力發(fā)展分布式能源系統(tǒng)

     分布式能源系統(tǒng)（Distributed Energy System，簡稱DES）是在有限區(qū)域內采用熱電冷三聯(lián)供技術通過管網和電纜向用戶同時提供電力、蒸汽、熱水和空調用冷凍水服務的綜合能源供應系統(tǒng)。目前國外擁有的上萬個分布式能源站，絕大多數使用天然氣作為主要驅動能源。能源利用效率高于聯(lián)合循環(huán)電廠，可以達到80%左右或更高。
     作為天然氣下游市場的重要用戶，分布式能源站因能源利用效率高、資金密集度相對較低、建設快，因而容易上馬；并且經濟效益好，投資回收期短，終端能量價格也低。例如建設中的100 MW廣州大學城DES計劃向用戶供應電、空調冷水和生活熱水等，價格都比市場價低5%~10%。不論是我國北方還是南方，都有發(fā)展DES熱電聯(lián)供的極好條件，技術成熟；因而分布式能源是天然氣市場的最好的開拓、培育者。
     分布式能源站的另一個重要特點是發(fā)電在區(qū)域內直供，聯(lián)網但不上網銷售，依靠大電網的巨大容量保證用戶的供電負荷、電壓和頻率的穩(wěn)定并可作為事故備用電源。而對于大電網來說，分布式能源站不僅減少了它的供電負擔，而且也減少了用電制冷空調、加熱熱水的負荷。換句話說，天然氣在聯(lián)合循環(huán)電廠只能以50%的效率發(fā)電上網，而用于分布式能源站，則可以近100%的效率節(jié)省網電！由于分布式能源站近距離直供和聯(lián)產的高效率，總體的投資和運行效益都優(yōu)于建設大電廠和電網。特別是在我國電力持續(xù)緊張的近一段時期，作為一個重大策略，在未來10~20年內在全國建設數十吉瓦的分布式能源系統(tǒng)來代替同等規(guī)模的電廠和電網，將凸現(xiàn)出以下重大效果：①節(jié)約數十吉伏安的110 kV以上高壓電網和110～10 kV的變電站建設費用；②節(jié)省數十吉瓦電力上網的輸送損耗和調度費用，從而降低輸配電成本；③分布式能源站以冷熱電聯(lián)產形式每年高效利用數千萬噸的天然氣，有數以百億元計的社會經濟效益；④分布式能源站比大型發(fā)電廠投資少、效益好、建設快，設備開工時間長；⑤分布式能源站以大電網作為后備補充，用電可靠性高。同時大電網負擔減小，可靠性也得以改善；⑥帶動燃氣輪機、余熱鍋爐、大型制冷機等制造業(yè)的發(fā)展，每年增加數千億元的GDP；以上各項總的社會經濟效益將達上千億元。
      我國可以建設的分布式能源系統(tǒng)有下幾種類型。
     （1）離散和過程工業(yè)園區(qū)熱電聯(lián)供分布式能源站
     我國東部沿海地區(qū)工業(yè)發(fā)達、人口稠密，為滿足經濟發(fā)展的需求，建起了大大小小的燃煤、燃油鍋爐和小型燃油發(fā)電機組，不僅能源效率低下，導致了嚴重的環(huán)境污染，還加重了用戶經濟負擔。這些用戶多半需要供暖或供冷，也需要熱水和蒸汽。若集中起來建立天然氣DES，用燃氣輪機或柴油機發(fā)電的同時聯(lián)產蒸汽和熱水，可以大大提高能量利用效率，降低工廠的能量成本。
      已有的小型柴油機電站和燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電站，也可以改造為熱電冷三聯(lián)產DES，向附近的工廠或民居區(qū)供熱、冷或蒸汽，停開原來工廠燒油的小鍋爐，頂替出寶貴的柴油和燃料油，并達到改善環(huán)境、提高經濟效益的目的。
      （2）城市中心商業(yè)區(qū)—機關團體型分布式能源站
城市中心商業(yè)區(qū)和機關團體建筑物空調和采暖負荷最大、用電價格最高，并且是夏季電網高峰負荷的大戶。采用DES聯(lián)供熱、電、冷，不僅有著最好的投資回報，而且對電網削峰和天然氣調峰都有益。美國能源部計劃到2020年時將有一半以上的新建辦公或商用建筑采用熱電冷三聯(lián)產，同時將有15％的現(xiàn)有建筑改用熱電冷三聯(lián)產。
      （3）城鎮(zhèn)和居民小區(qū)分布式能源站
我國南、北方情況有所不同：南方以空調為主，北方兼有采暖和空調及生活熱水供應負荷。在環(huán)境污染壓力下，原來燃煤鍋爐改用天然氣，但同時會增加居民的經濟負擔。而采用DES則可以一舉解決這一問題。
       （4）聯(lián)合循環(huán)電站的聯(lián)產規(guī)劃
      聯(lián)合循環(huán)電站作為發(fā)達地區(qū)調峰電源和天然氣項目初期穩(wěn)定大用戶是不可避免的。值得探討的是在聯(lián)合循環(huán)電站選址時應盡量考慮與較大型工業(yè)結合，聯(lián)供冷、熱、蒸汽。如在24小時連續(xù)生產的過程工業(yè)園區(qū)，便可以改調峰電站為高效熱電冷聯(lián)產DES。在大城市新建的過程工業(yè)園區(qū)里不可能再燒煤，采用燃氣輪機的聯(lián)合循環(huán)加熱電聯(lián)產將是很重要的一種天然氣利用形式。如深圳月亮灣擬建180 MW機組與蛇口工業(yè)區(qū)及居民區(qū)的聯(lián)合，惠州乙烯下游工業(yè)園區(qū)與擬建的聯(lián)合循環(huán)機組的聯(lián)合等。
     分布式能源系統(tǒng)在國外雖然早已普及，但是在國內還是一個新的事物。在我國大規(guī)模推廣還需要政府在政策、規(guī)劃和宏觀調控方面大力扶持，才能健康發(fā)展。主要涉及下列問題〔2〕：①制訂扶持分布式能源和相關產業(yè)發(fā)展的政策，分布式能源站的大力發(fā)展必將促進燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機等相關設備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，同時產生一批建設項目和運營商；②支持分布式能源按照市場機制在區(qū)域內特許經營，實行價格聽證制度，保護各方利益；③天然氣規(guī)劃中給分布式能源系統(tǒng)留出相應的配額及適合壓力的管線路由，并提供與聯(lián)合循環(huán)電廠用氣類似的價格；④協(xié)調分布式能源與電網關系，切實保障二者之間的互利關系。

大力發(fā)展天然氣汽車

      據我國環(huán)保部門提供的數據，在北京、上海、廣州等大城市，機動車對CO、HC、NOx的貢獻率已經超過50％，有的已達到90％以上。這意味著控制汽車排氣污染已經成為十分急迫的問題。隨著國家清潔汽車行動步伐加快，用清潔燃料取代汽、柴油是燃料結構調整的發(fā)展趨勢。
      液化天然氣（LNG）是比汽油、柴油和LPG（液化石油氣）、CNG（壓縮天然氣）更潔凈的燃料，且具有價格低、充裝量大、行駛里程長等優(yōu)點。CNG雖然也是天然氣，但須用高壓容器，且充裝量小。與汽油相比，天然氣汽車尾氣中，CO減少97%，HC減少72%，NOx減少39%，CO2減少24%，SO2減少90%，汽車噪音亦可降低40%。開展天然氣，特別是LNG汽車的應用研究，具有十分重要的意義。天然氣汽車與汽油汽車相比較，可節(jié)省燃料費用近一半。若將汽油車改裝為雙燃料汽車所需費用為4000~8000元/輛，正常運行情況下，一年時間即可收回改裝費用。
      目前，我國汽車工業(yè)正面臨著進入WTO以后的機遇和挑戰(zhàn)，大力發(fā)展包括天然氣汽車在內的清潔汽車技術，實現(xiàn)我國汽車工業(yè)和天然氣工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展已經刻不容緩。為此應加快研究、制訂天然氣汽車發(fā)展戰(zhàn)略，制定相關扶持政策：①研究天然氣發(fā)動機的制造、引進，加氣站的建設，安全性保證等有關問題和對策；②研究借鑒國際成熟經驗，制訂天然氣汽車發(fā)展計劃；③研究制訂交通能源的技術發(fā)展、規(guī)模預測、引導性策略和能源供應對策，制訂相應的鼓勵采用天然氣汽車的政策。
      如果全國有100萬輛汽車改用天然氣，一年大約可以節(jié)約500多萬噸油料，節(jié)省約120億元的油料費和上億元的運費。由此可見，“油改氣”可以節(jié)約大量具有戰(zhàn)略意義的石油和巨款經費。

罐廂運輸與天然氣管網協(xié)調配合

       罐廂運輸與天然氣管網的協(xié)調配合應當作為天然氣市場培育和開拓的策略。大規(guī)模的天然氣供氣方式有兩種：管道輸氣；LNG船運或陸地罐廂運輸。管道輸氣的投資較大，適用于有穩(wěn)定氣源、氣量，向穩(wěn)定用戶長期供氣的場合。LNG罐廂地面機動運輸（汽車或火車）適用于從港口LNG接受站（或陸地小氣田LNG液化廠）向新開發(fā)的、用量不穩(wěn)定的、較短途的用戶供氣。罐廂的外表是集裝箱，里面是緊湊安設的真空夾層合金材料絕熱容器；在0.3～0.5 MPa壓力下，LNG的飽和溫度是－139～－142℃。最近的應用試驗表明，經過夏天25天、8千多公里的長途運輸，容器內的LNG壓力僅從0.3 MPa 升高到0.4 MPa，損失很?。〒ミ_因公司《關于鐵道部、北方交大委托圣達因公司進行LNG罐式集裝箱路試的匯報》，2003年）。如果運輸車的發(fā)動機采用天然氣為燃料，則可以完全沒有損失。上世紀末中原油田建成了15×104m3/d 天然氣液化裝置，用汽車罐廂向山東、江蘇、廣東等地供應LNG。今年7月，新疆廣匯公司鄯善150×104m3/d液化裝置將要投產；并用圣達因公司最新開發(fā)的25000 m3罐廂向福建和廣東供氣。按照路試結果測算，在1000公里運距內，每立方米天然氣的附加運輸成本小于0.35元。并且，LNG在使用地汽化時所產生的冷量，還可以利用。因此，對于新開發(fā)的、用量尚不穩(wěn)定的、較短途的用戶來說，罐廂運輸LNG要比管道供應的天然氣便宜而且方式靈活?？杀苊庖驓庠床蛔愣斐傻姆笤O管道投資積壓和高氣價的風險；同時還可作為港口LNG進出平衡的一個調節(jié)手段。特別是對于中小規(guī)模的用戶，可以保留幾個罐廂作為LNG緩沖儲罐。
      對一個地區(qū)或城市來說，用罐廂運輸漸進式開拓天然氣下游市場，極為經濟合理。一旦這個地區(qū)或城市天然氣應用達到一定規(guī)模，敷設管道的投資項目也就水到渠成了。所以，罐廂運輸與管網的協(xié)調配合是以LNG接受站為基地的天然氣市場最好的培育和開拓方式。
      中原油田LNG已經通過汽車運輸到廣東龍門。新疆廣匯公司也將于2004年7月向廣東供應LNG，并與深圳福田燃機電廠和深圳燃氣集團公司達成了戰(zhàn)略合作協(xié)議。汽車罐廂運輸不僅能夠向沒有管道地區(qū)供應天然氣，而且可以為天然氣管道運輸公司開拓和培育市場、逐步延伸管網及服務范圍，因此是天然氣用戶市場的培育者和開拓者，是管網運輸的伙伴和開路先鋒。
      發(fā)展LNG汽車罐廂運輸也應是我國天然氣規(guī)劃的一個重要內容，包括：①開展LNG汽車罐廂運輸的技術經濟分析，降低輸送成本；②研究罐廂LNG市場開拓運作模式；研究制定總體輸送戰(zhàn)略方案；③支持、培育LNG汽車罐廂運輸企業(yè)成長；④在加快天然氣資源開發(fā)利用的同時發(fā)展LNG工業(yè)，對拉動運輸業(yè)、制造業(yè)等相關產業(yè)的發(fā)展，促進深冷科技水平的提高，都將發(fā)揮重要的作用，最終將成為經濟發(fā)展新的增長點。

加快發(fā)展以天然氣為主的城市煤氣

      隨著天然氣的引進與開發(fā)，其大規(guī)模應用于城市煤氣，不僅清潔，還有許多其他優(yōu)點。一是天然氣比LPG價格低。LPG市場價格與國際原油價格接軌，且隨煉制量的多少而波動，價格機制不穩(wěn)。近年來，國際油價連續(xù)上漲，給用戶造成了巨大經濟負擔。二是天然氣比LPG更安全。因為天然氣比空氣輕，故泄漏后容易擴散，而且燃點也高。三是可使目前數百噸的LPG和部分發(fā)電重油恢復其石油化工原料的“身份”，進一步優(yōu)化我國石化產品分布結構，降低能耗，提高整體經濟效益，為我國石油安全做出貢獻。

地區(qū)天然氣的供需平衡與用戶宏觀布局規(guī)劃

     1.多源引進與應用腹地資源規(guī)劃戰(zhàn)略研究
近年來雖然我國天然氣工業(yè)蓬勃發(fā)展、儲量增長快、產量穩(wěn)步上升，但人均資源量小，而且可采天然氣資源主要集中在中西部地區(qū)和海域，遠離需求中心，嚴重制約著天然氣市場的進一步發(fā)展。積極而適當地引進一部分國外天然氣資源作為補充，有利于我國能源供需狀況的改善，對促進我國西北、東北地區(qū)天然氣資源的合理開發(fā)利用也具有重要意義。
      “西氣東輸”工程和“進口LNG”項目的實施對國家經濟發(fā)展、能源安全意義重大。當前要考慮從全局整體利益出發(fā)，對天然氣多源引進與應用腹地規(guī)劃戰(zhàn)略進行深入的定量探討與分析，將之納入到國家能源規(guī)劃、天然氣規(guī)劃、電力工業(yè)建設規(guī)劃和電網運行規(guī)劃當中，從系統(tǒng)工程的角度來統(tǒng)籌協(xié)調經濟和能源發(fā)展規(guī)劃。
       2.五種用戶+罐廂運輸用戶的用氣時段平衡研究與規(guī)劃
       天然氣的主要用戶有五類，用氣規(guī)律各不相同：①聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是大用戶，但是多半用于電網調峰，年運行3500～4000 h，調峰季節(jié)日運行16 h左右，夜間停機；②民用，多為餐炊用，用量不大、間斷、分散，集中在飯前一段時間；③工業(yè)及采暖鍋爐和直燃式吸收制冷機，除過程工業(yè)用戶外，也都不是連續(xù)運行的；④分布式能源站熱電冷聯(lián)產用戶，如果再加上蓄能（冷或熱）系統(tǒng)設施，年運行時數可達6000～7000 h，并且效率高、經濟性好；⑤車用發(fā)動機燃料。上述5種利用途徑的時間特征各不相同，隨著管道燃氣事業(yè)的發(fā)展，城市調峰氣源需要量將會越來越大，保證供、用氣量的平衡也越來越重要。如何統(tǒng)籌規(guī)劃、布局、運行，以使從碼頭、儲罐到汽化站、管網、調壓站的整個系統(tǒng)，做到的安全、平穩(wěn)操作運行是一個需要超前進行研究和規(guī)劃的課題。研究內容主要如下：①不同用戶各自的用氣負荷變化規(guī)律及影響因素研究；②對管網系統(tǒng)內不同用戶天然氣定價策略研究；③天然氣管網和電網峰、谷負荷規(guī)律及二者間協(xié)調配合的研究；④在各種負荷條件下通過實行分時段計價優(yōu)化管網運行的策略研究（建模和求解方法）；⑤天然氣管網系統(tǒng)內各種用戶負荷最優(yōu)匹配方案研究。

經濟—能源結構—環(huán)境模型的建立和決策輔助平臺的開發(fā)

     1.不同地區(qū)天然氣路線競爭優(yōu)勢，能源結構不同選擇
       天然氣作為一種進入市場的優(yōu)質氣體燃料商品，它與當地社會、經濟特點有密切關系，需考慮用戶及市場，才能探討如何開拓用氣市場。例如分步式能源用氣，玻璃、陶瓷、食品、輕紡等產業(yè)用氣，CNG車輛燃料用氣等等，這些極具活力的市場都需要進行認真細致的調查研究，對具體的需求結構分析，包括用戶類型、市場類型（傳統(tǒng)市場與新興市場）、用氣經濟效益情況等，從而得出用戶發(fā)展進程。對各類用戶用氣承受能力分析，最基本的是燃料替換（計入燃燒效率）與燃料支出費用的比較，更深入且全面一些則應進行燃料替換產生的直接和間接經濟效益分析。建立模型針對不同地區(qū)、不同經濟狀況確定不同的能源結構，有針對性地發(fā)展天然氣。
       2.特定地區(qū)經濟結構決策受能源環(huán)境制約分析
      隨著經濟的快速發(fā)展，各地區(qū)經濟結構和發(fā)展狀況也不盡相同，因此對特定的地區(qū)，必須從能源—經濟—環(huán)境協(xié)調可持續(xù)發(fā)展的高度，考慮能源結構同產業(yè)結構的互動關系，統(tǒng)籌規(guī)劃能源結構和產業(yè)結構的調整，仔細分析權衡直接經濟效益與同環(huán)境相關的社會效益的得失，同時還要定量地研究周邊國內外能源供應地區(qū)的政治、經濟、地理、運輸等條件，制訂安全可靠、經濟合理的供應保障方案，全面科學地決策。
       3.地區(qū)經濟—環(huán)境—能源協(xié)調規(guī)劃的制訂
       以上措施，首先都必須建立在制訂統(tǒng)籌兼顧、高瞻遠矚的全局規(guī)劃的基礎上。由于科技進步加速、經濟條件變化加快，因此規(guī)劃必須每1～2年進行一次滾動制訂。這就要求首先開發(fā)建立一個全國和地方的經濟發(fā)展—能源保障—環(huán)境保護綜合集成模型，和相應的基礎設施、自然、社會、經濟、技術等數據庫；在考慮經濟現(xiàn)狀及結構調整和發(fā)展規(guī)劃與資源、能源、環(huán)境之間的互動關聯(lián)和影響以及掌握大量數據的基礎上，建立定量的模型，測算在未來各種變化條件下，可能產生的趨勢，可供選擇的對策、方案以及相應的結果，形成一個虛擬運行與模擬優(yōu)化的計算機平臺，使之成為信息支持系統(tǒng)和輔助科學決策的工具。這是保證能源安全、經濟高速發(fā)展并穩(wěn)步改善環(huán)境狀況，實施可持續(xù)發(fā)展的關鍵，也是新世紀社會發(fā)展總體戰(zhàn)略目標能否順利實施的關鍵所在。