天然氣發(fā)電與分布式供能系統(tǒng)

1、天然氣發(fā)電與分布式供能系統(tǒng)華賁華南理工大學(xué)天然氣利用研究中心，廣州510640)摘要：從世界能源轉(zhuǎn)型的大視野論述了燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展為天然氣冷熱電聯(lián)供的必然性。相對(duì)于集中的千兆瓦級(jí)煤、水、核電主力基荷機(jī)組，百兆瓦級(jí)天然氣發(fā)電屬于分布式能源?！笆濉敝袊?guó)區(qū)域型天然氣DES/CCHP(分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng))能夠以16h/d運(yùn)行，肩負(fù)起開(kāi)拓天然氣下游市場(chǎng)、提高能效、保障新區(qū)能源、提高電力供應(yīng)可靠性和調(diào)峰的四重使命，并均可按“天然氣冷熱電聯(lián)供調(diào)峰電站”審批，門(mén)檻是能效高于70%，以天然氣為主的分布式供能在本世紀(jì)內(nèi)都有較強(qiáng)生命力。關(guān)鍵詞：天然氣發(fā)電；冷熱電聯(lián)供；分布式供能；電網(wǎng)調(diào)峰；項(xiàng)目審批中圖分類

2、號(hào)：TM611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：NaturalGasPowerGenerationVSDistributedEnergySupplySystemHUABen(ResearchCenterofNaturalGas,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)Abstract:TheinevitabilityofcoalCHPtowardsnaturalgasCCHPhasbeenexplainedfromtheeyesightofworldenergytransit.Relativetothecentralizedmaina

3、ndbasicGWlevelcoal,hydraulicandnuclearpowerstation,naturalgaspowerwithhundredsMWlevelbelongstodistributedpower.DuringtheTwelfthFiveYearPlan,ChinaregionaltypenaturalgasDES/CCHPcanoperate16h/d,withthefunctionofenhancingenergyefficiency,guaranteeingregionalenergyandpowersupply,aswellasthegridpeakshavin

4、g；therefore,thiskindofprojectsmaybeapprovedasNaturalGasCCHPandPeakShavingPowerStation,andtakingthe70%totalefficiencyastheassesscriteria.Inthiscentury,DES/CCHPhasverygoodprospect.Keywords:naturalgaspowergeneration;supplyofcooling,heatingandelectricalpowers;distributedenergysupply;peakshavingofgrid;pr

5、ojectapproval0引言過(guò)去10年，中國(guó)經(jīng)濟(jì)以約10%的速度高速增長(zhǎng)，但每年需多耗23億噸煤炭。2010年中國(guó)耗煤32.5億噸，占世界總量的48.3%，是碳排放居世界第一位的主要原因。中國(guó)政府為了兌現(xiàn)所承諾的到2020年單位GDP碳排放降低40%45%的目標(biāo)，在“十二五”能源規(guī)劃中提出到2015年中國(guó)煤耗指標(biāo)“封頂”在38億噸/年，而且新增的煤炭消耗主要用于新建先進(jìn)的超超臨界坑口電站和純氧煤氣化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。因此，所有中、東部新工業(yè)園區(qū)、新城區(qū)占能耗60%80%的燃料需求都不可能再依靠新增燃煤，只能轉(zhuǎn)向天然氣。發(fā)達(dá)國(guó)家天然氣產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30年發(fā)展，下游市場(chǎng)發(fā)育成熟，大致分布是：發(fā)電20%、工

6、業(yè)燃料25%、商業(yè)/建筑物20%、居民炊事等20%、交通燃料/化工原料15%。將在“十二五”快速發(fā)展的中國(guó)天然氣下游市場(chǎng)，也會(huì)朝著這個(gè)分布格局演變。以廣東省為例，目前天然氣發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H為3GW多一點(diǎn)，按照“十二五”規(guī)劃，將新建16個(gè)容量共11.88GW的天然氣發(fā)電項(xiàng)目。到2015年，天然氣發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)15GW，占總發(fā)電裝機(jī)的14.6%,每年將消耗天然氣114億立方米，占天然氣消耗總量的29%1。已經(jīng)列入廣東省“十二五”能源規(guī)劃的16個(gè)天然氣發(fā)電項(xiàng)目中，列為“熱電聯(lián)產(chǎn)”CHP的有6個(gè)，列為“冷熱電聯(lián)供”CCHP的有2個(gè)，列為“調(diào)峰調(diào)頻”電廠的1個(gè)，其余7個(gè)中5個(gè)是已有（調(diào)峰）電廠擴(kuò)建，2個(gè)

7、新建“燃?xì)怆姀S”。江蘇省要求天然氣發(fā)電的“熱電比”必須達(dá)到100%，使業(yè)主感到無(wú)所適從。這種情況與目前我國(guó)學(xué)術(shù)界、工程界對(duì)天然氣發(fā)電、分布式供能，以及CHP、CCHP的認(rèn)識(shí)和界定五花八門(mén)、莫衷一是密不可分。本文試圖從一次能源轉(zhuǎn)型和能源技術(shù)發(fā)展的歷史角度對(duì)此略作分析。1從燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)到天然氣冷熱電聯(lián)供的歷史進(jìn)程2-3熱電聯(lián)產(chǎn)CHP是在20世紀(jì)燃煤占一次能源30%80%的歷史時(shí)期發(fā)展起來(lái)的，其熱力學(xué)基礎(chǔ)主要是第一定律，其工程基礎(chǔ)是熱如何在鍋爐-汽輪機(jī)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換為功。熱力學(xué)第一定律分析指出純發(fā)電機(jī)組中超過(guò)30%的能量通過(guò)冷凝潛熱排棄到環(huán)境，如果利用低壓抽汽的熱能可使一次能源顯著節(jié)省。燃煤CHP的典型

8、模式是鍋爐/汽輪機(jī)一發(fā)電+抽汽供熱，著眼點(diǎn)局限在一次能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，“熱電比”是決定一次能源轉(zhuǎn)換效率的指標(biāo)。自上世紀(jì)七十年代后期，因資源、價(jià)格、應(yīng)用便利性和環(huán)境等因素，世界一次能源開(kāi)始向天然氣轉(zhuǎn)型，煤逐漸被天然氣取代，退出作為工業(yè)和建筑物燃料，更多地用于發(fā)電、鋼鐵、水泥等領(lǐng)域。在石油價(jià)格攀升的驅(qū)動(dòng)下，天然氣價(jià)格逐漸提高，天然氣冷熱電聯(lián)供CCHP先在美國(guó)、陸續(xù)在歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展起來(lái)。天然氣CCHP的典型模式是在燃?xì)廨啓C(jī)/內(nèi)燃機(jī)發(fā)電+余熱鍋爐/汽輪機(jī)發(fā)電+抽汽的基礎(chǔ)上、運(yùn)用包括熱泵等各種能源利用技術(shù)、各種組合構(gòu)建的，以高效、經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)滿足用戶所有冷、熱、電、汽終端需求的“聯(lián)供”系統(tǒng)；能源利用效率

9、是其評(píng)價(jià)指標(biāo)。熱電聯(lián)產(chǎn)CHP是CCHP的基礎(chǔ)，天然氣冷熱電聯(lián)供所著眼的不僅是“聯(lián)產(chǎn)”，而是從一次能源到終端利用“聯(lián)供”全過(guò)程的最高能效、最大經(jīng)濟(jì)效益、最少碳排放。這要通過(guò)科學(xué)用能、梯級(jí)利用、系統(tǒng)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)；是能源系統(tǒng)技術(shù)的一大飛躍。從燃煤CHP到天然氣CCHP，是一個(gè)歷史性的發(fā)展進(jìn)程。如果從概念和“定義”出發(fā)，天然氣也可以僅考慮熱電聯(lián)產(chǎn)，燃煤也能夠努力實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供。但是，最新型天然氣聯(lián)合循環(huán)能效已可達(dá)60%，僅靠抽汽供熱所能夠達(dá)到的“熱電比”卻遠(yuǎn)不如效率只有40%的燃煤CHP，而總體能源利用效率卻可以遠(yuǎn)比燃煤CHP高。所以，天然氣的利用只考慮熱電聯(lián)產(chǎn)是不夠的，兩者比較見(jiàn)表1。表1燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)

10、與天然氣冷熱電聯(lián)供的比較項(xiàng)目燃煤CHP天然氣CCHP基本模式鍋爐/汽輪機(jī)一發(fā)電+抽汽供熱燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)一次發(fā)電最高效率40%60%著眼點(diǎn)和范圍一次能源轉(zhuǎn)換一次能源到終端利用全過(guò)程理論基礎(chǔ)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律關(guān)鍵參數(shù)和考慮內(nèi)容供熱抽汽量和比率梯級(jí)利用、各級(jí)傳熱溫差、火用損耗；滿足所有終端用能需求的最優(yōu)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)熱電比能效、經(jīng)濟(jì)性、碳減排效果審批門(mén)檻熱電比30%一次能源利用效率70%丹麥和美國(guó)的DES/CCHP發(fā)展電力是高效、便捷的載能介質(zhì)，或稱二次能源。2010年我國(guó)電力能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)總量的比率已達(dá)44.35%。電力生產(chǎn)供應(yīng)和電源布局經(jīng)歷了從分散到集中，再由集中到部分

11、分散的“否定之否定”發(fā)展歷程。50年代我國(guó)最大的火電機(jī)組只有100MW,目前超超臨界煤電機(jī)組已達(dá)1GW,700MW水輪機(jī)也已國(guó)產(chǎn)化。總裝機(jī)26GW的核電站、56GW的火電站、1020GW的水電站等大型、高效、集約化的骨干電源，通過(guò)數(shù)千千米長(zhǎng)、500750kV的高壓電網(wǎng)乃至1000kV的特高壓電網(wǎng)向廣大地區(qū)供電，提高了能源轉(zhuǎn)換效率、降低了供電成本。然而，2003年發(fā)生在北美東部的大停電事故70多個(gè)小時(shí)難以恢復(fù)，以及臺(tái)灣、日本、倫敦、羅馬、我國(guó)南方等地各種原因引發(fā)的電網(wǎng)中斷供電事故，暴露了這種集中電源、大電網(wǎng)供電可靠性的不足。事后紐約市和墨西哥城為保障供電安全分別在境內(nèi)建設(shè)了5個(gè)和6個(gè)數(shù)十兆瓦的天

12、然氣聯(lián)合循環(huán)分散式電源(DecentralizedPowerResources)，作為集中電源大電網(wǎng)的補(bǔ)充和安全保障。另一方面，為了提高效率，城市建筑物供冷、供熱模式經(jīng)歷了從分散的一家一戶的爐灶、火墻、分體空調(diào)、一棟建筑物的小鍋爐、中央空調(diào)，到幾百萬(wàn)平方米的建筑物CHP集中供熱、和覆蓋幾個(gè)平方千米、10RT規(guī)模區(qū)域供冷的、從分散到集中的歷程。當(dāng)然，供冷供熱的集中程度局限在冷、熱水經(jīng)濟(jì)輸送距離所決定的幾個(gè)平方千米范圍內(nèi)，不可能像集中供電那樣大的范圍。但是，就在這幾個(gè)平方千米區(qū)域內(nèi)，“分散式電源”和“集中供冷供熱”獲得了相互結(jié)合起來(lái)、使能效大大提高的合作共贏的機(jī)會(huì)。這就使“分散式電源”從熱電聯(lián)產(chǎn)、

13、提高轉(zhuǎn)換效率出發(fā)，結(jié)合終端的“集中供冷供熱”，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用，構(gòu)建成科學(xué)用能、大系統(tǒng)優(yōu)化的“分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)DES/CCHP”。最早發(fā)展DES/CCHP的美國(guó)，到1999年的980個(gè)項(xiàng)目中，覆蓋一定區(qū)域的、平均裝機(jī)容量78MW的27項(xiàng)目占到了裝機(jī)容量的42.8%，加上平均容量22.4MW的60個(gè)項(xiàng)目，共占總裝機(jī)容量的70%，其余的絕大多數(shù)不到1MW見(jiàn)表2。例如一個(gè)麥當(dāng)勞店的DES/CCHP不過(guò)300kW左右。美國(guó)DES/CCHP的這種格局，是他們的城市早已成型，冷熱水管路受限和私有制的自由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制所決定的。表2美國(guó)1999年DES/CCHP不同系統(tǒng)形式比較系統(tǒng)形式裝機(jī)容量(MW)容量

14、比例(%)系統(tǒng)數(shù)量(座)數(shù)量比例(%)平均裝機(jī)容量(MW)聯(lián)合循環(huán)211042.8272.878.1鍋爐/蒸汽134127.2606.122.4燃?xì)廨啓C(jī)93318.910410.69.0內(nèi)燃機(jī)50610.377078.60.7其他360.7191.91.9總計(jì)49261009801005.0丹麥國(guó)土面積5萬(wàn)平方千米、人口500萬(wàn)，地勢(shì)平坦、農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，人口密度只有100人/平方千米。自1985年至今，丹麥的集中式電源點(diǎn)數(shù)目保持在18個(gè)沒(méi)有增加，但到2009年全國(guó)各地新建了數(shù)以百計(jì)的天然氣DES/CCHPo幾十年來(lái)，丹麥的GDP成倍增長(zhǎng)，而總能耗基本沒(méi)有增加，這是丹麥的燃煤CHP和天然氣DES/C

15、CHP占能源消耗的50%以上，大幅度提高了能效的結(jié)果。當(dāng)前中國(guó)國(guó)情下燃煤CHP和天然氣DES/CCHP3.1燃煤CHP的發(fā)展空間4-5燃煤CHP不是主力發(fā)電機(jī)組，而是工業(yè)和建筑物終端供能機(jī)組。由于歷史的原因，中國(guó)一次能源以煤為主，發(fā)展燃煤CHP卻比世界遲了幾十年，到2010年，燃煤CHP裝機(jī)才占電力總裝機(jī)的10%。為了提高效率，發(fā)改委把燃煤CHP項(xiàng)目的準(zhǔn)入門(mén)檻提高到2X300MW。到2011年8月為止，有幾十個(gè)獲準(zhǔn)的燃煤CHP項(xiàng)目還在建設(shè)中。然而，“十二五”燃煤“封頂”的能源規(guī)劃已使這些CHP項(xiàng)目面臨尷尬。盡管竭力快速開(kāi)發(fā)水電、風(fēng)電，到2015年，主要設(shè)置在中國(guó)西部煤礦坑口的新增高效超超臨界煤

16、電年發(fā)電量4.5萬(wàn)億kWh，耗煤20億噸，比2010年增加5.5億噸，將耗用燃煤增長(zhǎng)的全部份額。在建和正在規(guī)劃的現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目的能力，2020年將消耗原煤6.28億噸9。這只能寄望于現(xiàn)有工業(yè)和建筑物燃料中被天然氣替代出來(lái)的煤炭，新工業(yè)區(qū)和城區(qū)的燃煤CHP項(xiàng)目將無(wú)煤可用。世界工業(yè)和建筑物燃料由燃煤CHP向天然氣CCHP轉(zhuǎn)型已經(jīng)30年,碳減排壓力正進(jìn)一步促其加速發(fā)展，中國(guó)目前這種燃煤鍋爐+汽輪機(jī)的CHP將難以為繼。當(dāng)然，帶有CCS(碳捕捉和儲(chǔ)存)的現(xiàn)代化煤氣化多聯(lián)產(chǎn)可能還有上百年的發(fā)展空間。3.2“十二五”新工業(yè)區(qū)、新城區(qū)天然氣DES/CCHP的規(guī)模和目標(biāo)冋基于現(xiàn)有能源終端消費(fèi)構(gòu)成，“十二五”中國(guó)

17、經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的新增能耗80%還是在工業(yè)和建筑物終端用能領(lǐng)域?！笆濉逼陂g中國(guó)天然氣平均年增加300億立方米，約合0.4億tce/a。如果采用傳統(tǒng)利用技術(shù)，遠(yuǎn)不能滿足年增超過(guò)1億tee的能源需求，而且用戶難以承受高的天然氣價(jià)格。而若普遍采用能效高一倍的先進(jìn)天然氣DES/CCHP利用技術(shù)，300億m3/a天然氣就能夠替代相當(dāng)于0.8億tce/a的煤炭，支撐工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的能源需求。今天中國(guó)的國(guó)情與美國(guó)和丹麥當(dāng)年發(fā)展DES/CCHP時(shí)的情況有很大的不同，中國(guó)沿海地區(qū)人口密度是丹麥的10倍，正處在全球化、低碳轉(zhuǎn)型和快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、城市化，大批新建數(shù)十平方千米的新工業(yè)區(qū)和新城區(qū)的歷史時(shí)期，加上城市居住

18、密集，工業(yè)、CBD、住宅三種功能區(qū)集中布局等特定條件，使得中國(guó)可以采用各種最新科技成果集成創(chuàng)新，發(fā)展一大批冷熱電汽負(fù)荷集成度很高的、百兆瓦級(jí)區(qū)域型天然氣DES/CCHP系統(tǒng)，能效比西方國(guó)家的DES/CCHP更高。圖1是典型的天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)流程圖，圖2和表3是一個(gè)38km2工業(yè)園區(qū)的能源規(guī)劃實(shí)例，可見(jiàn)供應(yīng)同樣的冷熱汽需求，按聯(lián)供模式耗氣40X106m3,比傳統(tǒng)分供模式耗氣89X106m3的效率提高一倍岡。如果發(fā)電裝機(jī)容量匹配適當(dāng)，總能效可達(dá)90%以上。由此可見(jiàn)，推廣天然氣CCHP系統(tǒng)是中國(guó)近10年提高能效最重要的戰(zhàn)略舉措。圖1典型的天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)流程圖圖2某工業(yè)園冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)布

19、局圖表3某工業(yè)園區(qū)常規(guī)分供系統(tǒng)與CCHP系統(tǒng)各項(xiàng)能耗和總能耗的比較項(xiàng)目供應(yīng)規(guī)模供熱量/MW常規(guī)分供耗氣量,MW/106m3/aCCHP減少發(fā)電/耗氣量,MW/億m3/a發(fā)電264MW508/2.33供蒸汽150t/h114127/5826.3/23供熱水471t/h27.430/143.6/1.7區(qū)域供冷281MW146/1760.7/15.4合計(jì)8940.1注：1、發(fā)電、供汽、熱水按4800h/a,供冷按滿負(fù)荷1200h/a計(jì)；2、第3、4列因次：斜杠前為MW,斜杠后是折算為106m3/a。(3)結(jié)合“十二五”新區(qū)建設(shè)，普遍推廣區(qū)域型DES/CCHP是完全可能的。以珠三角地區(qū)為例，正在規(guī)劃或

20、建設(shè)的珠海橫琴新區(qū)冷熱電聯(lián)供能源站、深圳光明新區(qū)能源站、中山嘉明燃機(jī)電廠2期、珠海高欄港區(qū)域能源站等2x9F機(jī)組，中山南朗深南電廠、民眾鎮(zhèn)沙仔化工紡織園區(qū)電站、東莞東興冷熱電聯(lián)供電廠、廣州科學(xué)城北區(qū)“中新知識(shí)城”等23x9E機(jī)組，清遠(yuǎn)華僑工業(yè)園、中山嘉明電廠改造等2x6F機(jī)組，以廣州大學(xué)城DES為代表的中型工商住區(qū)2xFT8機(jī)組等規(guī)劃實(shí)例表明，百兆瓦級(jí)的天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)現(xiàn)CCHP是完全可能的。3.3現(xiàn)有工業(yè)區(qū)、城區(qū)天然氣DES/CCHP的局限和解決辦法現(xiàn)有區(qū)域冷熱蒸汽管道的路由是限制大型DES/CCHP的發(fā)展的主要因素;但不拘于“樓宇型”或“用戶型”框框的小型DES仍有發(fā)展的空間。只要努力

21、滿足冷、熱、汽負(fù)荷多種類、多時(shí)段互補(bǔ)，減少各級(jí)傳熱溫差、安排能量多次梯級(jí)利用，盡可能選用高效、廉價(jià)設(shè)備等三個(gè)條件，就有可能實(shí)現(xiàn)小型DES能效、經(jīng)濟(jì)性和碳減排的目標(biāo)。選擇一個(gè)冷熱電負(fù)荷均較大的用戶為投資主體，按照市場(chǎng)機(jī)制向鄰近用戶拓展冷、熱水或蒸汽的市場(chǎng)，規(guī)模以不向電網(wǎng)售電為度。管道路由的限制并非完全不可克服，一個(gè)可借鑒的成功案例就是美國(guó)芝加哥市中心世界最大的10萬(wàn)RT的區(qū)域供冷項(xiàng)目，就是從2萬(wàn)RT的基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大的。3.4天然氣CCHP電站與調(diào)峰電站相互兼容的創(chuàng)新按照電力發(fā)展規(guī)劃，2015年我國(guó)核電和風(fēng)電裝機(jī)占比將增大到8%，晝夜調(diào)峰和長(zhǎng)距離西電東送挑戰(zhàn)日益增強(qiáng)。而規(guī)劃到2015年最適宜調(diào)峰的

22、天然氣發(fā)電只占4.5%，抽水蓄能電站調(diào)峰不僅耗費(fèi)成千億元的投資，而且損失25%的電量。研究表明，在智能電網(wǎng)即將普遍推廣、晝夜分時(shí)電價(jià)自動(dòng)切換的條件下，上述區(qū)域型DES/CCHP大部分都可以按照16h/d的模式運(yùn)行：夜間停機(jī)時(shí)制冷改用電網(wǎng)的低價(jià)谷電;16h/d生產(chǎn)的生活熱水儲(chǔ)存在負(fù)荷中心夠1天用量的儲(chǔ)罐中；蒸汽供16h/d運(yùn)行的離散制造業(yè)用戶基本同步。只有24h/d連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程工業(yè)企業(yè)用蒸汽，需要專設(shè)機(jī)組供應(yīng)。因此，只要能夠理順生產(chǎn)關(guān)系的架構(gòu)，天然氣冷熱電聯(lián)供電站按16h/d運(yùn)行兼做調(diào)峰電站，在技術(shù)上和工程上是完全可行的，這也是基于當(dāng)代中國(guó)特定國(guó)情的集成創(chuàng)新。十二五天然氣消費(fèi)即使達(dá)到2600億

23、m3/a也不過(guò)占一次能源的8%,遠(yuǎn)低于世界平均水平24%。中國(guó)要想以8%的天然氣同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高能效、替代工業(yè)和建筑物燃煤、支撐十二五中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障供電可靠性和調(diào)峰等多項(xiàng)任務(wù)，就必須實(shí)行跨越式發(fā)展，在新開(kāi)發(fā)區(qū)域普遍推廣DES/CCHP模式，把2015年比2010年新增1600億m3/a天然氣中的，原來(lái)分別用于發(fā)電、工業(yè)燃料、建筑物燃料的1200億m3/a天然氣集成優(yōu)化用于新老區(qū)域的冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)。這樣，到2015年，中國(guó)天然氣發(fā)電量就能夠從2700億kWh/a增加到4500億kWh/a，占比從4.5%提高到8.4%，不僅大大增加調(diào)峰能力，而且增強(qiáng)了負(fù)荷中心的供電可靠性8?，F(xiàn)階段天然氣發(fā)電項(xiàng)

24、目審批辦法建議實(shí)現(xiàn)上述方案，是厘清本文引言中提到的天然氣發(fā)電項(xiàng)目審批的困惑的關(guān)鍵，改革天然氣發(fā)電項(xiàng)目審批辦法，是促進(jìn)上述集成創(chuàng)新的關(guān)鍵。4.1百兆瓦級(jí)的區(qū)域型DES/CCHP均定位為調(diào)峰+冷熱電聯(lián)供電站除了大型煉油、化工、造紙、食品等24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程工業(yè)CCHP系統(tǒng)之外，所有工業(yè)園區(qū)和新城區(qū)的天然氣DES/CCHP能源系統(tǒng)都定位為既調(diào)峰、又聯(lián)供冷熱電的天然氣分布式能源站，并有保障電力供應(yīng)可靠性的功能。分布式能源站DES這個(gè)名稱中，分布和集中是相對(duì)的，規(guī)模大小也是相對(duì)的。大型的、520GW的煤電、核電、水電等骨干機(jī)組作為基荷電源，提供電網(wǎng)90%的電力，是集中的電源。百兆瓦級(jí)建在負(fù)荷中心、冷

25、熱電汽都能就地直供、主要提供腰荷和峰荷電力、僅占電網(wǎng)總量10%左右的系統(tǒng)，叫做分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)是符合實(shí)際的。由電監(jiān)會(huì)和物價(jià)局聯(lián)手確定峰/平段分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制的關(guān)鍵是天然氣發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)。電和天然氣是中國(guó)還沒(méi)有市場(chǎng)化的最后兩個(gè)能源商品。目前燃煤發(fā)電尚有虧損，在與煤的等熱值比價(jià)大于2的中國(guó)天然氣國(guó)內(nèi)消費(fèi)價(jià)格下，天然氣發(fā)電很難有經(jīng)濟(jì)性。天然氣DES/CCHP調(diào)峰，正是打開(kāi)這個(gè)死結(jié)的鑰匙。作為調(diào)峰機(jī)組，給予峰段/平段的電價(jià)是合理的。建議電監(jiān)會(huì)與各省物價(jià)局按照占總電量75%的大工業(yè)用電價(jià)格制定全省統(tǒng)一的百兆瓦級(jí)天然氣DES上網(wǎng)電價(jià)：若大工業(yè)峰段和平段的用電電價(jià)分別為Pp和pe，則天然氣DES峰

26、段和平段的上網(wǎng)電價(jià)定為卩和卩pe(卩1)，或者Pp-a和pe-a(avO.l)。卩或a是協(xié)調(diào)電網(wǎng)與發(fā)電企業(yè)利益的關(guān)鍵參數(shù)，由電監(jiān)局和物價(jià)局測(cè)算定出，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件變化而調(diào)整。電力、電網(wǎng)、油氣等合作共贏的“能源供應(yīng)服務(wù)公司”機(jī)制在目前電力法框架下，只要電網(wǎng)公司參與以天然氣DES/CCHP為基礎(chǔ)的區(qū)域能源供應(yīng)服務(wù)公司的投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，并且代表公司在區(qū)域范圍內(nèi)直供電力，就不違反電力法第25條的規(guī)定。這樣，在保證區(qū)域內(nèi)冷熱蒸汽終端需求供應(yīng)的前提下，電網(wǎng)可以根據(jù)電網(wǎng)供需平衡的需要調(diào)度DES發(fā)電機(jī)組的開(kāi)、停和負(fù)荷率。并且，可以安排一部分機(jī)組發(fā)出的1OkV電力不升壓到llOkV而直接連接到1OkV配電網(wǎng)的

27、用戶變壓器，進(jìn)一步減少損失。電網(wǎng)公司不參與投資運(yùn)營(yíng)的天然氣DES/CCHP能源供應(yīng)服務(wù)公司，除了包括區(qū)域供冷站的內(nèi)部用電外，其余電力按照上述價(jià)格上網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，也可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。替代大部分抽水蓄能設(shè)施，減少西電東送的宏觀效果6如本文3.4節(jié)所述，天然氣DES/CCHP調(diào)峰可使到2015年中國(guó)電力系統(tǒng)供需平衡和可靠性顯著改善，到2020年氣電裝機(jī)可達(dá)220GW，發(fā)電1.1萬(wàn)億kWh/a，占比14%，調(diào)峰和可靠性進(jìn)一步增強(qiáng)。此外，還可以節(jié)省5500萬(wàn)kWh/a長(zhǎng)距離輸電的設(shè)施投資建設(shè)費(fèi)用、線損和近萬(wàn)億元抽水蓄能電站的投資，并使煤炭發(fā)電量少增加0.55萬(wàn)億kWh/a，加上DES/CCHP提高

28、能效的節(jié)省，每年可少開(kāi)采煤炭3億多噸減排二氧化碳6億多噸。替代純尖峰負(fù)荷的調(diào)峰機(jī)組南方夏季城市建筑物空調(diào)有時(shí)可占電網(wǎng)峰荷的50%。南網(wǎng)計(jì)劃在廣東建設(shè)幾個(gè)大規(guī)模的尖峰負(fù)荷純調(diào)峰電站，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為15002000h。因開(kāi)工率太低，為維持項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性需要給予高達(dá)2元/kWh的上網(wǎng)電價(jià)。如果采用上述規(guī)劃，絕大部分新區(qū)白天空調(diào)冷負(fù)荷由DES/CCHP直供、夜間利用低谷電，將有巨大的削峰填谷的作用。再加上平/峰時(shí)段可令DES機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，發(fā)電量倍增，就可不必再建純尖峰負(fù)荷調(diào)峰電站，不僅避免大量投資的積壓浪費(fèi)，而且可節(jié)省南網(wǎng)上百億元/年的調(diào)峰費(fèi)用。4.2現(xiàn)有城區(qū)和工業(yè)區(qū)小型DES/CCHP定位為自備電站

29、現(xiàn)有城區(qū)和工業(yè)區(qū)小型DES/CCHP因?yàn)槭艿嚼錈崞艿缆酚傻南拗?規(guī)模難以很大(暫定為10MW級(jí))，發(fā)電時(shí)間、質(zhì)量都有隨機(jī)性和不確定性，因此不宜向網(wǎng)上售電，可視作企業(yè)法人下屬的自備電站。這樣的DES即使有1千個(gè)總量也不過(guò)10GW，占中國(guó)電力的1%，無(wú)足輕重。對(duì)它們的管理辦法建議如下：依托某一終端能源需求(首先是電)大戶，避免另組能源服務(wù)公司。按照自備電站模式管理，并網(wǎng)、但不上網(wǎng)售電，電力在內(nèi)部消化。規(guī)模在10MW左右或更小，不要求調(diào)峰，避免干擾電網(wǎng)運(yùn)行。多余電力可以制冷、熱，向鄰近用戶銷售。CCHP總能效70%的，按大工業(yè)或區(qū)域型DES/CCHP的天然氣價(jià)格定價(jià)，否則就按照較高的商用天然氣價(jià)格

30、定價(jià)(上海已實(shí)施此辦法)。有了這樣的管理機(jī)制，現(xiàn)有城區(qū)的較小型DES/CCHP將會(huì)較快發(fā)展。水管路由的障礙在市場(chǎng)激勵(lì)下，有可能通過(guò)各種辦法被克服，例如前述芝加哥區(qū)域供冷項(xiàng)目的發(fā)展實(shí)例。CHP和CCHP以及分布式供能系統(tǒng)的未來(lái)走勢(shì)5.1化石能源CHP、CCHP的局限與未來(lái)走勢(shì)燃煤CHP和天然氣CCHP都是在人類一次能源構(gòu)成演變到一定歷史階段的產(chǎn)物。現(xiàn)有模式的燃煤CHP會(huì)隨著煤退出工業(yè)和建筑物燃料領(lǐng)域而淡出，這在OECD國(guó)家已經(jīng)發(fā)生，近1020年內(nèi)也會(huì)在中國(guó)發(fā)生。同樣，一百多年后，天然氣CCHP也會(huì)隨天然氣逐漸枯竭而消亡，但在向低碳能源過(guò)渡的最近2040年它還是提高能效、減排CO2的主力軍。5.2

31、可再生能源、核能與地?zé)崮艿姆稚⑴c集中都是相對(duì)的如同前面對(duì)供電和供冷供熱系統(tǒng)的討論那樣，可再生能源的分散與集中也是相對(duì)的。太陽(yáng)能熱發(fā)電必須是集中、大型的，而光伏發(fā)電和熱水器則既可分散，也可相對(duì)集中。水電有集中的20GW的裝機(jī)，也有分散、小型的小于50MW的裝機(jī)；采用發(fā)酵、熱解或化學(xué)轉(zhuǎn)化的生物質(zhì)能利用可達(dá)到大型工廠化的規(guī)模，也可以有小到家庭規(guī)模的沼氣池和家用廚余制肥機(jī)；大型風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)可達(dá)10GW以上，邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島風(fēng)電也可以只有幾十或幾百千瓦大型核電站裝機(jī)規(guī)模非常大，但是核潛艇的動(dòng)力也只有10MW左右。未來(lái)，解決了核輻射防護(hù)難題的、以氘或氚為原料的核聚變?cè)O(shè)施，不排除做成汽車(chē)發(fā)電機(jī)。深層地?zé)岚l(fā)電站的

32、規(guī)模也有大有小，淺層地?zé)嶙鳛闊岜霉├涔嵯到y(tǒng)的熱阱或冷阱，大可供幾十萬(wàn)平方米的地產(chǎn)，小可供獨(dú)棟房屋。5.3分布式供能系統(tǒng)DES的走勢(shì)和演化化石能源或可再生能源的集中利用主要是轉(zhuǎn)換為電，分散利用則是直接向終端用戶供能。除了電之外，其它的終端用能形式還有冷、熱和蒸汽。分布式供能，就是利用化石能源(包括太陽(yáng)能熱發(fā)電和核電)CCHP的高效性，和無(wú)處不在的可再生能源的可分散利用性，在負(fù)荷中心構(gòu)建出最高效、最經(jīng)濟(jì)、碳排放最少的終端供能系統(tǒng)，在本世紀(jì)內(nèi)都有很強(qiáng)的生命力。在最近20年天然氣CCHP是DES的主力，可再生能源在DES中占比將逐漸加大。5.4智能電網(wǎng)/智慧能源是未來(lái)分散與集中互補(bǔ)的能源系統(tǒng)智能電網(wǎng)(SmartGrid)是高度信息化的雙向、互動(dòng)的發(fā)電/用電集成優(yōu)化平臺(tái)。隨著向低碳能源轉(zhuǎn)型，電力在能源消耗中的比率還會(huì)繼續(xù)增大。在歐洲，還提出了終端用能側(cè)分散利用可再生能源，例如光伏，向電網(wǎng)出售電力的互動(dòng)模式。可充、放電電池和插電式汽車(chē)等新技術(shù)的進(jìn)展，合并光纖的動(dòng)力電纜實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)互動(dòng)，將構(gòu)成集中與分散相結(jié)合的智慧能源系統(tǒng)(InteHigentEnergySystem),使能源轉(zhuǎn)換到終端利用的總效率更高，碳排放更低。