中國儲能網訊：一、 我國天然氣分布式供能行業(yè)發(fā)展概述
發(fā)展現狀
能源與環(huán)境問題是制約我國經濟和社會發(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)是布置在需求側附近，直接面向用戶，按用戶的需求就近生產并供應能量，具有多種功能、可滿足多重目標的中、小型能量轉換利用系統(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；二者的有機結合，是未來能源系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國“國民經濟和社會發(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構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，對于建設清潔低碳、安全高效現代能源體系具有重要的現實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。分布式能源的產業(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)項目數量占比最多，占總項目數量的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)也呈現快速發(fā)展的趨勢。
從應用場景來看，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)類項目在數量和裝機容量上均為最高，數量占比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，對其產業(yè)發(fā)展的認識和定位仍不清晰，容易產生燃氣分布式供能項目界定范圍模糊、補貼資金預算難制定、標準規(guī)范難以落實等問題，困擾產業(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，隨著能源結構調整，天然氣在國家能源結構中的作用將越發(fā)重要。近年來天然氣需求快速增長，導致天然氣價格偏高，還出現短時間的“氣荒”現象，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，調整產業(yè)結構，以及天然氣的大量開發(fā)和引進，國內油氣市場將持續(xù)寬松，天然氣價格也將維持在一個正常的水平。同時，隨著增量配網建設和電力定價體制的逐步放開，分布式能源系統(tǒng)的經濟效益將得到提升。
（3）技術發(fā)展不成熟，經濟性不佳。我國對燃氣發(fā)電機組的基礎研究力量不足，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備制造商的合作，但關鍵裝備、某些關鍵部件、運行控制等核心技術依然依賴進口，導致項目總投資難以下降。此外低品位余熱利用技術、吸收式冷凍技術、高溫熱泵技術、蓄能技術、多能源互補技術等均處于研發(fā)階段，距規(guī)?；瘧蒙写娌罹?，限制了分布式供能系統(tǒng)性能的提升。
（4）系統(tǒng)設計方法不健全，評價方法不完善?，F有設計方法大部分沿用火電設計規(guī)范，使規(guī)劃、設計、建設、運行各環(huán)節(jié)的工作程序與燃煤電廠一樣繁瑣、耗時，從而導致分布式能源系統(tǒng)并未真正實現因地制宜與用戶融合。設計時未充分考慮供需匹配，也導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測不夠精準，裝機容量過大，出現“大馬拉小車”現象，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)調控方面，缺乏對設備和系統(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)經濟性的主要因素
影響分布式供能項目經濟性的因素錯綜復雜，主要有市場因素（投資成本、氣電價格）、技術因素（集成設計技術、調控技術、關鍵設備）、相關政策和商業(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、維修費用和設備折舊率進行梳理，同時考慮項目的技術水平，以相對節(jié)能率為代表，也作為分布式供能項目經濟性的影響因素，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。說明項目集成設計及主動調控等技術水平是決定其經濟性的關鍵。其次，設備及建筑安裝等費用的成本投入對項目的經濟性也至關重要，且合理的氣電價格比對項目也是影響系統(tǒng)經濟性的重要因素。
圖1 影響天然氣分布式能源項目經濟性的主要因素權重占比
三、 改善天然氣分布式能源項目經濟性的措施
節(jié)能水平低、動力設備主要依賴進口、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)的集成設計、過程轉化和智能調控等方面提高。系統(tǒng)集成設計方面，基于品位概念，建立能的綜合梯級利用設計方法；基于大數據分析，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控手段，拓寬系統(tǒng)冷熱電負荷輸出可調范圍，改善與用戶負荷供需匹配關系。
模塊化集成，動力設備國產化
設備購置費約占項目初始投資50~60%，建筑安裝工程費約占25%。由于核心動力設備依賴進口，導致項目整體投資成本較高。突破傳統(tǒng)以燃煤電廠建設天然氣分布式供能項目的思路，通過模塊化的集成手段，對具體的服務對象量體裁衣，減少建筑安裝費用投入，同時提高動力設備的國產化率，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)集成設計階段，要考慮服務地區(qū)是否具備適合的氣電價格水平；在系統(tǒng)運行階段，根據峰谷電價情況，調整系統(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“組織領導、機制完善、特許經營、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，完善國產化設備示范應用獎勵機制，支持科技攻關和首臺套示范，鼓勵企業(yè)多場景梯級應用集成創(chuàng)新。
02、大力推進分布式能源系統(tǒng)關鍵技術創(chuàng)新，實現動力裝備國產化，完善設計規(guī)范，降低項目投資，增加運行時長，提高經濟收益。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)設計、中小規(guī)模高效低氮燃氣內燃機及燃氣輪機、適應不同溫度的余熱轉換利用、多能互補、系統(tǒng)主動調控等關鍵技術的科研投入，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、成本、用戶接受程度、電網接納能力等因素，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)電上網的政策與制度保障。
馮樂軍 ：中國科學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)同集成與主動調控，儲能。
隋軍 ：中國科學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、余熱驅動的吸收循環(huán)、太陽能熱化學發(fā)電等方向。
