天然气分布式能源测算、现状、瓶颈分0130916.doc

天然气分布式能源项目投资收益测算与现状、瓶颈分析北京嘉德恒信 保投资有限公司 2013-9-11天然气分布式能源项目投资收益测算与现状、瓶颈分析一、 天然气分布式能源成本、利润与投资收益分析1、 发电、制热（制冷）成本、利润分析 发电成本、利润按照国家天然气标准，每立方米的天然气热值为31.4mj，换算成热值大约为8.72千瓦时（1千瓦时=3.6mj），依据能量的梯级利用，按37%的能量直接发电，则1m天然气可直接发电3.2度电。北京市非居民用天然气门站价为2.26元/ m，则每度电的原料成本为0.71元。暂按照北京西环广场写字楼收费电价1.16元/度计发电收入，则发电毛利润为0.45元/度。1m天然气发电收入为3.71元。与火电成本比较：按入炉燃煤单价(不含税)为1042.6元/吨计，电厂的平均煤耗为318克/千瓦时，以此计算，1度电成本为0.332元/千瓦时，加上17%增值税后为0.388元/千瓦时。 制热（制冷）成本、收入天然气发电生成的烟气由高温变成低温，释放热量，释放热量的多少与烟气的比热容、质量、温度变化多少有关。释放热量计算公式：q=cmtq为释放的热量，c为烟气比热容，m是烟气的质量，t是放热后温度所下降值。甲烷与氧气反应方程式：ch4+2o2=co2+2h2o据此方程式，消耗1kg甲烷，需消耗4kg氧气，空气中氧气含量为20.95%，氮气78%，二氧化碳0.03%，稀有气体0.94%，水和杂质0.03%。因此需要空气量理论值为4kg/20.95%=19.09kg。因此，1kg天然气发电后烟气量理论值为20.09kg。天然气密度为0.7174kg/m，1m天然气可产生烟气量理论值为14.41kg。据甲烷与氧气反应方程式，消耗1kg甲烷，生成2.75kg二氧化碳以及2.25kg水蒸气，除此，烟气中还有14.89kg氮气、0.2kg稀有气体、杂质。理论上，烟气中二氧化碳含量为13.69%，氮气含量74.12%，水蒸气含量11.2%，稀有气体、杂质含量0.99%。二氧化碳比热容为840j/（kg），氮气比热容1040j/（kg），水蒸气比热容1850j/（kg），稀有气体、杂质（暂按氦元素计算）比热容5190j/（kg）。烟气比热容计算：840*13.69%+1040*74.12%+1850*11.2%+5190*0.99%=114.996+770.848+207.2+51.381=1144.43 j/（kg）根据换热系统的设计标准，排放尾气温度不同导致制热（冷）效率不同，尾气温度低，效率自然高。不同尾气温度下制热（冷）效率测算表项目单位数值尾气温度1201008060天然气发电后烟气温度5505505505501m天然气发电后产生烟气量kg14.4114.4114.4114.41烟气比热容j/（kg）1144.431144.431144.431144.431m天然气发电后产生烟气释放热量mj7.09 7.42 7.75 8.08 1m天然气热值mj31.431.431.431.4制热（冷）效率22.58%23.63%24.68%25.73%一般写字楼、商场供冷（热）按面积大小收费，但一个供冷（热）期内，每平米建筑需要消耗多少焦耳能量与建筑保温效果有关，对于保温效果好的建筑，耗能低，那么一个供冷（热）期内消耗的天燃气量小，但与保温效果差的建筑比相同面积收费却一样，那么对于服务于保温效果好的建筑的天然气分布式能源项目利润自然高。根据对4000家写字楼、1600家商场能耗数据统计，公共建筑其空调耗能约占整个建筑总能耗的4060%，单位空调面积的电耗一般在80200kwh/年。根据上表，按排放尾气60、最高热量释放值计算，1m天然气制热（制冷）效能为8.08mj，相当于2.24kwh电能。对于写字楼、商业，1m天然气转化为制热（制冷）方面的效能一年可供暖（供冷）面积算法：最小值：2.24 kwh/200kwh/=0.0112最大值：2.24kwh/80kwh/=0.028据查，北京市写字楼、商场一般供暖（供冷）收费标准为40元/采暖季（供冷季）左右，即每年供暖与供冷收费总计80元/。1m天然气转化为制热（制冷）方面的效能一年可供暖（供冷）收费算法：最小值：80元/*0.0112=0.896元（保温效果差的）最大值：80元/*0.028=2.24元（保温效果好的） 测算综合成本、利润：序号项目单位数值备注一1m天然气成本元/m2.26参考北京市非居民用天然气门站价二1m天然气发电安全保障费元/m0.32电网收取，约0.1元/度，1m天然气可发电3.2度三每年1-3月份、6-9月份、11-12月份， 1m天然气收入元/m4.6063.1发电收入元/m3.713.2制热（制冷）收入元/m0.896保守计算，按保温效果差、能耗高建筑计算四每年4-5月份、10-11月份， 1m天然气收入元/m3.71这段时间不需要供热或供冷五每年1-3月份、6-9月份、11-12月份， 1m天然气毛利润元/m2.026“三”-“一”-“二”六每年4-5月份、10-11月份， 1m天然气毛利润元/m1.13“四”-“一”-“二”2、 投资收益分析2009年10月投产使用的中国华电广州大学城天然气分布式能源项目，一期建设278mw机组，主体工程造价71,870万元，同时配套建设220kv送出线路工程，送出工程造价9,399万元，合计工程总投资81,269万元，折合单位投资成本5210元/kw。年耗能量为156mw*300天*24小时/天=11.232亿kwh，折合40.4352亿mj。按照国家天然气标准，每立方米的天然气热值为31.4mj，因此年耗天燃气量1.2877亿m。测算投资回收期：年毛利润为：2.026元/m*1.2877亿m*2/3+1.13元/m*1.2877亿m*1/3=1.7393亿元+0.485亿元=2.2243亿元扣除25%所得税，年净利润1.6682亿元。投资回收期4.9年。2、 天然气分布式能源案例及行业现状1.目前，地方上只有上海市在2008年出台了分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法，对分布式供能系统和燃气空调项目单位给予一定的设备投资补贴，分布式供能系统按1000元/千瓦进行补贴。但这种项目建设补贴在业内人士看来并不足以支撑天然气分布式能源项目运营，他们呼吁对电价进行补贴。由于多方面的原因现在北京还没有出台相关的补贴政策，但是就目前的项目发展情况来说，其参与的天然气分布式能源项目能保持微利运营，就是说还有一部分的利润。以北京燃气集团办公大楼项目来讲，经过这几年的运营，每年大约有90万的盈利。如果全国性的补贴政策能出台的话，这个行业的发展将会不可估量。在节能减排发展绿色清洁能源的大前提下，补贴的标准要符合天然气分布式能源可持续发展的需要和wto的相关规定。补贴还要有相应的跟踪监督机制，项目运行一段时间后要组织专家组对项目进行检查，对达到能效标准运行良好的项目进行补贴，达不到的取消资格，这个检查可以年年进行。还有“以奖代补”的方式，即等项目运行后有了实际的节能效果和数据，中央财政和地方财政再各拿出一部分资金进行奖励或者补贴。国家大力支持分布式能源的发展，对分布式能源的扶持鼓励、并网售电的政策需要进一步的完善和落实，为天然气分布式能源的发展创造良好条件。同时，还要积极推进分布式能源的标准体系建设，指导行业健康发展。广州大学城分布式能源站位于广州市番禺区南村镇，与广州大学城一江之隔，占地面积11万，是广州大学城配套建设项目，为广州大学城18平方公里区域提供冷、热、电三联供，也是全国最大的分布式能源站。中国华电集团新能源发展有限公司和广州大学城能源发展有限公司按55%和45%的比例共同出资成立广州大学城华电新能源有限公司，负责广州大学城分布式能源站项目的投资、建设及经营管理。能源站总体规划为478mw，分二期建设，一期278mw于2008年7月28日正式开工建设，2009年10月实现“双投”。广州大学城分布式能源站包括lng燃气蒸汽联合循环机组及配套设施、热水制备站、冷冻站等（热水制备站和冷冻站属大学城管理）。能源站以天然气为一次能源，通过燃气-蒸汽联合循环机组发电。广州大学城分布式能源站燃机采用普惠动力系统公司的ft8-3swiftpac双联燃气轮发电机组，ft8-3属轻型燃机，由两台燃气轮机和一台发电机组成，两台燃气轮机通过联轴器直接连接一台双端驱动发电机（额定出力60mw）。通过叶轮式压气机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时气体燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧，生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转带动发电机，燃机效率可达39%，排出的479烟气进入余热锅炉循环利用。余热锅炉采用中国船舶重工集团公司第七0三研究所生产的双压带自除氧卧式自然循环锅炉（66.8t/h），生产的蒸汽供应给汽轮发电机；汽轮机采用中国长江动力公司（集团）生产的一台抽凝式汽轮机（15mw）和一台补气式汽轮机（21mw）。发电后的尾部烟气余热再生产 高温热媒水制备生活热水和空调冷冻水。 广州大学城分布式能源站以洁净的天然气为燃料，采用先进的燃气轮机发电设备，大大减少了nox、so2、tsp等污染物的排放，其中nox排放是同容量常规燃煤电厂的1/5，so2、tsp的排放几乎为零。同时锅炉补给水采用ro膜+edi（电去离子）系 统制水，无强酸性、强碱性废水产生，生产、生活产生的废水经过处理后用于厂区内清洗、浇灌等，实现废水零排放。广州大学城分布式能源站实现了能源的梯级利用，能源利用效率得到了很大提高，达到78%。使能源站具有了能源传送距离短、能量转换和传送损失小、能源利用率高、建设安装周期短、运行方式灵活、设备启停方便、负荷调节灵活、系统安全性和可靠性高的特点。广州大学城分布式能源站实现了“安全、高效、节能、环保”的理念，被广州电网确定为“保亚运”供电具备黑启动能力的重要电源点。2.行业现状：国内近20年的发展历史，但由于各种原因，已建成的40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1) 2)3) 4)5) 6) 7)小结：政府准备大力发展分析式能源项目的建设，市场潜力较大，但前期投入需要一定资金量，因国内各地区的政策限制和电价格均有不同，直接影响成本投入和资金回收时间；目前开发分布式能源业务的企业，多为燃气集团、石油公司和能源公司，这些企业都具有直接供应资源的优势渠道，有效的降低成本；使用分布式能源的企业大多是北京南站、亦庄开发区、广州大学城等国家企业，目的只是为建筑供应能源，盈利能力不明确。契机： 因国家发改委还没有正式公布燃气发电的入网电价方案，但分布式能源范区的启动，将直接推动并网补贴电价的落实。届时，我国分布式能源发展的最大瓶颈并网难问题将被解决，将借电价补贴的方式打破发展速度慢的僵局。 三、 天然气分布式能源的商业模式：1.主要用户领域：通过案例了解，用户基本包括制造业园区、高新区、技术开发区、城市规划新区或中小城镇、机场、铁路站、交通枢纽、综合商业区、单位、医院、酒店、学校及写字楼等，规模多在1-200兆瓦。2.政府补贴模式：1） 补贴有相应的跟踪监督机制，项目运行一段时间后要组织专家组对项目进行检查，对达到能效标准运行良好的项目进行补贴，达不到的取消补贴资格，之后自负盈亏，这个检查年年进行。2） “以奖代补”的方式，即等项目运行后有了实际的节能效果和数据，中央财政和地方财政再各拿出一部分资金进行奖励或者补贴。3）国内补贴政策：a是对分布式能源的投资进行优惠。优惠政策包括：按照分布式能源设备的铭牌容量给予财政补贴；在当前国产设备技术条件尚不成熟的情况下，对于确需进口设备的工程，免除设备进口税，随着国内分布式技术的发展，逐年减少设备进口税的优惠力度；银行等金融机构对分布式能源项目优先贷款并给予利息优惠；在分布式能源接入系统的投资方面给予财政补贴。b是对分布式能源国产设备的研发和推广进行引导和鼓励。相关的措施包括：建立和健全科技创新激励和保障机制、加大对分布式能源技术研究与开发的投入、促进技术转让、完善产业创新体系等；设立分布式能源技术研究的专项资金，扶持和鼓励国内企业引进、消化、吸收国外先进技术，并在此基础上自主创新。4）国内、外补贴现状:a德国政府对天然气为燃料的分布式能源出台了诸多支持政策，以补贴为例，小型热电联供设备(50kw)在投入运行后的10年内，每度电可以享受5.11欧分的补贴，由于节约输电费用，每度电还奖励0.15-0.55欧分;只要能够表明每年能效超过70%，还可以享受退税优惠，每度电为0.55欧分;此外，为了加快市场引入50千瓦的设备，德国出台了刺激计划，在10年期间提供400万欧元的财政支持。b英国分布式能源平均占电力市场比例虽然只有7%，但约有82000座装置。政府要求所有的能源公司必须承担义务，减少碳排放和能耗;能源公司可以部分补贴设备的成本，减少消费者的费用;如果采用分布式能源技术提高节能50%，企业可以获得政府信贷;设备的安装减免5%的增值税等等。c上海市天然气补贴标准，对年平均能源综合利用效率达到70%的分布式供能系统项目单位给予一定的设备投资补贴。其中，年平均能源综合利用效率达到70%(含)-75%的项目，补贴标准为3000元/千瓦;年平均能源综合利用效率达到75%(含)-80%的项目，补贴标准为3500元/千瓦;年平均能源综合利用效率达到80%(含)以上的项目，补贴标准为4000元/千瓦。对于燃气空调项目，设备投资补贴标准为200元/千瓦制冷量；4）上海市电价补贴标准：年平均能源综合利用率在70%以上、年利用小时在2000小时以上的区域性分布式供能项目，其上网电价在本市燃煤电厂上网标杆电价的基础上给予不低于0.25元/千瓦时的价格补贴；其余的区域性分布式供能项目，其上网电价按照本市燃煤电厂上网标杆电价执行。d北京还没有出台相关的补贴政策3.电力直供交易模式：3.气价方面：1）气电与煤电之争，气价一般不能高于3元/m，广东气价超4元，政府补贴才盈利。2）上海有气价优惠，中石油有直供气优势和优惠政策。4.电价方面：1）各大发电公司，发电上网，发改委制定上网标杆电价，地方再补贴。2）楼宇型并网不上网，电价按电网公司销售电价，项目利润较好。3）较大型园区争取获得区域电力特许经营权，政策给予电价优惠，效益较好。5.申请区域特许经营权的模式：1）经营者统一拥有和运营区域内的能源项目：包括三联供、分布能源设施、供热和供天然气管网，以及微电网。2）区域内的电源项目与微电网统一并网；不够的部分统一向电力公司购入3）分布式能源统一与大电网并网；4）自发电和从大电网来的电力统一调配；5）付给大电网必要的容量备用费，与园区内用户分享节能利润注：北京燕山石化、首钢和天津开发区基本采取以上方式结论：天然气分布式能源的商业模式主要靠政府补贴才可盈利，补贴标准依据当地政策或根据用电量为准，对电价的补贴尤为关键；部分地区直接为用户供给，需要申请特许经营权，国家尚未出台天然气的收费标准。 因此，综合考虑提高能效、天然气价格、并网设备投资、电网改造等因素，对于天然气分布式能源，建议现阶段采用“并网不上网”的方式，以提高能源综合利用效率，降低分布式能源系统的投资；随着我国电网的建设和发展，能源价格体系的完善，电网接纳分布式能源的能力不断提升，可逐步由分布式能源自主选择并网方式。四 天然气分布式能源发展瓶颈1. 经济方面：1）气价方面：a一度电接近一元的价格，装机成本约1.2万元/千瓦，与煤电相比难有竞争力。b按照国外的情况，商业用气的价格最高。一些分布式能源项目，并没有拿到明确的天然气气价，还需要国家或地方政府出台配套的政策。2）电价方面：a分布式能源的电价标准不明确，收费标准是火电商业电价，1.16元/度，b分布式能源项目都是以“冷、热”定“电”的。在供热上，多呈现的是公益性，体现不出企业的经济效益。c因天然气价格高，所以分布式能源项目电价成本比普通的火电高，相对应的上网电价也就高于火电，用户在接受上就存在一定的难度。现在对于分布式能源的电价，都需要根据各地进行测算，所以价格不统一。3）冷、热价方面：国家未出台关于分布式能源冷、热价的规定，冷价只能按电费收取，热价根据用户系统，按国家供热价或制热所用电量收取。2.政策方面:电力市场尚处国家垄断，未开放：输配分开：改革尚未实现，电网一家垄断，电力法不合理，未引入竞争机制，有的地区不让并网，或有的地区并网后电价很高。3经营模式的限制：1)并网上网：供冷、热在周边，全部采用国家电力公司供电，给用户的上网电价低，需要地方补贴。2)直接对用户：可采用销售电价，但只限于自发自用，规模小受限制。3)局部使用电网：区域型项目需要政府给与特许经营权。4.价格体制方面：1）天然气价：进口气价和南方气价贵，定价原则刚刚试行。 2）电价体制：因成本高所以不能销售廉价电力，廉价电价尚未出台；地方政府没有认识到较大型分布式系统需要补贴更多。5政府缺乏认识和体制：1）各地电力、热力、燃气等各自为政，没有实现一体化管理。2）缺少技术和规范：政府对项目的审评和建设设计缺少规范。五、 环保、社会效益方面。1.环保方面：1）对环境污染极小。在各种型式的发电装置中，分布式能源的另一个主要优点是它能适应环保要求，被称为“清洁电厂”。因它采用天燃气为燃料，燃烧产物没灰渣，不用灰渣排放；燃烧效率高（供电效率高）能完全燃烧，由于节约燃料燃烧产物co2少。当今，我国对发电厂污染物的排放量的要求日益严格，常规煤发电为了满足国家环保规定，采用烟气脱硫设备，其投资约占发电厂总投资1/41/3，运行费高达每度电增加35分。通过减少污染物的排放，也可节约在环保方面支出的费用。以下表内是一个500兆瓦燃煤电厂与同容量的燃天然气电站的污染物排放对比的情况。燃煤电厂(吨/年)燃气电厂(吨/年)二氧化硫8,0437氮氧化物5,056971二氧化碳2,942,3751,241,292灰125,0000渣350,0000可吸入颗粒物428212）容量燃煤电厂和分布式能源的有代表性的实际投资综合分析，按燃煤电厂机组的系列容量折算，单位投资比燃气联合循环电厂较便宜；而且燃气机目前国内仅能生产36兆瓦级度以下的设备，若按我国目前进口设备政策，燃气机组能返包10%30%给国内厂家生产，其价格将可降低。3）调峰性能好，启停快捷。燃气机从启动到带满负荷运行，一般不到20分钟，快速启动时，时间可更短。若以50mw电厂为例：分布式能源系统启动热态为60分，温态为90分，冷态为120分钟可带满负荷。而煤炭电厂启动至满负荷为：热态90分，温态180分，冷态为300分。因而燃机电厂是城市备用或调峰机组的最佳选择。4）占地少。分布式能源厂由于无需煤场、输煤系统、除灰渣系统以及除尘、脱硫系统等，所以厂区占地面积比燃煤电厂所占厂区小得多。比同容量燃煤电厂相比，燃气电厂占地面积只有燃煤电厂的面积3040%，且电厂建筑面积也只燃煤电厂的面积20%。5）耗水量少。分布式能源机组不需要大量冷却水，可减少冷却水的供应，这对于干旱缺水地区建电厂尤为重要。一般比同容量燃煤电厂少得多，简单循环只需210%火电厂的用水量，联合循环也只有火电厂的1/3左右。6）建厂周期