国内分布式供能系统推进中的问题和建议

2011-04-20上海齐耀动力技术有限公司杨锦成李冰薛飞

上海节能 2011年2期

上海齐耀动力技术有限公司杨锦成李冰薛飞

0 前言

分布式供能系统是指以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可将燃料同时转换成电力、热水或蒸汽以及冷水的高效能源供应系统，其总利用率可达75%-90%。由于该系统的高效环保和多种能源供应特性，欧美和日本在30余年前便大力推广，现已形成一定规模。截止2010年，美国分布式供能项目共计3600项，总装机容量85.85GW；丹麦和荷兰分布式供能占全国能源系统的60%和40%。

我国分布式供能系统从1995年黄浦区中心医院热电冷三联供项目开始，包括政府、高校、研究所、企业，从不同角度做了大量的研究、试验、应用和推广工作，但由于各种条件的限制，开展的情况并不乐观。下面仅就分布式供能在我国应用遇到的问题和需要的政策支持做简要的阐述。

1 分布式供能系统推进的意义

1.1 分布式供能系统的定义

分布式供能系统是以天然气及生物质能、太阳能、氢能、风力和其它可再生的清洁能源为一次能源，在用户现场或靠近用户现场的小型和微型独立输出电、热（冷）能的系统。分布式供能系统(Distributed Energy System,DES)的一种主要技术形式为热电联供(Combined Heating&Power,CHP），在有的国家也叫热电联产（Cogeneration）。根据用户类型，还可分为满足单栋建筑用能的楼宇热电联供系统（Building Combined Heating&Power，BCHP）和满足区域类多栋建筑用能的区域热电联供系统（District Combined Heating&Power，DCHP）。

表1 不同电力并网条件下分布式供能系统的经济性（内燃机热电联供）

分布式供能系统是小规模、小容量、模块化、分散式的高效多能源供应系统，可同时提供电力、蒸汽、热水或冷水等多种能源。典型分布式供能系统主要包括动力系统（原动机）、余热利用系统（余热冷热水机组、热交换器、余热锅炉）、控制及电力并网三部分。针对不同的用户需求，热电冷联产系统可选择的方案和形式很多。

1.2 分布式供能系统的特点

1）节能

分布式供能系统根据能源梯级利用原理，利用燃料燃烧后不同品位的能量提供不同能源产品；同时几乎没有能源传输的损失，因此大幅提高了能源的利用效率，能源的综合利用效率达到80%以上。而传统大型发电厂用户端利用效率只有30%-40%。能源梯级利用原理如图1所示。

2）经济

分布式供能系统具有发电和余热回收两项收益，若按天然气内燃机热电联供形式和上海能源价格计算，分布式供能系统的经济性如图2和表1。

3）环保

分布式供能系统是以城市天然气作为燃料，与常规燃煤电站相比，分布式供能系统的二氧化碳排放减少50%以上，占地面积和耗水量减少60%以上。分布式供能系统对环境的负面影响接近于零。

4）安全

分布式供能系统既可独立于大电网运行也可并网运行，因此既可作为主用电源也可作为后备电源，这样大大提高了用户用电的稳定与安全。有效避免了由于用电紧张或大电网事故断电为用户带来的意外损失。

5）投资小

对于集中式供电系统，当负荷使用增加时只有新增电厂产能和输电网络，而我国地域辽阔，输电网络的建设面临投资上的巨大压力。分布式供能系统可以根据新增负荷，灵活配备新的能源系统，投资小，建设期短，见效快，有效减轻电网压力。

6）满足用户多样化需求

分布式供能系统可根据不同用户对热电的实际需求来配备最适合的热电转换装置，以达到最优的能源使用效果。

2 分布式供能系统实施的问题

分布式供能系统对实现节能减排和低碳经济的作用很大，政府相关部门和企业也极为关注，但由于分布式供能系统存在初期投资大、系统复杂、限制条件多等问题，当前其发展速度较为缓慢。

2.1 初期投资大

分布式供能系统相对于传统的供能方式，存在系统初期投资大，投资回收期偏长等缺点，使得业主和投资商难以决策。

若按发电功率计算，分布式供能系统机电工程初期投资约为20000元/kW（与容量、供能形式、原动机类型相关）。同等供能能力若采用常规供能方式，对建设方而言机电初期投资约2100元/kW，其中包括：供电约1200元/kW（变配电），供热约500元/kW（天然气锅炉）、制冷约900元/kW（电制冷机）。因此，采用分布式供能系统其初期投资比采用常规供能方式约增加10倍。

将运行中，分布式供能系统相对于常规供能系统节约的能源费用作为分布式供能系统的收益，计算分布式供能系统的投资回收期。参考上海能源价格，按分布式供能系统年运行5760小时计算，一般情况，静态投资回收期在7－8年以上，若考虑风险和融资成本，其投资回收期将在10年左右。

2.2 系统复杂

分布式供能系统涉及天然气、动力、制冷、电气、自控、环境等多个专业，设备耦合强、系统集成度高，具有高度的复杂性、专业性和工程经验要求，同时对设计、工程实施和运营管理的要求较高。

目前，在设计过程中，设计院缺乏专门的队伍针对分布式供能系统做系统化设计，各专业设计人员缺少分布式供能系统设计经验；在工程实施过程中，由于缺乏专业公司对包括发动机、余热利用、控制及并网等设备进行系统集成，难以实现各种设备的匹配和优化；在运营过程中，业主自身的物业管理人员无法独立完成对设备（如天然气发动机）和分布式供能系统的维护，需要有专业公司提供服务。

汇总国内以往的分布式供能案例，在各阶段均因为缺乏专业工程经验，出现过各种问题，如：在设计过程中，往往容易出现负荷测算不充分，分布式供能容量偏大，负荷率过低，开机时间不足；对原动机受天然气热值、压力限制的了解不充分，使得系统无法正常运行或易出故障；对分布式供能系统需要稳定用电设备作为电负荷进行配电的需求不明确，使得系统稳定性变差、设备利用率降低等问题。在工程实施过程中，出现原动机选型未考虑余热利用对其可靠性的影响，导致系统工作异常等问题。在运营过程中，出现缺乏对原动机的维护导致系统停用等问题。

2.3 限制条件多

分布式供能系统受天然气供应、电力上网、用户负荷波动、投资、设备供应、缺乏专门技术标准和专业公司等多方限制，使得其推进速度、应用范围和实际效果受到很大影响。

3 分布式供能系统推广的措施

针对分布式供能系统存在的经济性和可实施性等方面的限制，建议可从以下方面提供政策支持。

3.1 电力接入

分布式供能系统作为可提供电力、蒸汽、热水、冷水的多能源供应系统，仅在与电网并网时，才能发挥其经济性和灵活性，也能对电网起到补充作用。当前，欧美和日本等分布式供能应用广泛的发达国家，均允许分布式供能系统并网和上网，且制定了优惠上网电价等鼓励措施。国内仅上海允许分布式供能系统在一定技术条件下并网，对分布式供能系统的电力接入做了明确规定。

只有允许并网，才能提高分布式供能系统的可靠性、稳定性，也只有允许上网，才能极大提高分布式供能系统的负荷率和运行时间。在不能并网的前提下，必须按“以电定热”的原则设计分布式供能系统，即分布式供能系统必须满足用户所有用电负荷，这将导致分布式供能系统装机容量偏大、负荷率偏低、余热利用不充分等缺陷，直接导致初期投资大、回收期长。在不能上网的前提下，分布式供能系统的负荷率受热负荷和电负荷的双重限制，在过渡季和冬季时，导致因电负荷较低而分布式供能系统负荷率偏低，极大影响了分布式供能系统的经济性。

电力接入方面的政策支持应落实在以下几方面：

1）允许并网上网

对于遵循“以热定电，热电平衡，自用为主”设计原则的分布式供能系统，应允许其并网上网。

根据“以热定电”设计的分布式供能系统是按照用户稳定热负荷设计其发电装机容量，在一定年运行时间中（如4000小时），分布式供能系统余热均可完全利用。按此原则的分布式供能系统的上网，既可充分利用分布式供能系统实现节能减排，提高其经济性，也可避免以发电为主，靠售电盈利的分布式供能系统发展模式。

对允许并网上网的分布式供能系统的电能质量，应有明确要求。对于不低于电网电能质量的分布式供能系统所发电力，不应以“垃圾电”等理由限制其上网。同时，电网企业也应结合智能电网等电网改造工程，研究落实分布式供能系统等分散电源的电网接入问题，进一步提高电网的安全性、可靠性。

2）降低电力接入标准和费用

对采用异步发电机或装机容量很小，对电网安全性可靠性等影响很小的分布式供能系统，应降低电力接入标准和费用。

以操作规范的上海市分布式供能系统并网要求而言，单个分布式供能系统项目其并网专项设计和专有设备费用约80万元。满足一个三星级宾馆的分布式供能系统（按热水负荷基本符合设计）的装机容量约为500kW，其机电工程总投资约为1000万，电力接入费用占其总投资8%左右。对于数量更多的装机容量更小的分布式供能系统，电力并网费用对其经济性的影响就更大。

应本着“简化程序、降低费用、区别对待”的原则，根据项目规模、设备种类、并网或上网方式设定不同电力接入程序和费用。

3）提供优惠电力上网价格

应参考生物质发电上网定价方式，为分布式供能系统提供优惠电力上网价格。

分布式供能系统具有降低电力发电和输送建设要求，提高电网可靠性等方面的作用，同时也起到了节能减排的积极作用。由表1可见，电力上网价格对分布式供能系统的收益影响极大。因此，有必要参考生物质发电上网定价方式，由国家或地区统一规定分布式供能系统的优惠上网电价。

4）免除电力调度

分布式供能系统以发电自用为主，容量小而分散，不会对电网供电产生大的影响。因此，对于以自用为主，装机容量较小的分布式供能系统，应免除对其的电力调度要求，同时采用远程监测的方式满足电力安全的要求。

3.2 天然气接入

天然气作为分布式供能系统生产的原料，其供应保障、接入费用、天然气价格将对分布式供能系统经济性产生明显影响。

1）保障天然气供应

作为极具节能减排效益的分布式供能系统，其生产原料—天然气的供应应得到保障，包括在项目建设初期的用气申请、运行过程中的天然气供应等阶段。

2）接入费用

对于实施分布式供能系统时所需的天然气配套费用，应比常规天然气配套有一定的优惠，且提供明确清晰的收费标准可供执行。

3）天然气价格

由于分布式供能系统投资回收期较长，若没有长期稳定的天然气优惠价格，很难有投资方愿承担风险，实施分布式供能系统。

应根据分布式供能系统的节能效益，明确天然气优惠气价的优惠幅度，以及与天然气气价变动的联动机制，保证天然气优惠气价与天然气气价之间的差价。

4）优惠气价资金来源

应明确分布式供能系统优惠气价与天然气气价之间差价是由天然气供应商承担（作为特许经营的条件，同时明确优惠气价和保证供气量）或政府补贴。

上海是国内第一个也是唯一一个为分布式供能提供优惠气价的地区，但由于其优惠气价完全由天然气供应商提供，出现了天然气供应商补贴分布式供能系统业主，企业补贴企业的情况，使得此项措施的操作性和可推广性较差。特别是在国内许多二三线城市中，城市天然气管网已出让给合资或民营企业经营的现状下，不理顺优惠气价资金来源，不利于分布式供能系统大量长期的推进。

3.3 政府补贴

表2 不同容量分布式供能的基本经济性参数

应提高针对分布式供能系统的政府补贴额度。作为对分布式供能系统此种节能项目的鼓励，上海市政府规定分布式供能系统按额定每千瓦装机容量补贴人民币1000元，以促进分布式供能系统的有序发展和推广应用。以500kW装机容量分布式供能系统的投资而言，50万元的政府补贴对其1000万元的机电工程总投资而言，仅为5%，与日本等国30%～50%的补贴幅度相比，差距较大。

同时，还有针对节能改造项目的专项扶持资金、合同能源管理扶持资金等，或可统一纳入到分布式供能专项补贴，但提高补贴幅度，或可允许其另行申请。

3.4 税收

当前缺乏对分布式供能系统项目的税收扶持政策，仅有对以合同能源管理方式开展的部分项目有：资产转移增值税免于增收；所得税有“三减、三免”；资产在折旧期内转移，视作折旧完成，不征税，不计收入；营业税免征等扶持政策。应出台或完善相关细则，加快政策落实。

3.5 贷款

当前世界银行、国际货币基金组织等国际组织和工商银行、建设银行、浦发银行等金融机构，已针对包括分布式供能系统在内的节能项目提供具有优惠利率的贷款，支持此类项目的融资。应积极推进分布式供能项目获取相关国际组织和金融机构的融资资助。

3.6 部分政策因素对分布式供能系统经济性的影响

分别以热气机、微型燃气轮机、天然气内燃机为原动机，按热电联供或热电冷三联供模式，根据“以热定电，热电平衡”的原则配置分布式供能系统。经济分析中，按锅炉用天然气4元/m3，分布式供能用天然气2.43元/m3，平均电价0.85元/kWh计算。未考虑政府补贴，未计算天然气配套费用、场地成本，电力配套均按80万元计算，投资总额为机电工程总投资，年运行时间360天，每天16小时（峰平电价时段）运行时，五种配置的分布式供能系统其经济性如表2所示。

表3 不同政府补贴额度对分布式供能经济性的影响

考虑企业实施分布式供能系统时的财务成本，以及实施和运营过程中的风险因素，分布式供能系统的实际投资回收期比估计的静态投资回收期要长1～3年。

1）政府补贴对经济性的影响

若考虑政府补贴，分别按0.1万元/kW和0.4万元/kW计算，则五种配置的分布式供能系统其经济性如表3所示。

由表3可见，若政府补贴按0.1万元/kW计，则项目静态投资回收期减少约0.2～0.5年，对项目经济性影响不大；若政府补贴按0.4万元/kW计，则项目静态投资回收期减少约0.9～2.7年，对项目经济性影响明显。

2）电力并网费用对经济性的影响

若考虑分布式供能系统若采用异步发电机或装机容量很小，对电网安全性可靠性等影响很小，因此可以降低电力并网标准和费用，如按表4标准收取电力并网费用时，其经济性如表5所示。

由表5可见，若考虑装机容量对电网的影响，区别采用不同电力并网收费方案，将有效提高小装机容量分布式供能系统经济性，缩短投资回收期2.4～4年，且使得不同配置分布式供能系统投资回收期基本相当。

3）电力上网对经济性的影响

表4 不同电力配套收费方案

表2中对不同容量分布式供能的经济性分析是基于分布式供能系统满足用户基本热负荷，所发电力全部自用为前提，等效为上网条件下的上网电价0.85元/kWh。若假设基本热负荷不变，用户自有电负荷仅能满足分布式供能系统2880h（原开机时间的50%）开机时间要求，若不能上网或多余电力按0.6元/kWh上网，分布式供能经济性如表6所示。

由表6可见，当基本电负荷仅满足原运行时间的50%时，若多余电力按0.85元/kWh上网，则投资回收期不变；若不能上网，投资回收期增加一倍；若上网电价降为0.6元/kWh，则减少投资回收期-2～-5.2。因此，能否上网和上网电价对系统经济性影响极为明显。

4）天然气价格对经济性的影响

当前分布式供能优惠气价按2.43元/m3，锅炉4元/m3，峰平平均电价按0.85元/kWh计算。若对比在此基础上分布式供能优惠气价降低20%（2.04元/m3）和增加20%（2.92元/m3）的情况，其经济性如表7所示。

由表7可见，在其他条件不变时，优惠气价降价20%，将减少系统投资回收期1.4～2.6年，对项目经济性影响明显；优惠气价涨价20%，将减少系统投资回收期-2.6～-7.2年，对项目经济性影响极为明显。

4 分布式供能系统推进的配套条件

4.1 关键设备国产化

分布式供能系统中，作为核心设备的原动机有：微型燃气轮机、热气机（外燃机）、内燃机、燃气轮机等。其中，微型燃气轮机的生产厂商有：美国Capstone、美国Honeywell、美国NREC、英国Bowman、意大利Turbec、日本日产、美国Elliott；我国尚无成熟产品，仅有沈阳黎明、中科院工程热物理研究所等机构在进行相关研制工作。

热气机的生产厂商有：美国STM、瑞典考库姆、中船重工第711研究所（上海齐耀动力技术有限公司），各家均处于产品规模化生产阶段。

内燃机指天然气内燃机，其产品基本是由柴油内燃机改进定型，生产厂家有：美国GE—颜巴赫（生产地：奥地利）、美国卡特彼勒（含MWM品牌）、德国MTU、美国康明斯，其产品成熟、型号丰富；我国有济柴、胜动等企业生产，但产品质量和型号系列化还与国外产品有一定差距。

表6 不同电力上网条件对分布式供能经济性的影响

表7 不同天然气优惠气价条件对分布式供能经济性的影响

燃气轮机的生产厂家有：美国Solar、美国通用、德国西门子、日本三菱等，其产品已系列化和规模化；我国上海汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂、东方汽轮机厂、南京汽轮电机厂等也生产各类型号燃气轮机，但现多用于天然气电厂。

分布式供能系统中的余热利用设备：余热溴化锂制冷机和余热锅炉均相对成熟，与国外产品处于同等技术水平。

原动机是分布式供能系统的核心，并占投资金额的30%～50%。适合国内规模的分布式供能系统，其原动机多为天然气内燃机，由于国内产品较少和不成熟，使得分布式供能系统投资中很大一部分被进口发动机占用，经济性变差，其推广工作也受原动机供货影响。

因此，应大力推动关键设备—原动机的国产化进程，由国家划拨专项资金扶持原有发动机厂家进行技术升级和新兴企业进行产品研发。天然气将在此后较长时间里，逐步在能源供应中起到优化能源结构的作用，因此对于天然气高效利用设备—天然气发动机的研发和推广刻不容缓。

4.2 技术问题标准化

当前，国内仅有上海市编制了全国第一个《分布式供能系统工程技术规程》（DG/TJ08-115-2008,J10602-2008），作为上海市工程建设规范。但对于分布式供能系统的大力推进，有必要制定一个全国通用的技术标准，对分布式供能系统的设计、建设、运营中涉及的各类技术问题进行具体规范。比如对设计影响重大的冷热负荷测算问题，电力上网方式问题等，均应加以细化和明确。

4.3 实施方式专业化

当前分布式供能项目实施的模式多由业主委托一家设计单位进行设计，然后分别采购设备，按常规方式进行安装施工。此种方式存在设计单位对常规供能方式熟悉，但对分布式供能系统缺乏必要的了解和设计经验，容易重复此前其他设计单位在分布式供能项目中所犯的错误。即使设计院愿意为此花费一定的精力，但由于分布式供能系统涉及的专业广、层次深，在设计流程、产品性能、运行模式、工程经验等方面有较高的要求，通常很难达到理想的设计目标。

应借鉴发达国家建筑行业机电设备专业集成的经验，将分布式供能系统从常规供能系统中独立出来，由专业公司进行分布式供能系统的交钥匙工程（EPC），既解决了专业设计的问题，也可解决专业施工和设备供货商责任不清的问题，达到系统集成和优化的目的。

专业从事分布式供能系统设计和工程的单位，应有相应的发电工程设计资质和类似工程经验，而不应仅仅是某种产品的销售方。