天然气分布式供能供气定价机制研究

孔庆芳

上海燃气有限公司

0 研究背景

随着上海市大气环境治理、节能减排力度的不断加强，天然气作为主要清洁能源，在一次能源结构中正占据愈加重要的地位。2015 年天然气在上海市一次能源中占比达到10%。为提高天然气销量，拓展天然气市场，在发展传统用户工业、商业和餐饮用户之外，燃气企业积极推广新型用气市场，其中包括了天然气分布式供能。

根据《分布式供能系统工程技术规程》（DG/TJ08-115-2008），分布式供能指“在用户内部或靠近用户，联合供应电、热（冷）能的系统，系统输入的能源可以是燃气、轻柴油、生物质能、氢能或太阳能、风能等”，其优势包括：能源综合利用率高，系统效率可达70%以上；对燃气和电力有双重削峰填谷作用；具有良好的环保效益；具有良好的经济性；增强能源供应的安全性。

为支持这一高效节能技术，上海市政府自2004 年已连续三轮对分布式供能项目给予财政扶持。其中，第三轮扶持将分布式供能享受的政府补贴提高至3 000 元/kW（发电装机容量），有效缓解了项目初期投资较高的问题，有力推动该项技术的发展。上海燃气企业针对该类项目同步推出优惠气价，大幅降低了用户的运行成本，提高了项目的整体经济性。

分布式供能的能源梯级利用是供气方、用气方和社会实现“三赢”的技术，是提高用户用能运行效益、燃气企业扩大销售和实现节能减排社会效益的有机统一，值得各方共同扶持推广。

从技术可行、经济性合理两方面，研究天然气分布式供能的供气定价，主要定位于项目规模10 MW以上的大型分布式供能，以期为政府、燃气企业和用户三方在制定扶持政策、销售价格和选择相关方案时提供参考。

1 项目模型

天然气分布式供能采用的原动机主要有燃气内燃机和燃气轮机。燃气内燃机采用中低压供气，

余热来自烟气和缸套水，热品质较低，一般产热水，单机容量较低；燃气轮机采用高压供气，余热来自烟气，热品质较高，一般产蒸汽，单机容量较大。

余热利用设备主要包括余热锅炉、吸收式制冷机等。余热锅炉是利用原动机烟气等废热来获取热媒（主要为蒸汽）的多级换热装置，也称为蒸汽发生器。吸收式制冷机是利用热源驱动，使工质在一定条件下吸收或解吸，从而释放冷热量，完成制冷循环的机组，热源可采用蒸汽、热水或烟气。典型天然气分布式供能系统的能量梯级利用流程见图1。

图1 典型天然气分布式供能系统的能量梯级利用示意图

1.1 项目类型

本次定价研究的对象是装机容量为10 MW，年运行时间5 000 h 的项目，按用户类型和装机规模可分为：单体大型用户（D型），其用电和用热十分稳定；区域能源中心（Q 型），其特点是发电上网，冷热联供；区域热电联产（R 型），特点是发电上网，高压蒸汽外供。项目类型见表1。

1.2 项目规模和机组配置推荐

为便于分析，研究采用国内普遍应用的典型机型QD185、SGT700、PG6581B、PG6111FA。见表2。

表2 项目规模及原动机配置推荐

1.3 系统性能参数

不同类型项目因选用设备的不同，因而存在不同的系统匹配方案，根据匹配方案得到系统的性能参数，包括用气指标和余热指标。

1.3.1 用气指标（GD）

根据天然气输入量（低位热值35 MJ/Nm3）与发电输出功率之比，得到机组单位发电功率的用气指标GD；见式1-1。

式中：GD—原动机单位发电功率的用气量Nm3/(h·MW);

QNG—天然气小时输入量Nm3/h，通过燃机热耗率（kJ/kWh）和低位热值计算；

Eout—原动机发电输出功率MW。

1.3.2 余热指标（Gs）

余热指标的计算式见式1-2。

式中：GS—原动机单位发电功率的余热蒸汽发生量t/(h·MW)，计算示例见附件3;

Tsteam—蒸汽小时得热量GJ/h，通过燃机热耗率（kJ/kWh）和低位热值计算；

Eout—原动机发电输出功率MW。

根据计算公式和系统匹配方案，得到各类用户的用气指标和余热指标，见表3。

表3 各类项目的系统性能参数

2 定价研究

根据不同项目类型及机组配置特点，以现有市场的电力价格，测算项目的目标用户可承受的气价。用户可承受的气价是指确定边界条件（如初投资、购电价格、供热价格和运行时间等）后，采用静态投资回收期方法，计算在设定回收期（5-15年）内的平衡点气价。

2.1 边界条件

D、Q型项目类型的边界条件见表4。R型项目类型的边界条件见表5。

表4 D、Q型项目类型的边界条件

表5 R型项目类型的边界条件

2.2 定价分析

D型项目用户可承受气价和年用气量见表6。

表6 D型项目用户可承受气价和年用气量

按10年静态投资回收期，D型用户的可承受气价范围2.83～3.08元/Nm3。

以同样方法计算Q和R型项目用户，见表7。

表7 各类项目用户年用气量和可承受气价范围表

2.3 可承受因素影响分析

通过对不同项目用户边界条件中的初投资、蒸汽价格、运行时间、补贴扶持政策、电价等边界条件进行调整，其结果见表8。

如D 型项目用户，初投资每增加10%，用户对可承受气价的承受力下降3.7%。D 型用户的气价可承受因素排序依次为：补贴政策、销售电价、供热价格、初投资、运行时间。

3 结论

针对未来装机容量在10 MW 及以上的大型天然气分布式供能系统在上海的发展，不同类型项目用户，单体大型（D型）、区域能源中心（Q型）和区域热电联产（R 型），根据其热电特性、设备配置和投资、现有扶持政策、电力蒸汽能源价格等因素综合分析和测算，得出以下结论：

1) 三类用户可承受的气价不尽相同，相较而言，R型项目用户可承受气价范围最大（2.94～3.45元/Nm3），D 型项目用户承受的气价范围最小（2.83～3.08 元/Nm3），Q 型项目用户介于两者之间（3.03～3.18元/Nm3）.

表8 不同项目类型对可承受因素反馈排序表

2)由于初投资中原动机主要依赖进口，投资占比较大。因此，三类用户对政府的扶持政策都很敏感，扶持政策的减少将影响用户投资的积极性和项目投资回报。因此，分布式供能作为综合能源利用率高的新技术，如要大力发展，急需降低设备的初投资，呼吁加快国产化设备的研发节奏。

3)对于需要上网的Q、R型项目，上网电价对其可承受的气价影响仅次于财政扶持，维持稳定的上网电价将提高用户采用分布式供能方式的积极性。

4)三类项目用户的盈利都受供热价格的影响，而供热价格与替代能源和其他供热方式有关联。对燃气企业而言，制定差异化的用户（锅炉用户、分布式供能用户）气价有利于引导终端用户采用高效节能的分布式供能系统。

5) 提高系统的运行时间将增加项目对气价的承受能力，即同等气价下，项目的盈利能力随着运行时间的增加而增加。因此，合理配置系统，确保系统高效运行至关重要。

6)对于燃气企业，发展分布式供能系统可以显著增加天然气销售量（见表7），分布式供能用户由于运行稳定，是燃气供应企业不可多得的大用户，应提高前期引导和后续服务能力。

总之，分布式供能系统是实现天然气高效、清洁、能源综合梯级利用的最好的典范，是供气方、用气方和社会实现“三赢”的技术，是提高用户用能运行效益、燃气企业扩大销售和实现节能减排社会效益的有机统一，值得各方共同扶持推广。