装机规模则越大。如果选择装机规模大，运行时间短，则设备的初始投资额大，年折旧高，机组经济性越差，且存在着大马拉小车现象，机组长时间不能满载运行，经济效益不好。因此，对于绝大多数分布式能源项目，一般都追求运行时间长，装机规模小的模式，以终端基础负荷来确定装机容量。这样，设备的运行成本虽降低了，但是装机规模也小了，比较难以达到规模效应。

4）用户端冷、热、电能源消耗波动大，不能满足终端冷热需求，需其他供冷、供热设备配合使用。根据终端用户的基础用电负荷来决定发电机组的装机规模后，由于装机规模偏小，势必导致燃气发电机组提供的冷、热、电不能满足终端用户的需求。在满足电力基础负荷，以电定热的设计前提下，燃气发电机组提供的冷、热十分有限，只能提供20～30%左右的冷热负荷需求，剩余绝大部分冷、热都依赖于传统供能方式，使用燃气锅炉或者空调制冷，这又相应地增加了设备的初始投资额，同时在运行过程中，多设备的运行切换，也使得控制系统变得相对复杂，增加了运行难度和人员投入成本，以及设备运行维护成本。

5）环保要求趋严，NOx排放值越来越低，增加额外成本。环保要求越来越高，国家对天然气发电机组NOx排放也越来越严，无形中增加了项目的运行成本，致使项目投资回收期增长。

6）核心设备依赖进口，售价高昂，致使项目经济效益差。天然气内燃发电机组是分布式能源的核心设备。目前，在国内市场上，天然气内燃发电机组绝大部分是国外的品牌机组。发电机组设备占项目总投资额比重很高，以燃气机配板式换热器和余热锅炉为例，单是进口的燃气发电机组价格就要占到整个项目投资额的60～70%，由于进口设备价格高，致使项目投资额居高不下，影响项目投资回收期。

7）受技术水平限制，并网运行的发电机组无法作为应急发电机组使用，且无法实现黑启动。燃气发电机组从启动到满载运行，需要3～5min左右，无法做到在短时间内从启动到满载运行，决定了天然气发电机组无法作为应急发电机组使用。同时，当主电网断电时，由于并网运行的机组在技术上还存在不足，无法实现黑启动功能，也无法实现在受到自然灾害影响、主电网断电情况下作为备用电源功能，实现救灾发电功能。

3 行业发展对策

天然气分布式能源尽管存在着各种原因和问题，制约着天然气分布式能源行业的发展，但随着化石能源短缺和环境污染的日益严重，分布式能源作为一种清洁、高效的新型能源利用技术，被认为是未来电力市场发展的主要方向。分布式能源已有30多年的发展历史，在美国、日本、德国、意大利等国家得到了大力推广。因此，随着我国加快清洁能源开发与使用，天然气分布式能源行业将会再次迎来行业发展机会。目前，天然气分布式能源可以在以下三个方面进行改进与提高。

1）放开天然气发电上网许可，允许以市场价格消化吸收天然气发电机组产生的电力，以提高机组装机规模，实现规模经济。同时，在不配置更多供冷、供热设备的情况下，满足末端用户用热用冷需求，真正实现以热定电，提高项目收益。

2）延长分布式能源项目的政策补贴，降低补贴申请难度，适当提高项目的电力价格，同时相应降低天然气成本，以实现项目有利可图。

3）鼓励分布式能源技术和装备的研发和利用。目前，分布式能源系统相关的技术和装备的研发投入还不足，国产率有待提高。国内的智能电网技术有待突破，尤其是与分布式能源相适应的智能化控制技术还不成熟。核心装备在一定程度上对进口设备依赖较严重。因此，政府可制定相应政策，针对研发、制造、使用先进技术和装备的企业，可降低税收，给予适当财政补贴等措施，以鼓励科研机构、装备制造商加大对核心技术及装备的研发，鼓励投资商采用先进的技术和装备，以缩小国产技术及装备与进口之间的差距，降低系统投资，为分布式能源的推广提供技术和核心装备保障。

4 结束语

天然气分布式能源是保障未来能源供应的有效措施。为了加快天然气分布式能源的推广和应用，需要充分发挥政府职能，制定相应的法律法规，降低市场准入，为项目的开发及落地保驾护航；需要完善合理的政策补贴，制定清洁能源价格机制，吸引产业资本进入，促进行业有序健康发展；需要加快核心技术及装备的研发、制造、推广和应用，真正发挥分布式能源的突出优势，提供高效、高品质的清洁能源。