分布式能源系统对中国天然气下游市场开拓的重要性

1分布式能源系统对中国天然气下游市场开拓的重要性1.中国和世界天然气下游市场用户分布的分析比较天然气具有洁净、高效、储藏丰富、价格稳定等特点，目前全球天然气消费量已高达每年2.6万亿Nm3，占世界一次能源消费总量的24.3%。因环境压力和石油资源限制等因素，预计几十年后天然气将超过石油在世界一次能源消费中占据第一位。1.1世界天然气消费的市场分布除了天然气工业部门的自我消费以外，天然气利用主要包括城市燃气、化工原料、采暖空调设备、燃气汽车、工业燃料、发电等多种用途。2000年世界天然气的消费构成见表1[1]：表12000年世界天然气消费构成项目发电民用燃气工业燃料化工原料其它自我消费比例（％）2023308217世界天然气消费的地域分布大致是：欧洲、中亚、日本、韩国和北美，其中2000年美国天然气的消费构成见表2[1]：表22000年美国天然气消费构成项目发电民用燃气工业燃料化工原料其他比例（％）15.723.845.215.31由以上表中可以看出，世界天然气的平均消费主要用作能源，包括发电、民用、工业三大块，而美国主要是集中在民用、工业和化工原料三块，这主要是由于美国天然气利用已经比较成熟，发电以煤为主，天然气发电主要用来调峰，同时人们生活质量的提高和环境保护的需要，天然气日渐集中用于化工原料和工业燃料等较高层次的利用。1.2中国天然气下游市场现状2004年我国天然气产量保持稳定增长态势，全年产量(规模以上企业)达到341.28亿立方米，比上年增长4.6%，占我国终端能源消费结构约3％。从消费地区结构来看，中国天然气消费主要以产地消费为主，主要集中在西南、东北、和西北地区，即四川省、黑龙江省、辽宁省和新疆，它们占全国消费量的80%以上。随着我国对天然气开发和利用的重视，天然气作为清洁燃料用作城市燃气也在发展，目前许多大中城市都用上了管道天然气，但是总体份量不大。2表3[2]给出了1996～2000年我国天然气的消费构成。表31996～2000年中国天然气消费结构项目发电民用燃气工业原料化工原料比例（％，1996年）3.71437.245.3比例（％，1998年）4.515.33743.2比例（％，2000年）4243240根据规划，预计2010年,天然气在能源总需求构成中的比重约为6%,需求量将达到900亿m3。2020年,需求量将达到2000亿ｍ3，届时天然气将占整个能源消费构成的12%左右。我国未来15年内的天然气消费构成的发展目标如表4[1]所示：表4我国天然气消费结构的发展目标项目发电民用及燃料化工原料煤油制氢？汽车燃料2010年（％）303821652020年（％）41321845分析表4同表3的数据，可能有两点原因：第一，今后天然气市场的扩展，主要是在东南发达地区；不论是建设长输送管线还是LNG海路船运、港口接收，项目投资都要求有一定的规模，数百亿元的投资。同时，也要求保证立即，至少在极短时间内，有同样规模的市场用户。否则，不仅管线或LNG项目的投资难以回收，天然气用户也难以承受高昂的折旧费用。相对来说，只有大型天然气发电项目和已经具有管网设施的城市煤气用户能够签定与管道或LNG项目总量相匹配的照付不议的用气合同。第二，不论长输管道气还是LNG项目气，价格都比天然气井口气价高出数倍。用做化工原料，显然缺乏竞争力。天然气化工只能在气田附近发展。这就是表4中规划天然气用户中发电和燃气占70%的苦衷。具体到项目，更是突出。例如，我国第一个进口LNG的大鹏项目规划，发电占60%，城市燃气占40%。1.3我国天然气消费结构目前存在的问题但是，上述办法，存在着两个问题。第一，我国能源以煤为主，劳动力成本低廉使等热值煤与天然气的比价在0.3到0.5左右,低于发达国家。因此,尽管天然气发电效率可达50～60％,有明显的效率和环保优势,但仍无法与煤电竞争。与水电比较，也无竞争优势。国际上与LNG项目配套的燃气轮机电站与电网公司都有保持项目不致亏损的保底上网电价协议。而由于我国电力生产结构和煤与天然气比价的特殊性，与大鹏配套的燃气轮机电站至今还未能获得这样的协议保证。此外，也是由于价格限制，天然气电站一般只作为调峰电站，年运行时间只有4000--4500小时，给均衡供气造成难度。换句话说，在中国，把发电作为奠立天然气下游市场的基础并不是很可靠和很经济的。第二，居民生活用的城市燃气在使用时间上和空间3上都比较分散，用量有限，不足以作为项目的主要用户。世界各国城市燃气占天然气用量均不到1/4。而且，新上的项目管网覆盖面不可能太大。以广东大鹏项目来说，也仅覆盖东莞、广州、佛山、中山四市，初期广州也没有包括清远、从化二区。远离LNG接受站和输气干线的中小型城市和农村在一段时期内都不具备使用管道天然气的条件。这种情况，对市场发育的初期带来很大的困难和两难的局面。由表1可见，世界天然气下游最大用户是直接作为工商业的燃料，如工业用锅炉、酒店的热水锅炉和空调用直燃机、北方城市冬季采暖锅炉等等。我国进京陕气主要用于冬季采暖。北方城市冬季供暖以前都用燃煤锅炉，价格便宜，但是环境污染严重。用天然气烧工业锅炉直接产生生活热水或低压蒸汽，热力学第二定律效率只有10%左右，既是不合理的“高能低用”，也不经济。尽管政府给予了一定补贴，但是用户的平均采暖费用仍大幅上涨，居民负担加大。2．分布式能源是天然气高效利用的最佳途径2．1分布式能源分布式能源系统(DistributedEnergySystem，简称DES)是在有限区域内采用冷热电三联供（CombinedColdHeatandPower,简称CCHP）技术通过管网和电缆向用户同时提供电力、蒸汽、热水和空调用冷冻水服务的综合能源供应系统,所以总称“冷热电联供,DES/CCHP”。这里须强调，“联产”（CogeneratoinorTrigeneration）是侧重于提高一次能源转换效率---通过“联合生产”不同品位的二次能源：功和热或冷来实现（Production)。而“联供”（CombinedCold,HeatandPowerSupply）则着眼于提高终端能源供应的效率---一次能源经过各种转换方式组合，最经济、高效地提供用户所需要的空调、采暖、生活热水、蒸汽等各种终端能源服务。在一些城市商业中心、居民区和一些工业园区，其电力负荷和冷、热负荷密度都比较大，用户集中。而目前的能源解决方式都是采用分产方式，能量利用效率低，经济性差。利用DES/CCHP，将天然气发电后余热按照梯级用能的模式供给吸收制冷、蒸汽和热水用户，能源转换过程中的不可逆损失少，能源利用效率可以高达70%到90%。并且因余热供冷供热与发电共同分摊能源成本，而使发电成本比联合循环电站低；对天然气的价格变化相对不敏感，经济性大大提高。这是它的第一大优势。第二大优势是：DES/CCHP发电在10kV电压下就地直供，避免了升降压和远程传输的设备投资的电力损失以及运营费用；依靠大电网的巨大容量保证用户的供电负荷、电压和频率的稳定并可作为事故备用电源。第三，分布式能源站资金密集度相对较低、建设快，因而容易上马；而且全年运行时间可长达5000—6000小时，天然气需求稳定，是天然气高效利用的一个极为重要的途径，也是天然气下游市场开发的一个主要渠道。42.2国外分布式冷热电联供系统的发展概况自1978年美国开始发展CCHP以来，进展很快。目前，美国、日本和欧洲都有较为成熟的应用经验，近年来各国又进一步加大了其发展力度。根据2000年的统计资料，美国在商业、公共建筑中的DES/CCHP为980座，总装机容量4.9GW，72％用天然气[2]工业CCHP系统有1016座，总装机容量45.5GW，其中64％用天然气[3]。加州电力危机后美国进一步加大了DES/CCHP建设力度，至2003年，美国DES/CCHP总装机容量为56GW，占全美电力总装机容量的7％，年发电总量为310亿kWh，占终端电力消耗量的9％。美国能源部计划2010年DES/CCHP的发电装机容量达到92GW，占全国总用电量的14％；2010～2020十年期间，还会新增95GW容量，占到全国总用电量的29％。截止2003年3月，日本全国冷热电总装机容量6.5GW。其中建筑项目2915个，总装机容量1.43GW，52.8％以城市燃气为燃料；工业联产项目共计1600个，总装机容量5GW，30.7％以城市燃气为燃料。（参见表4和表5）欧洲一直重视分布式冷热电联产系统的发展，1992年丹麦热电联产的发电量占总发电量的40％，供热量占区域供热的60％，20年间国民生产总值增长43％但能耗实现了零增长。2000年底的能源效率比1989年提高了22.3%。1988年，荷兰启动了一个CCHP激励计划，到1998年，CCHP就由2.7GW猛增到7GW，占总发电量的48.2％。2000年英国新CCHP项目共1536个,总装机容量达到4.76GW，，希望到2010年可以达到10GW。表4美国建筑冷热电联产的不同系统形式比较系统形式装机容量（MW）容量比例（％）系统数量（座）数量比例（％）平均装机容量（MW）联合循环211042.8272.878.1锅炉/蒸汽134127.2606.122.4燃气轮机93318.910410.69.0内燃机50610.377078.60.7其他360.7191.91.9总计49261009801005.0表5日本冷热电联产系统主要应用的建筑类型类型商场医院酒店办公建筑运动场所学校区域供冷供热规模MW2642132191939442815数量49746044028923677213．中国分布式能源的适宜规模3．1中国发展DES/CCHP的特殊条件中国建筑用能的数据列于表6：表6我国建筑能耗各部分所占的比例【4】能耗构成采暖通风空调热水供应电气炊事比重65％15％14％6%分析表4、5中的各种DES/CCHP项目，可以发现，他们的大多数规模较小。象日本的商场、医院等的400多个DES，总共不过200多MW，平均每个不到500kW。而且，在这些中、小型DES/CCHP项目中，不论采用什么样的机组配置，余热“联产”的冷和热量的比例，很难与用户对冷、热、电的需求比例在不同季节和时段都保持一致。这就要求增加系统的设置和投资。从表4、5还可以发现，很少有用于住宅的DES/CCHP项目。这是与他们的国情分不开的。反观中国，中国建筑用能的特点是：（1）、人口稠密，居住集中；（2）、随着人民生活水平提高，空调负荷迅速增加；（3）、生活热水需求快速上升；（4）、城市居民大多住于公寓而不是别墅中，并且越来越多集中于住宅小区；（5）、住宅与商业、办公建筑交织。因此，除了如表4、5所列的各种中、小型DES/CCHP项目之外，中国还具有建设大型的、集酒店、商厦、住宅等用户于一体的区域DCS/CCHP的好条件。这种区域集成的大型DCS/CCHP，可以利用不同用户对冷、热、电的需求在季节和一天中各个时段的区别性和互补性，而使CCHP机组有更高的效率和更长的运行时间，并且由于规模效应而具有更好的经济性。中国正在加速城市化和城市能源气体化的进程，每年增加16—20亿m2建筑面积，是发展DES的极好机会。另外，冷热电三联供并不局限于余热采暖或吸收制冷，燃气轮机或直供电驱动的压缩制冷有时更为经济。从根本上说，各种原动机与各种制冷、供热方式（包括热泵等）形成的各种组合，都是“三联供”系统。但只有那些最充分考虑具体情况、组合最优的，才有最好的经济效益和最高的能源利用效率。各项终端供能的经济直供范围大致为：电，10kV，1—2公里；空调冷水，1—1.6公里；1MPa蒸汽，1--2公里；60℃左右采暖和生活热水，4—5公里。所相应的最大经济供应范围为6—12平方公里[7]。中国城市人口众多、居住密集，DES/CCHP因此不能完全照搬美、欧、日目前的分布式能源的模式。此外，化工、炼油、食品、造纸等大型过程工业和工业园区，电子、家电、轻工等离散6制造业工业园区，原来的用于保障区域供电的小型柴油机和燃气轮机电站改造，现有城区内的