从天然气分布式到智慧能源的上海实践与未来

刘惠萍 宋天琦

1．上海市分布式能源产业技术创新战略联盟

2．上海航天智慧能源研究院

0 背景

天然气分布式能源系统是清洁能源应用方式发展的一个重要方向，具有促进节能环保、提高能源利用效率、安全保障和推动相关产业发展等多重社会效益和经济效益，也是世界各国鼓励和发展的方向。上海分布式能源发展起步较早，天然气分布式能源系统是其重要的探索方向之一，在近50个超过十类用户场景项目中进行了先导性科创探索与商业化应用实践，目前已拥有一批良好运行的单体和区供项目，走在全国前列，其所历所得，值得借鉴。

1 回顾推进天然气分布式能源系统实践，六个方面做法可借鉴

二十年来，上海从市场潜力分析、发展可行性研究、试点项目探索和国际合作研究交流等方面开展了一系列先导工作。在1999年4月东海天然气登陆上海之前，上海就如何让天然气“用早、用好、用足”开展了系列产业技术装备和机制创新研究，探索分布式能源系统应用也从大学实验室走向产业园区、机场商圈等各类用户场景。从申博成功的前期研究到世博试点，从打造永不落幕世博会出发探索虹桥低碳商务区区域分布式能源系统商业化示范，到后世博园区、前滩、徐汇滨江、迪斯尼的全方位推广，历时又十年。自2004年起，上海市接续出台了四轮天然气分布式能源系统的扶持政策，从建立协调机构、拟订政策、制订规范、科技支撑、项目推进、联盟协同、组织宣传等方面积极推动，具体做法梳理如下。

1.1 协调机构从无到有，推进工作卓有成效

上海市委、市政府高度重视，将发展分布式供能系统作为供能安全保障、推进节能减排工作的重要抓手，多次召开工作会议进行决策部署。2004年，上海市发展改革委牵头会同相关委办成立了市燃气空调和分布式供能系统推进发展工作小组，在原市建管委燃气行业管理部门下设办公室——上海市燃气管理处，负责具体日常推进工作。十五年来，已经形成了相关市（区县）政府部门及企业共同参与的协同工作网络。

1.2 政策支持持续稳定，扶持模式逐步优化

2004年9月和2008年11月，上海市陆续发布了《关于本市鼓励发展燃气空调和分布式供能系统的意见》和《上海市分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》，在此基础上，2013年3月又发布了《上海市天然气分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》，在前两轮设备投资补贴、电力并网、道路掘路、优惠气价等支持基础上，进一步明确对项目能效后评估项目再予以补贴的扶持政策。即年平均能源综合利用效率达到70%及以上且年利用小时在2 000h及以上的分布式供能项目再给予2000元/kW的补贴。每个项目享受的补贴金额最高不超过5 000万元。同时，明确政府投资项目优先使用。即要求政府投资项目，设计单位在可行性研究报告中要有分布式供能方案的比选论证，具备安装使用条件的，应使用该系统，包括医院等公益性项目和年用能（热、电、冷）超过5 000tce的重大基础设施建设项目。2017年，上海市出台第四轮扶持办法，在前三轮的基础之上，提出对年平均能源综合利用效率达到80%及以上且年利用小时在3 000h及以上的天然气分布式供能项目，再给予500元/kW的奖励性支持。

1.3 技术规程国内首创，突破瓶颈日益完善

鉴于当时国内尚无相应的分布式供能系统设计、施工和验收技术规程，为尽快突破这一技术“瓶颈”，2004年底，上海市发改委牵头、市科委立项组织重大攻关，成立电力、燃气、建筑企业及设计院专家和市政、消防、质监、安监、规划、环保等部门共11个单位38人组成规程研究编制组。2005年，上海市建设交通委把建设工程规范编制列入计划，8月批准上海实施《分布式供能系统工程技术规程（试行）》，2008年又完成了规程修订并颁布正式实施。2015年，针对近年来国家、行业及地方颁发的有关促进天然气分布式供能系统健康发展的政策和规定,总结经验和问题,针对性地开展了如区域分布式能源系统、满足环保新标准等专题研究，在广泛征求意见基础上,完成第三次技术规程修编，《天然气分布式供能系统工程技术规程》已正式实施。

1.4 科技支撑试点示范，项目推进覆盖城乡

项目涉及类别从单一用户型向多用户区域型拓展，现正逐步向美丽乡村综合型延伸，能源品种选择从单一品种向多能互补转型。如从城市用户供能型包括低碳商务园区示范、工业园区燃煤锅炉替代示范、与可再生能源结合的新能源产业基地示范、与电动车船用户及储能结合试点等。行业涉及面几乎覆盖医院、宾馆、办公、学校、工业及区域供能等适合的领域。区域如虹桥商务区、世博、前滩、徐汇滨江、航天飞奥以及科技大学、迪斯尼等。同时，鼓励能源、装备等企业组建大型能源服务公司，专业从事分布式能源系统和智慧能源服务项目，同时注重从大学学科建设到设计建设工程实践一线培育能源服务产业人才和能源管理服务队伍。

1.5 联盟携手模式创新，抱团发展催生市场

在互联网+智慧能源的推动下，市场活跃度不断提高。各类能源、信息、制造、地产、金融等企业以发展分布式能源为重要契机，拓展业务板块，延伸企业价值链。2014年，围绕以企业为主体，以形成产业核心竞争力为目标，成立了上海市分布式能源产业技术创新战略联盟，围绕优化分布式能源产业技术创新链及产学研用结合机制，实现企业、高校和科研机构在战略层面的有效结合，共同致力于突破分布式能源技术创新和产业发展的技术瓶颈，提升分布式能源产业行业整体水平。如，针对分布式能源系统是为用户定制化服务的市场需求，2017年组织行业企业开展上海市地方标准《天然气分布式能源系统项目服务规范》和格式服务合同的编制，为规范行业服务填补空白。

1.6 宣传推广形式多样，精准服务力度加大

2004年以来，上海市政府多次组织大型宣传活动，包括各区县政府、相关行业的现场推进大会，政策解读、规范宣贯会议以及关键技术应用大型研讨会等。2008年，上海市政府通过新闻发布的形式，对发展分布式能源系统的发展意义和新一轮政策进行了宣传。同时，在燃煤锅炉替代等行动中，相关协会、联盟也积极组织能源服务公司与潜在用能企业对接，通过大型论坛、网站、微信等新媒体大力宣传，利用互联网+分布式能源思维模式创新商业模式，推广分布式能源系统。2018年6月，首届“长三角能源互联网创新论坛”在上海召开，为更好普及安全、高效、清洁用能创新方式，倡导区域能源互联、绿色智慧共享，笔者受委托率联盟专家委创立专栏“慧能评说”，重点分享分布式能源、绿色交通和智慧能源产业技术创新故事，受到行业的欢迎。目前，已经有一大批分布式能源的志愿者加入科普公益宣传队伍。

2 重塑分布式能源系统发展优势，四大特征需关注

天然气分布式能源系统由于其系统靠近用户端、运行方式多样，相比传统的集中式供能系统，具有安全、清洁、高效、灵活的四大特征优势。我们发现部分企业在市场拓展，向业主用户宣传分布式能源优势时，提及高效节能较多，提及安全保障和灵活性特征少。行业中也有部分设计单位缺乏经验，承接项目后按大电厂、房地产建筑思路设计分布式能源系统，带来了一定偏差，让用户体会不到分布式能源系统的优势。推进中，我们体会是成功的项目往往正是更加关注其提高用能可靠性，关注低碳形象和绿色价值，从而提升项目的品质带来新的溢出价值。如将分布式能源系统提前纳入园区基础设施一体化建设规划，同时能源服务企业提前介入，有利于提升园区专业化高质量全生命周期的能源服务，提升园区环境品质和用户舒适度同时，对招商引资具正向促进作用。

2.1 更加关注天然气分布式能源系统可提高用户端用能安全可靠性

在意外灾害、市电故障、电力检修等情况下，分布式能源系统是对单一大电网、大电源的有益补充，具有在线备用电源的功能，相比传统的柴油机备用，更具及时响应与清洁排放。在2003年美、加大停电、2011年日本大地震、2007年我国南方冰雪等历次灾害事故中已凸显其作用。根据行业调研，未来无论是对单一用户或区域用户，城市或乡村，市场需要都呈现上升趋势。如何提高用户端抗风险能力，提高供能可靠性，尽管目前已从科技试点到实战演练进行布局，但调研中发现，还有一定差距，许多用户得知时项目已经设计，预算已经框定，为此，建议项目开发前期规划阶段就要介入。能源服务企业对于交通枢纽、医院、数据中心、重要部门及不可间断能源的工艺特需、科研实验室、医养结合养老服务场所、农业养殖等量大面广的重要负荷用户要更加关注。

2.2 更加关注基于用户端的兼具灵活特征的分布式能源系统微网可帮助气电大网削峰填谷

分布式能源系统一般针对用户特征设计，设备、基础设施建设等根据用户量身定制，灵活选择技术和运行方式。同时，分布式能源系统可以根据新增负荷，灵活配备新的能源系统。

基于用户端的分布式能源系统可以起到削减高峰负荷的作用，通过价格手段引导用户在用电高峰时段发电，在用电低谷时段减少分布式能源系统的电力输出，尽量使用电网低谷电，可有效减少电网的调峰需求。同时，我国天然气绝大部分用于冬季供暖，夏季处于用气低谷，恰好与电力峰谷互补，因此，天然气分布式供能系统也具有天然气季节性削峰填谷的作用。

随着分布式可再生能源如光伏项目增多，借鉴国际电力交易经验，通过互联网+智慧调度，将气象情况变化与用能调度结合，创新机制，实现天然气分布式能源为分布式光伏调峰。为此，建议未来在城市更新，特别是美丽乡村建设中要更加关注与农村多种可再生能源的互补，研究支持农村地区天然气供应的非管输利用及乡村社员微能网与大能网的结合，充分考虑“电商、电桩、电能”融合，构建乡村能源合作社，提升乡村用能保障品质，为乡村振兴产业发展助力。

2.3 更加关注分布式能源系统兼具有清洁与高效的综合绿色效益

天然气分布式能源与采用煤炭等传统化石能源的集中式供能系统相比，污染物与温室气体排放均大幅削减。

分布式能源的梯级利用特征，相比传统的单独供能方式，要满足用户同样的能源需求所消耗的一次能源更少，显著提高了能源利用效率。同时，因用户的就地使用，减少了电能、热能等远距离输送引起的能源损耗。对用户而言，减少燃料费用，可产生直接经济效益。对社会而言，达到同样的能源供应量所消耗的资源更少，减少对环境的影响，具有明显的社会效益。如何用数据说话，建议未来要更加关注绿能、绿度评价和认证，关注区块链在分布式能源中的应用包括能源交易、碳交易、绿度评价和认证等。

3 突破分布式能源系统商业化瓶颈，两大关键需关注

总体看，分布式能源系统在我国仍处于示范与推广应用并存阶段，未来市场是否会叫好不叫座，或只是情怀使然？结合上海前四轮政策推进实践，以及联盟对上海、长三角以及部分省市行业内的专家用户问卷调研表明，担心不少，但信心更足。如有用户认知和设计引导问题，气电价格比问题，也有园区开发用户入住具一定周期，导致供能用户负荷提升存在不确定性，影响经济性等。还有多种外部效益尚未兑现收益的纠结，如环境效益不能转化收益、辅助服务未能发挥作用的利益等。但经深层次的分析，有两点值得更加关注，即设备系统自主创新与便利化服务，冷热价格机制与稳定的收益，这是影响用户安心和开心的根本原因。

3.1 更加关注运营环节精打细算特别是冷热价格机制与服务合约谈判能力

同样的投资，基于稳定用能负荷、用能时间的用户，在气电价格由外部主导的前提下，内部的冷热价格机制是项目经济性的关键指标。从主观原因看，部分（业主）投资方冷、热价格谈判能力不强。部分项目（业主）投资方在价格谈判中对天然气价格波动缺少预期，冷热定价采用一口价，或冷、热价和气价的联动公式设计不合理，当气价上升时无法向用户传递成本。此外，部分项目因为多种因素在议价谈判中的商业让步，降低了项目自身的收益。

3.2 更加关注设备自主创新与便利服务问题

部分关键技术设备未实现自主创新，（如微型燃机）、高额的设备成本及其进口税费制约了项目的经济性，往往会带来售后服务等问题。此外，内燃机、热气机的产业化程度也亟需提高，这是目前最需要全力突破的瓶颈，也是我国分布式能源系统技术装备产业发展的重要机遇。

4 关注天然气分布式能源系统设备自主创新的上海实践与未来

在世界工业领域，燃气轮机一直被誉为“皇冠明珠”。国家更是给予其巨大的发展空间，如：《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的能源领域部分列出了重点突破基于化石能源的微小型燃气轮机、冷热电系统综合技术；在《我国应掌握自主知识产权的关键技术和产品目录》、“航空发动机与燃气轮机”两机专项中出现；国家发改委等四部委联合发布《发展天然气分布式能源指导意见》中提出，2020年以前实现分布式能源关键设备（燃气轮机）的自主创新；《能源技术革命创新行动计划（2016-2030）》第11部分的高效燃气轮机创新技术；《国家十三五规划的100个重大项目》中，其排名首位等等。随着天然气分布式能源的发展和其智慧化所蕴藏的能源改革巨大潜能被不断发掘，模块化小型燃气轮机自主创新领域产业发展空间和价值潜力值得关注。

4.1 支持科技攻关和首台套示范

近年，上海在多年天然气分布式能源系统设备自主创新科技布局基础上，乘势而动，在设备自主创新示范应用扶持政策方面积极行动，对采用国内研发的首台套作为天然气分布式能源系统项目核心装备，且满足项目后评估考核指标的项目给予额外奖励。如中科院上海高等科学研究院、上海航天智慧能源研究院便是及早布局，积极行动实践的典型代表。

4.2 支持研发机构产业化创新

中科院上海高等科学研究院经过十年实践积累和探索，研发的相关设备技术系统成果转化落地，已相继在上海校区和商务区供项目调试成功进行示范应用，其小型燃气轮机产品已逐步成型，结构从全径流过渡到全轴流，形成系列产品，成为目前国内备受瞩目的自主研发燃气轮机产品中的一个主要系列。

4.3 鼓励企业多场景梯级应用集成创新

小型燃气轮机的目标领域主要有工业分布式供能、商业分布式供能、固定应急电源、移动应急电源、动力拖动场合和可再生能源等。分布式能源是其中的重要市场，随着近期国家对应急产业的高度重视和不断推进发展，分布式供能与应急产业结合的部分，预期将是小型燃气轮机未来应用的一个重点方向。航天智慧能源研究院基于这样的背景，基于十五年多个项目经验积累，通过自主创新路线，率先研制了一体式撬装小型燃气轮机能源站产品，并在园区试点应用。

5 结语

回顾上海推进天然气分布式能源系统实践，分析商业化应用的未来关注，推进分布式能源系统发展如同系统本身，注定要高效联供、梯级协同、绿值共享。天然气优雅知性，走进用户端的分布式能源系统未来向更高品质迈进是方向。

清洁能源、智慧利用。关注重视设计与评估，使分布式能源向更精益、更实用的方向发展，以获得更高的系统年运行小时数和更高的年综合能源利用效率。

对接场景、安全为本。国家对各类应急能力的提升日益重视，对重要负荷能源保障兼具调峰和应急响应的天然气分布式能源系统也将更受青睐。

天然气质、科产相携。解决“痛点”，分布式能源系统核心装备系统自身产业技术的发展、自主创新模式的理顺将是未来一段时间里最具潜力的一个切入点和重点。

智慧能源时代，基于能源流、信息流、价值流的同轴驱动，设计与评估预测的数字化模拟，气电融合技术的不断渗透，天然气与可再生能源智慧化结合的模块化装备，给我们提供了追求更便利、更经济、更安全、更清洁、更互联互通的可能。冬夏知冷暖，春秋呵温湿。满足人民追求美好生活的“不平衡、不充分”需求，做好社区和社员的能源服务员，分布式能源主力市场就在城市更新和乡村振兴的希望田野上。