天然氣行業(yè)發(fā)展分布式能源系統(tǒng)有關問題的分析

摘 要

中國經(jīng)濟的快速增長帶來能源需求越來越旺盛,國際石油價格不斷創(chuàng)新高,國內(nèi)電荒不斷,節(jié)能減排的任務繁重。天然氣行業(yè)迅猛發(fā)展,為中國的優(yōu)化能源戰(zhàn)略提供了機會。

摘 要:中國經(jīng)濟的快速增長帶來能源需求越來越旺盛,國際石油價格不斷創(chuàng)新高,國內(nèi)電荒不斷,節(jié)能減排的任務繁重。天然氣行業(yè)迅猛發(fā)展,為中國的優(yōu)化能源戰(zhàn)略提供了機會。在天然氣行業(yè)發(fā)展分布式能源系統(tǒng),既是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,也是解決能源相關問題的重要舉措。本文分析了發(fā)展分布式能源系統(tǒng)中的相關問題。
關鍵詞:天然氣 分布式能源節(jié)能減排 問題
1.前 言
日本大地震帶來核危機,致全世界對核電站又愛又怕;重要石油產(chǎn)地北非地區(qū)連掀政治暴亂,加上世界經(jīng)濟不斷復蘇,石油價格再次攀升;4月底,江蘇、江西兩省在淡季鬧電荒,進入夏季,全國電力供應更緊。能源,越來越讓地球人神經(jīng)緊繃!中國必須面對經(jīng)濟大復蘇與能源緊缺的矛盾,既要增加能源供應、提高能源利用效率,又面臨減排重任。勿慵致疑,天然氣在中國能源中扮演的角色會越來越重要。但天然氣也屬于一次性能源,同樣有著節(jié)能減排的迫切要求。愈演愈烈的電荒,使人們對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性提出質(zhì)疑。在這種情況下,天然氣分布式能源被強烈地呼之欲出。專家學者、行業(yè)人士熱捧,政府也在研究相關支持政策,一些能源服務商也盯上了這一新的商機。城市天然氣運營商,應該關注這一變化,搶抓這一商機,及時做出反應。
2分布式能源
21分布式能源的概念
所謂“分布式能源”(distributed energy sources)是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以氣體燃料為主,可再生能源為輔,利用一切可以利用的資源;二次能源以分布在用戶端的熱電冷(植)聯(lián)產(chǎn)為主,其他中央能源供應系統(tǒng)為輔,實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用,并通過中央能源供應系統(tǒng)提供支持和補充;在環(huán)境保護上,將部分污染分散化、資源化,爭取實現(xiàn)適度排放的目標。天然氣分布式能源是建在用戶端的冷、熱、電三聯(lián)供綜合能源系統(tǒng),利用先進的燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機燃燒潔凈的天然氣發(fā)電,再對做功后的余熱進一步回收,用來制冷、供暖和生活熱水,從而實現(xiàn)對能源的梯級利用,能夠提高能源利用效率至80%~90%。
2.2分布式能源的優(yōu)勢
分布式能源系統(tǒng)分布安置在需求側的能源梯級利用,以及資源綜合利用和可再生能源設施。通過在需求現(xiàn)場根據(jù)用戶對能源的不同需求,實現(xiàn)溫度對口供應能源,將輸送環(huán)節(jié)的損耗降至最低,從而實現(xiàn)能源利用效能的最大化。
2.3分布式能源技術的基礎
分布式能源技術的基礎科學主要在以下幾個方面:1、動力與能源轉換設備:主要是指一些基于傳統(tǒng)技術的完善和新技術的發(fā)展。 2、一次和二次能源相關技術; 3、智能控制與群控優(yōu)化技術; 4、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術; 5、資源深度利用技術。
3發(fā)展天然氣分布式能源的必要性和可行性
目前,分布式能源的理念在中國已為越來越多的人所接受,上到國家政府部門,下到企業(yè)、專家、個人。專家預測,未來3-5年,中國分布式能源的發(fā)展一定會有一個質(zhì)的飛躍和提升。主要原因是:
3.1解決大電網(wǎng)存在的弊端
2008年暴發(fā)的南中國大面積雪災,使龐大的電網(wǎng)幾近癱瘓,暴露出大電網(wǎng)的弊端,直接經(jīng)濟損失有1516.5億元,其中大部分是因大電網(wǎng)的癱瘓造成的。
     2011日本大地震引發(fā)的核泄漏事故,已經(jīng)引發(fā)全世界重新審視發(fā)展核電的安全性,不難猜想出,許多國家的核電計劃會因此受到影響。
  與此同時,地震使得日本多個核電站關閉。由于日本核電占全國電力供應的33%,此番核電停供導致日本東北部地區(qū)大面積缺電,部分地區(qū)已經(jīng)停供。這再次充分暴露出了大電網(wǎng)集中供電的弊端——一旦發(fā)生大災難,將導致電網(wǎng)癱瘓,隨之而來的經(jīng)濟損失和對社會造成的負面影響將無法想象,更不可挽回。
而分布式能源能起到的作用卻恰恰與大電網(wǎng)相反,其高效、靈活、安全的供電特點不僅能彌補大電網(wǎng)在應對諸如上述突發(fā)事故時的種種弊端,在日常生活中也能起到很好的電力調(diào)峰作用,無形之中會增加大電網(wǎng)的供電安全性。日本地震活生生地告訴我們,大電網(wǎng)是有缺陷的。受地震影響,東京電力實行了輪流停電計劃,但在分布式能源發(fā)展較好的區(qū)域如東京的新宿、赤坂和幕張地區(qū)等未因此而遭受太大的損失,反而會在一定程度為大電網(wǎng)提供有益補充。不僅如此,以北京為例,北京夏季1400萬KW電力負荷的40%為電空調(diào),而天然氣近80%的年耗量是在供暖季,燃氣和電力為了滿足各自的峰谷需求均需多投資幾百億元或建調(diào)峰氣庫或建調(diào)峰電站,但這樣做系統(tǒng)利用率會很低。
電力專家指出,一個城市為保證其供電系統(tǒng)的安全性,自發(fā)電能力至少應超過25%。由于用電與用氣的季節(jié)性差異,發(fā)展天然氣分布式能源在夏季用電高峰期提供冷和電,一方面是對電網(wǎng)的有益補充,另一方面更是對燃氣的高效利用。著名的廣州大學城分布式能源項目就是一個很好的例子。
3.2節(jié)能減排,提高能源利用效率
  當前在城市大力發(fā)展天然氣已經(jīng)成為國家實施低碳經(jīng)濟的重要組成部分。為促進天然氣事業(yè)的發(fā)展,國家在加大國產(chǎn)氣勘探開發(fā)力度的同時,正積極擴大國際貿(mào)易進口,并努力發(fā)展各種替代氣源。其中,提高城市燃氣的利用效率成為最重要的要求,任務也最艱巨。
國際上很多國家的實踐證明,通過提高天然氣最終的使用效率,擴大天然氣在運輸、供暖和發(fā)電方面的應用,以取代碳含量較高的固體和液體燃料是減小二氧化碳排放最有效的措施。尤其是大力發(fā)展天然氣分布式能源,使一些國家的能源可靠性得到了很大提高,能源消費價格大幅降低,不僅使消費者得到了實惠,這些國家的能源消耗和碳排放也得到了有效的控制。
3.3國家出臺了許多支持分布式能源發(fā)展的政策
2007年9月3日,國家發(fā)改委出臺的《天然氣利用政策》,第四條關于天然氣利用領域和順序中,分布式熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電冷聯(lián)系用戶列為優(yōu)先類。
當前,國家已經(jīng)把發(fā)展天然氣分布式能源列入重要議程。據(jù)報道,天然氣分布式能源已經(jīng)被列入國家發(fā)改委的“十二五”《新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中。根據(jù)國家能源局去年的發(fā)文,要在2011年擬建設1000個天然氣分布式能源項目。由此,天然氣分布式能源在國內(nèi)的發(fā)展前景可見一斑。
受國家能源局的委托,中國城市燃氣協(xié)會正組織開展“十二五”天然氣分布式能源發(fā)展形式、國內(nèi)外市場和技術示范、相關標準規(guī)范、與智能電網(wǎng)關系等問題的專題研究。按要求,上述研究成果將為我國“十二五”天然氣分布式能源的發(fā)展提出針對性的政策和建議。
2008年4月1日實施的《中華人民共和國節(jié)約能源法》第三十二條規(guī)定“電網(wǎng)企業(yè)應當按照國務院有關部門制定的節(jié)能發(fā)電調(diào)度管理的規(guī)定,安排清潔、高效和符合規(guī)定的熱電聯(lián)產(chǎn)、利用余熱余壓發(fā)電的機組以及其他符合資源綜合利用規(guī)定的發(fā)電機組與電網(wǎng)并網(wǎng)運行,上網(wǎng)電價執(zhí)行國家有關規(guī)定”。
此外,根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會、財政部、中國人民銀行、國家稅務總局今年聯(lián)合制定的《關于加快推行合同能源管理促進節(jié)能服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》,政府對節(jié)能服務產(chǎn)業(yè)采取適當?shù)慕鹑诤拓斦?、稅收等方面的扶持政策。其中,對?jié)能服務公司實施合同能源管理項目,取得的營業(yè)稅應稅收入,暫免征收營業(yè)稅,對其無償轉讓給用能單位的因實施合同能源管理項目形成的資產(chǎn),免征增值稅。
4國內(nèi)外實施分布式能源的情況
4.1國外分布式能源積累了豐富經(jīng)驗
分布式能源是從20世紀70年代末開始最先在美國發(fā)展起來的。30多年來,分布式能源在很多國家如美國、日本、丹麥、荷蘭等得到大力發(fā)展和推廣,與此同時,其在節(jié)能減排上發(fā)揮的作用也讓這些國家切切實實享受到了實惠,繼而推動其進一步發(fā)展。國外幾十年取得的經(jīng)驗不容忽視,值得我國借鑒。它反映了分布式能源在世界范圍發(fā)展的大趨勢,這是世界范圍能源與環(huán)境的形勢、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求、以及分布式能源自身的特點所決定的,是歷史發(fā)展的必然趨勢。
目前美國已經(jīng)有6000多座分布式能源站,僅大學校園就有200多個采用了分布式能源站。美國政府計劃到2020年,一半以上的新建辦公或商用建筑采用分布式熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。同時有15%的現(xiàn)有建筑改用熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。此外,美國能源部和環(huán)境保護署還計劃2010年分布能源的裝機容量達到9200萬千瓦,占全國總用電量的14%,2010-2020年間再增加9500萬千瓦,占全國總用電量的28%。日本到2008年就有多達7800個總能系統(tǒng)投入運行,并計劃在2010年分布式能源供能達1000萬千瓦。日本還大力發(fā)展了低熱值燃料和可再生能源利用、微網(wǎng)及控制、熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的小型化及家庭單元機組等一系列新技術,使節(jié)能減排收到明顯效果。此外,日本能源貿(mào)易工業(yè)部于2004年發(fā)布了到2030年的長期能源規(guī)劃,其中進一步強調(diào)了分布能源及微網(wǎng)系統(tǒng)。該規(guī)劃中規(guī)定2030年前分布能源發(fā)電量將占總電力供應的20%。丹麥和荷蘭是分布式能源系統(tǒng)推廣力度最大的兩個國家,因此也成為各國效仿的對象。目前,丹麥分布式能源的占有率在整個能源系統(tǒng)中已經(jīng)接近60%,荷蘭也超過40%。由于推廣分布式能源,這兩個國家的廢氣排放量已經(jīng)大大降低,二氧化碳和氮氧化物的排放量已經(jīng)比10年前分別降低了30%和20%,而且能源的可靠性大大提高,能源消費的價格也大大降低。這兩個國家政府先后出臺了一些鼓勵分布式能源的法規(guī)和法律,如丹麥的《供熱法》和《電力供應法》就對分布式能源明確提出了予以鼓勵、保護和支持,政府也制訂了分布式能源建設的一些補償政策和給予優(yōu)惠的貸款,如無息貸款等。
4.2分布式能源在中國的應用
目前我國北京、上海、廣州等地已有一批以油、氣為燃料的分布式熱、電、冷工程投入運行,取得明顯的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益。上海分布式能源系統(tǒng)發(fā)展已有十幾年歷史。目前上海已建成浦東國際機場一期工程、閔行中心醫(yī)院、711研究所莘莊研發(fā)基地、航天能源飛奧基地、老港垃圾場(沼氣)等15個分布式能源項目,“2011年上海將繼續(xù)推進醫(yī)院、賓館、園區(qū)等一批項目”。就在3月26日,上海虹橋商務區(qū)分布式能源項目舉行了開工儀式。北京燃氣集團生產(chǎn)調(diào)度指揮中心大樓是北京市天然氣管網(wǎng)監(jiān)控和調(diào)度的中心,其建筑面積 32800 萬 m 2 。該項目是由燃氣集團投資建設的國內(nèi)第一個成功運行的樓宇型三聯(lián)供項目,于 2004 年 8 月調(diào)試成功,制冷季和采暖季三聯(lián)供系統(tǒng)運行,過渡季檢修維護。項目采用燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組,選擇了卡特彼勒公司的 G3508 (容量 480 千 瓦)和 G3512 ( 725 千瓦)機型,分別與遠大的 BZHR100 Ⅷ( 100 萬大卡)和 BZHR200 Ⅷ( 200 萬大卡)的余熱型直燃機聯(lián)合工作。 北京南站為響應國家節(jié)約能源,改善北京市環(huán)境保護,在北京南站中建設燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)解決南站的全部冷熱和部分電力供應。另外,長沙黃花國際機場新建航站樓擬利用天然氣冷熱電多聯(lián)供技術。深圳市招商局光明科技園啟動區(qū)區(qū)域冷熱電聯(lián)產(chǎn)能源中心工程作為深圳市招商局光明科技園啟動區(qū)的一部分,主要是為解決整個啟動區(qū)的能源供應問題。
5 分布式能源實施風險分析及規(guī)避
實施分布式能源存在一定的風險,概括起來說,分布式能源在中國起步晚,我們的技術研究、設備制造與配套技術還比較落后,政策還不完善,社會認知度還比較低。顯然,制約分布式能源發(fā)展的障礙主要集中在技術、利益分配與體制方面。正如專家指出,分布式能源本應是智能電網(wǎng)天然的合作伙伴,它不僅能夠保障大電網(wǎng)的安全,而且具有強大的調(diào)峰功能。但在目前的電力體制下,一方面分布式能源發(fā)的電無法實現(xiàn)上網(wǎng),只能自發(fā)自用,經(jīng)濟效益無法得到保障,也就不能得以發(fā)展。
5.1技術因素
技術因素涵蓋了與分布式能源系統(tǒng)相關的各個技術問題。具體地說,就是分布式能源設備的技術性能,如發(fā)電機組、并網(wǎng)設施、輸配電網(wǎng)的運行,以及電網(wǎng)安全、可靠及穩(wěn)定運行的標準等。分布式能源系統(tǒng)并網(wǎng)存在以下的限制。
(1) 電網(wǎng)的技術條件:分布式能源系統(tǒng)并網(wǎng)可能使電網(wǎng)的故障率上升,這就限制了分布式能源系統(tǒng)尤其是熱電聯(lián)產(chǎn)機組的并網(wǎng)。此外,并網(wǎng)還意味著電網(wǎng)電壓的升高。這些都對電網(wǎng)的改造提出了新要求。
(2) 現(xiàn)有的電網(wǎng)設計程序: 它是根據(jù)電流由集中式發(fā)電廠輸向用戶端(單向) 而制定的。而分布式能源系統(tǒng)的并網(wǎng)則意味著電流的雙向流動,為此必須修改現(xiàn)有的電網(wǎng)設計程序。
(3) 安全問題:分布式能源系統(tǒng)的并網(wǎng)可能引發(fā)意想不到的操作。如, 某一條饋線的故障可能使另一條饋線產(chǎn)生斷路。
(4) 產(chǎn)生可能的波動和配備輔助裝置:并網(wǎng)的分布式能源系統(tǒng)數(shù)量越多,對電網(wǎng)的沖擊大。間歇性的分布式能源系統(tǒng)還需要配備存儲設備等。
(5) 精確計量和控制方式:目前的計量和控制方式尚不能滿足分布式能源推廣應用的要求。
(6) 缺乏必要的基礎設施,制約了遠離電網(wǎng)的分布式能源系統(tǒng)的建設。為了并網(wǎng),分布式能源開發(fā)商必須接受電網(wǎng)公司或電力公司的有關并網(wǎng)技術條款,其中包括各方的責任、電網(wǎng)改造及線路延伸的成本分攤等。
5.2 政策與機制因素
政策與機制因素包括直接和間接地影響分布式能源項目的政策,以及制定、實施相關政策的體制結構等。雖然雖然政府出臺了上述一系列政策,但無直接政策,并在操作中存在一定的難度。支持政策的空缺或不確定是分布式能源發(fā)展的重要障礙。
5.3 市場因素
市場因素包括分布式能源技術自身的經(jīng)濟特性和市場結構。前者指的是設備及運行成本,以及融資、燃料和產(chǎn)品合同等。對于天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)設備而言,氣價/ 電價比的迅速攀升極大地影響了分布式熱電聯(lián)產(chǎn)技術的推廣。一方面,天然氣價格不斷上漲,而另一方面,電力市場開放的負面結果(未計入環(huán)境成本)使電價偏低,熱電設備運行的經(jīng)濟性則難以維持。一臺50萬噸處理量的鍋爐設備成本在500萬元以上,如果園區(qū)內(nèi)有企業(yè)150家的話,至少需要3臺鍋爐,光設備投入就超過1500萬元,且不計人力等其他方面的成本投入。這樣計算,投資回收期一般在3—5年。
目前,在一批致力于分布式能源發(fā)展的專家、學者和企業(yè)的大膽實踐探索下,國內(nèi)已經(jīng)開展了一些有意義的嘗試。比如杭州燃氣集團在新辦公區(qū)建設的天然氣分布式能源項目就與當?shù)毓╇姴块T達成了“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的協(xié)議。這樣,在該項目自發(fā)電供應不足時可從外部電網(wǎng)彌補,但多余的發(fā)電量不能上網(wǎng),需要自行調(diào)節(jié)電熱冷量的配比。這種調(diào)節(jié)在技術上也能實現(xiàn),比如采取微型模塊式燃氣發(fā)電機,這樣就可以根據(jù)電冷熱的實際需求量來啟動模塊機組的多少,“‘并網(wǎng)不上網(wǎng)’在一定意義上說就是對過去不許‘并網(wǎng)’的突破。”
6項目運作基本模式分析
雖然現(xiàn)在發(fā)展天然氣分布式能源還存在一定的制約因素,但如果我們選取一些比較好的區(qū)域進行實施,成功的可能性比較大,如選擇中央商務區(qū)、商業(yè)摩爾城、地鐵沿線、高端居住樓小區(qū)等。選擇這些區(qū)域主要是考慮一是未來需求較大,用戶集中,容易形成規(guī)模效益,再是可以列入先行規(guī)劃、同步建設,以同類型的機會投入,減少固定資產(chǎn)投入,可以縮短投資回收期。

項目實施的贏利來源:一是能效提高部分。如采取天然氣直接燃燒使用,熱利用率只有30%至40%,而用分布式能源,能到70%至80%,基本能提高一倍的能效,這是項目產(chǎn)生利潤的主要來源;二是政府節(jié)能獎勵。按照合同能源管理模式實施分布式能源,可以按《合同能源管理項目財政獎勵資金管理暫行辦法》規(guī)定,對采用合同能源管理方式實施的工業(yè)、建筑、交通等領域以及公共機構節(jié)能改造項目,按照中央財政獎勵標準為240元/噸標準煤,省級財政獎勵標準不低于60元/噸標準煤進行節(jié)能獎勵;三是能源咨詢與設計。在技術水平高、管理能力強的條件,為其他用能用戶提供能源方案的設計與優(yōu)化,項目單位可直接取得服務收入。
7實施措施
實施天然氣分布式能源,首要是改變價值觀。我們要改變以前僅認為我們是在銷售天然氣這一有形產(chǎn)品的觀念,而應認為我們是在做能源事業(yè)。實現(xiàn)天然氣能效最大化,減少大氣污染才是最終的追求。其次,天然氣只是初級產(chǎn)品,我們應該努力增加其附加價值,實現(xiàn)企業(yè)利益最大化。而分布式能源系統(tǒng)正是增加其附加價值,提高其能效率的重要手段。
8結論
隨著國家經(jīng)濟發(fā)展對能源、環(huán)境提出的新要求,天然氣產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展,政府積極出臺相關政策,企業(yè)改變經(jīng)營觀念,大力發(fā)展天然氣分布式能源系統(tǒng),對行業(yè)發(fā)展、對企業(yè)發(fā)展,實現(xiàn)社會科學發(fā)展意義重大。
 
參考文獻:《中國城市燃氣發(fā)展現(xiàn)狀戰(zhàn)略動向(三)》。
 
(本文作者:張任國 武漢市燃氣熱力集團有限公司 430015)