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第5章能源供应分析5.1综述5.1.1供应分析目的及其在能源规划中的地位与能源需求分析一样,能源供应分析也是综合能源规划的一个重要组成部分。能源供应分析目的在于根据规划年份需求预测来规划与评价能源供应的潜力,以及相应的能源供应方案。能源供应不能脱离需求而进行分析,能源供应系统的选择受到需求结构及其增长情况的强烈影响。例如在能源供应规划中,石油的产量及其产品的数量和构成必须与石油产品的需求结构相匹配。反之,选定了的能源方案也会影响某些能源需求的改变或增长。例如,一个农村地区大力发展了小水电而有较富裕的电力供应,则将会促使该地区以电力替代部分煤炭或薪柴,因此,能源供应分析和能源需求分析是能源规划的两个方面,它们互相影响,并为能源规划过程中进行能源供需平衡分析提供中间输出。5.1.2能源供应系统要进行能源供应分析首先要了解能源供应系统及其特点。自然界生成的各种能源资源并不能提供消费者直接服务的能量形式。它们必须经开采、加工转换,并通过终端用能设备才能转化成为经济活动和人们生活所需要的能量形式。将能源资源转化为终端能源的一系列流程组成了能源供应系统。5.1.3能源供应分析的内容能源供应分析就是对上述能源供应系统进行分析。分析的基础是所提供的数据信息,它包括资源和技术两个方面。资源信息包含其储量、储量的增长率、可能的生产率、开采成本和生产所受限制等。当然,对可再生能源资源而言,其资源的“储量”的表述方式与不可再生资源不一样,其可得资源总量没有上限,而且它能否得到和利用取决于此种能源以及将之转换为有用形态的技术。技术信息包括供应系统内由原料转换为终端能源所采用的全部技术。这就是说对所研究的能源供应系统内的每种能源资源(例如石油、煤炭、水力等)的每个转换过程(例如开采、转化、加工、运输和分配等)的所有技术数据。进行能源资源评价和能源供应的技术评价最终是为了估计所研究的能源供应潜力以及与需求之间的差距,以便选择和确定能源供应方案。此外,能源供应分析还应包含进口能源的可得性及其价格的信息。因为许多国家和地区要依靠进口能源来填补需求与国内(或本地区)能源供应量之间的缺口。同时,能源也与其它商品一样,国内产品要与进口的能源相竞争,是否开采国内或本地区某种能源资源,在很大程度上取决于其开采和生产成本与进口价格的比较,其中原油、煤炭等尤为明显。归纳起来,能源供应分析的具体内容和步骤为;(1)评价资源供应潜力及转换技术;(2)分析能源供应系统及燃料结构特点;(3)确定能源转换各阶段上的供应缺口;(4)研究能源进出口的可能性及相应价格;(5)评价替代能源与相应的技术方案。5.2能源资源评价5.2.1资源评价分类及信息不同的能源资源品种其特性不同,因而对它们的评价和分析方法也有所不同。一般说,把能源资源分成不可再生能源和可再生能源两类。除此之外,还应包括能源国际(或地区)供应的评价。地质工作者对能源资源的评价是指资源的地质和工程评价。例如石油资源的地质评价主要是确定含油区的地层与构造特点,以确定油藏资源及储量。但从能源规划角度,仅仅这点是不够的,还要包括确定石油可获得量以及开采成本的大小。再如对可再生能源而言,例如太阳能资源,虽然确定单位面积上入射的太阳能强度(J/(m2·d))是必要的,但这个数据尚不能直接用于能源规划目的,以表明所研究地区的太阳能资源对该地区有多大实际贡献。需要提供这样的信息,即以什么样的经济代价来收集太阳能资源并加以利用,这才是该地区能源供应规划所更加注重的数据。在评价不可再生能源、可再生能源和进口能源资源所使用的方法不同,但作为能源规划需要有一些共性的数据,如表5.1所示。5.2.2不可再生能源不可再生能源资源评价可从资源分类、勘探、生产率与生产的经济性四个方面进行。(1)资源分类进行能源规划需要估计能源资源的可得性。一般在资源分类中采用两个参数,资源储量在地质上的确切程度和开采该种资源在经济上的可行程度。(2)勘探勘探工作是为了确定资源所埋藏的位置及其范围,以发现储量并加以分类。由于勘探工作充满着不确定性与风险,同时也由于其耗资很大,因而有必要评价每一勘探计划可能的成本-效益比率,进而确定何种资源勘探计划可以增加多少探明储量,决定勘探的投资量及勘探投资摊入到能源产品的成本。典型的勘探成功率曲线是在勘探计划初期,发现的新增储量可能上升很快,随着勘探工作继续,新发现的可能性愈来愈少,最后趋近于可发现的总储量。典型的探勘成本曲线是随累计勘探量的增加,其勘探成本将愈来愈高。能源规划者将利用这类信息来估计储量的增加率以及新增单位储量的勘探成本。(3)生产率某一能源资源的开采速率是许多技术与经济参量的函数。最优的生产率首先取决于该资源的矿藏特性和可能的环境影响,另外,影响生产率的另一个重要因素是市场对该能源的需求。此外,为了社会或政治需要,有时希望延长有限资源的开采期,这也是一种生产的限制因素。(4)生产的经济性不可再生能源的资源随开采使用而日益减少,所以称之为可贫化资源。当可贫化资源趋近耗竭时,其市场价格将上升。因此存在着这种资源什么时候开采,开采多少的优化选择。这就是说,究竟在目前生产与销售其产品有利还是留待将来预计价格上升之后再开采和生产有利呢?这个问题就是能源规划者在生产能源资源所需考虑的经济性问题。能源资源的价格由几部分组成。首先是开采成本,开采成本常用边际生产成本表示,它的含意是多生产一单位资源所需成本。从不可再生资源的长期观点看,随着资源的不断开采而愈来愈贫化时,边际生产成本将不断提高,这种现象是可贫化资源的一个基本特性。决定资源的市场价格除边际生产成本因素外,还有另一个更重要的因素,即“贫化租金”或“经济租金”。贫化租金等于市场价格与边际生产成本之差,它代表必须付给生产者的一种附加的边际价值。在资源开发初期,供应相对充分,边际生产成本相对较低,但为了鼓励生产者在目前多生产,市场价格必须高出边际生产成本较多使他们有更多赢利。当资源逐步贫化时,由于资源的自然特性,边际生产成本会增加,如果此时相应提高市场价格就会减少市场需求,因此贫化资金会减小直到最后接近于零。对一个国家或地区,若政府占有资源,一般都试图使供应本地区的市场价格控制在较低的水平,以廉价的能源来刺激经济增长。然而这种做法是否会加速资源的贫化过程,导致以后长期的能源价格昂贵或资源利用的不经济性,这是一个有争议的问题。对边际成本计算,目前均采用长期生产的平均增量成本法。具体的计算按年贴现所有在勘探、开发、生产的周期内增加的费用除以这段期间内经过贴现的产量的增量。计算公式为:5.2.3可再生能源从能源规划角度看,可再生能源与不可再生能源相比较有两点区别。首先,可用的资源总量不存在上限,此类资源可定期地再生,可以无限地使用。其次,在能源供应系统中可再生能源有多少能被利用取决于该能源被转换成有用能的工艺技术水平,而不是像不可再生能源那样,是经过勘探后被生产出来的那部分资源量。例如太阳热能的利用不仅取决于它的辐射强度,更主要的是取决于把它转换成热能的太阳能集热器及其技术水平。因此评价可再生能源资源不可能脱离取得该能源的技术上的可得性。估计可再生能源的可得性的主要指标是:资源量、资源生产率和资源生产的经济性。(1)可再生能源量的定义从能源规划需要,对可再生能源量定义必须估计其在利用这种资源的技术经济制约条件下的真正有用的数量范围。为此给出表5-2提供如下几种可再生能源量的定义。表5-2几种可再生资源量的估计方法(2)生产率可再生能源也不可能无限制地利用,有的受到现实条件的限制。如作物秸秆受到作物收获量以及有多少用于燃料部分的限制,薪材的开采应该从不破坏生态环境为条件等等;在其它一些情况下,生产率的限制来自能源利用设备的技术性能,例如风力发电机的效率限制了风力所提供的动力或发电量;此外,与不可再生能源一样,可再生能源利用和开发水平还直接受市场条件制约家庭用太阳能热水器的供应量受制于愿意购买此种热水器的用户数量。从上述分析可看到,对可再生能源的利用率具有决定性影响的是生产的制约条件,包括现实和技术条件。我们在进行能源规划时,必须弄清这些限制以免过高地估计可再生能源的实际利用率。(3)可再生能源的生产经济性不可再生能源的生产经济性是应用边际生产成本的概念,它是能源生产累计量的函数。对于可再生能源,边际生产成本则为其转换技术及市场条件的函数,例如太阳能资源热利用的生产成本就是生产太阳能集热器系统成本。在利用这种系统初期,其价格较贵,生产与销售数量较小;随着更多地推广使用,产量的增加将形成经济规模而使成本下降。但随着使用条件及生产的制约,当需要更多的市场供应能力时,生产成本又会增加。可再生能源与不可再生能源的经济性有两点明显的差别。其一是可再生能源的成本函数是按每年利用量计算,而不可再生能源按累计产量计算,其二是评价可再生能源利用要使用“全寿命期成本”的概念,它指的是能源设备整个寿期内的各项费用的总和,包括投资成本、运行与维修费、燃料成本和设备残值(一般为负值)。虽然这种评价方法适用于任何能源系统,但对可再生能源系统更为重要,因为可再生能源的技术特点是初始投资高,运行费用低,燃料费用实际等于零。如果不考虑整个寿命期内总成本而仅考虑初始投资成本,则会极大影响其利用。例如水能的利用,仅仅进行水电站和火电站的初始投资比较,显然会放弃建设水电站的选择,因为其初始投资要高于火电站。但从全寿命期成本进行比较,两种选择均有机会,甚至水电站更优于火电站。当然进行比较选择时,如何选取全寿命期成本是关键,应当慎重决定。5.2.4进口能源进口能源对国家说是指国际供应,对一个地区而言是从其它地区供应能源。这也是一个国家和地区能源资源评价的一个组成部分,对于本国或本地区能源资源很少的情况下,进口能源更是重要来源。进口能源供应的评价,与所获能源的技术与经济的可行性有关。一般说进口能源是常规的不可再生能源,其品种如石油、煤炭、天然气等。当然电力也可通过相邻国家或地区来供应。可再生能源一般不进行国际的和地区的贸易,因为它有地区性特点,不易输送。在评价能源进口潜力时,主要考虑的问题是;可能进口的能源品种,供应的价格,进口能源的储运设施。5.3能源的技术评价技术评价将为能源规划者提供能源由原料加工到转换为终端用能形式的各种技术信息。能源供应方案不仅取决于资源的可得性,而且取决于能源供应系统中每一个燃料循环(如石油、煤炭、天然气、水力、核能、生物质等)中每一种不同的转换环节(如勘探、开采、加工、转换、运输、分配等),每一环节又有许多技术与设备可供选择。当评价了各转换环节的技术可能性,成本的经济性以及对环境、社会的影响后,才能从各种可供选择的能源供应方案中作出比较和决策。在评价能源供应技术时,习惯上分为不可再生能源技术和再生能源技术。但有时把电力系统的技术单独分开来进行评价,这一方面是由于电力独有的技术特点,另一方面也是由于电力在整个能源供应系统中占有极为重要的地位。从能源资源开采直至最终使用的各项设施,其投资不仅大,而且工作年限长。在整个寿命期内尽可能要满负荷运行以期最大限度地回收投资与取得利润。因而当前决策将影响未来几十年。所以,对有关技术进行长期的经济、技术、环境与社会影响的评价是十分必要的。除此之外,在评价各种能源工艺技术特点时要有环境保护意识,能源的清洁使用、高效使用和用新能源和可再生能源替代高含碳的能源等都是能源工艺技术选择的重要决策依据。5.3.1不可再生能源技术不可再生能源供应系由几个不同的环节组成。例如石油,由生产(勘探、开采)、输送(管线、油轮)、储存、加工和精炼(石油产品)、运输、转换(发电)和分配。又如煤炭,其所需转换环节要少一些,在清除杂质(灰分、硫及水分)之后,就可交付使用。通过炭化(炼焦)、气化和液化,可以提高煤炭作为燃料的品位。由于煤炭用量巨大,它的储运系统是供应中的一个重要问题。天然气是一种优质燃料或化工原料,它仅需很少加工就可使用。一般须去除其中所含重碳氢化物、水分及气体杂质(硫化氢及二氧化碳)。但如输送到远处使用,还须压缩或冷凝成压缩天然气或液化天然气。不可再生能源资源如石油、煤
本文标题:第5章能源供应分析
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