【干货分享】天然气分布式能源

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观点：天然气分布式能源前景可期，但现阶段政策风险大、天然气经济性弱将导致战略布局风险偏高。

• 天然气分布式能源在中国属于老树发新芽，“十三五”期间有望出现拐点，但是这个拐点期的长度取决于天然气价格及市场化改革推进的程度、国家或地方具体政策的支持和落实、关键设备的国产化率。
• 天然气分布式能源项目的经济性主要取决于气价（关键）、上网电价、蒸汽价格。我们认为气价在2.8元以下、上网电价在0.53-0.75元/度、所需蒸汽价格在200元/吨以下的项目经济性较好。

• 经济可持续发展、能源匮乏及环境保护的迫切需要，分布式能源逐渐成为一个重要能源领域。分布式能源包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和天然气冷热电三联供等多种形式。
• 天然气分布式能源借力多重优势，在国际上得到了广泛的应用：梯级利用+就地直供，实现高经济效益；削峰填谷，保障电网安全；顺应“环保”大势，助力打造绿色未来。
• 中国天然气分布式能源发展停滞不前，其中包括技术、经济、市场及运营管理等方面的障碍，比如用户认知度问题、设备国产化问题、并网问题、部分地区气源问题等，但核心仍是天然气经济性的问题。
• 分布式天然气项目最适合的对象是下游有热/冷、电的稳定需求，蒸汽/制冷价格与传统能源相比有一定的竞争力，利用小时数相对稳定的用户。我们认为分布式天然气最为刚性的下游行业为数据中心、工业园区/工厂、医院。
• 分布式天然气主要参与角色：设备制造商、工程总包、投资运营，其中产业链最稀缺的是小型燃气轮机。分布式天然气正处于发展早期，竞争格局相对分散。

• 分布式能源的概念

我国对分布式能源的定义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。（国家发改委《分布式发电管理暂行办法》[2013]1381号文）

• 分布式能源的特点

①   分散在用户端，区别于传统集中式发电、供热；

②  通过能源梯级利用，提高能源利用效率；

③  充分利用可再生能源及清洁能源。

• 分布式能源技术与应用分类

分布式能源可利用多种能源，如清洁能源(天然气)、新能源(氢)和可再生能源(风能和太阳能等)，并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用方式，不同的能源有不同的技术和应用特点。

一次能源

系统类别

应用特点

天然气、沼气、煤层气、生物质气化等

内燃机

适用于容量较小、负荷热电比低

天然气、沼气、焦炉煤气等

燃气轮机

适用于容量较大、负荷热电比高

风能

风机

风电资源丰富的地区

太阳能

光伏发电

光照资源丰富的地区

天然气、氢等

燃料电池

• 分布式能源中的一种重要形式——天然气分布式能源

天然气分布式能源属于分布式能源的一种，也称为燃气冷热电三联供系统（CCHP），是指布置在用户附近，以燃气为一次能源用于发电，并利用发电余热制冷、供热，同时向用户输出电能热（冷）的分布式能源供应系统。虽然分布式能源有诸多类型，但相对太阳能利用、风能利用、沼气利用等，天然气分布式能源适用范围更广、综合利用效率更高，应用前景广阔，并且在国际上得到了广泛的应用，成为目前分布式能源主要应用形式。

目前天然气分布式能源已经成为全球天然气利用的首选技术，其工作原理可以实现不低于80%的燃料利用效率，并大幅减少污染排放。相较于传统的集中供电方式，天然气分布式能源安装规模、容量都比较小，建设程序相对简单。

• 梯级利用+就地直供，实现高经济效益

分布式天然气采用的是冷热电联供模式，是热电联产基础上一次“质”的飞跃。这种利用模式不只是单纯着眼于能源转换效率，而是关注能源终端利用全过程的总体能效，真正实现了“温度对口、梯级利用”，更充分地利用余热，使得能源损失达到最小，能源利用率可达到80%以上，是热电联产利用率的一倍以上。

图：天然气分布式能源梯级利用示意图


来源：《天然气分布式能源》

• 削峰填谷，保障电网安全

天然气分布式能源对天然气和电力具有双重“削峰填谷”作用，这是因为其系统运行是可中断、可调节的，可以按调峰需要开停。这有效地缓解天然气冬夏季峰谷差，提高夏季燃气设施的利用效率，增强供气系统安全性。同时减少电力设备的峰值装机容量以及天然气储气设施的投资，降低电网以及天然气管网的运行成本。同时天然气分布式能源的使用可以分散大电网的风险，保障能源供应安全。由于天然气输送一般不受气候影响，可以就地储存（LNG、CNG、地上或地下储气库），我们认为如果在城市或区域配有一定规模分布式天然气供电系统，除了可以提高自主发电能力外，更重要的是可以在大电网出现故障时及时提供电力支援，增加供应安全。

图：北方月平均冷、热、电负荷情况    

• 顺应“环保”大势，助力打造绿色未来

天然气分布式能源系统采用清洁能源（天然气）做燃料，同时燃气轮机使用了低氮氧化物排放的燃烧室技术，可以大大减少有害气体及废料的排放。具体来说，与煤发电相比，分布式天然气可以减少CO2（温室气体）61.5%的排放，减少氮氧化物82.8%，减少悬浮颗粒物95%，SO2、固体废弃物和污水排放则可减少100%排放，大大减轻了城市的环保压力。同时，由于天然气分布式能源摒弃了大容量远距离高电压输电线的建设，由此不仅减少了高压输电线的电磁污染，而且减少了高压输电线的线路走廊和相应的土地占用，也减少了对线路下树木的砍伐，使得占地面积全部被省略，耗水量也减少60%以上，实现了绿色经济。

表：不同能源利用形式大气污染排放比

利用形式

CO2  g/(Kw.h)

CO  g/(Kw.h)

NOx  g/(Kw.h)

SO2  g/(Kw.h)

煤发电

813

0.15-1.33

2.7-9.4

2.3-7.2

燃气轮机

443

0.25

1.46

0

煤燃油

673

0.13

1.73

1.75-5

分布式天然气

313

0.18

1.04

0

排放减少比例（与煤发电对比）61.5%

74.3%

82.8%

100%天然气分布式能源在国外有30多年的历史，在国际上发展迅速，在很多国家如美国、日本、丹麦、荷兰、德国等得到大力发展和推广。

• 欧盟、日本普及程度高

早在1997年，欧盟就拥有了9000多台分布式联产机组，占欧洲发电总装机容量的13%，其中工业系统中的分布式联产装机总容量超过了33GW，约占联产总装机容量的45%。据统计，截止到2008年，欧盟27国的热电（冷）联供装机容量为100.2GW，全年发电量为370.1TWh，占总发电量的11.0%。目前，全欧洲范围内丹麦的分布式能源机组普及率最高，截止到2013 年，分布式能源的发电量占总发电量已经达到50.2%，供热量则占到区域供热量的63%。

日本虽是能源小国，天然气资源比较稀缺，但为了缓解国内电力供应紧张，日本从1981年开始支持冷热电三联供系统的发展，截至2009年，日本的分布式天然气能源项目总数达8199个项目，总装机已达938万千瓦，日本的冷热电三联供系统有50%以上应用于商业领域，多以小型化为主。但是2011年日本大地震后，许多工厂出于保障能源安全的考虑，积极引进分布式天然气项目，掀起了一股工业用分布式天然气建设的热潮。

• 美国占据资源优势，加快分布式天然气建设

在天然气供给充足和环境保护的双重推动下，美国的分布式天然气得到了长足的发展，已经成为世界上分布式天然气建设项目最多的国家。据美国能源部2012年的不完全统计，全美约3500个大学、医院、政府机构、金融中心、工业小区等建立了区域冷热电联供项目，总计3738座，其中大于100MW的有198个。这些项目的装机总量超过了85GW，发电量占到美国总发电量的12%。未来美国将继续加快分布式天然气的建设，根据美国能源部的规划，到2020年，全美将再新增9500万KW装机量，约占总发电装机量的29%。按照已定目标预估，届时有将50%的新建商业或学院采用分布式天然气，10%的已建商业或学院建设分布式天然气能源站。

• 中国仍处萌芽阶段，发展受制于天然气的经济性

中国分布式天然气起步比较晚，现在仍处于萌芽阶段。自2011年起，中国天然气分布式能源项目装机容量快速增长。2014年底，中国已建成和建设中天然气分布式能源项目达到104个，主要分布在上海、北京、广州等大中型城市。我国已建和在建天然气分布式能源项目装机容量已达3.8GW，其中已建成项目82个，在建项目22个，筹建项目53个。目前已建成投运的、影响力较大的项目主要有：北京奥运媒体村、中关村软件园、上海浦东国际机场、环球国际金融中心、北京燃气集团大楼、上海理工大学、广州大学城、四川大陆希望集团深蓝绿色能源中心、湖南长沙机场等。

然而，根据我国制定的分布式天然气建设规划，“十二五”期间要建设1000个左右天然气分布式能源项目，但截止到2015年底，我国建成和在建项目总和约为100个左右，仅完成了十分之一。天然气发电装机占总装机容量仅为3%，而发达国家占比均在25%-35%不等，与它们还存在着相当大的差距。

图：我国天然气分布式能源市场容量变化趋势图以及典型案例



发展中，中国天然气分布式能源发展还存在不少问题，其中包括技术、经济、市场及运营管理等方面的障碍，比如用户认知度问题、设备国产化问题、并网问题、部分地区气源问题等，但核心仍是天然气经济性的问题。对于分布式天然气项目而言，投资、年发电量、天然气价格、供热量、热价都是影响其经济性的主要因素。天然气价格是整个分布式天然气项目能否存活的关键，燃料成本几乎占到项目总成本的70%-80%。以西安市某分布式天然气项目为模型测算（以含税电价作为收益替代指标），在IRR保持在10%时，对项目经济性进行单因素敏感分析后发现，天然气价格变化对整个项目经济效果影响最大，年发电量和投资次之。由此可见，天然气价格和分布式天然气项目之间的关系真可用“牵一发而动全身”来形容。

表：西安某天然气分布式项目敏感性分析表

2016年2月18日，国家能源局审议通过的《国家能源局2016年体制改革工作要点》中“大力推进分布式能源和稳步推进石油天然气体制改革”均涉及天然气领域。随着政策的不断落地和多个项目的成功运行，行业发展中的痛点正在逐步解决当中，挑战与机遇并存，未来快速发展可期。

面临解决的痛点之一：天然气价格下调， 经济性有一定的提升（关键因素）过去几年，由于国内气价过高，导致分布式天然气项目利润空间受到大幅度的挤压，尤其是到2012年底，国家上调天然气价，增量气和存量气相继上涨，很多项目迫于经济压力无法持续，不得不关停，企业也纷纷进入观望期。

• 非居民天然气门站价格下调0.7 元/方，终端气价有望顺价下调

2015年11月18日发改委宣布，决定自2015年11月20日起降低非居民用天然气门站价，每千立方米降低700元（每立方米降低0.7元），通知还决定，降低后的门站价格作为基准门站价格，供需双方可在上浮20%、下浮不限的范围内协商确定具体门站价格。方案实施时门站价格暂不上浮，自2016年11月20日起允许上浮。此次降价是国家自2013年开启天然气价改以来的又一次大动作，不仅推进了天然气市场化，同时也给分布式天然气的发展带来了福音。

• 供需关系宽松，中国天然气价格长期可能呈下降趋势

国内进口气源供需关系逐渐走向宽松。近年来，中国为了缓解国内天然气供需矛盾，在保证进口气源领域拓展迅猛。管道气方面，中亚C 线、D 线、中缅线、中俄东西线并进，2020年相较2014年设计输气能力预计增长2.98倍。在LNG接收站方面，预计到2020年较2014年新增接受能力为3.00倍。再考虑国内天然气内生增长与潜在的页岩气、煤层气增长，预计未来国内气的天然气供需将持续走向宽松。加之，国际天然气价格趋于并轨，中国天然气价格长期可能呈下降趋势。

• 分布式天然气项目经济效益判断简易标准：气电比

因分布式天然气项目运营成本端主要为气价，而收入端为电价和供热蒸汽价格。在业内，比较常用的经济指标是气电比，即气价和售电价的比例。国内各地的工商业售电价大致是0.53-0.7元/度。通常气电比小于4:1的项目（即气价在2.1元-2.8元及以下的项目），经济效益好。

表：典型天然气分布式案例财务数据（基准）

指标

单位

燃煤锅炉的工业蒸汽价格通常在140 元—200 元/吨

IRR指标

工业气价（元）

蒸汽价格（元/吨）

装机容量

2

MW

投资额（万元）

2000

万元

IRR=10%

2.3

142

年利用小时数

5000

小时

单位小时用气量

750

方/小时

2.8

205

年用气量

3750000

方

单方发电量

2.5

度/方

3.5

292

利率

6.5%

年发电量

9375000

度

IRR=15%

2.3

183

年电收入

0.75

元/度

单位小时产蒸气量

6

吨/小时

2.8

246

年蒸气量

30000

吨

税率

25%

3.5

333

折旧年限

30

年

人工

5

万元

备注：假设利用小时数为5000小时，不同气价对应的蒸汽价格

面临解决的痛点之二：新电改全面启动，“并网”问题在逐渐突破

除了天然气价格外，“并网难”同样是分布式天然气项目面临的最大阻碍之一，如果后续没能得到及时解决，无疑将成为分布式天然气未来发展道路上的“拦路虎”。目前已经建成运营的分布式天然气项目多是“孤岛运行”，即发电量自发自用，不由电力公司统一调度，许多项目在运行过程中发现如果无法实现并网，资源很难达到最大化利用。2015年11月30日新电改六大配套文件出台，其中《关于推进售电侧改革的实施意见》明确提出向社会资本开放售电业务，赋予用户拥更多选择权，其中就包含分布式能源企业。

目前国家并没有针对分布式天然气上网价格给出明确说明，但在2014年发改委曾公布《关于规范天然气发电上网电价管理有关问题的通知》，该文件指出天然气发电上网最高电价不得超过当地燃煤发电上网标杆电价或当地电网企业平均购电价格每千瓦时0.35 元。按现在燃煤的脱硫电价0.4-0.5元计算，天然气上网电价最多可在0.75-0.85 元之间。根据调研结果显示，可查地区中天津市的滨海燃气电厂价格最高，为0.6879 元，其他地区价格多集中在0.53-0.7元之间不等。天然气分布式能源的经济效益还有赖于“并网”问题的进一步解决。

表：国内主要省份天然气上网电价一览(单位：元/度)上网电价

0.65

北京发改委①    天津城南燃气热电、武清福源热电公司等四个新建天然气发电企业：0.65

②    滨海燃气电厂：0.69

天津发改委0.72

上海发改委①    9F、6F机组：0.54

②    9E、6B机组：0.6

浙江物价局0.54

《福建省经济与信息化委员会关于做好2016 年天然气供需平衡及运行调度工作的通知》

面临解决的痛点之三：相关政策日益完善，多地出台补贴政策

关于分布式天然气的政策最早可以追溯到2004年，当时上海出台了第一版专门补贴天然气分布式能源的政策，然而这点星火并没有形成燎原之势。2011年10月，我国公布《关于发展天然气分布式能源的指导意见》公布以来，全国有天然气分布式能源项目获得了政策激励。但由于之后气价上升，这一政策暖风很快就被吹散了。2014年底，发展改革委、能源局和住建部联合印发《天然气分布式能源示范项目实施细则》，完善了天然气分布式能源示范项目审核、申报等管理程序。在中央政策的鼓励下，各地纷纷出台相关细则，并提出要把更多的自主权交给地方，鼓励探索特许经营。为了鼓励天然气分布式能源项目，多地已经出台实质性的补贴政策。补贴的金额为1000—3000 元/千瓦，达到投资额的10%—30%。

表：分布式天然气项目各地补贴政策对分布式功能项目按照1000元/千瓦予以设备投资补贴，对年平均能源综合利用效率大道70%且年利用小时在2000小时及以上的分布式供能项目再予以2000元/千瓦的补贴，每个项目享受的补贴金额最高不超过5000元补贴标准为3000元/千瓦的补贴，每个项目享受的补贴金额最高不超过5000万元，项目单位按照相关要求进行申报拟补贴标准为2000元/千瓦按照1000元/千瓦的标准给予设备投资补贴，年平均能源综合利用率70%级以上的再给予1000元/千瓦的补贴，每个项目享受的额补贴金额最高不超过3000元。

天然气分布式能源仍面临的诸多挑战

首先，法律障碍仍待突破。虽然诸多政策鼓励分布式能源的发展，但《电力法》25条却规定：“供电企业在批准的供电营业区内只设立一个供电营业机构，供电营业机构持《供电营业许可证》向工商行政管理部门申请领取营业执照方可营业”。这导致新增供电主体非常困难，电力生产企业没有向终端用户直接供电的权利，用户也没有自由选择电力供应商的权利。如北京燃气大楼，天然气分布式项目本可以向周围建筑供热供电，但由于《电力法》约束，其无权供能，浪费2/3的能源产出。

其次，统筹机制缺失，相关主体利益协调难。虽然发展天然气分布式能源有利于电网的运行和满足快速增长的需要，但每建一个分布式能源站都相当于与电网公司争夺客户。双方不能协调处理基础设施投资以及电力直供机制问题，已经成为发展分布式能源的一大障碍。

第三，天然气市场化程度仍存在不足。美国分布式能源规模发展的基础是页岩气开发使气价大幅降低，而我国天然气行业市场化程度不高，垄断体制导致上下游一体化经营，扭曲了市场价格和供求关系。过高的价格令现有天然气分布式能源项目失去经济性。

按照规划，到2020年我国分布式天然气还要建设总计4500万Kw的项目，按照每千瓦需要3500-4500元投资计算，预计未来十年需要发电设备总投资1575-2025亿元，每年需要投资158-203亿元。天然气分布式能源投资相当于未来增量电厂建设投资的3.5%（预计所有增量电厂投资5000亿元/年）。

• 下游市场分析

天然气分布式能源的下游客户可大致分为楼宇型和区域型，主要包括工业园区、数据中心、楼宇、医院、机场等等。分布式天然气项目最适合的对象是下游有热/冷、电的稳定需求，蒸汽/制冷价格与传统能源相比有一定的竞争力，利用小时数相对稳定的用户。我们认为分布式天然气最为刚性的下游行业为数据中心、工业园区/工厂、医院。

从地域来看，经济发达地区更偏爱天然气分布式能源。下游市场装机规模分布：沿海城市(环渤海+长三角+珠三角)>川渝地区>华中地区>东北地区。结合国内外经验对数据进行分析，可以得出如下结论：1）经济发达地区财政支持的可能性更大，地方政府有足够财力进行补贴，用户承受较高能源价格的能力更强。2）从电力供需角度看，外购电需求旺盛且经济发达的地区发展分布式能源潜力较大，主要是从辽宁到广东的沿海地区，华中、华东、华北地区等。3）依靠非石油、煤炭资源开采而发展起来的城市发展天然气分布式能源的潜力更大：如广东、江浙要优于克拉玛依、大庆、山西;4）经济发展程度低的地区政府财政较为紧张，用户承受较高能源价格的能力较弱，电力供需萎靡，发展天然气分布式能源的潜力相对较小。

• 竞争环境分析

中国分布式天然气行业正处于蓝海市场的萌芽期，竞争格局相对分散。分布式天然气行业产业链主要包括投资运营（108家）、工程总承包EPC（82家）、设备制造商（70家）。居于相对领先的公司如航天能源、华电、四川能投、北京燃气、中国燃气、新奥能源，另外，上市公司中派思股份、迪森股份、广州发展、大通燃气、重庆燃气、天壕环境都纷纷开始布局。

• 燃气轮机竞争格局

虽然分布式天然气行业各大参与者各有优势，但是燃气轮机为最核心壁垒。在国外是较为成熟的工艺，而中国虽然研制燃气轮机的历史很长，但由于技术积淀、规划不明等原因，一直没有研制出商业用途的燃机。

目前国外大型燃机的制造商主要为通用电气（GE)、西门子（Siemens）、三菱（Mitsubishi）、日立（Hitachi)； 而中小型的燃机制造商主要有德国的曼（MAN  Diesel&Turbo）、美国的索拉(Solar)、日本的川崎(Kawasaki)、英国的罗罗（Rolls—Royce)（航改机卖给了西门子）、美国普惠P&W（航改机卖给了三菱）、美国的Capstone、荷兰的OPRA（派思股份收购) 等。天然气分布式能源在中国发展已有也有近20年的发展历史，但由于各种原因，已建成的80多个天然气分布式能源项目，约半数在运行，半数因电力并网、效益或技术等问题处于停顿状态。随着国内天然气供应得到保障和研发技术的不断进步，大规模发展分布式天然气的条件是否已经具备，拐点期有多长？我们认为拐点期的长度取决于以下几个前提因素的变化：

• 天然气价格及市场化机制的推进程度

天然气分布式能源系统的运行成本，受燃料（天然气）价格影响特别大，即使是一个热力匹配完好（利用效率≥70%）的冷热电三联供系统的经济性也并不一定好。所以，具有经济性的天然气价格及稳定的价格机制是影响分布式能源站发展的一个主要因素（气价在2.8以下的项目经济性好）。另外，天然气分布式能源产品（热和冷等能源）尚未进入真正的市场经济。尽管已被广泛认知是商品，但未实行真正的市场定价，其出厂价格则由政府定价或政府指导定价，所以当上游原料、人工成本上涨时，下游电价、热/冷价不动，势必会带来较大的矛盾。

• 国家及地方相关具体政策的支持与落实程度

目前，国家层面及地方政府均陆续出台了鼓励天然气分布式能源发展的支持政策，提出了发展目标及措施，但因没有具体的实施细则或相关利益关系没有捋顺，牵扯到如税收优惠政策、天然气价格折让、上网电价、电力直供等问题而无法落到实处。由于国家政策没有强制执行标准，分布式能源战略风险、市场风险很高。目前已经建成运营的天然气分布式能源项目所发电量多是自发自用，不由电网公司统一调度，且电价一般是由项目公司与用户之间协商。

• 设备国产化率及项目工程经验成熟度

我国目前还难以实现分布式能源成套设备自主生产，关键设备和控制系统尚需进口（特别是燃气轮机）。尽管进口设备的价格在逐年下降,但仍维持在较高水平。较高的设备成本是阻碍分布式能源广泛推广的一个重要原因。同时，由于本地化的工程师与高级技工比较稀缺, 天然气分布式能源项目安装及维护成本的变化范围也很大，特别是对一些不太成熟的技术，安装成本可占其设备成本的30%。因此，设备的国产化程度与项目工程经验的成熟度会影响天然气分布式能源的投资成本及回收期限。

天然气降价向下游的疏导速度及国家天然气价格政策存在不确定性，关于“并网”具体的实施细则或相关利益关系没有捋顺，下游市场形势一般，或制约改造需求等，这些都是影响投资的较大风险。《专题研究》是中集集团战略发展部投研人员不定期形成的研究报告，版权归“CIMC战略洞察”所有，欢迎个人分享，媒体或机构转载引用请回复联系小编。

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