孔慶芳
上海燃?xì)庥邢薰?/p>
隨著上海市大氣環(huán)境治理、節(jié)能減排力度的不斷加強(qiáng),天然氣作為主要清潔能源,在一次能源結(jié)構(gòu)中正占據(jù)愈加重要的地位。2015 年天然氣在上海市一次能源中占比達(dá)到10%。為提高天然氣銷量,拓展天然氣市場,在發(fā)展傳統(tǒng)用戶工業(yè)、商業(yè)和餐飲用戶之外,燃?xì)馄髽I(yè)積極推廣新型用氣市場,其中包括了天然氣分布式供能。
根據(jù)《分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程》(DG/TJ08-115-2008),分布式供能指“在用戶內(nèi)部或靠近用戶,聯(lián)合供應(yīng)電、熱(冷)能的系統(tǒng),系統(tǒng)輸入的能源可以是燃?xì)?、輕柴油、生物質(zhì)能、氫能或太陽能、風(fēng)能等”,其優(yōu)勢包括:能源綜合利用率高,系統(tǒng)效率可達(dá)70%以上;對燃?xì)夂碗娏τ须p重削峰填谷作用;具有良好的環(huán)保效益;具有良好的經(jīng)濟(jì)性;增強(qiáng)能源供應(yīng)的安全性。
為支持這一高效節(jié)能技術(shù),上海市政府自2004 年已連續(xù)三輪對分布式供能項目給予財政扶持。其中,第三輪扶持將分布式供能享受的政府補(bǔ)貼提高至3 000 元/kW(發(fā)電裝機(jī)容量),有效緩解了項目初期投資較高的問題,有力推動該項技術(shù)的發(fā)展。上海燃?xì)馄髽I(yè)針對該類項目同步推出優(yōu)惠氣價,大幅降低了用戶的運(yùn)行成本,提高了項目的整體經(jīng)濟(jì)性。
分布式供能的能源梯級利用是供氣方、用氣方和社會實(shí)現(xiàn)“三贏”的技術(shù),是提高用戶用能運(yùn)行效益、燃?xì)馄髽I(yè)擴(kuò)大銷售和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排社會效益的有機(jī)統(tǒng)一,值得各方共同扶持推廣。
從技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)性合理兩方面,研究天然氣分布式供能的供氣定價,主要定位于項目規(guī)模10 MW以上的大型分布式供能,以期為政府、燃?xì)馄髽I(yè)和用戶三方在制定扶持政策、銷售價格和選擇相關(guān)方案時提供參考。
天然氣分布式供能采用的原動機(jī)主要有燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)采用中低壓供氣,
余熱來自煙氣和缸套水,熱品質(zhì)較低,一般產(chǎn)熱水,單機(jī)容量較低;燃?xì)廨啓C(jī)采用高壓供氣,余熱來自煙氣,熱品質(zhì)較高,一般產(chǎn)蒸汽,單機(jī)容量較大。
余熱利用設(shè)備主要包括余熱鍋爐、吸收式制冷機(jī)等。余熱鍋爐是利用原動機(jī)煙氣等廢熱來獲取熱媒(主要為蒸汽)的多級換熱裝置,也稱為蒸汽發(fā)生器。吸收式制冷機(jī)是利用熱源驅(qū)動,使工質(zhì)在一定條件下吸收或解吸,從而釋放冷熱量,完成制冷循環(huán)的機(jī)組,熱源可采用蒸汽、熱水或煙氣。典型天然氣分布式供能系統(tǒng)的能量梯級利用流程見圖1。
圖1 典型天然氣分布式供能系統(tǒng)的能量梯級利用示意圖
本次定價研究的對象是裝機(jī)容量為10 MW,年運(yùn)行時間5 000 h 的項目,按用戶類型和裝機(jī)規(guī)模可分為:單體大型用戶(D型),其用電和用熱十分穩(wěn)定;區(qū)域能源中心(Q 型),其特點(diǎn)是發(fā)電上網(wǎng),冷熱聯(lián)供;區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)(R 型),特點(diǎn)是發(fā)電上網(wǎng),高壓蒸汽外供。項目類型見表1。
為便于分析,研究采用國內(nèi)普遍應(yīng)用的典型機(jī)型QD185、SGT700、PG6581B、PG6111FA。見表2。
表2 項目規(guī)模及原動機(jī)配置推薦
不同類型項目因選用設(shè)備的不同,因而存在不同的系統(tǒng)匹配方案,根據(jù)匹配方案得到系統(tǒng)的性能參數(shù),包括用氣指標(biāo)和余熱指標(biāo)。
1.3.1 用氣指標(biāo)(GD)
根據(jù)天然氣輸入量(低位熱值35 MJ/Nm3)與發(fā)電輸出功率之比,得到機(jī)組單位發(fā)電功率的用氣指標(biāo)GD;見式1-1。
式中:GD—原動機(jī)單位發(fā)電功率的用氣量Nm3/(h·MW);
QNG—天然氣小時輸入量Nm3/h,通過燃機(jī)熱耗率(kJ/kWh)和低位熱值計算;
Eout—原動機(jī)發(fā)電輸出功率MW。
1.3.2 余熱指標(biāo)(Gs)
余熱指標(biāo)的計算式見式1-2。
式中:GS—原動機(jī)單位發(fā)電功率的余熱蒸汽發(fā)生量t/(h·MW),計算示例見附件3;
Tsteam—蒸汽小時得熱量GJ/h,通過燃機(jī)熱耗率(kJ/kWh)和低位熱值計算;
Eout—原動機(jī)發(fā)電輸出功率MW。
根據(jù)計算公式和系統(tǒng)匹配方案,得到各類用戶的用氣指標(biāo)和余熱指標(biāo),見表3。
表3 各類項目的系統(tǒng)性能參數(shù)
根據(jù)不同項目類型及機(jī)組配置特點(diǎn),以現(xiàn)有市場的電力價格,測算項目的目標(biāo)用戶可承受的氣價。用戶可承受的氣價是指確定邊界條件(如初投資、購電價格、供熱價格和運(yùn)行時間等)后,采用靜態(tài)投資回收期方法,計算在設(shè)定回收期(5-15年)內(nèi)的平衡點(diǎn)氣價。
D、Q型項目類型的邊界條件見表4。R型項目類型的邊界條件見表5。
表4 D、Q型項目類型的邊界條件
表5 R型項目類型的邊界條件
D型項目用戶可承受氣價和年用氣量見表6。
表6 D型項目用戶可承受氣價和年用氣量
按10年靜態(tài)投資回收期,D型用戶的可承受氣價范圍2.83~3.08元/Nm3。
以同樣方法計算Q和R型項目用戶,見表7。
表7 各類項目用戶年用氣量和可承受氣價范圍表
通過對不同項目用戶邊界條件中的初投資、蒸汽價格、運(yùn)行時間、補(bǔ)貼扶持政策、電價等邊界條件進(jìn)行調(diào)整,其結(jié)果見表8。
如D 型項目用戶,初投資每增加10%,用戶對可承受氣價的承受力下降3.7%。D 型用戶的氣價可承受因素排序依次為:補(bǔ)貼政策、銷售電價、供熱價格、初投資、運(yùn)行時間。
針對未來裝機(jī)容量在10 MW 及以上的大型天然氣分布式供能系統(tǒng)在上海的發(fā)展,不同類型項目用戶,單體大型(D型)、區(qū)域能源中心(Q型)和區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)(R 型),根據(jù)其熱電特性、設(shè)備配置和投資、現(xiàn)有扶持政策、電力蒸汽能源價格等因素綜合分析和測算,得出以下結(jié)論:
1) 三類用戶可承受的氣價不盡相同,相較而言,R型項目用戶可承受氣價范圍最大(2.94~3.45元/Nm3),D 型項目用戶承受的氣價范圍最?。?.83~3.08 元/Nm3),Q 型項目用戶介于兩者之間(3.03~3.18元/Nm3).
表8 不同項目類型對可承受因素反饋排序表
2)由于初投資中原動機(jī)主要依賴進(jìn)口,投資占比較大。因此,三類用戶對政府的扶持政策都很敏感,扶持政策的減少將影響用戶投資的積極性和項目投資回報。因此,分布式供能作為綜合能源利用率高的新技術(shù),如要大力發(fā)展,急需降低設(shè)備的初投資,呼吁加快國產(chǎn)化設(shè)備的研發(fā)節(jié)奏。
3)對于需要上網(wǎng)的Q、R型項目,上網(wǎng)電價對其可承受的氣價影響僅次于財政扶持,維持穩(wěn)定的上網(wǎng)電價將提高用戶采用分布式供能方式的積極性。
4)三類項目用戶的盈利都受供熱價格的影響,而供熱價格與替代能源和其他供熱方式有關(guān)聯(lián)。對燃?xì)馄髽I(yè)而言,制定差異化的用戶(鍋爐用戶、分布式供能用戶)氣價有利于引導(dǎo)終端用戶采用高效節(jié)能的分布式供能系統(tǒng)。
5) 提高系統(tǒng)的運(yùn)行時間將增加項目對氣價的承受能力,即同等氣價下,項目的盈利能力隨著運(yùn)行時間的增加而增加。因此,合理配置系統(tǒng),確保系統(tǒng)高效運(yùn)行至關(guān)重要。
6)對于燃?xì)馄髽I(yè),發(fā)展分布式供能系統(tǒng)可以顯著增加天然氣銷售量(見表7),分布式供能用戶由于運(yùn)行穩(wěn)定,是燃?xì)夤?yīng)企業(yè)不可多得的大用戶,應(yīng)提高前期引導(dǎo)和后續(xù)服務(wù)能力。
總之,分布式供能系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)天然氣高效、清潔、能源綜合梯級利用的最好的典范,是供氣方、用氣方和社會實(shí)現(xiàn)“三贏”的技術(shù),是提高用戶用能運(yùn)行效益、燃?xì)馄髽I(yè)擴(kuò)大銷售和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排社會效益的有機(jī)統(tǒng)一,值得各方共同扶持推廣。