唐元:关于加快天然气冷热电联供能源发展的建议

选择字号:   本文共阅读 57 次 更新时间:2021-01-25 11:39:50

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唐元 (进入专栏)  

  

   天然气冷热电联供能源,包括天然气冷热电联供分布式能源和天然气联合循环热电联供能源,是在发达国家广泛采用的能源联合供应方式,具有效率高、清洁环保、安全可靠等优点,特别适合能源负荷集聚地区的能源供给。在当前节能减排压力大、天然气供给能力迅速增强、能源布局结构调整步伐加快的新形势下,发展天然气冷热电联供能源条件具备、市场广阔、意义重大,应当作为一项重要的紧迫战略措施加快推进。

  

一、发展天然气冷热电联供能源具有重要意义


   天然气冷热电联供能源,指在能源用户端以天然气为燃料,经由燃气轮机、热交换器、余热锅炉、蒸汽轮机、制冷机和发电机等联合循环能源梯级利用系统发电、制热、制冷,为用户提供清洁、优质、可靠的冷热电能源服务。在当前加快能源结构调整和加大节能减排力度的新形势下,发展天然气冷热电联供能源具有十分重要的意义。

   1、有利于优化能源结构。我国是以煤为主的能源生产和消费大国,在一次能源中煤炭占70%左右。过度依赖煤炭的能源结构,造成我国能效水平不高、污染严重、铁路公路运输不堪重负、安全事故多发,而且承受越来越大减排二氧化碳的国际压力。加快非煤能源发展、努力降低煤炭占一次能源的比例,是当前和今后一个时期国家能源战略的重要目标。从我国目前非煤能源资源赋存和发展条件来看,天然气具有的资源量不断提高、输送损耗低、分布广泛、清洁环保、经济性逐步提高等特点,决定了天然气冷热电联供能源具备大发展条件,是规模化替代煤炭、优化能源结构最为现实的选择。

   2、有利于提高能源综合效率。天然气冷热电联供能源的生产流程是,天然气经过气轮机组燃烧发电后,利用余热锅炉、烟气型换热器、溴化锂吸收式制冷机等回收机组排烟热量用于供热、制冷、发电,实现热电冷三联供,同时还可回收燃气机组的缸套冷却热量加热给水,作为生活用水或空调系统的驱动热源,大幅提高能源利用效率。因此,天然气冷热电联供能源综合能源利用效率可达到70%以上,远高于燃气轮机简单循环发电40%左右的能源利用效率和超临界燃煤纯凝机组50%左右的能源利用效率,大规模推广后将有效提升我国能源综合利用效率。

   3、有利于改善城镇空气质量。我国燃煤造成的环境污染十分严重。目前广大城镇地区仅燃煤工业锅炉约有48万台,主要用于工业供热、居民采暖和生活热水供应等领域,年耗原煤约6亿吨,占全国煤炭消费总量的20%左右,另外还有大量燃煤发电机组分布在城市周边。城镇地区大量燃煤,导致酸雨严重,灰霾天气日甚,群众生活质量下降。天然气是公认的清洁能源,燃烧排放的二氧化硫、硝基化合物等污染物几乎为零,单位热值二氧化碳排放量比标煤减少约40 %。在城镇地区加快发展天然气冷热电联供能源,替代燃煤锅炉发电和供热供冷,将有效地减少污染排放,改善空气质量,提升居民生活品质。

   4、有利于保障电力供给安全性和可靠性。我国能源资源与需求逆向分布的基本格局,决定了今后一个时期必须在能源资源富集地区集中发展大型煤电、大型水电、大型核电并大规模利用风能太阳能发电,同时发展远距离特高压输电网络,形成以电网为依托的全国跨区域能源输送和配置格局,以达到调整能源供给结构和优化能源布局结构的目的。在能源结构调整的大背景下,必须在能源负荷中心建设一批支撑电源,以确保电力供给可靠性、稳定性和安全性。在能源负荷中心建设调峰电源可供选择的途径有三种:一是燃煤火电,二是抽水储能或化学储能,三是天然气发电。从技术、经济、能效和清洁环保等方面综合考虑,最佳选择应当是天然气发电。将天然气调峰发电与冷热电联供结合起来,在发挥电力调峰功能的同时,梯级利用热能供热供冷,可以显著提高能效,降低污染,增强经济性。因此,发展天然气冷热电联供能源,是在能源布局结构调整新形势下增强电力供给安全性的一项紧迫任务。

   5、有利于天然气和电力削峰填谷、平稳运行。随着经济持续较快发展,我国电力和天然气需求快速提高,但负荷时间分布极不均衡,昼夜和夏冬季节峰谷差别很大。为了保障有效供给,天然气主要靠在负荷区域增加储气装置来调节,比如北京、上海、广州等市均以全年最大燃气负荷建设储气装置,由于季节峰谷差较大(北京高达1:7),储气容量很大,带来了峰期供气短缺、谷期大量燃气资源闲置浪费等问题。而电力具有瞬时供需平衡的特征,为了保证电力供给,一方面要增加调峰电源以提高供电能力,另一方面要调节电力需求,主要是通过实施峰谷差别电价等政策,鼓励用户高峰少用电、低谷多用电,以达到削峰填谷的目的。发展天然气冷热电联供能源,对于负荷地区天然气和电力削峰填谷、平稳运行十分有利。主要体现在两个方面:一是体现在电力和天然气季节峰谷差的互补调剂上。城市地区尤其是北京等大城市,电力需求的高峰期在夏天,天然气需求的高峰期在冬天。在这些地区发展天然气冷热电联供能源,夏天多用燃气发电供热供冷,在增加电力供给的同时还减少了空调用电,不仅有力地缓解了夏天电力供给不足的矛盾,也可增加天然气消费,缓解夏季燃气过剩的矛盾。二是体现在昼夜电力峰谷差的削峰填谷上。天然气冷热电联供能源具有运行灵活、启停方便的特点,可在白天多发电并向电网供电参与调峰,晚上少发或不发电而更多地用大电网谷电,为电网削峰填谷和最大限度地接纳风电、水电、光伏发电上网创造条件,同时,也通过利用电网峰谷差别化电价获得经济效益。

  

二、发展天然气冷热电联供能源条件具备、时机成熟


   天然气冷热电联供能源的发展主要取决于资源保障程度、技术成熟度和市场接受程度。调研结果表明,我国天然气冷热电联供能源规模化发展的条件已经具备、时机已经成熟。

   1、天然气供给能力迅速增强。我国燃气供给主要有以下渠道:一是国内气田开采,二是国内煤层气开采,三是国内页岩气开采,四是国外气管道进口,五是国外液化气船运进口。调研发现,由于近年来我国加大了天然气国内资源开发和国外资源进口的力度,国内气田开采能力、煤层气开采能力快速增长,国外管道进口气和船运进口液化气迅速增加;页岩气资源非常丰富,预计可采资源量有20万亿立方米,具备规模化开采条件,为未来大规模天然气供给奠定了坚实基础。初步匡算,未来10年我国燃气供给量可望年均增长14%,2015年和2020年将分别达到2600亿立方米和4000亿立方米,相当于3.45亿吨标准煤和5.3亿吨标准煤,分别占一次能源的7.5%和11%,表明天然气作为我国非煤能源主体的时代已经到来。发展天然气冷热电联供能源是天然气先进高效的利用方式,也是成熟天然气市场国家天然气的主要消费渠道,若按照欧美国家天然气用于冷热电联供能源约40%的比例匡算,2015年和2020年我国将分别有1000亿立方米和1600亿立方米天然气可用于燃气冷热电联供能源,燃气装机容量可分别达到7800万千瓦和1.2亿千瓦,可相应替代燃煤为城市提供大量热源和冷源,将在国家节能减排和调整能源结构中发挥关键作用。

   2、技术已经成熟。发展天然气冷热电联供能源的关键技术主要有燃气轮机技术、余热空调技术、热泵技术、页岩气开采技术、智能电网技术等。从国外情况看,燃气冷热电联供能源在欧美国家已有多年成熟的规模化应用,燃气发电已占电力供给的20%-30%,各项技术均已成熟,尤其是近年页岩气开采技术的突破,拓展了燃气来源,大大增强了燃气供给能力,美国还因此成为世界燃气出口国。我国燃气冷热电联供能源技术水平落后于欧美国家,但近年来进步很快,一些企业通过合资合作引进国外先进燃气轮机技术现已初步具备批量生产能力;直驱式余热空调技术已经成熟,已大批量生产并可以出口;引进页岩气勘探开发技术进展顺利,示范工程已经启动;智能电网发展全面推进,关键技术研发进展顺利。这些情况表明,我国规模化发展天然气冷热电联供能源没有不可逾越的技术障碍。

   3、经济性可望不断提高。发展天然气冷热电联供能源的经济性主要取决于设备成本和燃气成本。受燃气轮机主要依靠进口和目前天然气成本较高的影响,目前我国燃气冷热电联供能源系统建设和运营成本较高,装机成本大致为1.2万元/千瓦左右,北京等地不考虑供热供冷效益的发电盈亏点为0.8元/千瓦小时,与燃煤热电联供机组相比,目前冷热电联供能源发展的经济性不高、竞争力不强。但是,随着天然气冷热电联供能源的规模化发展,建设成本与运行成本可望逐步下降,经济性也会不断提高。据估计,未来5年,冷热电联供能源建设成本与运行成本年均可以下降8%,2015年广州、上海等地可望与燃煤发电成本相当。

   4、试点项目全面推进。从调研情况看,我国企业尤其是民营企业发展燃气冷热电联供能源的积极性很高,已有相当一批项目建成并投入使用,较为典型的燃气冷热电联供分布式能源项目有北京燃气大楼项目、北京火车南站项目、上海浦东机场项目、广州大学城项目等,而燃气联合循环热电联供能源项目则更多。这些项目为我国全面加快燃气冷热电联供能源发展探索了路子、积累了经验。同时,针对燃气冷热电联供能源发展的关键技术,许多企业积极开展科技研发,国家电网公司和南方电网公司均在大力开展微型智能电网的研究开发,解决微型电网与主网互动联结相关技术问题;重庆能投集团引进法国先进冷热电联供能源技术项目已经启动;杭州燃气公司与GE公司合资合作开发先进燃气轮机进展顺利,目前成本已经降到400欧元/千瓦以下,规模化推广后将大幅降低燃气发电建设成本。

  

三、我国发展冷热电联供能源面临的问题


   调研发现,我国天然气冷热电联供能源发展面临不少问题。归纳起来,主要有以下几点:

   1、机制不适应。从总体上看,政府部门、发电、燃气和供热企业冷热电联供能源发展的积极性较高,电网企业对发展分布式能源的积极性不高,甚至有抵触情绪,其原因主要是受制于不尽合理的机制。由于分布式能源具有自发自用、多余上网、余缺网补的特点,对电网来说属于辅业范围。按照目前电力体制改革“主辅分离”改革方向,电网企业将分布式能源视为辅业不愿积极介入,而其他企业发展分布式能源越多,电网企业的市场份额必然会减少,因此,在现有电网企业改革模式和业绩考核机制下,电网企业没有发展分布式能源内在动力。

   2、政策不配套。从总体上看,我国发展天然气冷热电联供能源处于起步阶段,与单纯的燃煤发电项目相比,建设成本和运行成本均要高些。在目前财税、金融和价格等方面政策不配套的前提下,冷热电联供能源具有的节能、环保、减少用地等社会效益难以反映出来,导致现有项目经济效益较差,基本上处于微利或亏损状态。冷热电联供能源公益性特征明显,从国际经验看,在冷热电联供能源发展的起步阶段,政府应当予以强力政策扶持,鼓励关键技术研发和设备进口,对天然气供给实行优惠价格,对发电上网和供热供冷实行优惠价格,保障项目具有合理经济效益,促进健康发展。

3、法规不完善。一是现有法规对冷热电联供分布式能源发电上网有限制。《电力法》明确指出,电力上网要有具备发电资质企业,(点击此处阅读下一页)

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