1、天然气分布式能源经济可行性评估方法研究分布式能源事圃鹏翻酬天然气分布式能源经济可行性评估方法研究丁小川，周宇吴，王思文华电电力科学研究院，浙江杭州 310030)摘要:对气电价格、运行时间、单位造价、一次能源利用率以及系统节能率等影响天然气分布式能源系统的关键技术经济指标进行了深入研究，经过数学推导，得到了基于天然气价格和目标电价关系的天然气分布式能源项目经济可行性数学模型 O 该模型全面反映了影响天然气分布式能源项目经济性的各种影响因素。应用本方法和模型，选择了两种典型的用户负荷进行了实例计算。所得结论可以为天然气分布式能源系统运行控制和相关研究提供理论依据。关键词:天然气;分布式能源;经济
2、可行性;评估方法;关键指标 DOI: 10.3969/.ISSN.2095-3429.2015.01.001 中图分类号:TK-9 文献标识码:A 文章编号:2095-3429(2015)01-0001-05Method for Evaluating Economic Feasibility of Distributed Energy DING Xiao-chuan, ZHOU Yu 斗 lao，WANG Si-wen (Hudian Electric Power Reserch Institute, Hangzhou 310030, China) Abstract: Studying the
3、 key technical and economic indicators affecting the natural gas distributed energy such as na?ture gas price, electricity price, running time, unit cost, system energy efficiency and energy saving rate, etc. Established a DE project economic feasibility mathematical model based on the price of natu
4、ral gas and electricity. The model reflects the comprehensive influence of various economic factors of natural gas distributed energy project impact. The paper selected two typical user load cases and use the methods and analytical models to calculate and analyze the cases. The conclusions can provi
5、de a theoretical basis for the run of natural gas distributed energy and its related research. Key words: nature gas; distributed energy; economic feasibility; evaluating method; key Indicators 划到 2020 年新增 40GW 发电装机。在日本，截止 2010o sl 言年，天然气分布式能源项目装机约为 640 万 kW，并在天然气分布式能源是分布在用户端的天然气热电 2011 年东日本大地震后计划 2
6、020 年达到 800 万 kW飞然联供系统(CHP)或冷热电联供系统(CCHP)，其特点是而，我国天然气分布式能源技术的发展起步较晚，近年以天然气为燃料、能源利用效率高、运行安全可靠、能来随着国家对电力安全、环境治理的重视度加大，北够适应用户负荷的波动变化。随着环境污染问题的日京、上海、广东等地开始发展天然气分布式能源项目，趋严重和能源价格的不断攀升，发达国家越来越重视目前总装机容量仅为 80 多万 kW，在全国年发电量中的能源的高效清洁利用技术的应用1，2。在美国，截止 2012 比重还较小句。年，天然气分布式能源项目装机约为 6000 万 kW，并计作者简介:丁小川(1984 一)，男，
7、安徽怀宁人，硕士，工程师，研究方向:分布式能源和新能源技术。No.I12015. 总第 161 期第 36 卷 1分布式能源翩翩捆圃睡与传统集中式发电技术相比，天然气分布式能源冷、热的传统供能方式也来自电，若采用发电余热制冷系统与用户端联系紧密，为用户提供电能、热能、冷能(热)，就有很好的利润空间 O 我国现行的电价机制是按等多种品质能源，项目的造价、运行时间等都受到用户不同用户类型来制定价格，不同用户电价相差近 66%。负荷特性的影响，系统具有输出多样性的特点，导致系从分析来看，天然气价格决定了系统的主要成本，统的技术经济评价指标多、评估方法复杂，对分布式能而电价则决定了系统的大部分收益，因
8、此项目用户当地源项目经济性的分析，目前常用方法是在完成系统设的气、电价格差异如何，将是影响项目投资回收期和收计和明确各项边界条件后，建立项目技术经济分析模益率的最为关键的因素，差异越大则投资回收期越短。型进行计算和可行性研究，分析过程复杂、周期长、不 1.2 负荷匹配性和年运行时间够灵活方便。分布式能源主要位于用户端，能够按用户的需求本文通过研究天然气分布式能源系统关键评价指供应能量，从而实现能源的就地生产和就地供应模式。标，提出基于天然气价格和目标电价关系的系统经济和发电厂不同，分布式能源系统输出具有多样性，不仅可行性分析方法和数学模型，该模型全面反映了影响仅是电能，因而冷热电负荷需求的一致
9、性和匹配性，对天然气分布式能源项目经济性的各种影响因素，通过系统的年运行时间、系统能效和运行经济性有重要影该模型可以计算分析各影响因素对项目经济性的敏感响。系统年运行时间是影响项目经济性的关键指标之度。针对区域式和楼宇式的天然气分布式能源项目案一，决定了系统关键设备的使用寿命、维护成本、项目例，应用模型对案例进行了分析和研究，为分布式能源投资回收期限等。般天然气调峰发电项目年运行时项目经济可行性分析提供参考依据。间约 3500h，而天然气分布式能源系统的年运行时间能达到 4000-6000h 左右。1 关键指标分析 1.3 原动机和项目造价 1.1 气价和电价原动机主要有燃气轮机、燃气内燃机、
10、微型燃气轮作为天然气分布式能源系统唯一的燃料输人，天机以及燃料电池等型式，目前燃气轮机、燃气内燃机以然气价格对系统运行成本的影响较大。受国内需求和及微型燃机的应用较为广泛，燃料电池因其技术不成国际石油价格的影响，近年来我国天然气价格逐年走熟、产业化程度低等原因推广程度不高。分布式能源原高。根据国家最新出台的天然气价格调整政策，2013 年动机的选型和用户负荷特性、施工安装条件、周边环境各地管道天然气存量气和增量气价格均有所波动，其要求等有关，不同原动机的适用规模、发电效率、投资 3 中存量气价格为 1.41-2.74 元 1m，增量气价格为和运维戚本等差异较大。根据国内外目前已安装运行 2.2
11、9-3.32 元 1m3，其中广东、上海、江苏、浙江等南方地区表 1 典型原动机系统特性价格较高，而新疆、宁夏、西原动机燃气轮机燃气内燃机微型燃气轮机燃料电池藏等地价格较低。此外，我国 F 适用规模 5MW 以上 IOMW 以下 30-250kW 5kW-2MW 沿海经济发达地区还在积极典型负荷工业负荷商业、建筑负荷建筑负荷引进海外 LNG，其价格与石油发电效率 22%-369 毛 22%-42% 18%-30% 30 毛-63%价格挂钩，受日本等国的需求项目单位投资拉动影响，近年来价格持续走 70-10000 8000-16000 13000-17000 35000-47000 7G/kW
12、高，2013 年引进 LNG 出站价格度电运维成本0.03-0.08 0.06-0.16 0.09-0.18 0.23-0.28 3 约合 4 元/m(不含管输费)。元/kWh 电价决定了系统的收 NOx 排放 44-61 200 18-44 3-5 3 益。天然气分布式能源是分 mglm 布在用户端的供能系统，系适合调峰和生产高发电效率高;降负荷简单灵活、安装和统输出主要用于自身的电冷排放低、噪音低;能源温压蒸汽;排放低;运行效果好;燃料多移动方便;排放利用效率高;便于模块热负荷需求，因此系统电价特点环境敏感;降负荷样;缸套水能量可用;低;适用于生活热化组装;投资成本高;取决于用户用电价格。
13、系统运行效果差;需要燃气压力低;运维成水用户负荷;投资对燃料的要求较高。高压天然气。本高;排放较高。成本较大。一方面为用户直供电，另外 Mdn 第 MnuM-归 JU 期 7 单第 6 卷 3 分布式能源幢噩腼楠嗣幅的项目统计数据，工业和企业等较大型项目采用燃气销售收入为:轮机较多，医院、酒店、商场等商业和公共建筑项目采W=Bd+AQh-L+BQc-L 一(3)0.9 -4.5 3.6 用燃气内燃机和微型燃机较多，如美国冷热电联供项式中 A 一天然气销售价格，元 1m 飞目中，内燃机系统装机容量约占总规模 2%，而项目个 B 一销售电价，元 IkWh;数却占 469 毛，燃气轮机则均为 13%
14、，可见小型楼宇式项 n 一系统年运行时间，h;目以内燃机为主，大型工业区域式项目采用燃气轮机为主响。Qh 一系统的制热量，J;E 系统总发电装机容量，W。系统总装机 E 与系 1.4 总能利用率和节能率统耗气率 Q、发电效率等有关，可以根据系天然气冷热电三联供系统总能利用率是指系统有统年发电量与耗气量的能量平衡关系得到，效能源输出(包括供冷、供热、供电量)总量与系统消耗 RP: 的天然气总量的比值，和传统集中式发电相比，天然气E=QI-L(4) 分布式供能系统(CHP，CCHP)总能利用率更高，能达 3.6 3 到 80%以上，可以通过以下公式计算得到:式中 Q 一系统耗气率，m/s;=1+2
15、+(1) l 一系统发电效率。式中 l 一系统发电效率，不同的原动机效率不同，约可以得到队=nQ 轨。计算热销售收入时，可以按燃合 40%左右;气锅炉生产等量热能的用气成本计算，而燃气锅炉的 2，3 一系统制冷和制热的热效率，可以通过将效率可以取平均水平为 90%创。系统用于制冷(热)的余热能量和总的输 Qc 为系统的制冷量，与系统耗气率。 、制冷效率2、入天然气热值比值计算求得。吸收式澳冷机 cop(取值 1.2)等有关，可以得到 Qc=l.系统总能利用率所体现的主要是对一次能源(天 2nQ20 计算冷销售收入时，可以按电制冷机生产等量然气)充分利用的程度和系统整体能源转换的输入与冷用电成本
16、计算，其中电制冷空调 cop.取水冷式中央输出比较情况，但总能利用率并未考虑输出能的品质，空调值 4.5。因此在评价系统时还需要引人节能率指标。2.2 项目成本分析系统相对节能率是指在单位时间内产生等量冷热天然气分布式能源项目利用天然气发电，同时充电，联产系统相对于常规分产系统所节省的能量与常分利用余热制热(冷)，因此项目主要成本为天然气的规分产系统所耗能量的比值，则节能率 X 的表达式为:采购费用，此外考虑到项目投资回收和设备运行维护 x=守主(2) 费用等，则一年项目经营成本为:C=Cg+Cr+C(5) 式中 Qa 冷、热、电独立分产系统(基准)的单位时间 m 式中 C 一一年天然气消费戚
17、本，元 la。主要受系统耗内一次能源消耗量，J;g 气率。 、年运行时间 n、天然气销售价格 A 的 Qb 热电冷联供系统的单位时间内次能源消影响;耗量，J。C 一系统预计投资年折旧费用，元 la 系统相对节能率指的是，与常规系统相比分布式 o 可以按照 flOa 的投资回收期限，通过系统单位投资 D能源系统支付的燃料代价节省情况，通常相对节能率和系统总装机容量 E 计算;选择当前使用最为广泛的分产系统作为参照。实用时，相对节能率的评价意义更为简明，数值处理也相对容 C 一系统运行维护费用，元 la。主要受系统度电m 易问。运行维护费 C、系统年发电量(nE)影响。e2.3 经济性分析模型 2
18、 理想经济模型项目运行的盈利能力是决定投资的首要考虑。和 2.1 项目收益分析其他发电或供能系统相比，天然气冷热电兰联供系统的特点在于输出的多样性，其经济模型也相对复杂，受天然气分布式能源系统的输出为电力和冷、热供到电价、冷价、热价、气价等多种因素的影响，因此本文应，因此项目-年内系统的收益主要包含电、冷、热的对模型进行分析和梳理，提出简易可行的系统经济性?E?E?-? l 队 b 叫;A 第啤口卷6 句、且第期 16 、3u分布式能源翩矗圈匾醋分析方法。有电和空调冷(热)负荷，负荷为工作时间间歇性负荷，系统能否盈利，销售收人需要大于戚本，即:白天稳定、夜间停止供应，全年负荷需求时间约 400
19、0h。(6) WC 针对项目 I 和项目 IT，在分析前，本文根据负荷特也即:性对模型中几项关键指标进行初步判断:1 1.2 应用本文提出的研究方法和模型，通过计算，可以 BEn+一AQn3+BQnT/2 一一一AQn+DE 一+C，En0.9 ,-3.6 4.5 10 分析两个典型的天然气分布式能源项目经济可行性，(7) 构建基于天然气价格和目标电价关系的项目经济可行代人公式，可以得到:性平衡线，作为项目初评估的依据，目标电价所对应的1.2 ./_. (O.ID. ro 就是用户用电价格情况。如图 1 所示，在预订的天然气B(1+ . T/2)A (3.6-43) 叫旦旦叫(8) ,. 4.
20、5 ，-飞 n 价格波动区间内，平衡线以上的目标电价能够将为项式中 D 一项目单位造价，元/kW;目带来较好的经济收益，用户具备建设天然气分布式 C.一系统单位运维成本，元/kWh。能源系统的基本条件，因此可以开展进一步的可行性二者均与原动机的选型有关，参照目前应用广泛研究和前期工作，而处在平衡线以下的目标电价则预的燃机和内燃机设备，系统单位造价约合 7000-17000 示着项目不具备投资条件。元/kW，而度电运维戚本约合 0.03-0.18 元 IkWh;项目年运行时间约4000-6000h;天然气价格 A、电价 B 是衡量项目经济性的核心指标，在国内各地区、各行业差异较大，是项目经济可行
21、性分析评价的重要指标。受以下因素影响，本文所构建的理想模型和实际情况会有一定的差异:(1)在收益方面，受用户习惯、设备改造投入以及用能经济承受力等影响，实际的冷销售收入会低于电制冷成本 O1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 天然气价格 1元/时(2)预设的吸收式制冷设备 COP、电制图 1 项目天然气价格与目标电价关系圄冷空调 COP、燃气锅炉热效率 90%等参数，均按照国内般平均取值，实际项目受设 3 如图 1 所示，当天然气价格定为 3 元 1m 时，为保持备选型影响存在差异。较好的经济性，项目 I 的适用电
22、价需要高于 0.8 元IkWh，而项目 H 则为 1.04 元/kWh。从分析结果可以看 3 实例分析到，面对同样的天然气价格，项目 I 的目标电价低于项本文针对典型的大型区域式和小型楼宇式天然气目 IT，即与小型楼宇式分布式能源相比，大型区域式分分布式能源案例，根据前述理论推导的经济性分析模布式能源项目对气电价格差异的适应性更强。型，对项目经济可行性进行分析和探讨，研究天然气分此外，通过应用本文构建的分析模型，还可以进一布式能源、项目开发可行性的边界条件。项目 I 为杭州步研究项目年运行时间、造价、系统效率等指标对项目某食品加工厂，工厂主要生产速冻食品，是典型的工业经济性的影响情况。以项目
23、H 为案例进行分析，通过分用户，主要有电和蒸汽热负荷，负荷需求相对稳定，预别变换各项指标值，可以得到年运行时间、造价、效率计年需求时间达到6000h;项目 E 为南方某商业中心，等对项目经济性的影响，如图 2、图 3、图 4所示。以办公和商场为主要功能，是典型商业建筑用户，主要从图 2 可以看出，当项目 E 年运行时间由 4Oh 增加 50%至 6000 表 2 项目 l、11 关键指标值 h 后，目标电价下降明显，项目可年运行时间系统电效率系统热效率造价运维成本项目原动机选型行性也相应提高。% 元/kW7C/kWh 从图 3 可以看出，当项目 E 发项目 I 燃气轮机 6000 38 42
24、7000 0.10 电效率不变，余热利用效率由 40%项目H 内燃机 4000 40 40 15000 0.15 问 d 且内 0 归 4 期MMUA 植丁第第卷 3r 0 分布式能源撞噩鹏辅嗣幅 1.50 4 结语 1.40 本文深入分析了天然气分布式能源系统的 1.30 关键技术经济指标，包括气电价格、运行时间、单120 位造价、一次能源利用率以及系统节能率等，并是 1.10 之 1.00 在充分考虑各项指标影响的基础上，提出了基于$; -111 0.90 天然气价格和目标电价关系的天然气分布式能击。80 源项目经济可行性分析方法和数学模型。和目前 0.70 常用的分析方法相比，本文提出的
25、分析模型和方 0.60 法更为简便灵活、分析时间短。在项目开发前期 0.50 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 初评估阶段，通过本方法和模型，可以初步评估天然气价格!元 lm)项目投资的经济可行性，为下一步开展项目的设图 2 年运行时间对项目经济性的影晌图计和实施工作提供参考依据。本文分别选择两种典型的用户负荷案例一 1.60 一一一工业负荷和商业建筑负荷，应用本方法分别对两 1.50 种典型系统进行了计算和分析，得到天然气价格 1.40 ，、与项目经济可行的目标电价关系趋势。通过算例 5130 可以看到，天然
26、气价格和目标电价的差异，始终使 1.20、J、 、是决定天然气分布式能源项目经济性的关键影$; 1.10 e 响因子，但同时项目年运行时间、系统的一次能 J 总 1.00田 Z 源利用率以及工程造价等都对项目的投资收益 0.90 都有着重要的影响。因此在项目建设的前期，投 0.80 0.70 资方应该在对用户负荷特性进行充分和详实的 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 分析基础上，尽可能争取更好的价格优惠和补贴 3 天然气价格!元 lm)政策，以确保项目投资经济性。图 3 系统一次能源利用率对项目经济性的影响图参
27、考文献:1.50 (1) 10el B, Susan H M, Monika E. The Impact of Air Quality Regula?1.40 tions On Distrihuted Generation, National Renewable Energy Lab?1.30 orato1). IEEE, 2002,523-530. =: 1.20 2) Canever G, Dudgeon G 1 W, Massuco S. Model Validation and ; 注1.10Coordinated Operation of a Photovoltaic Array a
28、nd a Diesel Power 、JPlant for Distrihuted Generation 1).IEEE, 2001 ,626-631. 运 1.00e 3)杨映，等对日本分布式能源发展的分析与思考1.发电与空调，J 恙。.90-E 2012,33(148): 11-14. 0.80 4)应光伟，范炜.我国发展分布式能源的对策解析口).发电与空 0.70 调，2012，33(4):5-8. 0.60 5)华责，等-分布式冷热电联供能源、系统经济性分析1)天然气 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5
29、工业，2007:27( 07): 118-120. 天然气价格/元 lm)6 Distrihuted Energy: Towards a 21st Century Infrastructure C. A 图 4 项目造价对项目经济性的影晌图 Report of the Consumer Energy of America Distrihuted Energy Do?mestic Policy Forum, 2001, 7. 下降到 30%后，系统一次能源利用率相应下降，目标电7)金红光，林汝谋能的综合梯级利用与燃气轮机总能系统M).l 版.北京:科学出版社，2008.价顺应上涨，项目可行性也大大降低。8)王建国.燃气锅炉热效率分析1)区域供热，2005, (5): 25-37. 从图 4 可以看出，当项目 H 单位造价由 15000 元收稿日期:2014-11-10/kWh 减少 30%至 10000 元/kWh 后，目标电价下降明显，修回日期:2015-01-08 项目可行性也相应提高。No.1I2015 且第 161 期第 36卷 I5
