周震宇:关于天然气分布式能源发展的思考
责任编辑:cnlng    浏览:400次    时间: 2021-12-06 11:12:41      

摘要:2011年,《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源〔2011〕2196号)正式印发。以此为标志,揭开了我国天然气分布式能源发展的序幕。但历经十年,我国天然气分布式能源发展依然举步维艰,指导意见提出的2020年发展目标已完全落空。在跨入新的十年之际,我们..

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2011年,《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源〔2011〕2196号)正式印发。以此为标志,揭开了我国天然气分布式能源发展的序幕。但历经十年,我国天然气分布式能源发展依然举步维艰,指导意见提出的2020年发展目标已完全落空。在跨入新的十年之际,我们有必要重新反思天然气分布式能源的发展问题。本文力求从管理部门的角度,梳理天然气分布式能源发展的瓶颈,探讨推动天然气分布式能源高质量发展的可行道路。

天然气分布式能源的三个特征

天然气分布式能源作为一个全新的领域,业内对其有着不同的理解。理解上的差异带来了认识上的混乱,造成了发展上的乱象。“守慎正名,伪诈自止”。推进天然气分布式能源发展,首要的是为天然气分布式能源正名,否则“名不正,则言不顺;言不顺,则事不成”。

目前,国内关于天然气分布式能源的官方定义出自国家发展改革委等四部委《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源〔2011〕2196号)。文件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。同时,国家发展改革委在《分布式发电管理暂行办法》(发改能源〔2013〕1381号)中对分布式发电也做出了定义,即分布式发电是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。

结合上述两个定义,我们可以总结天然气分布式能源的三个特征,即“配电网并网”“就近消纳”“通过梯级利用实现较高的综合能源利用效率”。符合这三个特征的天然气机组就可以界定为天然气分布式能源。

(一)配电网并网,也即发电机组在110千伏以下配电网并网,而不是在220千伏以上输电网并网。从这个特征出发,我们可以把并入输电网的天然气机组排除在天然气分布式之外。

天然气分布式常见的并网电压等级一般在35千伏以下。在某些大型工业园区或者大型工业企业,应当允许在110千伏电压等级并网。配电网并网事实上也限制了分布式机组的最大发电能力。按照DL/T 5729-2016《配电网规划设计技术导则》规定,接入10千伏电网的电源不超过0.6万千瓦,接入110千伏电网的电源不超过5万千瓦。

(二)就近消纳,也即电力在机组并入的配电网供区内消纳,而不应进入输电网进行远距离输送。从这个特征出发,我们可以把虽然并入配电网,但电力需要上送输电网的天然气机组排除在天然气分布式之外。

就近消纳存在三种形式,一种是全部电力直接供应一个产业项目;第二种是一部分电力直接供应产业项目,另一部分电力通过配电网进行消纳;第三种是全部电力都在配电网消纳。实践中有“并网不上网”“并网又上网”“区域型分布式机组”“隔墙售电”等各种各样的表述,但就近消纳的唯一特征就是仅在单一配电网供区内完成电力消纳。

(三)通过梯级利用实现较高的综合能源利用效率。从这个特征出发,我们可以把虽然并入配电网,电力也在配电网内消纳,但不实施梯级利用的天然气机组排除在天然气分布式之外。

天然气分布式较高的综合能源利用效率来自于两种途径。其中最重要的途径是梯级利用。在采用冷热电三联供方式下,按照温度对口、梯级用能的模式,天然气分布式首先可以获得30%-40%发电效率,再利用发电后的余热来制热、制冷,可以将能源综合利用效率提高至70%以上,甚至80%以上,远超大型火电厂40%-50%的能源利用效率。以上海迪士尼为例,其分布式能源采用5台燃气内燃机发电机组和5台烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组,发电效率可达45.4%,综合能源利用率可达85.9%。另一途径是电网线损的减少。由于天然气分布式位于用户侧,不需要建设大电网进行远距离输电,避免了升降压和输送导致的能量损失。2018年国网综合线损率高达6.47%,而分布式机组的线损几乎可以忽略不计。

实践中,要注意区别天然气分布式与天然气热电联产、天然气自备机组的差别。

我们平常所说的天然气热电联产,实质上指的是燃气-蒸汽联合循环机组。这类机组强调“以热定电”,以保障热能供应为第一要务;所发电力不要求在单一配电网供区内消纳,需要并入(或者上送)输电网进行全网消纳。而天然气分布式强调“梯级利用”,要综合考虑电、热、冷的供应,以实现最高的综合能源利用效率为第一要务;所发电力应在单一配电网供区内消纳。

天然气分布式与天然气自备机组也不是等同关系,两者没有同一性。天然气分布式是从并网形式、消纳方式、技术指标的角度对天然气机组的划分;天然气自备机组是从产权属性的角度对天然气机组的划分。天然气分布式既可以由产业业主投资建设,也可以由非产业业主投资建设;既可以直接向产业项目供电,也可以向区域供电。只有产业业主投资建设的为产业项目服务的天然气分布式机组才属于自备机组。

发展天然气分布式能源的能源整体观意义

正名,不仅要正名实,也要正名分。我们不仅要讲明白什么是天然气分布式能源,也要理解为什么要发展天然气分布式能源。管理部门应更多的从能源整体观的角度去认识和看待天然气分布式。所谓能源整体观,就是把能源全行业、全品种、全链条看成统一的整体,从全局角度观察事物、考虑问题。

(一)天然气分布式在提升能源全系统效率上具有明显优势。从能源整体观出发,提高能源全系统效率始终是能源发展的核心目标。这就要求我们不能仅仅关注于某一环节、某一产业、某一类型机组的节能,更要在选用高效能源、降低系统损耗、优化系统结构上做文章。天然气分布式能够综合保障一定区域的常规用能,最大程度节省一次能源的消耗,有效降低电力传输损耗,在提升能源全系统效率上具有明显优势。

(二)天然气分布式在能源系统自身优化迭代中具有特殊作用。从能源整体观出发,能源系统作为一个整体,始终处于发展变化、优化迭代中。我国当前的电力体系是一个以大机组、大电网为主要特征的集中式体系。历史的看,集中式电力体系确实有效保障了电力供应,为经济社会发展做出了巨大贡献。现实的看,集中式电力体系与经济社会发展的矛盾正趋于尖锐。主要表现在:一是电网复杂程度指数上升,调度运行越发困难,全网事故隐患如影随形;二是在国土高度开发地区,特别是东部省份,电网建设与其他建设“抢地”情况突出,电网建设日益困难;三是远距离输送、多级别降压,也使得电力传输效率降低,线损率难以控制。电力体系由过去的集中式向集中式和分布式并重转型已势在必行。天然气分布式的低碳性、稳定性、成熟性,使其在构建分布式供能系统中居于基础和核心地位。离开了天然气分布式,就很难发展起分布式供能系统。

(三)天然气分布式在能源系统与外部环境互动中具有正面意义。从能源整体观出发,能源系统作为一个整体,始终与外部环境进行着互动。实现良性互动,比如减少碳排放,始终是我们的目标。天然气机组作为一种低碳火电机组,在替代燃煤发电层面具有明显的减碳优势,对比新能源发电又具有成熟稳定的特点。在天然气机组中,天然气分布式相较于天然气大型机组又具有更高的能源综合利用效率。天然气分布式能源在碳达峰进程中,可以而且应该发挥积极作用,为推动能源系统与外部环境良性互动做出贡献。

破解天然气分布式能源发展的两大瓶颈

理想很丰满,现实很骨感。天然气分布式要突破发展困境,需要解决好经济性和应用场景两大问题。

(一)辩证分析天然气分布式的经济性

天然气分布式要取得发展,必须具有一定的经济性。业界普遍认为,天然气分布式基本上是亏损项目,不具有投资价值。对此,应当辩证分析。

首先,同等条件下,天然气分布式的经济性要优于传统的天然气热电联产。虽然天然气分布式在单位造价上高于天然气热电联产,但考虑到天然气分布式配电成本接近于0,而天然气热电联产的输配电价高达0.2303元/千瓦时(以浙江10千伏一般工商业为例),天然气热电联产实际终端电价远高于天然气分布式。天然气热电联产的发展,高度依赖于政策性补贴。以浙江为例,每年给予1200万千瓦天然气机组的补贴高达67.5亿元。天然气分布式长期以来处于“草根”状态,是其无法快速发展的重要因素。反之,在已经出台补贴政策的上海等地,天然气分布式已经取得了不错的发展。

其次,“草根”状态的天然气分布式,依然具有一定的竞争力。以浙江10千伏一般工商业用户为例,其销售电价为0.6656元/千瓦时(尖峰1.2064、高峰0.9014、低谷0.3784,尖高峰时段合计11小时)。可以看到,采用分时电价模式时,天然气分布式在尖高峰时段具有完全的价格竞争力;采用电度电价模式时,如能控制成本,依然具备价格竞争力。

再次,影响天然气分布式经济性的核心要素是天然气价格水平。我国的天然气价格水平偏高,对天然气分布式的生存发展造成了很大压力。以浙江10千伏一般工商业用户销售电价为0.6656元/千瓦时计算,完全不考虑天然气分布式固定成本情况下,天然气到厂价格的极限在2.4元/方。而要将天然气到厂价格控制在较低水平,难度极大。我国天然气对外依存度高、国内开发成本大,导致气源价格居高不下;多级配网架构导致的层层加价和配网管输价格偏高,进一步推高了管输成本。

(二)围绕经济性做出更大努力

1.从天然气价格入手,努力降低天然气分布式运行成本。降低天然气价格的希望在推进天然气体制改革。目前,我国天然气体制改革已经取得了一定进展,国家管网公司已经完成组建。期待天然气体制改革在以下几个方面继续取得突破:一是研究建立天然气集中交易市场,鼓励支持包括天然气分布式能源在内的大型用气企业直接向气源企业采购;二是抓紧推进天然气配网扁平化改革,剥离现有配网企业的配网资产,实施区域性兼并重组,减少配网层级;三是抓紧推进输配气价改革,从紧核定各级气网输配气价;四是加快天然气接收站、储运站建设,支持接收站、储运站作为气源主体参与市场交易,鼓励接收站、储运站提供代卸、代储业务。项目业主也要把天然气采购作为降本增效的核心,多渠道、市场化采购低价天然气,与国内气源企业建立长期合作关系,利用好海外LNG现货交易。

2.从项目本身入手,最大限度提升综合能源利用效率和发电效率。效益来自于效率,对天然气分布式这样的综合供能系统更要强调综合能源利用效率。同时,能源是具有质量属性的,能源质量是指将该能源转换为其他形式能源的可能性,特别是转换为机械能的可能性。作为第二次工业革命的成果,电力依然是目前最具质量的能源形式。从物尽其用的角度出发,宝贵的天然气资源要优先转化为高品位的电力。多项研究和实践也表明,发电效率直接关系机组的经济性。为了最大限度提高综合能源利用效率和发电效率,必须从项目谋划阶段开始,就扎扎实实的开展研究和论证,找到最合适的系统配置和运行方式。

3.从政府引导出发,考虑给予天然气分布式适当的政策性补贴。天然气分布式的经济性好于天然气热电联产,也就意味着同样的补贴,天然气分布式可以取得更好的经济效益和社会效益。从这一点出发,应当考虑给予天然气分布式政策性补贴。考虑到政策性补贴的公共性和天然气分布式受益主体的区域性,对区域性供电的天然气分布式项目可以按照供电量给予补贴,对服务单一产业项目的天然气分布式则不给予补贴,政策性补贴的出资主体以天然气分布式所在地方政府为宜。

(三)具体分析天然气分布式的应用场景

“谁是我们的敌人?谁是我们的朋友?这个问题是革命的首要问题”。在考虑天然气分布式应用场景时,必须考虑市场主体的立场,找到发展的同盟军,发现建设的突破口。

从产业角度看,天然气分布式在特定产业已经具有应用价值。天然气分布式的高效特点和低碳属性,可以有效服务某些产业;某些产业基于自身需要和能源政策,也愿意在采用天然气分布式上有所突破。比如,在微电网和电子、芯片等有电能质量要求的产业,天然气分布式可以组建形成微电网,替代第二回输电线路;在有供热需求、但受到煤炭消费制约的医药化工等产业,天然气分布式可以替代燃煤热电供热;在能源消费总量不足、节能压力大的数据中心等产业,高效供能可以完美解决问题。这些产业往往对用能成本不敏感、对节能和可靠性较敏感,天然气分布式完全可以发挥作用。

从电网角度看,增量配电网是天然气分布式发展的理想区域,国家电网区域内布局需谨慎。电网企业对天然气分布式的态度主要取决于其经济利益。由于天然气分布式电力直接在配电网内消纳,电网企业无法赚取或者只能少量赚取输配电费,对电网企业收入影响很大。但增量配电网本身就是配电网,天然气分布式的就近消纳等同于增量配电网全网消纳。天然气分布式的存在不仅有助于提高增量配电网自身调节能力,有利于系统安全稳定运行,增量配电网还能从就近消纳中获得一定的电价差收益。这决定了,增量配电网将成为天然气分布式的拥护者。而国家电网可以说是天然气分布式的天然反对者,天然气分布式对国家电网的经济利益冲击最大。国家电网曾提出分布式应采取“全额上网”模式,即由国网按照0.65元/千瓦时(浙江天然气分布式临时上网电价)收购全部电量,再按销售电价反售用户。按此模式,天然气分布式将彻底丧失其分布式属性,与普通机组毫无差别,宏观上也抬高了全网平均上网电价,使全系统经济性进一步降低。还需要注意的是,由于气电并不享受可再生能源“保障性收购”待遇,国网有权拒绝调度和收购天然气分布式能源。“全额上网”模式更可能成为天然气分布式的“坑”。在国家电网辖区内推进天然气分布式,依托产业项目建设反而成为第一选择,真正实现就近消纳还有赖于能源政策和电力改革的进一步突破。

(四)围绕应用场景做出更大努力

1.在国网覆盖区域内选择特定行业发展“并网不上网”形式的天然气分布式。在医药化工、数据中心、电子制造、商业综合体、机场枢纽等行业,天然气分布式具有推广价值,其经济性又能得到保障。应当依托这些行业,尽快部署一批以服务单一产业项目为主的天然气分布式示范项目,形成发展的良好氛围。

2.在增量配电网区域内全面推进天然气分布式发展。在增量配电网内,因地制宜建设天然气分布式能源,实现就地消纳、隔墙售电。为了激励增量配电网支持天然气分布式发展,增量配电网可以33%以下股比参股网内天然气分布式建设。



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