孔慶芳

上海燃?xì)庥邢薰?/p>

0 研究背景

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)狻⑤p柴油、生物質(zhì)能、氫能或太陽能、風(fēng)能等”，其優(yōu)勢(shì)包括：能源綜合利用率高，系統(tǒng)效率可達(dá)70%以上；對(duì)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(duì)分布式供能項(xiàng)目給予財(cái)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(xiàng)目初期投資較高的問題，有力推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。上海燃?xì)馄髽I(yè)針對(duì)該類項(xiàng)目同步推出優(yōu)惠氣價(jià)，大幅降低了用戶的運(yùn)行成本，提高了項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)性。

分布式供能的能源梯級(jí)利用是供氣方、用氣方和社會(huì)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(huì)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(jià)，主要定位于項(xiàng)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(jià)格和選擇相關(guān)方案時(shí)提供參考。

1 項(xiàng)目模型

天然氣分布式供能采用的原動(dòng)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(dòng)機(jī)煙氣等廢熱來獲取熱媒（主要為蒸汽）的多級(jí)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(dòng)，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(jí)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(jí)利用示意圖

1.1 項(xiàng)目類型

本次定價(jià)研究的對(duì)象是裝機(jī)容量為10 MW，年運(yùn)行時(shí)間5 000 h 的項(xiàng)目，按用戶類型和裝機(jī)規(guī)?？煞譃椋簡误w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(xiàng)目類型見表1。

1.2 項(xiàng)目規(guī)模和機(jī)組配置推薦

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(xiàng)目規(guī)模及原動(dòng)機(jī)配置推薦

1.3 系統(tǒng)性能參數(shù)

不同類型項(xiàng)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(dòng)機(jī)單位發(fā)電功率的用氣量Nm3/(h·MW);

QNG—天然氣小時(shí)輸入量Nm3/h，通過燃機(jī)熱耗率（kJ/kWh）和低位熱值計(jì)算；

Eout—原動(dòng)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(jì)算式見式1-2。

式中：GS—原動(dòng)機(jī)單位發(fā)電功率的余熱蒸汽發(fā)生量t/(h·MW)，計(jì)算示例見附件3;

Tsteam—蒸汽小時(shí)得熱量GJ/h，通過燃機(jī)熱耗率（kJ/kWh）和低位熱值計(jì)算；

Eout—原動(dòng)機(jī)發(fā)電輸出功率MW。

根據(jù)計(jì)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(xiàng)目的系統(tǒng)性能參數(shù)

2 定價(jià)研究

根據(jù)不同項(xiàng)目類型及機(jī)組配置特點(diǎn)，以現(xiàn)有市場的電力價(jià)格，測算項(xiàng)目的目標(biāo)用戶可承受的氣價(jià)。用戶可承受的氣價(jià)是指確定邊界條件（如初投資、購電價(jià)格、供熱價(jià)格和運(yùn)行時(shí)間等）后，采用靜態(tài)投資回收期方法，計(jì)算在設(shè)定回收期（5-15年）內(nèi)的平衡點(diǎn)氣價(jià)。

2.1 邊界條件

D、Q型項(xiàng)目類型的邊界條件見表4。R型項(xiàng)目類型的邊界條件見表5。

表4 D、Q型項(xiàng)目類型的邊界條件

表5 R型項(xiàng)目類型的邊界條件

2.2 定價(jià)分析

D型項(xiàng)目用戶可承受氣價(jià)和年用氣量見表6。

表6 D型項(xiàng)目用戶可承受氣價(jià)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(jià)范圍2.83～3.08元/Nm3。

以同樣方法計(jì)算Q和R型項(xiàng)目用戶，見表7。

表7 各類項(xiàng)目用戶年用氣量和可承受氣價(jià)范圍表

2.3 可承受因素影響分析

通過對(duì)不同項(xiàng)目用戶邊界條件中的初投資、蒸汽價(jià)格、運(yùn)行時(shí)間、補(bǔ)貼扶持政策、電價(jià)等邊界條件進(jìn)行調(diào)整，其結(jié)果見表8。

如D 型項(xiàng)目用戶，初投資每增加10%，用戶對(duì)可承受氣價(jià)的承受力下降3.7%。D 型用戶的氣價(jià)可承受因素排序依次為：補(bǔ)貼政策、銷售電價(jià)、供熱價(jià)格、初投資、運(yùn)行時(shí)間。

3 結(jié)論

針對(duì)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(xiàng)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(jià)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(jià)不盡相同，相較而言，R型項(xiàng)目用戶可承受氣價(jià)范圍最大（2.94～3.45元/Nm3），D 型項(xiàng)目用戶承受的氣價(jià)范圍最?。?.83～3.08 元/Nm3），Q 型項(xiàng)目用戶介于兩者之間（3.03～3.18元/Nm3）.

表8 不同項(xiàng)目類型對(duì)可承受因素反饋排序表

2)由于初投資中原動(dòng)機(jī)主要依賴進(jìn)口，投資占比較大。因此，三類用戶對(duì)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(xiàng)目投資回報(bào)。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(duì)于需要上網(wǎng)的Q、R型項(xiàng)目，上網(wǎng)電價(jià)對(duì)其可承受的氣價(jià)影響僅次于財(cái)政扶持，維持穩(wěn)定的上網(wǎng)電價(jià)將提高用戶采用分布式供能方式的積極性。

4)三類項(xiàng)目用戶的盈利都受供熱價(jià)格的影響，而供熱價(jià)格與替代能源和其他供熱方式有關(guān)聯(lián)。對(duì)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(jià)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(shí)間將增加項(xiàng)目對(duì)氣價(jià)的承受能力，即同等氣價(jià)下，項(xiàng)目的盈利能力隨著運(yùn)行時(shí)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(duì)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(jí)利用的最好的典范，是供氣方、用氣方和社會(huì)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(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一，值得各方共同扶持推廣。