浙江省天然气分布式能源发展及建议

2019-01-23蔡洁聪韩高岩国旭涛

浙江电力 2019年1期

蔡洁聪，韩高岩，国旭涛，王伟

（1.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310014；2.杭州意能电力技术有限公司，杭州 310012）

0 引言

与煤炭、石油等能源形式相比，天然气具有安全、热值高、洁净等优势。相比煤炭，天然气能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化物排放量50%[1]。《天然气发展“十三五”规划》中指出：随着我国天然气产量增加和进口能力增强，天然气供求呈宽平衡状态，为天然气分布式能源的发展提供较为充足的气源保障。《能源发展“十三五”规划》中指出：天然气分布式能源可实现能量阶梯利用，能满足用户多种需求的综合能源系统，具有高效、环保、削峰填谷、灵活性强等优势，顺应了能源发展趋势，成为能源发展的一大热点。天然气分布式能源供能在未来还能够借助互联网、大数据和人工智能技术实现信息化和智慧化提升，充分挖掘其节能减排潜能[2，3]。

浙江省是能源消耗大省，应根据现有的能源资源，调整能源结构，紧跟发展趋势，提高能源综合利用率，扩大天然气等分布式能源的利用范围[4]。

1 浙江省天然气分布式能源发展现状

我国天然气分布式能源发展较好的地区主要集中在北京、上海、江苏、广东。浙江省天然气分布式能源发展相对滞后，目前只有少数天然气分布式能源项目正式运行，其中一个典型的天然气分布式能源项目位于衢州市龙游城南工业区[5，6]。该项目配置1台8 MW的燃气轮机、1台16.4 t/h的余热锅炉和3台15 t/h的燃气锅炉，属于热、电两联供。燃气轮机所发电量通过园区电网并网，余热锅炉和燃气锅炉产生的蒸汽解决园区用汽需求。

浙江省首个大容量天然气分布式能源项目（德清天然气分布式能源项目）正在建设中，该分布式能源项目配置7台4 275 kW内燃机及7台配套的4 505 kW溴化锂制冷机组，还有10台4 571 kW电制冷冷水机组、11台1 820 kW柴油发电机组及相关辅助设备。该天然气分布式能源属于冷、电两联供系统。采用“以冷定电”“并网上网”原则，全天候向中国联通数据中心供冷，以10 kV电压等级并网供电，该项目设计的能源综合利用效率可达到86%。

此外，浙江省还有海正药业、宁波科元塑料、长兴和平镇城南工业园等十几个天然气分布式能源项目正在积极筹备。浙江省近几年将会进入天然气分布式能源项目建设的高峰期。

现阶段，浙江省对于天然气分布式能源项目还未出台专项补贴政策，但是已经出台了《浙江省天然气发展三年行动计划（2018—2020年）》相关支持文件。

2 天然气分布式能源发展存在问题

天然气分布式能源项目盈利性弱的缺点制约其发展，设备价格、燃料价格及用户负荷需求的变动都会对项目产生很大的影响[7]。

2.1 受天然气源及气价制约

我国天然气价格相比欧美国家较高，导致天然气发电成本是普通燃煤电站的2～3倍，在与传统能源的价格博弈中，天然气分布式能源难以盈利和发展。

城市楼宇型的天然气分布式能源项目的气源主要来自城市燃气管网，由于燃气管网最初设计的输送能力主要是满足居民和商业用气，输送能力有限，导致冬季用气高峰时会面临气源紧张，严重时可能会导致项目停产。而新的开发区常常无燃气管网可用，铺设新管网的投资大、回收期长，进程缓慢。如何保证天然气分布式能源项目的连续稳定供汽，是天然气发展过程中急需解决的问题[8-10]。

2.2 上网电价低

天然气分布式能源项目所发电量除自用外只能上网，不能销售给周边用户。现阶段，浙江省天然气分布式能源发电的上网电价为每千瓦时0.415 3元，暂无政策补贴。如按此价格余电上网的话，绝大多数天然气分布式项目是难以盈利的。

2.3 投资成本高

天然气分布式能源的部分核心设备主要靠进口，国外具有垄断优势致使投资建设成本较高。随着国内设备厂家对燃气冷热电三联供设备关键技术的攻关，国产设备将与进口设备形成良性竞争，核心设备的价格也将随之降低。目前进口设备中燃气轮机的价格在2 000～4 000元/kW，燃气轮机功率越小，单位千瓦的价格越贵[11]。

2.4 用户负荷不确定性

系统设计和实际负荷的匹配仍是当前难点，负荷精准预测能力有待加强。负荷需求分析是分布式能源项目的基础，设计负荷、建设规模一定要与实际负荷需求相匹配[12]。

在上海的天然气分布式能源项目中，有多个项目因负荷预测过大而停产或调整，有部分项目因为负荷预测不准而延长了回收期，也有个别项目在建成后用户负荷因限产停建、需求变更、动迁搬迁等没有达到预期，进而影响负荷需求。

此外，对于区域性天然气分布式能源项目，其建设实现供能早于区域地块项目建设，用户负荷存在较大不确定性，在这段时间内，天然气分布式供能项目面临着较大的运营压力。

3 天然气分布式能源项目综合分析

评估天然气分布式能源项目是否具有投资价值的重要指标之一是项目投资财务内部收益率（以下简称项目收益率），一般情况下，项目收益率大于等于基础收益率（一般为8%）时，项目可行。项目收益率越大，该项目投资价值越大。以下通过浙江省某大型制药企业的天然气分布式能源项目，来分析各个参数对项目经济性的影响[13，14]。

该项目的装机方案为2×12 MW+1×8 MW级燃气轮机发电机组配备2×24 t/h+1×15 t/h余热锅炉，外加2×15 t/h燃气锅炉。该项目的工程估算总投资为29 282万元，发电设备年利用小时数为6 000 h，项目所发电量全部企业消纳，不产生余电上网，电量不足时由市电补充，蒸汽不足时由燃气锅炉补充。企业先前用电成本为每兆瓦时650元，用蒸汽成本为每吨220元，天然气价格为每立方米2.47元，该项目收益率为8.77%，投资回收期为10.5年。

3.1 天然气价格的影响

在天然气分布式能源项目中，天然气的成本占运营成本大于60%，天然气价格对整个项目的经济效益影响很大。图1所示是天然气价格对项目收益率的影响，项目收益率与天然气价格成反比关系，天然气价格降低，项目收益率就增加。天然气价格下降10%，项目收益率可提高约5%。

图1 天然气价格对项目收益率的影响

3.2 上网电价的影响

图2 所示是上网电价对项目收益率的影响，从图中可以看出，随着上网电价的增加，项目总收益增大，相应的投资回收期缩短。目前该项目采用以电定热的运行模式，燃气轮机所发电量刚好用于企业消纳，不产生余电，供汽不足部分用燃气锅炉补给。企业先前直购电平均用电成本是每兆瓦时650元，浙江省天然气分布式能源发电上网电价是每兆瓦时415.3元，如企业按此电价余电上网，再向电网购电，项目的整个运行周期内的收益率为负，项目是亏损的。如企业按照上海市的天然气分布式上网电价每兆瓦时765.5元先上网，再向电网购电，则发电收益远大于用电成本，整个项目的收益将大大增加，投资回收期将缩短，项目的收益率可达12.45%。

图2 上网电价对项目收益的影响

3.3 供汽价格的影响

图3 为供热蒸汽价格波动对项目收益率的影响。其他影响因数不变时，供热蒸汽价格为每吨214元，该项目收益率为8%。当蒸汽价格降低时，项目收益率降低，项目不可行。

图3 蒸汽价格对项目收益的影响

3.4 初始投资费用影响

项目的初始投资费用由建筑工程费、设备购置费、安装工程费及工程建设其他费用组成，其中设备购置费用超过50%。初始投资费用的多少，会影响项目前期的投入资金，但对项目投运后的收入基本没有影响。项目初始投资减少，可以缩短项目的投资回收期，降低项目的潜在风险因素。

3.5 项目其他运营成本的影响

天然气分布式能源项目的运营成本主要包括：天然气费用、电费、水费、运营人员人工工资及福利、维修费用和管理费用，其中天然气费用占了整个运营成本约2/3，其他费用相对比较固定，对项目的运营成本影响较小。

3.6 项目的敏感性分析

在整个项目评价期内，对项目经济效益产生影响的主要因素有：建设投资、天然气价格、供汽收入、产量变化。根据上述4个因素上下浮动20%对项目的影响做敏感性分析，如表1所示，可以看出：供汽价格和天然气价格是整个项目的关键因素；对于余电上网的项目，上网电价也是影响项目盈利的另一重要因素。

4 浙江省天然气分布式能源发展前景

4.1 燃料保障

我国天然气价格偏高是制约天然气分布式能源发展的一个重要因素。今后随着国内天然气管网及国际天然气进口战略通道的完善、国内天然气开采量的增加，以及非常规天然气（页岩气和可燃冰）开采技术的突破，天然气分布式能源发展将得到良好燃料供给保障，天然气的价格也将会有所下降。

表1 项目敏感性分析

4.2 进口设备国产化

近年来随着市场竞争激烈及设备国产化的提高，天然气分布式能源的核心设备燃气轮机、内燃机、溴化锂机组价格逐年下降，例如进口内燃机的价格已从3 500～3 800元/kW下降到1 850～3 000元/kW，烟气型溴化锂机组也降低到600元/kW[15]。

4.3 宽松的政策支持

为了推进天然气分布式能源发展，国家及部分省市陆续出台了一系列能源扶持、天然气优惠及专项补贴政策，如表2所示。浙江省出台的支持文件《浙江省天然气发展3年行动计划（2018—2020年）》，将大力推动浙江省天然气分布式能源的发展。

5 浙江省天然气分布式能源发展建议

5.1 梳理潜在客户

表2 现阶段部分省市天然气分布式补贴政策

在浙江省内对满足建设天然气分布式能源项目条件的客户进行梳理。首先对冷热负荷需求量大且稳定的优质客户要大力推广天然气分布式能源项目，例如数据中心、医院、交通枢纽、工业园区等。其次对于冷热负荷需求不确定性大的客户，要做好负荷需求预测和经济性分析，在设计建设阶段要分批稳步建设，尽量避免过度的超前建设，进而造成分布式项目前期运营的巨大压力。

5.2 制定相关激励政策

（1）可依据自身具体情况，制定出符合本省天然气分布式能源发展的补贴政策。例如可根据各区域的气价、供热供冷价格、电力价格等因素制定出合理的资金补贴政策。

（2）将天然气分布式能源项目的节能和环保优势转化为经济收益[16]。研究天然气分布式能源项目的碳减排方法，将碳排放纳入碳交易市场。

（3）应在冷、热、电负荷统计及预测时考虑用户项目投产的不确定性。多数天然气分布式能源项目停运主要原因是冷热负荷预测与实际偏差较大。

（4）促进天然气分布式能源设备国产化，打破国外对于原动机、制冷设备等核心技术的垄断。

5.3 优化运行方式

现阶段浙江省天然气分布式上网电价较低，多数以热定电、余电上网的项目盈利性较弱，甚至有可能亏损。这些项目可以通过调整设计实施方案及优化运行方式的方法来提高项目盈利能力。对于设计按余电上网的项目，实际运行时可采用以电定热的运行方式，供热或供冷不足部分有其他设备补充[17，18]。对于部分热、电联供项目，可以考虑先用燃气锅炉解决供热需求，待上网电价调整后再投建燃气轮机及余热锅炉机组联合供热供电。对于冷、电联供的机组，可以考虑溴化锂和电制冷组合运行的方式，峰电时段可采用燃气轮机或内燃机所发多余电量来驱动电制冷、谷电时段用市电驱动电制冷进行制冷的运行方式。