天然气分布式装机容量发展现状及发展潜力
天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，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现代能源供应方式。 按照规模划分，天然气分布式能源系统主要包括楼宇型和区域型两种类型。楼宇型一般适用 于二次能源需求性质相近且用户相对集中的楼宇 ( 群 )，包括宾馆、学校、医院、写字楼以及商场 等，一般采用内燃机或小型燃气轮机作为动力设备。区域型一般适用于冷、热 ( 包括蒸汽、热水 )、 电需求较大的工业园区、产业园区、大型商务区等，一般采用燃气轮机作为动力设备。 据中国城市燃气协会分布式能源专委会《天然气分布式能源产业发展报告 2016》数据，截 止到 2015 年，我国天然气分布式能源总装机容量 1112 万千瓦，已建天然气分布式能源项目中 采用燃气轮机 32 台，装机规模 1153940 千瓦；燃气内燃机 133 台，装机规模 243226 千瓦； 微燃机 73 台，装机规模 8205 千瓦。其中燃气内燃机数量占比最多，燃气轮机装机占比最高。
据中国能源网研究中心不完全统计，2016 年以来（至 2018 年 6 月）新获批或签约天然气 分布式能源项目达 102 个（2017.6-2018.6 约新增 34 个），其中公开装机信息的 72 个，项目 装机规模合计 578 万千瓦。 结合此前数据（截至 2015 年底，我国天然气分布式能源项目总装机超过 1112 万千瓦（含已建、 在建、筹建）），我国目前天然气分布式能源装机（含已建、在建、筹建）应已超 1690 万千瓦。 2016 年以来，江苏、广东、安徽新增天然气分布式项目较多，而且同样是分布式光伏大省。 其中，2017.6-2018.6 这一年期间，江苏新获批或签约项目增加最多，四川和重庆具有气源地优势， 2016年以来天然气分布式项目新增较多。但2017.6-2018.6这一年期间，这两个地区新增项目有限。
总装机大于 50MW（5 万千瓦）的项目数量占比超过 50%（32%+21%）。总装机小于等 于 10MW 的项目数量占比为 32%（11%+21%）。此外，内燃机项目数量占比约为 23.6%，不 足 1/4。目前区域型天然气分布式项目数量依然较多，这一现状在未来有望发生改变。
2016 年以来新获批或签约项目装机分布
本次预测的依据是在保持和高于 2015 年装机容量的前提下，按 2015 年总装机容量的增长比例分别为 20%、25%、30% 和 35% 进行发展前景预测。
表 2020 年天然气分布式能源发展情景预测
从天然气供应的角度来分析，依据“十三五”天然气发展规划及天然气分布式能源占天然气发电的比例，当 2020 年天然气供应能力为 3600 亿立方米，720 亿立方米（约占 20%）用于天然气发电，当其中 216 亿立方米（约占 30%）用于天然气分布式能源时，发电装机为 2700 万千瓦。相应的年节约标煤量、二氧化碳减排量分别为 1890 万吨和 4914 万吨。当 2020 年天然气供应能力为 4000 亿立方米，800 亿立方米（约占 20%）用于天然气发电，当其中 240 亿立方米（约占 30%）用于天然气分布式能源时，发电装机为 3000 万千瓦。相应的年节约标煤量、二氧化碳减排量分别为 2100 万吨和 5460 万吨，约为全国平均年节约标煤量 1.5 亿吨的 14%，其节能减排效益非常明显。综上所述，天然气分布式能源在“十三五”发展时期，为保证完成一次能源结构调整目标，达到天然气消费总量和比例目标，到 2020 年，天然气分布式能源必须达到 5000 万千瓦的发展目标。在市场、政策、能源、环境和社会等不确定性的发展条件下，2020 年天然气分布式能源市场装机规模可能在 2700-3000 万千瓦之间。
天然气分布式技术发展方向
分布式能源技术创新的核心内容是提高用能设备设施的效率，增强储能调峰的灵活性和经济性，推进能源技术与信息技术的深度融合，加强整个能源系统的优化集成，实现各种能源资源的最优配置，构建一体化、智能化的能源技术体系。天然气分布式能源能量密度高，稳定性好，可作为可再生能源发展的支撑，与可再生能源耦合组成复合能源供应系统。与可再生能源相比，天然气分布式能源最大的特点是稳定可控，天然气虽然是传统的化石能源，但天然气也是清洁能源，而且技术成熟可靠。太阳能、风能具有不稳定、能量密度低等缺点，地热能具有利用受地域制约等特点。可再生能源直接利用的一次性投资较大，经济性相对较差。可再生能源的这些特点，决定了其与天然气分布式能源具有很强的互补性。将可再生能源整合到天然气分布式能源系统中来，一方面这种多能互补的系统可以充分利用可再生能源，减少化石能源的消耗量，另一方面也可以提高系统的整体经济性，充分发挥各种能源的优势。
（1）与太阳能光伏的互补
屋顶光伏发电与楼宇式分布式能源站具有互补利用的有利条件，太阳能光伏发电具有不稳定性，天然气分布式能源的内燃机发电稳定可控，两者可在建筑供能体系中互补。天然气分布式能源与太阳能光伏发电可以构成主从结构的微网，共同为建筑群供电。华电丰台产业园分布式能源站是天然气分布式能源与太阳能光伏发电互补的典型案例之一。
屋顶光伏发电与楼宇式分布式能源站具有互补利用的有利条件，太阳能光伏发电具有不稳定性，天然气分布式能源的内燃机发电稳定可控，两者可在建筑供能体系中互补。天然气分布式能源与太阳能光伏发电可以构成主从结构的微网，共同为建筑群供电。华电丰台产业园分布式能源站是天然气分布式能源与太阳能光伏发电互补的典型案例之一。
（2）与太阳能光热的互补
利用不同的太阳能集热器即可获得不同温度段的集热温度，随着集热温度提高，集热器的效率将降低。可将太阳能集热的子系统根据能量梯级利用的原则与天然气分布式能源的余热利用系统整合起来。太阳能热水系统很容易与空调冷热系统及生活热水系统结合，这在天然气分布式能源中已经有较多的应用。例如华电上海科技大学分布式能源站，将太阳能的热水系统与余热供热水系统结合，共同为大学园区提供生活热水。
利用不同的太阳能集热器即可获得不同温度段的集热温度，随着集热温度提高，集热器的效率将降低。可将太阳能集热的子系统根据能量梯级利用的原则与天然气分布式能源的余热利用系统整合起来。太阳能热水系统很容易与空调冷热系统及生活热水系统结合，这在天然气分布式能源中已经有较多的应用。例如华电上海科技大学分布式能源站，将太阳能的热水系统与余热供热水系统结合，共同为大学园区提供生活热水。
（3）与地源热泵的互补
土壤源热泵是适合与天然气分布式能源互补的可再生能源之一。采用土壤源热泵与天然气分布式能源共同向建筑提供空调冷热，并将土壤源热泵作为天然气分布式能源冷热的主要调峰方式。在白天市政电价高峰时段，利用能源站自发电对热泵机组供电，在夜间电价低估时段，利用市政低谷电对热泵机组供电，从而大幅降低热泵机组的运行成本，从而提高互补系统的经济性。目前已经有多个天然气分布式能源的前期项目在论证这种方式，例如陕西西咸总部经济园分布式能源项目等。
土壤源热泵是适合与天然气分布式能源互补的可再生能源之一。采用土壤源热泵与天然气分布式能源共同向建筑提供空调冷热，并将土壤源热泵作为天然气分布式能源冷热的主要调峰方式。在白天市政电价高峰时段，利用能源站自发电对热泵机组供电，在夜间电价低估时段，利用市政低谷电对热泵机组供电，从而大幅降低热泵机组的运行成本，从而提高互补系统的经济性。目前已经有多个天然气分布式能源的前期项目在论证这种方式，例如陕西西咸总部经济园分布式能源项目等。
（4）多能源互补系统
采用光伏、风电、地热等多能源输入，是天然气分布式能源与可再生能源互补的更高更复杂的形式。国内已有多个实际案例，例如苏州协鑫工业应用研究院六位一体多能源互补供能系统。
采用光伏、风电、地热等多能源输入，是天然气分布式能源与可再生能源互补的更高更复杂的形式。国内已有多个实际案例，例如苏州协鑫工业应用研究院六位一体多能源互补供能系统。
多能源互补供能系统
（5）微网技术
微电网（Micro-Grid）也译为微网，是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统 和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以 与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电 力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级 电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。微 电网在提升电力系统抗灾能力建设，提供区域间事故支持和备用功能，实现电力资源的优化配置 等方面发挥着积极作用。微电网可以比较有效地解决我国偏远地区目前常规供电所面临的输电距 离远、功率小、线损大、建设变电站费用昂贵的问题，有力支持边远及常规电网难以覆盖地区的 电力供应。
多能源互补分布式能源微网系统集成
微电网（Micro-Grid）也译为微网，是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统 和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以 与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电 力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级 电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。微 电网在提升电力系统抗灾能力建设，提供区域间事故支持和备用功能，实现电力资源的优化配置 等方面发挥着积极作用。微电网可以比较有效地解决我国偏远地区目前常规供电所面临的输电距 离远、功率小、线损大、建设变电站费用昂贵的问题，有力支持边远及常规电网难以覆盖地区的 电力供应。
多能源互补分布式能源微网系统集成天然气分布式能源可与光伏发电组成主从结构的微电网系统，例如华电电科院在杭州办公楼实现的多能源互补天然气分布式能源微网系统项目。以天然气为核心的微电网是最具普及性的微电网形式之一。
（6）能源互联网技术
能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。能源互联网通过整合运行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等，进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习，打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率，需求和供应将可以进行随时的动态调整。互联网技术与分布式能源、可再生能源相结合，在能源开采、配送和利用上从传统的集中式转变为智能化的分散式。
天然气分布式设备发展现状及发展潜力
天然气分布式能源系统的主要设备包括发电机组、余热锅炉、吸收式冷（热）水机组、脱硝设备、余热锅炉、烟气余热装置等。天然气分布式能源系统中发电机组根据所带负荷的不同，一般选用微燃机、燃气内燃机或燃气轮机。天然气分布式能源系统中发电设备绝大多数为进口，而余热利用设备已经实现国产化，现在发电设备国产化也在逐步推进。
燃气轮机发展现状及发展趋势
近年来通过引进先进技术和自主创新，我国已经掌握了部分先进燃气发电装备的制造技术和工艺，如重型燃气轮机核心热端转动部件的核心技术，燃气轮机系统制造能力逐渐增强，打破了垄断，价格有所降低；技术服务逐步本地化，解决了维修周期和维修费不可控，机组检修维护、改造升级、部件更换等都依赖原厂商的问题，企业降低了燃机运营维护成本。目前国内的燃气轮机厂家主要有采用 GE 技术的哈尔滨动力设备股份有限公司、采用三菱技术的东方汽轮机有限公司、采用西门子技术的上海汽轮机有限公司，以及采用 GE 技术的南京汽轮机（集团）有限公司。微型燃气轮机利用航空涡轮机技术，集合了军用回热器，利用高温烟气对加压后的空气预热，再与燃料气混合进入燃烧器燃烧，产生的高温高压燃气推动透平转子做功，透平带动永磁发电机发电，所发电力经过电力电子装置，转换为高质量电能。目前，国内市场上使用的微型燃气轮机发电机组几乎均为国外进口。为提升我国技术，国内对微型燃气轮机发电机组及其设计、制造、应用技术进行了大量的研究工作。在 2016 年发布的《中国制造 2025—能源装备实施方案》中提出燃气轮机的装备技术实施方案。2016 年，国家发展改革委员会印发的《能源技术革命创新行动计划（2016-2030 年）》中提出高效燃气轮机技术创新，指出战略方向、创新目标。
（一）战略方向
1. 先进材料与制造。重点在高性能复合材料、高温耐热合金材料涂层、大尺寸高温合金（单晶、定向结晶）铸造、复杂结构高温合金无余量精密铸造、高精度与高质量 3D 打印及智能制造等方面开展研发与攻关。
2. 燃气轮机机组设计。重点在微型燃气轮机领域的高效径流式叶轮及系统一体化设计、中小型燃气轮机领域的高效多级轴流压气机设计、重型燃气轮机领域的先进气动布局与通流设计等方面开展研发与攻关。
3. 高效清洁燃烧。重点在低污染燃烧室、分级燃烧燃烧室、回流燃烧室、贫预混与预蒸发燃烧室和可变几何燃烧室，以及低热值燃料稳燃与多燃料适应性、富氢与氢燃料燃烧等方面开展研发与攻关。
（二）创新目标
1、2020 年目标。突破热端部件设计制造技术，具备高性能复合材料大规模制备技术；建成微型、小型和中型燃气轮机整机试验平台、重型燃气轮机整机发电试验电站；实现 1MW 以下级微小型燃气轮机及分布式供能系统、1-10MW 级小型燃气轮机和 10-50MW 级工业驱动用中型燃气轮机的产业化；完成 F 级 70MW 等级整机研制和 300MW 等级重型燃气轮机设计。
2、2030 年目标。热端部件材料和制造技术取得重大创新和实现完全自主化，高性能复合材料实现低成本和大规模应用；形成具有完全自主知识产权并有国际竞争力的微小型燃气轮机系列化产品；实现 F 级 70MW、300MW 等级重型燃气轮机商业化应用；完成 H 级 400MW 等级重型燃气轮机自主研制。
3、2050 年展望。突破新原理燃气轮机及循环系统，实现微小型燃气轮机与风光储多能互补的分布式能源系统大规模应用，H 级及以上级重型燃气轮机与整体煤气化循环动力系统实现商业化应用。
高效燃气轮机技术创新路线图
高效燃气轮机技术创新路线图燃气内燃机发展现状及发展趋势
国内制造的燃气内燃机功率主要在 1000 千瓦以下，具有一定的设备制造工艺经验，技术路径主要分为在原有柴油发动机基础上自行研制与开发、与国外公司合作研制开发、技术引进许可证生产、采用进口硬件与自主产权控制系统相结合等，使国产内燃机组在性能、燃料多样化、自控和点火能源等几个方面得到提升。燃气内燃机的核心技术包括曲轴、汽缸及活塞的加工和燃料供给的电子控制技术。我国内燃机工业基础较好，引进生产的技术限制也很小，可靠性已大大提高，制造工艺不断改进，大量新材料、新技术的应用，使得大修周期不断延长。国内从事燃气内燃机的厂家有胜动集团、济柴、河柴重工、潍柴、淄柴等。目前，国内的主要天然气内燃机生产厂家已经逐步掌握燃气预混与增压中冷、电控空燃比可调稀薄燃烧、电子点火和电子调速的高能量点火系统等关键技术，国内缸内直喷电子控制燃料供给内燃机技术还处在实验室研究阶段。燃气内燃机控制系统软硬件有待完善。国产天然气内燃机还存在后燃、爆燃严重、排烟温度高、核心部件热负荷高、燃烧效率低、发电效率低等问题。在机组的长寿命可靠性、体积功率、机械精密加工、减震降噪、可变几何涡轮增压以及高增压（米勒循环）、多气源适应性、排放性能等方面还存在较大差距。国内天然气内燃的增压器、自控系统硬件等部分核心部件还依赖进口。1 兆瓦以上的大功率机组几乎完全依赖进口，设备投资和运维成本高，严重制约了我国天然气分布式能源的发展。2016 年，中国船舶重工集团公司第七一一研究所发布了 8M23G 天然气内燃机研发项目。该型天然气内燃机额定功率 1600 千瓦，200 千瓦 / 缸，额定转速 1000 转 / 分钟，平均有效压力 1.8兆帕，最高燃烧压力 14 兆帕，热效率 43%，采用了主流的多点喷射、预燃火花点火、稀薄燃烧和可变几何涡轮增压技术。研制成功后将成为国内第一款缸内直喷电子控制燃料供给的燃气内燃机，综合技术性能将达到国际先进天然气内燃机的水平。胜动集团在不断改进现有装备的基础上，正在研发 24V190 大功率机组，预计单机功率可达到 2400 千瓦。设计的精细化程度和生产能力逐步得到加强，机组转速从 1000 转 / 分钟向 1500转 / 分钟提升的实验正在进行，从而获得与国际一流设备相近的体积功率。稳步推进采用进口精密机床自产核心部件的工作，通过主要部件性能的提升带动机组整体性能提高。机组自动化控制水平随着数据的积累可以适应更宽的条件，自主研发的控制软件将与国际水平接轨。未来 3-5 年在 12V190 系列机组的相关技术指标将与国际产品接近，控制水平、可靠性达到相当水平，效率差距控制在 3% 以内，体积功率达到国际产品的 70% 左右。未来 5-10 年，计划推出成熟稳定的大功率燃气内燃机组，单机功率达到 2400 千瓦或更高，与国际产品整体效率差距控制在 2% 以内，体积功率达到国际产品的 80% 以上。
余热利用设备发展情况
天然气分布式能源常用的余热利用设备有余热锅炉、换热器以及余热吸收式制冷机组等。根据不同的原动机、不同的用能需求配置不同的余热设备。
（1）余热锅炉发展现状
与燃气轮机配套设置的余热锅炉，利用燃气轮机排烟余热，产生蒸汽或热水，用于对外直接供热或通过溴化锂机组制冷，也可以通过汽水换热器供应热水。内燃机一般配置中小型余热蒸汽或热水锅炉，实现烟气余热回收利用。国内大型余热锅炉生产技术已经非常成熟，国产化程度很高，主要制造厂商有中国船舶重工集团公司第七○三研究所、上海锅炉厂、哈尔滨锅炉厂、杭州锅炉集团、东方锅炉厂等。中小型余热锅炉制造难度较低，技术成熟，因此，国内多数锅炉厂均能生产。余热锅炉价格与常规锅炉接近，约为 10 万元 / 蒸吨，国内产业发展成熟。据不完全统计，2014 年我国各企业生产各类余热锅炉 608 台，合计 30012 蒸吨，实现产值 435189 万元，其中燃气轮机余热锅炉 18 台 / 套，4833 蒸吨。
（2）溴化锂制冷机发展现状
溴化锂制冷机以燃气轮机或内燃机发电设备排放的废热作为驱动热源，水为制冷剂，溴化锂水溶液作为吸收剂，利用水在低压真空环境蒸发吸热，溴化锂溶液极易吸收水蒸气的特性，在真空状态下制取空气调节或工艺用冷水设备。溴化锂制冷机分为热水型、蒸汽型、烟气型三个大类。国内主要的溴化锂制冷机生产企业有远大空调有限公司、烟台荏原空调设备有限公司、江苏双良集团有限公司、松下制冷（大连）有限公司、特迈斯（浙江）冷热工程有限公司等。总体而言，溴化锂制冷机的国产化程度高，国产设备在天然气分布式能源应用广泛，市场占有率较高。
溴化锂制冷机以燃气轮机或内燃机发电设备排放的废热作为驱动热源，水为制冷剂，溴化锂水溶液作为吸收剂，利用水在低压真空环境蒸发吸热，溴化锂溶液极易吸收水蒸气的特性，在真空状态下制取空气调节或工艺用冷水设备。溴化锂制冷机分为热水型、蒸汽型、烟气型三个大类。国内主要的溴化锂制冷机生产企业有远大空调有限公司、烟台荏原空调设备有限公司、江苏双良集团有限公司、松下制冷（大连）有限公司、特迈斯（浙江）冷热工程有限公司等。总体而言，溴化锂制冷机的国产化程度高，国产设备在天然气分布式能源应用广泛，市场占有率较高。
脱硝技术装备发展状况
目前应用较广的烟气脱硝技术有：选择性催化还原（SCR）法、选择性非催化还原（SNCR）法、同时脱硫脱硝（如电子束法、活性焦还原法）等。国外厂家整体技术先进，而国产及国内研发机构设备均处于仿照国外技术阶段，目前没有实际应用的案例，且在催化剂技术和喷嘴技术上有待进一步提高。目前，国内已有部分天然气分布式能源项目采用了脱硝设备，如广州超级计算中心分布式能源站、中关村壹号分布式能源项目、河北石家庄振西商贸分布式能源系统项目、佛山南海餐厨垃圾沼气发电项目、北京通州区中医医院三联供能源项目、中石油创新基地数据中心分布式能源项目。北京中关村壹号等项目分布式能源烟气脱硝系统由上海航天能源股份有限公司进行国产化成套，除催化剂及控制系统采用 Johnson Matthey 进口产品外，其余设备均在国内设计、制造并完成安装。国产化后，脱硝系统每千瓦造价 500-1000 元左右，比使用全进口产品成本降低30%-40%。据初步测算，天然气分布式能源项目因增加脱硝设备而增加的的造价约为分布式能源系统总造价的 5% 左右。后期运营维护成本包括系统中控制单元的电费、还原剂的费用以及更换催化剂费用。由于目前国内无实际运行案例，据设备厂家测算，后期运行维护费用约为 0.01 元 / 千瓦时左右
天然气分布式能源企业
华电分布式能源工程技术有限公司为中国华电集团公司专门从事分布式能源业务的专业公司，业务范围涵盖了工程总承包、高端装备制造、设计、运营、运维、投资等诸多方面，其系统集成技术和核心高端装备制造是其核心竞争优势。目前，如协鑫集团、新奥集团等众多民营企业也在积极参与分布式能源技术和应用的探索，并布局分布式能源项目。
天然气分布式能源项目的企业名录
天然气分布式能源项目的企业名录天然气分布式领域发展建议
（1）政策方面。政府虽然出台了一些鼓励发展政策，但只作了一些原则性的规定，建议出台配套鼓励政策，提高天然气分布式能源项目的可操作性，如税收优惠、天然气价格、销售电价等。另外需要从整体角度，统筹和平衡电力、燃气、热力等各能源的供求关系，制订总体能源规划。
（2）加快设备国产化进程。由政府牵引，建立专项研发规划和计划，整合研发资金及院校、科研院所和制造企业研发队伍，加强核心技术研发提升项目核心竞争力，推动低碳能源技术发展和装备国产化、产业化、集群化。另外鼓励能源企业、高校和科研机构与国外相关机构联合开展技术创新工作。
（3）多能源技术耦合，与智能微电网融合。未来集合天然气分布式能源、风电、太阳能、生物质能、地源热泵、水源热泵、蓄热蓄冷装置等构建的多能互补的智能微网，实现能源供应的耦合集成和互补利用，是天然气分布式能源的一个重要发展方向。
（4）支持天然气分布式能源项目开展配售电和能源综合服务业务。通过开展配售电业务，成立区域售电、售热、售冷一体化能源服务公司，实现发、配、售电一体化，实现区域综合能源服务，满足用户多样化和定制化的需求，是天然气分布式能源项目未来的一个重要发展方向。
