天然氣在發(fā)展低碳經濟中的技術經濟性分析

摘 要

摘要：簡要介紹了低碳經濟的概念，理論計算了在日常生活中常見情形下的使用天然氣與一次能源的二氧化碳排放量，并提出了對其進行經濟性評價的公式。關鍵詞：低碳經濟；天然氣；二氧化碳
摘要：簡要介紹了低碳經濟的概念，理論計算了在日常生活中常見情形下的使用天然氣與一次能源的二氧化碳排放量，并提出了對其進行經濟性評價的公式。
關鍵詞：低碳經濟；天然氣；二氧化碳排放量
1 引言
    低碳經濟，是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導下，通過技術創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產業(yè)轉型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護雙贏的一種經濟發(fā)展形態(tài)。發(fā)展低碳經濟，一方面是積極承擔環(huán)境保護責任，完成國家節(jié)能降耗指標的要求；另一方面是調整經濟結構，提高能源利用效益，發(fā)展新興工業(yè)，建設生態(tài)文明。這是摒棄以往先污染后治理、先低端后高端、先粗放后集約的發(fā)展模式的現(xiàn)實途徑，是實現(xiàn)經濟發(fā)展與資源環(huán)境保護雙贏的必然選擇。
    低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，是人類社會繼農業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大進步。低碳經濟實質是能源高效利用、清潔能源開發(fā)、追求綠色GDP的問題，核心是能源技術和減排技術創(chuàng)新、產業(yè)結構和制度創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展觀念的根本性轉變。
    目前實現(xiàn)低碳經濟既可通過大力發(fā)展太陽能、風能、氫能經濟、生物質能經濟等新興清潔能源，也可借助于天然氣這一傳統(tǒng)清潔能源來實現(xiàn)。
2 天然氣實現(xiàn)低碳經濟的有利因素
2.1 天然氣行業(yè)的大發(fā)展
    自1997年，陜京一線天然氣的建成投產開始，遍布全國的骨干輸氣管網已初步形成，以西氣東輸線、陜京線、川氣東送、進口液化天然氣和沿海管道為主線，形成了縱貫南北、連接東西的輸氣干線?，F(xiàn)國家網加地方支線天然氣網絡每年設計輸送天然氣能力為900×108m3/a～1000×108m3/a[1]。加上即將竣工的西氣東輸二線，已進入規(guī)劃階段的西氣東輸三線、四線等，及正在籌建或建設當中的大連、上海、江蘇、浙江、山東、河北等地的LNG項目，中國的天然氣供應量增長速度將遠超國民生產總值速度。
2.2 節(jié)能減排又成為當今的主題，發(fā)展天然氣符合時代要求
    全球氣候變暖已經嚴重威脅到人類社會的可持續(xù)發(fā)展，溫室氣體的大量排放已成為困際社會普遍關注的問題，各國正積極努力通過各種途徑、采取各種措施減少碳排放、降低溫室效應，緩解全球氣候變暖帶來的壓力。研究表明，溫室氣體的排放豐要源自煤、石油等一次能源的大量消耗[2]。低碳之路如何走？很多人把希望寄托在新能源上。但目前新能源無法在短期內大量替代化石能源。因此發(fā)展低碳經濟短期內依靠新能源不現(xiàn)實，天然氣是發(fā)展低碳經濟的必然選擇。
    為了更加明確天然氣在發(fā)展低碳經濟上成為主角的必然性，本文將就天然氣在發(fā)展低碳經濟上涉及技術、經濟層面上的內容加以分析，其中技術層面的分析，主要指的是天然氣比其它一次能源的減排量分析。
3 天然氣的二氧化碳減排量計算
    在不考慮燃料不完全燃燒的情況下，各種能源產生二氧化碳量的計算公式為：
    M=3.667mc
其中M——燃燒器具排放二氧化碳的量(kg)
    m——燃燒器具消耗一次能源的量(kg)
    C——次能源的含碳質量百分比(%)
    經計算，得出各類一次能源的單位熱值(MJ)的二氧化碳排放量見表1。
表1 各類一次能源的單位熱值(MJ)的二氧化碳排放量
項目
煤炭
汽油
柴油
重油
液化石油氣
天然氣
CO2排放量(kg)
0.100
0.068
0.069
0.079
0.065
0.056
注1：表中煤炭采用標準煤計算
    從表1中可知，在放出相同熱值的上述一次能源中，天然氣的二氧化碳排放量是最小的。為了更加明確具體實際生活中的二氧化碳的排放量，下面針對一些生活中的實例加以說明。
3.1 用戶每日消耗一次能源的二氧化碳排放量
    當城市用戶使用天然氣替代液化石油氣、煤可以減排二氧化碳的量，假使用戶使用天然氣日平均量0.863m3，則折算成日使用液化石油氣為0.282m3、煤炭4.72kg(注：由于居民使用煤炭做飯，熱效率取20%，天然氣、液化石油氣灶熱效率均取90%)
   經計算其排放量見表2。
表2 用戶每日消耗一次能源的二氧化碳排放量對比
項目
煤炭
液化石油氣
天然氣
C02排放量(kg)
13.84
2.01
1.71
    從表2中可知，天然氣在城市用戶常用生活燃料中二氧化碳排放量中最小，液化氣其次，煤則是二氧化碳排放量最大，用戶每日消耗液化氣、煤炭的二氧化碳排放量分別是天然氣的1.17倍、8.09倍。
3.2 出租車每日消耗一次能源的二氧化碳排放量
    假使出租車平均每輛車日行駛350km消耗93號燃油約31.5L，則折合使用天然氣28.03m3，使用柴油25.15L，經計算其排放量見表3。
表3 出租車每日消耗一次能源的二氧化碳排放量對比
項目
汽油
柴油
天然氣
C02排放量(kg)
67.45
69.01
55.50
    從表3中可知，天然氣在出租車消耗的一次能源中二氧化碳排放量中最小，汽油其次，柴油則是二氧化碳排放量最大，出租車每口消耗汽油、柴油的二氧化碳排放量分別是天然氣的1.22倍、1.24倍。
3.3 公交車每日消耗一次能源的二氧化碳排放量
    假使公交車平均每輛車日行駛300km消耗90號燃油約84L估算，則折合使用天然氣74.75m3，使用柴油67.08L，經計算其排放量見表4。
表4 公交車每日消耗一次能源的二氧化碳排放量對比
項目
汽油
柴油
天然氣
CO2排放量(kg)
179.87
184.02
148.00
    從表4中可知，天然氣在公交車消耗的一次能源中二氧化碳排放量中最小，汽油其次，柴油則是二氧化碳排放量最大，出租車每日消耗汽油、柴油的二氧化碳排放量分別是天然氣的1.22倍、1.24倍。
3.4 鍋爐每日消耗一次能源的二氧化碳排放量
    對于鍋爐，我們將分蒸汽鍋爐、熱水鍋爐二類進行分別討論二氧化碳日排放量。
    (1) 蒸汽鍋爐
    以工業(yè)蒸汽1.OMPa，270℃為例，10t/h為例。燃煤鍋爐效率按60%計算，以每天工作10h計算，其標準煤用量為17t。燃柴油鍋爐的熱效率85%，天燃氣鍋爐的熱效率85%，分別折合使用天然氣993.36m3/d，使用柴油7666.Okg/d，使用重油8608.3kg/d。
表5 鍋爐每日消耗一次能源的二氧化碳排放量對比
項目
煤炭
重油
柴油
天然氣
C02排放量(t)
50.12
27 78
24.45
19.67
注1：煤炭采用燃燒標準煤計算
    從表5中可知，天然氣在鍋爐消耗的一次能源中二氧化碳排放量中最小，柴油其次，煤炭則是二氧化碳排放量最大，鍋爐每日消耗汽煤炭、重油、柴油的二氧化碳排放量分別是天然氣的2.55倍、1.41倍、1.24倍。
    (2) 熱水鍋爐
    以熱水鍋爐1.0MPa，180℃、1Ot/h為例。燃煤鍋爐效率按60%計算，以每天工作8h計算，其標準煤用量為3.477t。燃柴油鍋爐的熱效率85%，天然氣鍋爐的熱效率85%，分別折合使用天然氣2021.16m3/d，使用柴油1559.77kg/d，使用重油1751.51kg/d。
表6 鍋爐每日消耗一次能源的二氧化碳排放量對比
項目
煤炭
重油
柴油
天然氣
C02排放量(t)
10.20
5.65
4.98
4.O0
注1：煤炭采用燃燒標準煤計算
    從表6中可知，天然氣在鍋爐消耗的一次能源中二氧化碳排放量中最小，柴油其次，煤炭則是二氧化碳排放量最大，鍋爐每日消耗汽煤炭、重油、柴油的二氧化碳排放量分別是天然氣的2.55倍、1.41倍、1.24倍。
4 天然氣在發(fā)展低碳經濟的經濟性分析
    在發(fā)展低碳經濟的時代，不僅要考慮二氧化碳的減排量，同樣也要對于其經濟性進行分析，評價其經濟性也是重要的指標。
    對于太陽能、風能等新能源，由于它們不可能在當今經濟的發(fā)展中成為主角，在此就不對它們的經濟性進行分析，下面針對對一次能源中的天然氣、液化石油氣、汽油、柴油、重油、煤炭等化石能源進行經濟評價。
表7 一次能源的熱值參數(shù)表
能源種類
計價(計量)單位
單位熱值
熱值比較值(天然氣為1)
天然氣
Nm3
35.53MJ
1.00
液化石油氣
Nm3
108.68MJ
3.06
柴油
L
39.59MJ
1.11
汽油
L
31.617MJ
0.89
重油
L
39.768MJ
1.12
煤炭(標準煤)
kg
29.26MJ
0.82
    1) 在不考慮能源使用效率的情況下，當
 
式中A——經濟性系數(shù)
   Pi——其它能源種類在一個計量單位的價格(元)
   P——天然氣的計量單位的價格(元)
   C——熱值比較值(見表7)
   當A＞0時，天然氣比其它能源種類具有經濟性；
    當A=0時，天然氣比其它能源種類具有同等經濟性；
    當A＜0時，天然氣比其它能源種類不具有經濟性。
    由于液化石油氣、柴油、汽油、重油、煤炭等能源價格不斷波動和變化，為了對當前的經濟性進行預評估，以2010年2月份的各能源的價格進行比較和分析。
表8 一次能源的經濟性系數(shù)表(2010年2月)
能源種類
計價(計量)單位
計價單位價格
熱值比較值(天然氣為1)
經濟性系數(shù)
天然氣
Nm3
3
1.O0
 
液化石油氣
Nm3
16.2
3.O6
2.34
柴油(0#)
L
6.17
1.11
0.95
汽油(93#)
L
6.25
0.89
1.19
重油
L
4.32
1.12
0.32
煤炭(標準煤)
kg
0.55
0.82
-0.64
從表8可知，天然氣只比煤炭(標準煤)的經濟性差。
 
P(對于液化石油氣)=5.29元
P(對于柴油)=5.56元
P(對于汽油)=7.02元
P(對于重油)=3.86元
P[對于煤炭(標準煤)]=0.67元
其經濟性與其一個計價單位的能源相同。
2) 在考慮能源使用效率的情況下，當
 
式中A——經濟性系數(shù)
Pi——其它能源種類在一個計量單位的價格(元)
P——天然氣的計量單位的價格(元)
C——熱值比較值
ηi——使用其它能源燃燒器具的熱效率
η——使用天然氣的燃燒器具的熱效率
當A＞0時，天然氣比其它能源種類具有經濟
當A=0時，天然氣比其它能源種類具有同等經濟
當A＜0時，天然氣比其它能源種類不具有經濟
    對于考慮能源使用效率的情況，比較經濟性過程與不考慮能源使用效率同。
5 結論
    對天然氣與其它常規(guī)能源的二氧化碳減排量的計算以及對于其進行經濟比較，我們不難得出以下結論：
    (1) 居民每用戶每年消耗天然氣、液化石油氣、煤炭的二氧化碳排放量分別為0.624t、0.732t、5.051t，天然氣比液化石油氣、煤炭的二氧化碳的年減排量分別為0.108t、4.427t。
    (2) 出租車每輛耗天然氣、汽油、柴油的二氧化碳年放量分別為20.258t、24.620t、25.187t。天然氣比汽油、柴油的二氧化碳的年減排量分別為4.362t、4.929t；公交車每輛耗天然氣、汽油、柴油的二氧化碳年放量分別為54.021t、65.653t、67.166t。天然氣比汽油、柴油的二氧化碳的年減排量分別為11.632t、13.145t。
    (3) 10t/h蒸汽鍋爐每臺耗天然氣、柴油、重油、煤炭的二氧化碳年放量分別為7179.02t、8925.87t、10138.31t、18295.74t，天然氣比柴油、重油、煤炭的二氧化碳的年減排量分別為1746.85t、2959.29t、11116.72t；10t/h熱水鍋爐每臺耗天然氣、柴油、重油、煤炭的二氧化碳年放量分別為1460.69t、1816.12t、2062.81t、3722.57t，天然氣比柴油、重油、煤炭的二氧化碳的年減排量分別為355.43t、602.12t、2261.88t。
    (4) 在一次能源中，天然氣只比煤炭(標準煤)的經濟性差，比液化石油氣、柴油、汽油、重油的經濟性都要好。
    因此，天然氣替代部分煤和石油是發(fā)展低碳經濟最直接最有效的途徑。天然氣在能源中碳排放最低，且使用效率高、綜合效益好，所以，從某種意義上講，天然氣是目前低碳經濟發(fā)展的現(xiàn)實選擇。必將在低碳經濟中發(fā)揮主角作用。
參考文獻
1 高建華，郭仁杰，郭宗濱.崛起中的中國天然氣產業(yè)[J].煤氣與熱力，2009；29(7)
2 佟新華.中日一次能源消耗的碳排放及影響因素對比分析[J].現(xiàn)代日本經濟，2008；162(6)
 
(本文作者：李丹華1 龔小輝2 錢文斌3 1.哈爾濱市燃氣工程設計研究院 150016；2.中國燃氣控股有限公司 518033；3.大連煤氣管道工程有限公司 116011)