（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.上海电力设计院有限公司；
3.中国石油天然气股份有限公司规划总院）
摘要：根据我国最新发布的“电力十三五规划”，天然气分布式能源系统将“十三五”末新增1500万千瓦，在目前的市场环境下，如何实现这一目标，如何使项目实现盈利是该产业面临的现实问题。而在典型西方发达国家如美国、日本，天然气分布式能源都得以健康地发展，是未来能源发展的一个方向。研究这些国家的天然气分布式能源发展的概况、支持政策，借鉴他们的发展的经验和启示，用以研究国内的配套支持政策，在我国希望天然气分布式能源得到发展的背景下有积极意义。
关键词：天然气分布式能源；美国；日本；发展概况；启示
Abstract：According to the latest released " The 13th Power System Five-Year plan", gas-fired distributed energy system will be installed capacity of 15 million kilowatts during "13th Five-Year". In the current market environment, how to achieve this goal and how to achieve the project's profitability is a problem facing the industry front. In typical western developed countries such as the United States, Germany, Japan, the natural gas distributed energy to healthy development, is the future direction of energy development, the general situation of the research on the development of natural gas distributed energy in these countries to support policy, foreign development experience and Enlightenment of domestic supporting policies, the the country hopes the current natural gas distributed energy in the current state that natural gas distributed energy has positive significance under the background of the development.
天然气分布式能源项目是以天然气为燃料，以电力、蒸汽、热水、冷等为产品，综合能效达70%以上的清洁、高效的项目。它符合我国能源结构转型的需要，是国家政策支持的合理用能方向，在“十三五规划纲要”计划实施的100个重大工程及项目中排列三十七位。在环保要求日益严格的将来，控煤的城市会逐渐增多，采用天然气分布式能源项目替代部分燃煤锅炉，提高能源利用综合效率，是利国、利民的好事。研究世界典型国家的天然气分布式能源的现状与发展趋势，可为我国天然气分布式能源发展能提供很好的启示和方向。美国、日本、为全世界天然气分布式能源发展起步最早的国家，也是目前发展速度迅速，技术拔尖，政策环境完善的主要发展国家，其天然气分布式能源装机占比位于全世界的前列，因此，本文将对美国、以及日本作为世界天然气分布式能源发展的典型国家进行分析，为天然气分布式能源在中国的发展提供一定的借鉴。
1世界典型国家天然气分布式能源发展概况
根据国际分布式联盟（WADE)对分布式能源的定义：分布式能源是指在用户当地或附近产生电能或热能的系统，无论其容量大小、 采用什么技术和燃料、 系统可以并网也可以不并网。该系统包括: 1 ) 当地可再生能源的利用；2) 高效的热电联产系统；3) 工业余热利用。“天然气分布式能源”属于国际分布式联盟定义的第二类，主要包括：天然气CHP（热电联产）、天然气CCHP（冷热电联产）等。
天然气分布式能源最初是20世纪70年代在美国发展起来，随着热源驱动的吸收式制冷机的出现，冷热电三联供系统取得重大突破，一次能源利用效率进一步提高到80% 以上，天然气分布式能源在很多国家如美国、日本等得到大力发展和推广，目前已初具规模。这些国家对天然气分布式能源均出台了相关的补贴、激励政策，总体增长趋势明显。
1.1 美国
美国能源部积极促进分布式供能系统，利用分布式供能系统为基础发展微电网，再将微电网连接发展为智能电网，提高能效，加强供能安全。
美国在1978年颁布《公用事业管理政策法》后，以法律的形式要求电力公司允许用户发电系统并网，特别是热电联产项目的并网，正式开始推广建设天然气分布式能源项目。根据国际分布联盟统计，美国天然气热电联产项目由1980年的12GW发展到了2014年的83GW，年均增速2%（见图1）。2014年，美国有4400多个热电联产项目，总装机容量达到83GW，占全国装机容量的8%，发电量占全国总发电量的12%，发电小时数高于美国电厂平均数。其中规模容量5000kW及以下的天然气分布式能源项目占总项目数75%。美国的天然气分布式能源项目主要应用于化工、精炼和造纸、食品、商业、院校等领域（见图2）。
美国政府鼓励发展分布式能源的政策体系比较完备，联邦政府，包括能源部、FERC（联邦能源管理委员会）和环保署均制定了相应的法案或条例等鼓励分布式能源发展。美国法律法规鼓励热电联产和分布式能源发展的政策主要包括:
1）1978年美国颁布联邦《公用事业监管政策法案》，支持扩大热电联供和支持小型电站并网，大多数州均依据联邦法案制定了各类电站上网标准。
2）美国联邦政府在1987年颁布的能源法规定：电网公司必须收购CHP（热电联产）的电力，其电价和收购电量以长期合同的形式固定。
3）90年代，允许独立分布式电站直接供电，电力公司只收取过网费用。
4）2001年“美国能源政策”给予热电联产分布式能源项目10～20%税收优惠，并提出简化审批程序的建议。
5）能源部资助了10多个有关热电联产方面的科研项目，联邦能源委员会已发布小型分布式供能互联标准。
6）2005年8月，美国总统签署了《2005联帮能源政策法案》，该法案强调要提高用户的综合能效，并制定了分布式能源与公用设施适用的并网标准。
7）美国能源部在2010年削减460亿美元国家电网投资，采取的办法是加快分布式能源发展。
8）根据美国CCHP2020年纲领，美国政府把进一步推进分布式供能的发展作为长远发展规划，制定了明确的战略目标：2020年在50%的新建办公楼或商业建筑群中，采用天然气分布式能源，将15%现有建筑的供能系统改建成天然气分布式能源系统。2012年美国白宫发布了提高工业能效的执行令，设立了全国新增热电联产项目40GW的目标。
1.2 日本
因资源比较缺乏，日本对能效较高的分布式供能系统的技术研究和项目建设十分重视。目前，分布式供能系统是仅次于燃气、电力的第三大公用事业。2003年，日本分布式供能项目装机容量达到7GW；2012年,日本分布式供能系统总容量已达到9.85GW，总电力装机容量的约3.4%，其中民用系统2060MW，工业用系统7790MW；据IEA（国际能源署）预计，至2020年日本天然气分布式能源装机规模将达到1400×104kW，至2030年，天然气分布式能源装机规模将达到2200×104kW。日本天然气分布式能源装机规模发展趋势见图3。
日本分布式供能呈波浪式发展，上世纪70年代世界能源危机和90年代末期世界金融危机时期，发展速度较快。“3•11”大地震以前，核电发展较快，因为用电比用气方便，分布式供能发展滞缓。地震后，受国内电力供应紧张、分布式供能优势凸显等因素影响，日本政府将加快建设分布式供能项目。2012年日本天然气分布式能源总装机台数为14423台，其中民用为10098台，工业用为4325台；工业用燃机平均容量1788kW，民用燃机容量平均218kW。民用领域，无论是台数还是容量，医院均为应用最广泛领域，分别占民用领域总量的26%和18%。另外，商场、宾馆、体育设施和饮食店应用也较多。与民用领域相比，工业领域的总装机台数较少，只有民用领域的约43%，但总装机容量约为民用领域的3.8倍。就装机台数而言，食品和饮料行业相对较多；但从容量的角度，石化和制药行业则占主导地位。日本天然气分布式能源分行业装机总容量与台数见图4。
日本法律法规鼓励热电联产和分布式能源发展的政策主要包括：
1）1986年5月，日本通产省发布了《并网技术要求指导方针》，使分布式系统可以实现合法并网发电。1995年12月又更改了《电力法》，并进一步修改了《并网技术要求指导方针》，允许分布式系统用户将多余的电能出售给电力公司，并要求电力公司为分布式系统用户提供备用电力保障。2011年东日本大地震后，进一步明确要降低对核能的依赖和大力发展分布式能源系统。
2）税收减免：从法人税额里扣除相当于设备购置金额的7%(以不超过使用年度法人税的20%为上限)或者特别退税（为最初年度的普通退税加上相当于项目投资总量的30%的特别退税）。
3）专项基金补贴：对于新建的应用天然气的项目，可得到燃气热电联产推进事业费补助；对于原来使用其他能源通过技术改造使用天然气的项目，可得到能源合理化事业支援补助；既有企事业单位采用热电联产达到节能效果的项目，可得到能源合理化事业支援补助。申请取得优惠政策支持的具体条件是：
第一种：(新建项目)针对单机10kW～10MW之间的高效分布式供能项目，其中单机在500kW以下、节能效率在10%以上的，或者单机在500kW以上，节能率在15%以上的均可以享受。凡是市场盈利性项目，可得到项目投资总量1／3的资助；凡是公益性的项目，可得到项目投资总量1／2的资助。但是每个项目最多不得超过5亿日元。
第二种：(天然气替代改造项目)以使用天然气为主，项目节能率5%以上，或者CO2减排25%以上，或者节能且投资回收期超过4年的项目均可以得到支持，金额是改造项目投资总量的1／3，上限不超过1．8亿日元。
第三种：(节能改造项目)以企事业单位为对象，通过节能改造，节能率达到1%及以上、或者节能量达到1000kW以上的项目均可以得到优惠，金额为项目投资总量的1／3(上限为50亿日元)。
2世界典型国家天然气分布式能源发展给中国带来的启示
国外分布式能源经过多年的探索和发展，已形成规模效应，在总装机容量中的比例较高，并且已经形成较为成熟的发展机制，在美国、日本表现得尤其明显。对比这些国家分布式能源发展历程，发现这些国家在规划、技术、法规、规范、补贴政策等方面都做了相应的工作，充分保证分布式能源项目实施的可行性和经济性。通过世界典型国家成功的天然气分布式能源项目分析总结出以下几点启示：
1）环保因素驱动，将天然气分布式能源作为控制温室气体排放的最好选择之一
根据EIA统计，美国2015年来自发电领域的CO2共排放19.25×108t，而其中占比34%的煤电贡献了其中近8 0%的CO2排放量。由于煤每单位含碳量是天然气的近2倍，采用天然气发电替代燃煤发电可减少50%左右的二氧化碳排放、50%左右的氮氧化物排放和接近60%的二氧化硫排放（见表1）。相较于常规的联合循环机组50%～60%的热效率，天然气分布式能源的热效率可达70%～80%，进一步降低了温室气体的排放。此外天然气分布式能源的应用可减少线路传输损耗及由于线路损耗引起的额外污染物排放。因此，对于热电（冷）负荷匹配的项目天然气分布式能源有明显的环保优势。
2012年，美国政府出台了有史以来第一个限制新建电厂温室气体排放的法规《清洁能源安全法案》，不能达标的新建煤电项目将不能获得审批，而天然气分布式能源发电项目则符合这一排放标准，得到了政府的大力推广和应用。
2） 政府通过制定法规标准，积极引导天然气分布式能源的发展
目前，国际上已制定了大量支持天然气分布式能源发展的政策，具体分为财政政策、公共事业公司配额义务政策、制定地方基础设施和供热规划、气候变化配额降低政策、清洁发展机制和入网政策6大类。各国也采取了一系列明确的鼓励政策，以美国、日本为典型，已形成了一套行之有效的法律、政策和税制。不仅如此，为更好地促进法规的执行。国外专门机构还制定了项目节能后评估机制、节能效率评价机制．规定了项目节能不达标的惩罚措施等。
美、日等多国均出台了促进高能效、低排放为特点的分布式能源发展优惠和补贴政策，包括投资补贴、低息贷款、税收减免、燃料优惠等，有效地带动了所有的投资和相关行业的投入。
国外分布式供能的单位造价和我国不相上下，但究其发展良好的原因在于政府给予的补贴力度较大。一般日本国内投资一个分布式供能项目的单位造价要人民币2万元／kW，如果没有政府补贴项目投资，回收期长达10年以上，而通过申请有关补贴，项目投资回收期能够缩短至5年左右，而美国的项目投资回收期在得到政府补贴以后也大约在5～8年左右，市场投资吸引力大大增加。因此，在天然气分布式能源发展初期，政府补贴是促进其发展的有利因素之一。
此外，以标准体系来规范分布式能源发展。美国于2003年颁布了IEEEl547标准。规定了分布式电源并网的技术要求，成为美国各州制定分布式能源并网的标准。该标准的实施对分布式能源相关行业之间起到了很好的协调作用，同时也大大促进了产业自身的发展。
我国在天然气分布式能源的初期阶段，亟需政府及时制定有关法律、法规和标准体系，以促进该产业的健康规范发展。这一点，在当前国家充分鼓励发展天然气分布式能源时，具有更为深远的意义。
3）政府制定发展规划，落实天然气分布式能源的发展
对于分布式能源，美国、日本、等国家都有着长远的发展规划，这对于分布式能源有序发展很重要。
美国能源部和环境保护署制定分布式能源发展的战略愿景和路线图，在能源规划和能源供需长期预测中提出分布式能源发展规模的预测和指导。通过制定产业发展规划，获得相关行业和公众的认可和支持。
4）建立完善的市场机制和市场化的盈利模式是天然气分布式能源发展的主要驱动力
以美国为例，为提高生产商的积极性、保障美国天然气供应，美国联邦政府于上个世纪80年代后期采取了打破垄断专营的方式，在天然气市场引入了市场竞争机制，采取天然气现货和期货交易的方式，由市场上的供给和需求来解决天然气的价格，终端用户可以不受任何约束地自主选购成本更为合理的天然气供应商。美国的电力也是商品，电力市场是一个竞争开放的市场，居民电价最贵，商业次之，大工业用电最便宜。
根据美国热电联产协会（CHPA）提供的数据，美国平均电价0.12美元/kWh左右，天然气平均价格4～7美元/Mmbtu, 热电联产的自发电的成本为0.08～0.09美元/kWh，节能环保的同时有较好的经济效益，得到大力推广，发展比较成熟。
总体来说，发达国家天然分布式能源盈利原因主要有：天然气价格便宜，政策优惠，市场体制完善、掌握原动机制造技术。
5）优越的政策环境及合理的商业模式，加速项目盈利
国外许多国家通过补贴、税收优惠等多种方式降低了应用分布式能源的成本，使得在考虑补贴优惠之后，一些市场的投资回收年限已经开始进入投资商的接受范围。美国则是依据签订的电力采购协议，在特定时间内按照固定好的价格购买电站所产生的电能，通过这种方式使得项目的投资商从中获利。
美国分布式能源所采用的运营模式主要是合同能源管理的模式。日本分布式能源的节能服务合同主要形式是节能效益分享型。政府选定拟改造的建筑物，为确定节能策略先进行初步诊断、咨询，然后通过招标确定能源服务公司，由中标公司投资进行详细节能诊断，设计改造方案，进行改造施工，直至运行调试。产生节能效益后，双方进行节能效益分享。
6）注重分布式能源的装备及技术研发
美国具有先进的发电、储能技术，主要包括先进的燃气轮机、微型燃气轮机、内燃机、燃料电池、热驱动技术和能量储存技术，同时也进行先进的材料、电力电子、复合系统以及通信、控制系统等方面技术的开发。美国政府也组织包括加州大学伯克利分校、威斯康星大学、EPRI、ABB在内的40多家高校、研究机构和企业开展了与分布式发电供能技术相关的研究工作。美国现阶段分布式能源发展的重点是微电网与智能电网技术的结合。美国发展分布式能源的主要目的是提高能源自给率，并强调智能电网特别是微电网对分布式能源的支持作用。微电网技术应用的前景主要在医院等相关重要基础建设、大学校园、军事基地等。
我国仍属于天然气分布式能源利用的初步阶段，相关技术瓶颈还未突破，主要原动机设备也还未国产化。因此，我国应借鉴国外典型国家的现有技术，大力发展技术研发能力。
3 总结
综上，美国、日本分布式能源得以稳步发展，原因是多样的，但总体上有以下几个共同点：发展初期政府积极引导、制定法规标准、给予一定补贴；从气价、电价等方面完善市场机制，使天然气分布式能源有市场化的盈利模式；注重分布式能源的装备及技术研发，有效降低一次投资和运维费用；探索合理的商业模式，加速项目盈利。中国目前处于分布式能源发展的初期阶段，国家虽然出台了一些政策支持其发展也制定了发展目标，但由于政策缺乏可操作性，天然气分布式能源的仍处于一个失灵的市场环境下，很难健康规范发展。借鉴国外发展的经验和启示研究国内的配套政策，这一点在国家当前希望天然气分布式能源得到发展的背景下有积极意义。
（本文由中石油“天然气分布式能源发展研究”项目支持。）
参考文献
[1]杨映 丁小川等。对日本分布式能源发展的分析与思考 （J）发电与空调 2012，总第38期：11～14。
[2]Combined Heat and Power (CHP) Technical Potential Study 3-31-2016 Final.pdf.http://www.energy.gov/eere/amo/downloads/new-release-us-doe-analysis-combined-heat-and-power-chp-technical-potential
[3]Combined Heat and Power: Effective Energy Solutions for a Sustainable Future, December 2008 . http://www.energy.gov/eere/amo/downloads/chp-effective-energy-solutions-sustainable-future-december-2008.
[4]Combined heat and power (CHP）：A Clean Energy Solution，August 2012.http://www.energy.gov/eere/amo/downloads/chp-clean-energy-solution-august-2012.
论文作者:彭萍1,卢海勇2,沈珏新3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/10
标签：分布式论文; 能源论文; 天然气论文; 美国论文; 项目论文; 日本论文; 政策论文; 《电力设备》2017年第1期论文;