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一、 我國(guó)天然氣分布式供能行業(yè)發(fā)展概述

發(fā)展現(xiàn)狀

能源與環(huán)境問題是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的長(zhǎng)期“瓶頸”，發(fā)展先進(jìn)供能系統(tǒng)是實(shí)施我國(guó)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(cè)附近，直接面向用戶，按用戶的需求就近生產(chǎn)并供應(yīng)能量，具有多種功能、可滿足多重目標(biāo)的中、小型能量轉(zhuǎn)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(bǔ)充；二者的有機(jī)結(jié)合，是未來能源系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國(guó)“國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要”中指出，“加快發(fā)展非化石能源，堅(jiān)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(shè)一批多能互補(bǔ)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(jié)構(gòu)中的比例將迅速增加，以多能互補(bǔ)、電冷熱聯(lián)供為主要形式的分布式能源系統(tǒng)將在國(guó)家能源體系中發(fā)揮越來越重要的作用，對(duì)于建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。分布式能源的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展擁有廣闊市場(chǎng)。

相比國(guó)際上的迅速發(fā)展，我國(guó)天然氣分布式能源系統(tǒng)在我國(guó)起步較晚。據(jù)中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到2020年底，天然氣分布式供能項(xiàng)目共計(jì)632個(gè)，總裝機(jī)22.74 GW。相較于2015年，項(xiàng)目個(gè)數(shù)增加了344個(gè)，年均增速17.0%，裝機(jī)規(guī)模增加了11.62 GW，同比增長(zhǎng)15.4%。目前分布式能源系統(tǒng)在我國(guó)城市化程度高，產(chǎn)業(yè)投資能力和能源價(jià)格承受能力強(qiáng)的地區(qū)得到相對(duì)快速發(fā)展，截止到2020年底，項(xiàng)目主要分布在京津冀魯、長(zhǎng)三角、珠三角、成渝等地區(qū)，其中長(zhǎng)三角地區(qū)項(xiàng)目數(shù)量占比最多，占總項(xiàng)目數(shù)量的30.7%。從裝機(jī)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(dá)、經(jīng)濟(jì)水平較高、冷熱電負(fù)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(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)。

從應(yīng)用場(chǎng)景來看，天然氣分布式能源項(xiàng)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(xiàng)目在數(shù)量和裝機(jī)容量上均為最高，數(shù)量占比48.6%，裝機(jī)規(guī)模占比84.7%。目前，絕大部分項(xiàng)目相對(duì)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(duì)節(jié)能率主要在10%~20%，節(jié)能水平還有進(jìn)一步提高的潛力。

從經(jīng)濟(jì)角度來看，一些分布式供能項(xiàng)目存在單位投資成本高，投資回收期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益不理想的問題。動(dòng)力機(jī)組裝機(jī)容量的增大，項(xiàng)目投資成本逐漸降低，小于1 MW的項(xiàng)目投資成本為1.5~3.0萬(wàn)元/kW，1~5 MW的投資成本為1.0~1.5萬(wàn)元/kW，大于5 MW的投資成本為0.5~1.0萬(wàn)元/kW。投資成本為0.5~1.0萬(wàn)元/kW的項(xiàng)目投資回收期為5~10年，投資成本為大于1.5萬(wàn)元/ kW的項(xiàng)目投資回收期超過10年。

存在的主要問題

當(dāng)前我國(guó)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(rèn)識(shí)問題。目前，天然氣分布式供能的社會(huì)認(rèn)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(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確理解方面還存在問題。一方面，雖然國(guó)家對(duì)發(fā)展天然氣分布式能源系統(tǒng)提出了指導(dǎo)意見和原則性定義，但在實(shí)際運(yùn)行中燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和必要性尚未充分體現(xiàn)，對(duì)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認(rèn)識(shí)和定位仍不清晰，容易產(chǎn)生燃?xì)夥植际焦┠茼?xiàng)目界定范圍模糊、補(bǔ)貼資金預(yù)算難制定、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范難以落實(shí)等問題，困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（2）資源與價(jià)格體系的制約。我國(guó)能源環(huán)境問題突出，隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，天然氣在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)中的作用將越發(fā)重要。近年來天然氣需求快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致天然氣價(jià)格偏高，還出現(xiàn)短時(shí)間的“氣荒”現(xiàn)象，對(duì)燃?xì)夥植际焦┠苄袠I(yè)的發(fā)展造成不利影響。未來隨著國(guó)家節(jié)能減排，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以及天然氣的大量開發(fā)和引進(jìn)，國(guó)內(nèi)油氣市場(chǎng)將持續(xù)寬松，天然氣價(jià)格也將維持在一個(gè)正常的水平。同時(shí)，隨著增量配網(wǎng)建設(shè)和電力定價(jià)體制的逐步放開，分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益將得到提升。

（3）技術(shù)發(fā)展不成熟，經(jīng)濟(jì)性不佳。我國(guó)對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)研究力量不足，特別是微小型燃?xì)廨啓C(jī)，研發(fā)制造滯后于市場(chǎng)需求，目前90％以上機(jī)組都需要從國(guó)外引進(jìn)。雖然我國(guó)著手加快燃?xì)廨啓C(jī)等裝備的自主研發(fā)，并積極尋求與國(guó)際知名設(shè)備制造商的合作，但關(guān)鍵裝備、某些關(guān)鍵部件、運(yùn)行控制等核心技術(shù)依然依賴進(jìn)口，導(dǎo)致項(xiàng)目總投資難以下降。此外低品位余熱利用技術(shù)、吸收式冷凍技術(shù)、高溫?zé)岜眉夹g(shù)、蓄能技術(shù)、多能源互補(bǔ)技術(shù)等均處于研發(fā)階段，距規(guī)模化應(yīng)用尚存差距，限制了分布式供能系統(tǒng)性能的提升。

（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不健全，評(píng)價(jià)方法不完善。現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法大部分沿用火電設(shè)計(jì)規(guī)范，使規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行各環(huán)節(jié)的工作程序與燃煤電廠一樣繁瑣、耗時(shí)，從而導(dǎo)致分布式能源系統(tǒng)并未真正實(shí)現(xiàn)因地制宜與用戶融合。設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮供需匹配，也導(dǎo)致我國(guó)的部分天然氣分布式供能項(xiàng)目存在用戶負(fù)荷分析和預(yù)測(cè)不夠精準(zhǔn)，裝機(jī)容量過大，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，能的梯級(jí)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(bǔ)的集成設(shè)計(jì)上，缺乏品位和動(dòng)態(tài)特征的高度契合，互補(bǔ)形式單一，方法簡(jiǎn)單粗放，未能充分發(fā)揮多能互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)調(diào)控方面，缺乏對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)變工況問題的深入認(rèn)識(shí)，采用被動(dòng)跟隨負(fù)荷的調(diào)控方式，造成系統(tǒng)變工況性能大幅下降，進(jìn)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(jīng)濟(jì)性的主要因素

影響分布式供能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，主要有市場(chǎng)因素（投資成本、氣電價(jià)格）、技術(shù)因素（集成設(shè)計(jì)技術(shù)、調(diào)控技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備）、相關(guān)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(jià)格比、冷熱價(jià)、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、維修費(fèi)用和設(shè)備折舊率進(jìn)行梳理，同時(shí)考慮項(xiàng)目的技術(shù)水平，以相對(duì)節(jié)能率為代表，也作為分布式供能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)性的主要因素依次為相對(duì)節(jié)能率、投資成本、氣電價(jià)格比和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。說明項(xiàng)目集成設(shè)計(jì)及主動(dòng)調(diào)控等技術(shù)水平是決定其經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。其次，設(shè)備及建筑安裝等費(fèi)用的成本投入對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性也至關(guān)重要，且合理的氣電價(jià)格比對(duì)項(xiàng)目也是影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要因素。


圖1 影響天然氣分布式能源項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的主要因素權(quán)重占比

三、 改善天然氣分布式能源項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的措施

節(jié)能水平低、動(dòng)力設(shè)備主要依賴進(jìn)口、建筑工程安裝費(fèi)用高、氣電價(jià)格不合理是影響天然氣分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(jià)格比是改善其經(jīng)濟(jì)性的主要方向。

提高系統(tǒng)相對(duì)節(jié)能率

目前，分布式能源項(xiàng)目節(jié)能水平還不高，需要圍繞系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)、過程轉(zhuǎn)化和智能調(diào)控等方面提高。系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方面，基于品位概念，建立能的綜合梯級(jí)利用設(shè)計(jì)方法；基于大數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)評(píng)估用戶實(shí)時(shí)負(fù)荷需求，開發(fā)模塊式集成方法，針對(duì)不同用戶對(duì)象量體裁衣。系統(tǒng)變工況調(diào)控方法方面，以用戶負(fù)荷需求為核心，開發(fā)主動(dòng)蓄能、燃機(jī)尾氣回注、混合動(dòng)力等變工況調(diào)控手段，拓寬系統(tǒng)冷熱電負(fù)荷輸出可調(diào)范圍，改善與用戶負(fù)荷供需匹配關(guān)系。

模塊化集成，動(dòng)力設(shè)備國(guó)產(chǎn)化

設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約占項(xiàng)目初始投資50~60%，建筑安裝工程費(fèi)約占25%。由于核心動(dòng)力設(shè)備依賴進(jìn)口，導(dǎo)致項(xiàng)目整體投資成本較高。突破傳統(tǒng)以燃煤電廠建設(shè)天然氣分布式供能項(xiàng)目的思路，通過模塊化的集成手段，對(duì)具體的服務(wù)對(duì)象量體裁衣，減少建筑安裝費(fèi)用投入，同時(shí)提高動(dòng)力設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率，項(xiàng)目投資成本可減少約30~40%，投資回收期縮短3~5年。

實(shí)施峰谷電價(jià)，維持合理的氣電價(jià)格水平

在系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)階段，要考慮服務(wù)地區(qū)是否具備適合的氣電價(jià)格水平；在系統(tǒng)運(yùn)行階段，根據(jù)峰谷電價(jià)情況，調(diào)整系統(tǒng)合適的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行狀態(tài)。

四、 發(fā)展建議

01、建立節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)和降碳機(jī)制。綜合考慮分布式供能項(xiàng)目在節(jié)能降碳方面的貢獻(xiàn)，注重項(xiàng)目建成后的運(yùn)行效果和節(jié)能水平，從“組織領(lǐng)導(dǎo)、機(jī)制完善、特許經(jīng)營(yíng)、投資補(bǔ)貼、稅收減免、財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)”等方面制定具體的可操作性措施和節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，完善國(guó)產(chǎn)化設(shè)備示范應(yīng)用獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，支持科技攻關(guān)和首臺(tái)套示范，鼓勵(lì)企業(yè)多場(chǎng)景梯級(jí)應(yīng)用集成創(chuàng)新。

02、大力推進(jìn)分布式能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力裝備國(guó)產(chǎn)化，完善設(shè)計(jì)規(guī)范，降低項(xiàng)目投資，增加運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，提高經(jīng)濟(jì)收益。研發(fā)分布式供能的核心動(dòng)力，加大對(duì)天然氣及多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、中小規(guī)模高效低氮燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)、適應(yīng)不同溫度的余熱轉(zhuǎn)換利用、多能互補(bǔ)、系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)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(shù)、成本、用戶接受程度、電網(wǎng)接納能力等因素，提高國(guó)家和行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)分布式供能發(fā)展的預(yù)測(cè)能力。政府補(bǔ)貼傾向于節(jié)能環(huán)保性能好、社會(huì)效益突出的技術(shù)與項(xiàng)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(xiàn)，促進(jìn)分布式能源發(fā)電上網(wǎng)的政策與制度保障。

馮樂軍 ：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，博士后。研究方向：多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)協(xié)同集成與主動(dòng)調(diào)控，儲(chǔ)能。

隋軍 ：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，研究員。研究方向：多能源互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)，包括能的綜合梯級(jí)利用與全工況系統(tǒng)集成、余熱驅(qū)動(dòng)的吸收循環(huán)、太陽(yáng)能熱化學(xué)發(fā)電等方向。

原標(biāo)題：天然氣分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)