國內分布式供能系統推進中的問題和建議

上海齊耀動力技術有限公司 楊錦成 李冰 薛飛

0 前言

分布式供能系統是指以小規模、小容量、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可將燃料同時轉換成電力、熱水或蒸汽以及冷水的高效能源供應系統，其總利用率可達75%-90%。由于該系統的高效環保和多種能源供應特性，歐美和日本在30余年前便大力推廣，現已形成一定規模。截止2010年，美國分布式供能項目共計3600項，總裝機容量85.85GW；丹麥和荷蘭分布式供能占全國能源系統的60%和40%。

我國分布式供能系統從1995年黃浦區中心醫院熱電冷三聯供項目開始，包括政府、高校、研究所、企業，從不同角度做了大量的研究、試驗、應用和推廣工作，但由于各種條件的限制，開展的情況并不樂觀。下面僅就分布式供能在我國應用遇到的問題和需要的政策支持做簡要的闡述。

1 分布式供能系統推進的意義

1.1 分布式供能系統的定義

分布式供能系統是以天然氣及生物質能、太陽能、氫能、風力和其它可再生的清潔能源為一次能源，在用戶現場或靠近用戶現場的小型和微型獨立輸出電、熱（冷）能的系統 。分布式供能系統(Distributed Energy System,DES)的一種主要技術形式為熱電聯供(Combined Heating&Power,CHP），在有的國家也叫熱電聯產（Cogeneration）。根據用戶類型，還可分為滿足單棟建筑用能的樓宇熱電聯供系統（Building Combined Heating&Power，BCHP）和滿足區域類多棟建筑用能的區域熱電聯供系統（District Combined Heating&Power，DCHP）。

表1 不同電力并網條件下分布式供能系統的經濟性（內燃機熱電聯供）

分布式供能系統是小規模、小容量、模塊化、分散式的高效多能源供應系統，可同時提供電力、蒸汽、熱水或冷水等多種能源。典型分布式供能系統主要包括動力系統（原動機）、余熱利用系統（余熱冷熱水機組、熱交換器、余熱鍋爐）、控制及電力并網三部分。針對不同的用戶需求，熱電冷聯產系統可選擇的方案和形式很多。

1.2 分布式供能系統的特點

1）節 能

分布式供能系統根據能源梯級利用原理，利用燃料燃燒后不同品位的能量提供不同能源產品；同時幾乎沒有能源傳輸的損失，因此大幅提高了能源的利用效率，能源的綜合利用效率達到80%以上。而傳統大型發電廠用戶端利用效率只有30%-40%。能源梯級利用原理如圖1所示。

2）經濟

分布式供能系統具有發電和余熱回收兩項收益，若按天然氣內燃機熱電聯供形式和上海能源價格計算，分布式供能系統的經濟性如圖2和表1。

3）環 保

分布式供能系統是以城市天然氣作為燃料，與常規燃煤電站相比，分布式供能系統的二氧化碳排放減少50%以上，占地面積和耗水量減少60%以上。分布式供能系統對環境的負面影響接近于零。

4）安 全

分布式供能系統既可獨立于大電網運行也可并網運行，因此既可作為主用電源也可作為后備電源，這樣大大提高了用戶用電的穩定與安全。有效避免了由于用電緊張或大電網事故斷電為用戶帶來的意外損失。

5）投資小

對于集中式供電系統，當負荷使用增加時只有新增電廠產能和輸電網絡，而我國地域遼闊，輸電網絡的建設面臨投資上的巨大壓力。分布式供能系統可以根據新增負荷，靈活配備新的能源系統，投資小，建設期短，見效快，有效減輕電網壓力。

6）滿足用戶多樣化需求

分布式供能系統可根據不同用戶對熱電的實際需求來配備最適合的熱電轉換裝置，以達到最優的能源使用效果。

2 分布式供能系統實施的問題

分布式供能系統對實現節能減排和低碳經濟的作用很大，政府相關部門和企業也極為關注，但由于分布式供能系統存在初期投資大、系統復雜、限制條件多等問題，當前其發展速度較為緩慢。

2.1 初期投資大

分布式供能系統相對于傳統的供能方式，存在系統初期投資大，投資回收期偏長等缺點，使得業主和投資商難以決策。

若按發電功率計算，分布式供能系統機電工程初期投資約為20000元/kW（與容量、供能形式、原動機類型相關）。同等供能能力若采用常規供能方式，對建設方而言機電初期投資約2100元/kW，其中包括：供電約1200元/kW（變配電），供熱約500元/kW（天然氣鍋爐）、制冷約900元/kW（電制冷機）。因此，采用分布式供能系統其初期投資比采用常規供能方式約增加10倍。

將運行中，分布式供能系統相對于常規供能系統節約的能源費用作為分布式供能系統的收益，計算分布式供能系統的投資回收期。參考上海能源價格，按分布式供能系統年運行5760小時計算，一般情況，靜態投資回收期在7－8年以上，若考慮風險和融資成本，其投資回收期將在10年左右。

2.2 系統復雜

分布式供能系統涉及天然氣、動力、制冷、電氣、自控、環境等多個專業，設備耦合強、系統集成度高，具有高度的復雜性、專業性和工程經驗要求，同時對設計、工程實施和運營管理的要求較高。

目前，在設計過程中，設計院缺乏專門的隊伍針對分布式供能系統做系統化設計，各專業設計人員缺少分布式供能系統設計經驗；在工程實施過程中，由于缺乏專業公司對包括發動機、余熱利用、控制及并網等設備進行系統集成，難以實現各種設備的匹配和優化；在運營過程中，業主自身的物業管理人員無法獨立完成對設備（如天然氣發動機）和分布式供能系統的維護，需要有專業公司提供服務。

匯總國內以往的分布式供能案例，在各階段均因為缺乏專業工程經驗，出現過各種問題，如：在設計過程中，往往容易出現負荷測算不充分，分布式供能容量偏大，負荷率過低，開機時間不足；對原動機受天然氣熱值、壓力限制的了解不充分，使得系統無法正常運行或易出故障；對分布式供能系統需要穩定用電設備作為電負荷進行配電的需求不明確，使得系統穩定性變差、設備利用率降低等問題。在工程實施過程中，出現原動機選型未考慮余熱利用對其可靠性的影響，導致系統工作異常等問題。在運營過程中，出現缺乏對原動機的維護導致系統停用等問題。

2.3 限制條件多

分布式供能系統受天然氣供應、電力上網、用戶負荷波動、投資、設備供應、缺乏專門技術標準和專業公司等多方限制，使得其推進速度、應用范圍和實際效果受到很大影響。

3 分布式供能系統推廣的措施

針對分布式供能系統存在的經濟性和可實施性等方面的限制，建議可從以下方面提供政策支持。

3.1 電力接入

分布式供能系統作為可提供電力、蒸汽、熱水、冷水的多能源供應系統，僅在與電網并網時，才能發揮其經濟性和靈活性，也能對電網起到補充作用。當前，歐美和日本等分布式供能應用廣泛的發達國家，均允許分布式供能系統并網和上網，且制定了優惠上網電價等鼓勵措施。國內僅上海允許分布式供能系統在一定技術條件下并網，對分布式供能系統的電力接入做了明確規定。

只有允許并網，才能提高分布式供能系統的可靠性、穩定性，也只有允許上網，才能極大提高分布式供能系統的負荷率和運行時間。在不能并網的前提下，必須按“以電定熱”的原則設計分布式供能系統，即分布式供能系統必須滿足用戶所有用電負荷，這將導致分布式供能系統裝機容量偏大、負荷率偏低、余熱利用不充分等缺陷，直接導致初期投資大、回收期長。在不能上網的前提下，分布式供能系統的負荷率受熱負荷和電負荷的雙重限制，在過渡季和冬季時，導致因電負荷較低而分布式供能系統負荷率偏低，極大影響了分布式供能系統的經濟性。

電力接入方面的政策支持應落實在以下幾方面：

1）允許并網上網

對于遵循“以熱定電，熱電平衡，自用為主”設計原則的分布式供能系統，應允許其并網上網。

根據“以熱定電”設計的分布式供能系統是按照用戶穩定熱負荷設計其發電裝機容量，在一定年運行時間中（如4000小時），分布式供能系統余熱均可完全利用。按此原則的分布式供能系統的上網，既可充分利用分布式供能系統實現節能減排，提高其經濟性，也可避免以發電為主，靠售電盈利的分布式供能系統發展模式。

對允許并網上網的分布式供能系統的電能質量，應有明確要求。對于不低于電網電能質量的分布式供能系統所發電力，不應以“垃圾電”等理由限制其上網。同時，電網企業也應結合智能電網等電網改造工程，研究落實分布式供能系統等分散電源的電網接入問題，進一步提高電網的安全性、可靠性。

2）降低電力接入標準和費用

對采用異步發電機或裝機容量很小，對電網安全性可靠性等影響很小的分布式供能系統，應降低電力接入標準和費用。

以操作規范的上海市分布式供能系統并網要求而言，單個分布式供能系統項目其并網專項設計和專有設備費用約80萬元。滿足一個三星級賓館的分布式供能系統（按熱水負荷基本符合設計）的裝機容量約為500kW，其機電工程總投資約為1000萬，電力接入費用占其總投資8%左右。對于數量更多的裝機容量更小的分布式供能系統，電力并網費用對其經濟性的影響就更大。

應本著“簡化程序、降低費用、區別對待”的原則，根據項目規模、設備種類、并網或上網方式設定不同電力接入程序和費用。

3）提供優惠電力上網價格

應參考生物質發電上網定價方式，為分布式供能系統提供優惠電力上網價格。

分布式供能系統具有降低電力發電和輸送建設要求，提高電網可靠性等方面的作用，同時也起到了節能減排的積極作用。由表1可見，電力上網價格對分布式供能系統的收益影響極大。因此，有必要參考生物質發電上網定價方式，由國家或地區統一規定分布式供能系統的優惠上網電價。

4）免除電力調度

分布式供能系統以發電自用為主，容量小而分散，不會對電網供電產生大的影響。因此，對于以自用為主，裝機容量較小的分布式供能系統，應免除對其的電力調度要求，同時采用遠程監測的方式滿足電力安全的要求。

3.2 天然氣接入

天然氣作為分布式供能系統生產的原料，其供應保障、接入費用、天然氣價格將對分布式供能系統經濟性產生明顯影響。

1）保障天然氣供應

作為極具節能減排效益的分布式供能系統，其生產原料—天然氣的供應應得到保障，包括在項目建設初期的用氣申請、運行過程中的天然氣供應等階段。

2）接入費用

對于實施分布式供能系統時所需的天然氣配套費用，應比常規天然氣配套有一定的優惠，且提供明確清晰的收費標準可供執行。

3）天然氣價格

由于分布式供能系統投資回收期較長，若沒有長期穩定的天然氣優惠價格，很難有投資方愿承擔風險，實施分布式供能系統。

應根據分布式供能系統的節能效益，明確天然氣優惠氣價的優惠幅度，以及與天然氣氣價變動的聯動機制，保證天然氣優惠氣價與天然氣氣價之間的差價。

4）優惠氣價資金來源

應明確分布式供能系統優惠氣價與天然氣氣價之間差價是由天然氣供應商承擔（作為特許經營的條件，同時明確優惠氣價和保證供氣量）或政府補貼。

上海是國內第一個也是唯一一個為分布式供能提供優惠氣價的地區，但由于其優惠氣價完全由天然氣供應商提供，出現了天然氣供應商補貼分布式供能系統業主，企業補貼企業的情況，使得此項措施的操作性和可推廣性較差。特別是在國內許多二三線城市中，城市天然氣管網已出讓給合資或民營企業經營的現狀下，不理順優惠氣價資金來源，不利于分布式供能系統大量長期的推進。

3.3 政府補貼

表2 不同容量分布式供能的基本經濟性參數

應提高針對分布式供能系統的政府補貼額度。作為對分布式供能系統此種節能項目的鼓勵，上海市政府規定分布式供能系統按額定每千瓦裝機容量補貼人民幣1000元，以促進分布式供能系統的有序發展和推廣應用。以500kW裝機容量分布式供能系統的投資而言，50萬元的政府補貼對其1000萬元的機電工程總投資而言，僅為5%，與日本等國30%～50%的補貼幅度相比，差距較大。

同時，還有針對節能改造項目的專項扶持資金、合同能源管理扶持資金等，或可統一納入到分布式供能專項補貼，但提高補貼幅度，或可允許其另行申請。

3.4 稅收

當前缺乏對分布式供能系統項目的稅收扶持政策，僅有對以合同能源管理方式開展的部分項目有：資產轉移增值稅免于增收；所得稅有“三減、三免”；資產在折舊期內轉移，視作折舊完成，不征稅，不計收入；營業稅免征等扶持政策。應出臺或完善相關細則，加快政策落實。

3.5 貸款

當前世界銀行、國際貨幣基金組織等國際組織和工商銀行、建設銀行、浦發銀行等金融機構，已針對包括分布式供能系統在內的節能項目提供具有優惠利率的貸款，支持此類項目的融資。應積極推進分布式供能項目獲取相關國際組織和金融機構的融資資助。

3.6 部分政策因素對分布式供能系統經濟性的影響

分別以熱氣機、微型燃氣輪機、天然氣內燃機為原動機，按熱電聯供或熱電冷三聯供模式，根據“以熱定電，熱電平衡”的原則配置分布式供能系統。經濟分析中，按鍋爐用天然氣4元/m3，分布式供能用天然氣2.43元/m3，平均電價0.85元/kWh計算。未考慮政府補貼，未計算天然氣配套費用、場地成本，電力配套均按80萬元計算，投資總額為機電工程總投資，年運行時間360天，每天16小時（峰平電價時段）運行時，五種配置的分布式供能系統其經濟性如表2所示。

表3 不同政府補貼額度對分布式供能經濟性的影響

考慮企業實施分布式供能系統時的財務成本，以及實施和運營過程中的風險因素，分布式供能系統的實際投資回收期比估計的靜態投資回收期要長1～3年。

1）政府補貼對經濟性的影響

若考慮政府補貼，分別按0.1萬元/kW和0.4萬元/kW計算，則五種配置的分布式供能系統其經濟性如表3所示。

由表3可見，若政府補貼按0.1萬元/kW計，則項目靜態投資回收期減少約0.2～0.5年，對項目經濟性影響不大；若政府補貼按0.4萬元/kW計，則項目靜態投資回收期減少約0.9～2.7年，對項目經濟性影響明顯。

2） 電力并網費用對經濟性的影響

若考慮分布式供能系統若采用異步發電機或裝機容量很小，對電網安全性可靠性等影響很小，因此可以降低電力并網標準和費用，如按表4標準收取電力并網費用時，其經濟性如表5所示。

由表5可見，若考慮裝機容量對電網的影響，區別采用不同電力并網收費方案，將有效提高小裝機容量分布式供能系統經濟性，縮短投資回收期2.4～4年，且使得不同配置分布式供能系統投資回收期基本相當。

3）電力上網對經濟性的影響

表4 不同電力配套收費方案

表2中對不同容量分布式供能的經濟性分析是基于分布式供能系統滿足用戶基本熱負荷，所發電力全部自用為前提，等效為上網條件下的上網電價0.85元/kWh。若假設基本熱負荷不變，用戶自有電負荷僅能滿足分布式供能系統2880h（原開機時間的50%）開機時間要求，若不能上網或多余電力按0.6元/kWh上網，分布式供能經濟性如表6所示。

由表6可見，當基本電負荷僅滿足原運行時間的50%時，若多余電力按0.85元/kWh上網，則投資回收期不變；若不能上網，投資回收期增加一倍；若上網電價降為0.6元/kWh，則減少投資回收期-2～-5.2。因此，能否上網和上網電價對系統經濟性影響極為明顯。

4）天然氣價格對經濟性的影響

當前分布式供能優惠氣價按2.43元/m3，鍋爐4元/m3，峰平平均電價按0.85元/kWh計算。若對比在此基礎上分布式供能優惠氣價降低20%（2.04元/m3）和增加20%（2.92元/m3）的情況，其經濟性如表7所示。

由表7可見，在其他條件不變時，優惠氣價降價20%，將減少系統投資回收期1.4～2.6年，對項目經濟性影響明顯；優惠氣價漲價20%，將減少系統投資回收期-2.6～-7.2年，對項目經濟性影響極為明顯。

4 分布式供能系統推進的配套條件

4.1 關鍵設備國產化

分布式供能系統中，作為核心設備的原動機有：微型燃氣輪機、熱氣機（外燃機）、內燃機、燃氣輪機等。其中，微型燃氣輪機的生產廠商有：美國Capstone、美國Honeywell、美國NREC、英國Bowman、意大利Turbec、日本日產、美國Elliott；我國尚無成熟產品，僅有沈陽黎明、中科院工程熱物理研究所等機構在進行相關研制工作。

熱氣機的生產廠商有：美國STM、瑞典考庫姆、中船重工第711研究所（上海齊耀動力技術有限公司），各家均處于產品規?；a階段。

內燃機指天然氣內燃機，其產品基本是由柴油內燃機改進定型，生產廠家有：美國GE—顏巴赫（生產地：奧地利）、美國卡特彼勒（含MWM品牌）、德國MTU、美國康明斯，其產品成熟、型號豐富；我國有濟柴、勝動等企業生產，但產品質量和型號系列化還與國外產品有一定差距。

表6 不同電力上網條件對分布式供能經濟性的影響

表7 不同天然氣優惠氣價條件對分布式供能經濟性的影響

燃氣輪機的生產廠家有：美國Solar、美國通用、德國西門子、日本三菱等，其產品已系列化和規?；?；我國上海汽輪機廠、哈爾濱汽輪機廠、東方汽輪機廠、南京汽輪電機廠等也生產各類型號燃氣輪機，但現多用于天然氣電廠。

分布式供能系統中的余熱利用設備：余熱溴化鋰制冷機和余熱鍋爐均相對成熟，與國外產品處于同等技術水平。

原動機是分布式供能系統的核心，并占投資金額的30%～50%。適合國內規模的分布式供能系統，其原動機多為天然氣內燃機，由于國內產品較少和不成熟，使得分布式供能系統投資中很大一部分被進口發動機占用，經濟性變差，其推廣工作也受原動機供貨影響。

因此，應大力推動關鍵設備—原動機的國產化進程，由國家劃撥專項資金扶持原有發動機廠家進行技術升級和新興企業進行產品研發。天然氣將在此后較長時間里，逐步在能源供應中起到優化能源結構的作用，因此對于天然氣高效利用設備—天然氣發動機的研發和推廣刻不容緩。

4.2 技術問題標準化

當前，國內僅有上海市編制了全國第一個《分布式供能系統工程技術規程》（DG/TJ08-115-2008,J10602-2008），作為上海市工程建設規范。但對于分布式供能系統的大力推進，有必要制定一個全國通用的技術標準，對分布式供能系統的設計、建設、運營中涉及的各類技術問題進行具體規范。比如對設計影響重大的冷熱負荷測算問題，電力上網方式問題等，均應加以細化和明確。

4.3 實施方式專業化

當前分布式供能項目實施的模式多由業主委托一家設計單位進行設計，然后分別采購設備，按常規方式進行安裝施工。此種方式存在設計單位對常規供能方式熟悉，但對分布式供能系統缺乏必要的了解和設計經驗，容易重復此前其他設計單位在分布式供能項目中所犯的錯誤。即使設計院愿意為此花費一定的精力，但由于分布式供能系統涉及的專業廣、層次深，在設計流程、產品性能、運行模式、工程經驗等方面有較高的要求，通常很難達到理想的設計目標。

應借鑒發達國家建筑行業機電設備專業集成的經驗，將分布式供能系統從常規供能系統中獨立出來，由專業公司進行分布式供能系統的交鑰匙工程（EPC），既解決了專業設計的問題，也可解決專業施工和設備供貨商責任不清的問題，達到系統集成和優化的目的。

專業從事分布式供能系統設計和工程的單位，應有相應的發電工程設計資質和類似工程經驗，而不應僅僅是某種產品的銷售方。

4.4 能源管理合同化

由于分布式供能系統的投資大、回收期長、系統復雜，對于普通業主而言，從資金、技術、設計、建設、運營各方面而言，均需要投入大量資金和精力，難以有積極性去實施分布式供能系統。

應積極采用合同能源管理的形式，由合同能源管理公司提供資金、技術，解決設計、建設和運營過程中的專業問題，并同時與業主共享節能效益。合同能源管理公司可以通過專業化的運作、獲得政府扶持等方式，降低成本，提高項目經濟性；業主也可在不增加實施成本和風險的同時，實現節能減排和經濟效益的雙贏。

5 結語

分布式供能系統由于運用能源梯級利用原理，有效提高總能利用率，具有很好的節能減排和低碳經濟推動效果。但由于其前期投資大、系統復雜、限制條件多等因素，在國內推廣緩慢。

通過對電力接入、天然氣接入、政府補貼、稅收、貸款等政策和關鍵設備國產化、技術問題標準化、實施方式專業化、能源管理合同化等配套條件的研究，以及不同政策扶持條件下分布式供能系統的經濟性分析，表明分布式供能系統的推廣還需開展大量積極、系統、具體和持續的工作。

1.上海分布式供能系統工程技術規程，上海市電力公司、上海燃氣（集團）公司、上海市建設和交通委員會，2008：P3

2.分布式能源系統:聯產和聯供，龔婕,華賁，沈陽工程學院學報 (自然科學版)，2007年第3卷第1期:P1-P5

3.樹立科學發展觀積極發展小型熱電冷聯產，王振銘，中國電機工程學會熱電專委會，第五屆國際熱電聯產分布式能源聯盟年會論文集,2004：P447-P453

4.上海市分布式供能系統和天然氣空調發展專項扶持辦法,上海市發展改革委、上海市建設和交通委員會等，2008年12月

5.《國務院辦公廳轉發發展改革委等部門關于加快推行合同能源管理促進節能服務產業發展意見的通知》（國辦發〔2010〕25號）