浙江省天然氣分布式能源發(fā)展及建議

蔡潔聰，韓高巖，國旭濤，王 偉

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014；2.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310012）

0 引言

與煤炭、石油等能源形式相比，天然氣具有安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。相比煤炭，天然氣能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化物排放量50%[1]?！短烊粴獍l(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出：隨著我國天然氣產(chǎn)量增加和進口能力增強，天然氣供求呈寬平衡狀態(tài)，為天然氣分布式能源的發(fā)展提供較為充足的氣源保障?！赌茉窗l(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出：天然氣分布式能源可實現(xiàn)能量階梯利用，能滿足用戶多種需求的綜合能源系統(tǒng)，具有高效、環(huán)保、削峰填谷、靈活性強等優(yōu)勢，順應了能源發(fā)展趨勢，成為能源發(fā)展的一大熱點。天然氣分布式能源供能在未來還能夠借助互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)實現(xiàn)信息化和智慧化提升，充分挖掘其節(jié)能減排潛能[2，3]。

浙江省是能源消耗大省，應根據(jù)現(xiàn)有的能源資源，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，緊跟發(fā)展趨勢，提高能源綜合利用率，擴大天然氣等分布式能源的利用范圍[4]。

1 浙江省天然氣分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀

我國天然氣分布式能源發(fā)展較好的地區(qū)主要集中在北京、上海、江蘇、廣東。浙江省天然氣分布式能源發(fā)展相對滯后，目前只有少數(shù)天然氣分布式能源項目正式運行，其中一個典型的天然氣分布式能源項目位于衢州市龍游城南工業(yè)區(qū)[5，6]。該項目配置1臺8 MW的燃氣輪機、1臺16.4 t/h的余熱鍋爐和3臺15 t/h的燃氣鍋爐，屬于熱、電兩聯(lián)供。燃氣輪機所發(fā)電量通過園區(qū)電網(wǎng)并網(wǎng)，余熱鍋爐和燃氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽解決園區(qū)用汽需求。

浙江省首個大容量天然氣分布式能源項目（德清天然氣分布式能源項目）正在建設中，該分布式能源項目配置7臺4 275 kW內(nèi)燃機及7臺配套的4 505 kW溴化鋰制冷機組，還有10臺4 571 kW電制冷冷水機組、11臺1 820 kW柴油發(fā)電機組及相關(guān)輔助設備。該天然氣分布式能源屬于冷、電兩聯(lián)供系統(tǒng)。采用“以冷定電”“并網(wǎng)上網(wǎng)”原則，全天候向中國聯(lián)通數(shù)據(jù)中心供冷，以10 kV電壓等級并網(wǎng)供電，該項目設計的能源綜合利用效率可達到86%。

此外，浙江省還有海正藥業(yè)、寧波科元塑料、長興和平鎮(zhèn)城南工業(yè)園等十幾個天然氣分布式能源項目正在積極籌備。浙江省近幾年將會進入天然氣分布式能源項目建設的高峰期。

現(xiàn)階段，浙江省對于天然氣分布式能源項目還未出臺專項補貼政策，但是已經(jīng)出臺了《浙江省天然氣發(fā)展三年行動計劃（2018—2020年）》相關(guān)支持文件。

2 天然氣分布式能源發(fā)展存在問題

天然氣分布式能源項目盈利性弱的缺點制約其發(fā)展，設備價格、燃料價格及用戶負荷需求的變動都會對項目產(chǎn)生很大的影響[7]。

2.1 受天然氣源及氣價制約

我國天然氣價格相比歐美國家較高，導致天然氣發(fā)電成本是普通燃煤電站的2～3倍，在與傳統(tǒng)能源的價格博弈中，天然氣分布式能源難以盈利和發(fā)展。

城市樓宇型的天然氣分布式能源項目的氣源主要來自城市燃氣管網(wǎng)，由于燃氣管網(wǎng)最初設計的輸送能力主要是滿足居民和商業(yè)用氣，輸送能力有限，導致冬季用氣高峰時會面臨氣源緊張，嚴重時可能會導致項目停產(chǎn)。而新的開發(fā)區(qū)常常無燃氣管網(wǎng)可用，鋪設新管網(wǎng)的投資大、回收期長，進程緩慢。如何保證天然氣分布式能源項目的連續(xù)穩(wěn)定供汽，是天然氣發(fā)展過程中急需解決的問題[8-10]。

2.2 上網(wǎng)電價低

天然氣分布式能源項目所發(fā)電量除自用外只能上網(wǎng)，不能銷售給周邊用戶。現(xiàn)階段，浙江省天然氣分布式能源發(fā)電的上網(wǎng)電價為每千瓦時0.415 3元，暫無政策補貼。如按此價格余電上網(wǎng)的話，絕大多數(shù)天然氣分布式項目是難以盈利的。

2.3 投資成本高

天然氣分布式能源的部分核心設備主要靠進口，國外具有壟斷優(yōu)勢致使投資建設成本較高。隨著國內(nèi)設備廠家對燃氣冷熱電三聯(lián)供設備關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，國產(chǎn)設備將與進口設備形成良性競爭，核心設備的價格也將隨之降低。目前進口設備中燃氣輪機的價格在2 000～4 000元/kW，燃氣輪機功率越小，單位千瓦的價格越貴[11]。

2.4 用戶負荷不確定性

系統(tǒng)設計和實際負荷的匹配仍是當前難點，負荷精準預測能力有待加強。負荷需求分析是分布式能源項目的基礎(chǔ)，設計負荷、建設規(guī)模一定要與實際負荷需求相匹配[12]。

在上海的天然氣分布式能源項目中，有多個項目因負荷預測過大而停產(chǎn)或調(diào)整，有部分項目因為負荷預測不準而延長了回收期，也有個別項目在建成后用戶負荷因限產(chǎn)停建、需求變更、動遷搬遷等沒有達到預期，進而影響負荷需求。

此外，對于區(qū)域性天然氣分布式能源項目，其建設實現(xiàn)供能早于區(qū)域地塊項目建設，用戶負荷存在較大不確定性，在這段時間內(nèi)，天然氣分布式供能項目面臨著較大的運營壓力。

3 天然氣分布式能源項目綜合分析

評估天然氣分布式能源項目是否具有投資價值的重要指標之一是項目投資財務內(nèi)部收益率（以下簡稱項目收益率），一般情況下，項目收益率大于等于基礎(chǔ)收益率（一般為8%）時，項目可行。項目收益率越大，該項目投資價值越大。以下通過浙江省某大型制藥企業(yè)的天然氣分布式能源項目，來分析各個參數(shù)對項目經(jīng)濟性的影響[13，14]。

該項目的裝機方案為2×12 MW+1×8 MW級燃氣輪機發(fā)電機組配備2×24 t/h+1×15 t/h余熱鍋爐，外加2×15 t/h燃氣鍋爐。該項目的工程估算總投資為29 282萬元，發(fā)電設備年利用小時數(shù)為6 000 h，項目所發(fā)電量全部企業(yè)消納，不產(chǎn)生余電上網(wǎng)，電量不足時由市電補充，蒸汽不足時由燃氣鍋爐補充。企業(yè)先前用電成本為每兆瓦時650元，用蒸汽成本為每噸220元，天然氣價格為每立方米2.47元，該項目收益率為8.77%，投資回收期為10.5年。

3.1 天然氣價格的影響

在天然氣分布式能源項目中，天然氣的成本占運營成本大于60%，天然氣價格對整個項目的經(jīng)濟效益影響很大。圖1所示是天然氣價格對項目收益率的影響，項目收益率與天然氣價格成反比關(guān)系，天然氣價格降低，項目收益率就增加。天然氣價格下降10%，項目收益率可提高約5%。

圖1 天然氣價格對項目收益率的影響

3.2 上網(wǎng)電價的影響

圖2 所示是上網(wǎng)電價對項目收益率的影響，從圖中可以看出，隨著上網(wǎng)電價的增加，項目總收益增大，相應的投資回收期縮短。目前該項目采用以電定熱的運行模式，燃氣輪機所發(fā)電量剛好用于企業(yè)消納，不產(chǎn)生余電，供汽不足部分用燃氣鍋爐補給。企業(yè)先前直購電平均用電成本是每兆瓦時650元，浙江省天然氣分布式能源發(fā)電上網(wǎng)電價是每兆瓦時415.3元，如企業(yè)按此電價余電上網(wǎng)，再向電網(wǎng)購電，項目的整個運行周期內(nèi)的收益率為負，項目是虧損的。如企業(yè)按照上海市的天然氣分布式上網(wǎng)電價每兆瓦時765.5元先上網(wǎng)，再向電網(wǎng)購電，則發(fā)電收益遠大于用電成本，整個項目的收益將大大增加，投資回收期將縮短，項目的收益率可達12.45%。

圖2 上網(wǎng)電價對項目收益的影響

3.3 供汽價格的影響

圖3 為供熱蒸汽價格波動對項目收益率的影響。其他影響因數(shù)不變時，供熱蒸汽價格為每噸214元，該項目收益率為8%。當蒸汽價格降低時，項目收益率降低，項目不可行。

圖3 蒸汽價格對項目收益的影響

3.4 初始投資費用影響

項目的初始投資費用由建筑工程費、設備購置費、安裝工程費及工程建設其他費用組成，其中設備購置費用超過50%。初始投資費用的多少，會影響項目前期的投入資金，但對項目投運后的收入基本沒有影響。項目初始投資減少，可以縮短項目的投資回收期，降低項目的潛在風險因素。

3.5 項目其他運營成本的影響

天然氣分布式能源項目的運營成本主要包括：天然氣費用、電費、水費、運營人員人工工資及福利、維修費用和管理費用，其中天然氣費用占了整個運營成本約2/3，其他費用相對比較固定，對項目的運營成本影響較小。

3.6 項目的敏感性分析

在整個項目評價期內(nèi)，對項目經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響的主要因素有：建設投資、天然氣價格、供汽收入、產(chǎn)量變化。根據(jù)上述4個因素上下浮動20%對項目的影響做敏感性分析，如表1所示，可以看出：供汽價格和天然氣價格是整個項目的關(guān)鍵因素；對于余電上網(wǎng)的項目，上網(wǎng)電價也是影響項目盈利的另一重要因素。

4 浙江省天然氣分布式能源發(fā)展前景

4.1 燃料保障

我國天然氣價格偏高是制約天然氣分布式能源發(fā)展的一個重要因素。今后隨著國內(nèi)天然氣管網(wǎng)及國際天然氣進口戰(zhàn)略通道的完善、國內(nèi)天然氣開采量的增加，以及非常規(guī)天然氣（頁巖氣和可燃冰）開采技術(shù)的突破，天然氣分布式能源發(fā)展將得到良好燃料供給保障，天然氣的價格也將會有所下降。

表1 項目敏感性分析

4.2 進口設備國產(chǎn)化

近年來隨著市場競爭激烈及設備國產(chǎn)化的提高，天然氣分布式能源的核心設備燃氣輪機、內(nèi)燃機、溴化鋰機組價格逐年下降，例如進口內(nèi)燃機的價格已從3 500～3 800元/kW下降到1 850～3 000元/kW，煙氣型溴化鋰機組也降低到600元/kW[15]。

4.3 寬松的政策支持

為了推進天然氣分布式能源發(fā)展，國家及部分省市陸續(xù)出臺了一系列能源扶持、天然氣優(yōu)惠及專項補貼政策，如表2所示。浙江省出臺的支持文件《浙江省天然氣發(fā)展3年行動計劃（2018—2020年）》，將大力推動浙江省天然氣分布式能源的發(fā)展。

5 浙江省天然氣分布式能源發(fā)展建議

5.1 梳理潛在客戶

表2 現(xiàn)階段部分省市天然氣分布式補貼政策

在浙江省內(nèi)對滿足建設天然氣分布式能源項目條件的客戶進行梳理。首先對冷熱負荷需求量大且穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)客戶要大力推廣天然氣分布式能源項目，例如數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、交通樞紐、工業(yè)園區(qū)等。其次對于冷熱負荷需求不確定性大的客戶，要做好負荷需求預測和經(jīng)濟性分析，在設計建設階段要分批穩(wěn)步建設，盡量避免過度的超前建設，進而造成分布式項目前期運營的巨大壓力。

5.2 制定相關(guān)激勵政策

（1）可依據(jù)自身具體情況，制定出符合本省天然氣分布式能源發(fā)展的補貼政策。例如可根據(jù)各區(qū)域的氣價、供熱供冷價格、電力價格等因素制定出合理的資金補貼政策。

（2）將天然氣分布式能源項目的節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟收益[16]。研究天然氣分布式能源項目的碳減排方法，將碳排放納入碳交易市場。

（3）應在冷、熱、電負荷統(tǒng)計及預測時考慮用戶項目投產(chǎn)的不確定性。多數(shù)天然氣分布式能源項目停運主要原因是冷熱負荷預測與實際偏差較大。

（4）促進天然氣分布式能源設備國產(chǎn)化，打破國外對于原動機、制冷設備等核心技術(shù)的壟斷。

5.3 優(yōu)化運行方式

現(xiàn)階段浙江省天然氣分布式上網(wǎng)電價較低，多數(shù)以熱定電、余電上網(wǎng)的項目盈利性較弱，甚至有可能虧損。這些項目可以通過調(diào)整設計實施方案及優(yōu)化運行方式的方法來提高項目盈利能力。對于設計按余電上網(wǎng)的項目，實際運行時可采用以電定熱的運行方式，供熱或供冷不足部分有其他設備補充[17，18]。對于部分熱、電聯(lián)供項目，可以考慮先用燃氣鍋爐解決供熱需求，待上網(wǎng)電價調(diào)整后再投建燃氣輪機及余熱鍋爐機組聯(lián)合供熱供電。對于冷、電聯(lián)供的機組，可以考慮溴化鋰和電制冷組合運行的方式，峰電時段可采用燃氣輪機或內(nèi)燃機所發(fā)多余電量來驅(qū)動電制冷、谷電時段用市電驅(qū)動電制冷進行制冷的運行方式。

5.4 注重人才發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)和儲備

加強與分布式能源起步較早城市的學習與交流，通過舉辦專業(yè)培訓等方式培養(yǎng)一批分布式能源規(guī)劃設計、能源服務人才。同時，對接浙江省內(nèi)外高校相關(guān)專業(yè)，推動分布式能源專業(yè)進校園，形成良性的人才梯度儲備。

6 結(jié)語

目前浙江省天然氣分布式能源發(fā)展相對滯后，只有少數(shù)幾家已建或在建的天然氣分布式能源項目。本文選取浙江省內(nèi)某大型制藥企業(yè)的天然氣分布式能源項目，分析了天然氣價格、發(fā)電價格、供汽價格、投資成本、運營成本等因素對項目收益率的影響。通過敏感性分析，總結(jié)出氣價、汽價和電價是影響項目是否具有投資價值的關(guān)鍵因素。

通過對浙江省天然氣分布式能源發(fā)展前景的分析，提出良好的燃料保障、進口設備的國產(chǎn)化及寬松的政策支持有利于推動浙江省分布式天然氣能源項目的發(fā)展。

針對天然氣分布式能源發(fā)展中面臨的問題，對浙江省天然氣分布式能源發(fā)展提出了梳理優(yōu)質(zhì)客戶、制定激勵措施、優(yōu)化運行方法、注重人才培養(yǎng)等建議，進而更好的推動浙江省天然氣分布式能源健康有序的發(fā)展。