天然氣要能夠用起來,從上游、中游到下游整個產業鏈一體化完善是非常重要的。
1、十二五是中國經濟和能源向低碳轉型的起點
過去幾年中國經濟快速發展主要靠多耗煤來支撐,2010年中國耗煤已占全世界48.3%。但是由于氣侯變化約束,今后我們不能再指望明年煤炭產量有所增加,十二五規劃2015年煤耗封頂在38億噸,增加有限。從2002年美國的能流圖與2007年中國能流圖的比較分析可以看出,一次能源美國是以石油,天然氣占70%,中國是煤占70%。終端利用方面,在中國能源利用當中工業和建筑物占總能耗77%,美國只占40%;工業和建筑物耗能之中,電和燃料之比中國是23:77,而美國是36:64。這是產業結構不同所致:中國產業結構是重工業為主,美國是高新技術和第三產業為主。而燃料構成之中,美國是油氣占90%,煤炭占10%,中國則是油氣占28%,煤炭占77%。這乃是中國能源利用效率36.8%,比世界平均50%低13個百分點的主要原因。如果在“十二五”期間這個局面繼續保持的話,可以計算出:在“十二五”末41億噸標準煤/年當中就有四分之三用于工業和建筑物,其中的3/4,即23億噸/年要做工業和建筑燃料。這是是不可能實現的。要改變這個情況有三個對策:第一調整產業結構,增大第三產業比率,降低高耗能重工業比率;第二改變能源結構,快速發展新能源和天然氣;第三個最關鍵是提高能效。
2、采用天然氣冷熱電聯供技術是用好天然氣的關鍵
“十二五”是中國向低碳能源轉化的起點。一次能源中增長最快是可再生能源與核能。但是中國可再生能源主要的是水電,風電;他們連同核能都是只能用來發電,不能做燃料。能夠用來做工業和建筑物燃料的只有煤和天然氣。“十二五”新增加的煤用于增加發電都不夠。國家已經批準的現代煤化工項目總共耗煤6.3億噸只能從現有用于工業燃料的煤之中用天然氣替代出來。所以“十二五”新開發的工業園區和城區所需燃料只能指望天然氣。
但是中國已錯過了30年前西方發展發展天然氣時價格極其低廉的歷史機遇。現在天然氣國際市場價格很貴,致使國內市場天然氣消費價格和煤等熱值比價高于2。在燃煤發電都虧損的情況下,如果采用傳統技術用天然氣發電更要虧損。產業傳統技術以天然氣燃料生產蒸汽,價格幾乎是燃煤產汽的一倍;企業根本沒有辦法承受。這對于中國向低碳能源過渡來說,是一個重大的挑戰。怎么辦?唯一的出路就是采用天然氣冷熱電聯供技術大幅度提高能效。中國占3/4的工業和建筑耗能之中,燃料部分主要用于產生熱和蒸汽,還有冷。冷、熱、蒸汽與電之間有一個適當的比例。按照“高能高用、低能低用、梯級利用、系統優化”的科學用能原則安排天然氣能源先發電、再聯供冷、熱、蒸汽,就能夠把能效提高差不多將近一倍。典型的流程是:天然氣先在燃氣輪機或內燃機中發電,煙氣進入余熱鍋爐產生蒸汽,再通過汽輪機發電;然后用這個電來制冷,或者抽出低壓蒸汽供給工業用;最關鍵的是原來排棄的廢熱,即乏汽冷凝潛熱和煙氣廢熱,都用于生產生活熱水和建筑物采暖。采用聯合循環的廢熱集約化供生活熱水的單位能耗只有家里電熱水器和燃氣熱水器的7至9分之一。
3、區域性型冷熱電聯供技術促區域低碳發展
燃煤熱電聯產C H P是在20世紀燃煤占一次能源30%~80%的歷史時期發展起來的,其著眼點在一次能源轉換。而天然氣冷熱電聯供C C H P技術是在80年代氣價逐漸攀升所催生的重大科技進步;其著眼點已不僅是“聯產”,而是通過科學用能、梯級利用、系統優化來實現從一次能源到終端利用最高效率的“聯供”。
中國人口多,居住密集,恰值智能電網發展和全球化的機遇,現正集中搞工業化和城市化,大量建設新區,這些與西方不同的國情條件使中國可以用集約化模式實現工業、商業中心、住宅三類城市功能區終端能源供應的集成優化。一個典型案例是廣東清遠37平方公里的華僑工業園分布式冷熱電聯供區域能源規劃,與常規方案相比,C C H P方案的能耗從二氧化碳排放從156萬噸降到66萬噸,能耗費用從去年做的156平方公里、80萬人口的深圳光明新區,剛剛完成的28萬人口、開發面積26平方公里的珠海橫琴新區,13.9平方公里,20-28萬人口的株洲職教城,能源利用率都能夠達到70%-80%。
天然氣冷熱電聯供碰到的最大問題,就是天然氣價格與上網電價之間的不匹配,影響項目的經濟性。
解決這個問題的戰略途徑是,以天然氣冷熱電聯協同電網調峰換取尖峰負荷和腰荷較高的上網電價;實現雙贏。百MW級的大型天然氣冷熱電聯供系統可以每天開16小時,保證除了24小時連續生產的化工、煉油、造紙等過程工業用蒸汽之外的其它大部分工業園區和城區的冷熱蒸汽集約化供應。夜間D E S機組停機時區域供冷站采用電網的低谷時段電運行。這樣,白天D E S/C C H P除了通過聯供冷熱幫電網“削峰”之外,還向網上供電,夜間倒過來多用低谷網電“填谷”。
這對電網有三個好處:第一幫他晝夜調峰,減少抽水蓄能電站的投資和損耗;第二在負荷中心多發電減少西電遠距離輸送的投資和損耗;第三在負荷中心有一定比率的獨立電源,是供電可靠性得到保障,減輕類似2003年北美大停電,08年雪災和今年日本福島核事故停電造成的損害。
據估算,按照中國“十二五”到2020年電力發展規劃,如果把原來分別用于發電、工業、建筑物燃料的天然氣都集中在一起,構建冷熱電聯供能源系統,到2015年中國的天然氣發電量就能夠從原計劃的2700億k W h/a增加到4500億k W h/a,占比從4.5%提高到8.4%。到2020年天然氣發電量就能夠占總發電量的14.4%,相當于美國能源部規劃2010年的水平。不僅大大增加對于占13.2%的峰電和核電的調峰能力,而且極大地增強負荷中心的供電可靠性。
4、區域冷熱電聯供能源利用效率的計算和影響因素
區域冷熱電聯供能源利用效率的計算方法目前還沒有規范,有待于在規范的實踐中直接。僅就以天然氣和網電為能源載體的區域工業和建筑物耗能兩項來說,分母是全年消耗的天然氣總量與區域輸出/購入抵扣后、凈購入電量折合一次能源量的總和;分子是所有工業、商業、公共事業、居民終端耗用的冷、熱、電、蒸汽、燃料按熱力學第一定律全年各個時段累計耗量的總和。決定能效的經濟性因素有幾個關鍵,外部關鍵就是天然氣和電的比價;內部關鍵是:1)、區域內功能區的規劃:工業、CBD、住宅等各類終端耗最好能多時段集成互補;2)、科學用能;盡量減少有效能損耗,實現梯級利用;3)、盡可能采用最高效的設備,盡可能采用國產設備;4)、系統集成優化是項目經濟性的關鍵。
例如一個30平方公里、30萬人的區域,假設天然氣聯合循環發電效率為52%,下表中給出了4種機組選型的結果數據,若發電全部在區域內耗用的話,可以看出,機組選得越小,總能效越高;可是相應的人均消耗的區域內自發電量也就越低,要靠外部輸入電,這也會降低總能效。而若除了區內自用外、平段和峰段發電能夠向外輸出,就能夠在提高本區域內的能源利用效率同時幫助臨近區域電網調峰和保障安全。
5、現有老城區發展DES/CCHP的原則
現有城區工業、商住區規劃D E S/C C H P的難點是:1)、工廠原布局零亂、分散集約供應成本過高;2)、老城區內地下空間復雜,集約化供冷熱水沒有管網路由;3)、沒有地方建設能源站、區域供冷站;4)、已建成公寓集中供熱水需要敷設入戶管網;5)、北方城市集中供暖系統原有參數不匹配。
其中,冷熱蒸汽管道的路由是限制大型D E S/C C H P的發展的主要因素;但不拘于“樓宇型”或“用戶型”框框的小型D E S仍有發展的空間。只要按照前述四個原則,選擇一個冷熱電負荷均較大的用戶為投資主體,按照市場機制向鄰近用戶拓展冷、熱水或蒸汽的市場,規模以不向電網售電為度。管道路由的限制并非完全不可克服,一個可借鑒的成功案例就是美國芝加哥市世界最大的10萬R T的區域供冷項目,就是從2萬RT的基礎上逐步擴大的。
6、LNGV替代石油的碳減排和保障能源安全作用
中國重型卡車保有量2005年就居世界第一位了;還有集裝箱車、客車、礦山車、水泥車、農用機械、船舶等。中國2010柴油耗量1.59億t/a,汽油0.77億 t/a,L N G V替代柴油是擺脫對進口石油依賴的主戰場。LNGV在中國的發展境遇與西方完全不同。中國經濟增長模式可以統籌、協調發展L N G V價值鏈。到2030年,中國將有可能耗用1000億m3/a天然氣,替代8000萬t/a柴油;并形成多個低碳、高科技L N G V產業鏈,包括強大的制造業,成為世界LNGV裝備制造和出口基地。
7、政府在DES/CCHP發展商的關鍵作用:價格機制、項目審批、財稅支持、統籌規劃
(1)、盡快改革天然氣國內市場價格機制。廢除發改委定“一氣一價”,改為稅收;控制各省門站價;最快速度開發國內非常規氣,控制對外依存度<30%;出臺下游各類用戶消費價格比指導意見,由地方政府監控。
( 2 ) 、改變天然氣發電項目分類和審批辦法。除大型煉油、化工、造紙、食品等24小時連續生產的過程工業C C H P系統之外,一般工業園區和新城區的百NW級區域型DES/C C H P按“冷熱電聯供+調峰電站”審批;建在現有城區內的小型DES/CCHP項目按“自備電站”審批。
(3)、由電監局和物價局聯手確定峰/平段分時上網電價。按占總電量75%的大工業用電價格制定全省統一的百M W級天然氣D E S上網電價:若大工業峰段和平段的用電電價分別為P P和P E,則天然氣D E S峰段和平段的上網電價定為β. P P和β. P E(β<1),或者P P-α和P E-α(α<0.1)。β或α是協調電網與發電企業利益的關鍵參數,由電監局和物價局測算定出,并根據經濟條件變化而調整。
(4)、落實綜合利用、循環經濟、節能減排稅收減免政策。
(5)、組織電力、電網、天然氣、供冷熱等各類公司合作共贏的區域能源供應服務公司;融資協調、土地參股。
(6)、在各類新開發園區、城區整體發展規劃基礎上,制訂階段(2020)能源規劃,并與產業發展、空間布局、城建、電力、天氣熱管網、交通、環境各類規劃協同。政府的這些作為,對于天然氣產業下游的健康發展是至關重要的。
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