天然气分布式能源项目建设探讨

           武汉德威工程技术有限公司    洪满江

1  分布式能源简介

    1.1一般概念：分布式能源系统，是一种建立在热电冷联产技术基础上，分布安置在需求侧的能源梯级利用、资源综合利用的能源设施。通过在需求侧现场根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效能的最大化。

    其主导思想是“高能高用、低能低用，温度对口、梯级利用”。

1.2天然气分布式能源系统。天然气分布式能源系统是将小型发电系统（数千瓦至数万千瓦）分散地置于用户附近，通过对天然气能源转换技术的集成运用，按照天然气燃烧后释放不同温度的烟气气流，加以逐级利用，在一定区域内提供电、热、冷等多种终端能源，实现天然气的梯级、高效利用。

天然气冷热电联供系统主导思想——能源的梯级利用

 一个完整的天然气分布式能源系统的基本组成有：发电设备系统（燃气轮机、燃气内燃机、汽轮机及配套的发电机），供热和制冷系统（余热锅炉、汽—水换热器、溴化锂吸收式冷热水机、电制冷机等），冷热调节装置，控制系统及与其配套的热力管网。见下图

天然气分布式能源系统示意图

1.3天然气分布式能源系统的特点：

    能源利用率高、安全可靠、经济灵活、清洁环保。

    1.3.1能源利用率高。由于冷热电联供系统实现了能源的梯级利用和就近利用，充分利用了一次能源，避免了传输、分配和排放的损失，其总的能源利用效率可≥80％，冷、热能消耗可降低15％以上，用户端电价可降低10％以上，因此也大幅度降低了用户的能源消耗费用。

大型天然气发电厂的发电效率一般为40%-55%（含燃气—蒸汽联合循环），如果扣除厂用电和线损率，终端的发电效率只能达到36—52%，而三联供系统的一次能源利用效率最高可达到90%左右。

1.3.2安全可靠。冷热电联供系统其供用电不受电网制约，尤其是在电网用电高峰、电制冷（热）设备大量使用导致公共电网区域供电质量不稳时，联供系统的发电机可作为自备电源与公网并联运行，既可缓解电网压力，又可保证自身用电用能的可靠性。同时燃气发电机组具备黑启动功能，也提高了用户的能源供应保障能力。而当遇突发事件及不可预见因素时，还可以增强区域内的防灾抗灾能力。

三联供系统一般采取并网方式设计，三联供发电机组与公用电网互为备用，因此相当于用户增加了一路常用供电系统，也提高了用户供电的可靠性。

1.3.3经济灵活。冷热电联供系统建设周期短，可一立运行，也可以多台并联运行，用户可根据不同时段的能源需求灵活调节，启停方便。

    在管理体系上，便于通过社会化服务，可由专业的能源公司提供设计、安装、运行、维护检修一体化保障，既可免除用户的后顾之忧，也能达到降低能源使用成本的目的。

1.3.4清洁环保。冷热电联供系统采用清洁能源天然气作为燃料，无粉尘污染，减少了空气主要污染气体SO2、NOx等的排放（SO2排放是同类燃煤电厂的0.2％、NOx排放为10％、CO2排放为30％）。此外，分布式能源系统由于减少了部分输变电线路和设备，电磁污染和噪声污染很低，具有良好的环保性能。而且由于其系统结构紧凑、占地面积小（可以布置在地下），也节约了宝贵的土地资源。

有关资料显示，每使用一万立方米天然气，可减少标煤消耗量12.7吨，减少二氧化碳排放量33吨。天然气分布式能源站的单位占地面积约在0.25——0.5㎡/kW左右，而同容量燃煤热电联产机组单位占地面积约在0.8——2.5㎡/kW左右。

天然气分布式能源部分项目可研报告主要数据

2、表中5个项目，平均热效率72.81％，平均用气量1.34亿Nm3，平均单位占地0.459㎡/kW，平均单位投资5584元/kW，平均供电气耗0.2401m³/kWh，平均上网电价663.6元/MWh 。

2  天然气分布式能源发展相关

国外发达国家从上世纪70年代开始提倡和发展小型天然气分布式能源系统。国内的天然气分布式能源概念始于上世纪90年代中期，至2004年西气东输一线建成投产、天然气主干管网覆盖到东部经济发达地区后，方具备初步推广条件。2004年，国家以《关于分布式能源系统有关问题的报告》（发改能源[2004]1702号）呈报时任总理的同志。《报告》提出，要研究支持天然气分布式能源系统的和措施，促进我国分布式能源系统的发展，充分有效利用能源资源，提高能源利用效率，促进我国经济和社会可持续发展。此后，随着忠武线、陕京二、三线、西气东输二线、川气东送等主干管线的建成投产，一个覆盖全国的天然气管网逐步完善。2011年10月，国家、财政部、住房建部、国家能源局等四部委联合发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196号），正式将天然气分布式能源系统的建设列入我国提高能源综合利用效率、调整能源结构、实现节能减排的工作目标中。各地的“十二五”能源和天然气规划，也大多将天然气分布式能源纳入本地的能源发展目标。

2.1《能源发展“十二五”规划》。《能源发展“十二五”规划》提出：“积极发展天然气分布式能源。根据常规天然气、煤层气、页岩气供应条件和用户能量需求，重点在能源负荷中心，加快建设天然气分布式能源系统。统筹天然气和电力调峰需求，合理选择天然气分布式利用方式，实现天然气和电力优化互济利用。”

    发展重点：推进天然气分布式能源示范项目建设，在城市工业园区、旅游集中服务区、生态园区、大型商业设施等能源负荷中心，建设区域分布式能源系统和楼宇分布式能源系统。

发展目标：到2015年，建成1000个左右天然气分布式能源项目、10个左右各具特色的天然气分布式能源示范区；完成天然气分布式能源主要装备研制，初步形成具有自主知识产权的分布式能源装备产业体系。

2.2《天然气发展“十二五”规划》。《天然气发展“十二五”规划》提出大力发展天然气分布式能源，加快推动示范项目建设，“十二五”期间建设1000个天然气分布式能源项示范目和10个分布式能源示范区域。要引导天然气高效利用，修订《天然气利用》，鼓励和支持天然气分布式能源，鼓励地方出台相关支持天然气分布式能源项目。要求各地和电网企业应加强配电网建设，电网公司将天然气分布式能源纳入区域电网规划范畴，解决分布式能源并网运行问题。

2.3《天然气利用》。国家2012年第15号令公布了新的《天然气利用》，将天然气利用顺序分为优先类、允许类、类和禁止类。明确将天然气分布式能源项目列入优先类。对优先类用气项目，地方各级可在规划、用地、融资、收费等方面出台扶持。鼓励地方出台如财政、收费、热价等具体支持，鼓励发展天然气分布式能源项目。

2.4《全国城镇燃气发展“十二五”规划》。《全国城镇燃气发展“十二五”规划》提出：“十二五”期间，各地应结合国家节能减排、城镇能源转型发展的要求，不断提高燃气在城镇一次能源利用中的结构比例，大力拓展燃气应用领域，引导天然气合理高效利用，结合国家节能减排的实施，积极拓展天然气在热电联产、工业锅炉、煤改气工程、分布式能源和天然气汽车等领域的应用。

 本规划预计，2015年我国天然气供应总量将达到2695亿立方米；分布式能源项目用气量达到120亿立方米。

2.5《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。该规划将京津冀、长三角、珠三角地区，辽宁中部、山东、武汉及其周边、长株潭、成渝、海峡西岸、山西中北部、陕西关中、甘宁、乌鲁木齐城市群划为“十二五”规划防治大气污染重点区域。规划要求上述区域加强能源清洁利用，控制区域煤炭消费总量。

规划提出，要优化能源结构，控制煤炭使用，大力发展清洁能源。加快发展天然气与可再生能源，实现清洁能源供应和消费多元化。结合“十二五”天然气管网重点项目、天然气区域管网项目、液化天然气接收站重点项目、储气库重点项目、天然气分布式能源项目等，加强重点区域天然气基础设施建设。按照“优先发展城市燃气，积极调整工业燃料结构，适度发展天然气发电”的原则，优化配置使用天然气，积极发展天然气分布式能源。

2.6《关于发展天然气分布式能源的指导意见》。该《意见》将天然气分布式能源定义为：利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。其指导思想是“以提高能源综合利用效率为首要目标，以实现节能减排任务为工作抓手，重点在能源负荷中心建设区域分布式能源系统和楼宇分布式能源系统。包括城市工业园区、旅游集中服务区、生态园区、大型商业设施等，在条件具备的地方结合太阳能、风能、地源热泵等可再生能源进行综合利用。”

该《意见》并未对天然气分布式能源的单机和装机总容量作出界定。

2.7《国家电网公司关于做好分布式电源并网服务工作的意见》。2013年2月27日，国家电网公司发布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，2013年从3月1日起，电网企业为分布式电源并网开辟绿色通道，在并网申请受理、接入系统方案制定、并网调试、补助计量和结算等全过程中不收取服务费用。根据意见，分布式电源是指位于用户附近，所发电能就地利用，以10千伏及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6兆瓦的发电项目。包括太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电等类型。单位和个人的富裕电力均可上网。

2.8《国家电网公司分布式电源项目并网服务管理规范（暂行）》。2013年2月27日，国家电网公司发布了《国家电网公司分布式电源项目并网服务管理规范（暂行）》。按照电能消纳方式，可将分布式电源项目分为全部上网、全部自用、自发自用余电上网三种。接入用户内部电网的分布式电源项目可自行选择电能消纳方式，用户不足电量由电网提供。各级供电公司均应按国家规定的电价标准全额收购上网电量，为享受国家电价补贴的分布式电源项目提供补贴计量和结算服务。

3 分布式能源建设发展的主要问题和困难

    在各级能源（燃气）“十二五”规划中，“积极发展天然气分布式能源”已成为基本共识，也有一些宏观的支持条文。2012年6月，国家、财政部、住建部、国家能源局等四部委联合下发了《关于下达首批国家天然气分布式能源示范项目的通知》，首批安排了4个国家天然气分布式能源示范项，并表示“财政将对首批示范项目给予适当支持”，而相应的《天然气分布式能源示范项目实施细则（建议稿）》仍迟迟未见正式出台，缺乏具体的可操作的鼓励和补贴措施。除长三角、珠三角一些省（市）进展较快外，其他地方大多持观望态度。各企业做天然气分布式能源项目时，在前期争取“路条”和核准阶段是比较积极的，但如天然气分布式能源装机容量的界定，电力的就地消纳和并网、上网费用，分布式能源用气性质及天然气气价，电价和电价补贴，热（冷）价等关键问题的不明朗及相关利益方的利益格局没有理顺，天然气分布式能源面临的“气价高、并（上）网难、电价低、外卖难”等四大障碍依然存在，而且受分布式能源系统初投资较大（单位投资5000—6500元/kW，机组容量越小，单位投资越高，含制冷站还要高一些）及大多信贷、融资公司对此了解不够的影响，造成了项目融资较一般能源项目困难，这些都在很大程度上影响了投资建设者的投资信心和投资决策。

4 项目风险分析

    天然气分布式能源在规划建设期和运营期都存在一定的风险。主要来自于规划、设计方面，建设管理方面，并网和上网售电方面，项目运营方面，冷热电负荷方面，投资与回报方面，项目运营中安全和环境方面。作为投资建设方，必须对项目在选项、建设和运营过程中所可能存在的问题和风险进行仔细的剖析，同时建议有关部门加强引导，尽快出台有利于分布式能源健康发展、保护投资者利益的法律法规和鼓励，逐步完善相应的标准和规程规范。作为投资者，也要认识到：在目前分布式能源仍在起步阶段的条件下，投资天然气分布式能源项目的风险是存在的，应仔细论证，谨慎决策，并尽量采取有效措施予以规避。

4.1规划方面的风险。为保证项目建成及投产后能高效、安全、可靠、经济运行，必须有可靠的燃气供应、良好的并网和上网条件、相对稳定的热电冷负荷需求。因此，分布式能源点的规划就变得非常重要。应首先结合当地城市发展总规布局，了解是否制定了区域天然气发展规划和电网发展规划及城市或工、商业园区的集中供热（冷）规划。这些规划都是建设天然气分布式能源点的基础规划。

4.1.1缺乏完善的天然气发展规划。在前期一些地方做的城市天然气发展规划中，较少考虑天然气分布式能源站的需要，对于有可能建站的地方，没有比较完善的管网布置，在对分布式能源的供气上，存在压力等级不匹配、供气能力不足等问题，造成了能源站在气源、管网输送能力、接入点的选择和接入点供气压力等诸方面的困难，导致运营受限、费用增加。天然气成本通常占天然气分布式能源站运营成本的68—75％。燃气轮机的进气压力要求较高，管输天然气的压力等级通常需在高压B以上，即＞1.6MPa，航改型燃机要＞3.5MPa；燃气内燃机的进气压力则要低得多，中压A（0.4MPa）及以下即可。天然气增压后，将导致能源站厂用电率升高40％左右。

4.1.2电网规划未考虑分天然气布式能源站的并网和上网。2013年前做的电网发展规划中，受相关法律法规的制约及利益分配，很少考虑天然气分布式能源站的并网和上网问题，导致能源站的电力送出系统无法实现直供。分布式能源电力“就近供应”、避免长距离线路损耗的优势未能得到体现，这也是分布式能源发展受限的最大瓶颈。同时也没有考虑分布式能源在电力发展中的应占比例问题，有可能造成分布式能源的无序发展。

4.1.3能源站的选址缺乏规划上的可靠支持。分布式能源的“就近供应”是其主要优势之一。天然气分布式能源站的发展规划是建立在城市发展的总体规划、与燃气、电网等规划相配合基础之上的，没有总规的指导，没有天然气气源、气价和电网并网上网的承诺保证，投资建设和经营管理方在选址和建设、运营中，都将会面临巨大风险和困难。

在做项目前期预准备和初可研、初可时，首先要与当地规划和（局）等部门密切配合，对于已有上述相关规划的城市、工商业园区和生活小区，应获得上述相关规划内容的书面文件，作为规划、设计依据；对于没有上述相关规划的城市、工商业园区和生活小区，则要积极推进、参与和项目有关文件的编制工作。同时要注意，在参与相关文件的编制工作时，既兼顾各方利益，最好能以协议的方式对自己的利益加以保护（如特许经营等）。

4.2工程设计方面的风险。工程设计是项目成败的基础，也是工程建设的龙头。只有正确的设计才能保证项目的成功建设和运营。设计中常见的问题有：

4.2.1 负荷预测和系统容量选择不当。由于对项目投产后的冷、热负荷预测不准，在设计中系统容量选择不当（一般是偏大），以至于系统投产后不能保证一定的满负荷运行时间。这是某些分布式能源项目失败的主要原因之一。项目设计的第一步，也是最主要的一步，是收集、统计、预测用户的冷热电负荷，包括全年逐时的负荷变动曲线。在获得负荷统计和预测数据并科学分析后，再根据负荷情况合理确定系统的冷、热、电容量。

     三联供的核心是“以热定电”，供热（冷）容量也不应大于用户全年的基本负荷，其供电容量宜小于用户全年最低电负荷，在全年周期内以满足基本电负荷需求为宜，不足部分由补充；另外，电、热负荷的比例最好接近系统固有的电热产出比，对于负荷有明显峰谷特性的用户，宜在系统中设置蓄能装置来平衡峰谷差，这样才能提高系统的利用率和经济性。

4.2.2系统设计和设备选型不当。系统设计和设备选型不当会严重影响项目运行的效率和经济性。应根据用户负荷需求，进行多方案的系统设计（原动机、余热回收装置的选型和配置），进行技术、经济分析比较，优化设计，如原动机选用燃气轮机还是内燃机，余热锅炉是否补燃，汽轮机是背压还是抽凝等。从供热的角度看，据相关资料及实际运行数据统计，1000KW容量的燃气轮机的排烟烟气，每小时可加热1.4—1.6吨的中温中压蒸汽；1000KW容量的燃气内燃机的排烟烟气，每小时可加热0.6吨左右的中温中压蒸汽，可通过冷却缸套水提供6吨左右、80℃的热水。这些数据可作为系统初始设计和设备选型时的参考。

总之，系统设计和设备选型都要根据负荷特点和环境特点确定，以保证系统的可靠性和合理的投资收益。

在系统设计和设备选型中还要特别注意：

一是主要设备，尤其是进口主机，应有备品备件的供应保障，有检修的保障；

二是设计要符合地方环保及安全部门的要求，并有正式的批件；

三是要有完善的技术经济分析，作为报批电价、热价的基础。如果系统容量按用户的电、热（冷）负荷的峰值选取，虽然在峰值负荷时，能源利用率较高，但从全年的角度看，很多时间内，系统的容量无法全部利用。机组的利用率下降将直接导致项目的经济性差。

所以，在项目的规划设计阶段，应在尽可能确实可靠的、经批准的热（冷）、电负荷规划基础上，科学地确定系统容量；在运营期，应与热、电、冷用户签订长期合同，保障各类负荷的相对稳定，以保证较高的机组利用率。

4.3建设管理方面的风险。

4.3.1缺乏有效的统一能源管理机制。

一是分布式能源缺乏相应的国家层面具体的法规实施细则、定位和技术规范规程。目前受国家法律法规的，对天然气分布式能源仅出台了一些小容量的相关技术规范，在装机容量上颇多，不利于区域型天然气分布式能源的建设发展。

二是单纯地认为天然气价格高，发展天然气分布式能源很难有竞争力，对分布式能源的节能减排作用认识不够，其社会环保效益未能得到充分的重视。天然气分布式能源其燃料采用的是清洁能源——天然气，价格较煤炭高，相对于燃煤机组而言，其电价必然高于燃煤机组上网电价。在国家大力倡导节能减排、保护环境的形势下，天然气分布式能源实现了一次清洁能源的梯级利用，是调整能源结构的方向之一，有着良好的社会效益。目前通过广州大学城分布式能源站建设的探索和尝试，实际运营中取得了较好的效果。只要国家和地方支持各种利用新能源和清洁能源项目的建设，并制定相关具体的扶持，相信市场会逐步接受天然气分布式能源的电价和热价的。

三是分布式能源的建设牵涉到燃气、电力、热力、房地产开发等不同单位部门和集团利益，在与这些单位部门和集团利益发生矛盾时，仅靠单纯的市场规则运作，分布式能源联供项目很难得到推广。

2013年3月电监会和国家能源局整合后，希望有一些新的改革思路和举施而有利于推进天然气分布式能源的健康发展。

4.3.2建设方的资质问题。当前，不少分布式能源项目是由工业园区和企业联合建设的，缺乏分布式能源系统规划、设计、建设、运行、维护等方面的经验，常有项目建设达不到预想目标和运营不善现象。

4.3.3配套设施建设方面的问题。配套设施主要是燃气管网、热力管网和制冷换热站。燃气管网和热网属市政基础设施，其投资较大，一般由市政部门和项目开发商负责，与能源站投资建设方往往不属同一单位。因而在实际工程实施中，配套设施建设的滞后往往会影响整个项目进度。制冷站若建在分布式能源站内，其投资可由建设方承担（在采用电制冷时，这部分投资应由下游开发商或用户承担）。

5分布式能源站选址

    根据天然气分布式能源系统能源利用率高、安全可靠、经济灵活、清洁环保的特点，其目标市场的选择应以冷热电需求集中、利用时间较长、人口密度较大、负荷系数较高且容易集中管理控制的区域或建筑为主。以下几个方面可作为区域型或楼宇型冷热电三联供天然气分布式能源系统选择建设的重点。

5.1 人口稠密的城市商业中心、大学群、医院、机场（火车枢纽站）、机关、星级酒店等公共事业及服务单位。这些区域或单位用能负荷集中，用能时间长、单位负荷高，采用分布式能源便于集中控制和管理，可有效降低用户能源费用。

5.2工业园区。工业企业外迁工业园是城市发展的必然，也是工业企业自身发展的需要。工业园的热（冷）、电用户相对集中，园区规划时可将集中供热（冷）规划纳入其中，分布式能源站和热力管网（蒸汽、热水）可作为保障性基础设施同步建设。

    在工业园区建设分布式能源站，不仅可以优化区域能源结构，保障园区能源供应，就近满足不同层次用户的能源需求，节约资源和提高能源利用效率，又有利于集中控制排污总量，降低环境污染，保护生态环境，实现节能减排目标，还可以给能源投资企业带来良好的经济效益，同时也有利于园区的招商引资。

5.3新城区和居民小区。新城区和居民小区绝大多数居民居住在多层或高层住宅楼，终端负荷需求相对集中且较近，便于热冷管网设施的规划和建设。可以结合城市发展总体规划和相关的分项规划，将分布式能源三联供和相关管网建设纳入其中，优先采用分布式能源系统发展集中采暖制冷。但由于居民用户对热力需求（特别是制冷需求）缺乏连续性和稳定性，峰谷差太大，故在一般居民小区建设三联供分布式能源站需要特别谨慎。