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(wǎng)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(shù)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(jīng)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(wǎng)但不上網(wǎng)銷售，依靠大電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)，而用于分布式能源站，則可以近100%的效率節(jié)省網(wǎng)電！由于分布式能源站近距離直供和聯(lián)產(chǎn)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(wǎng)。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(shù)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(wǎng)，將凸現(xiàn)出以下重大效果：①節(jié)約數(shù)十吉伏安的110 kV以上高壓電網(wǎng)和110～10 kV的變電站建設費用；②節(jié)省數(shù)十吉瓦電力上網(wǎng)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(chǎn)形式每年高效利用數(shù)千萬噸的天然氣，有數(shù)以百億元計的社會經(jīng)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(wǎng)作為后備補充，用電可靠性高。同時大電網(wǎng)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(shù)千億元的GDP；以上各項總的社會經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)，同時將有15％的現(xiàn)有建筑改用熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。
      （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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(wǎng)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(jù)我國環(huán)保部門提供的數(shù)據(jù)，在北京、上海、廣州等大城市，機動車對CO、HC、NOx的貢獻率已經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)費。

罐廂運輸與天然氣管網(wǎng)協(xié)調配合

       罐廂運輸與天然氣管網(wǎng)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(jīng)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?。〒?jù)圣達因公司《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(chǎn)；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(chǎn)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(jīng)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(wǎng)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(jīng)通過汽車運輸?shù)綇V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(wǎng)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(wǎng)運輸?shù)幕锇楹烷_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?shù)募夹g經(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(shù)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(chǎn)品分布結構，降低能耗，提高整體經(jīng)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(chǎn)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?shù)匾M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(jīng)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(wǎng)運行規(guī)劃當中，從系統(tǒng)工程的角度來統(tǒng)籌協(xié)調經(jīng)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(wǎng)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(chǎn)用戶，如果再加上蓄能（冷或熱）系統(tǒng)設施，年運行時數(shù)可達6000～7000 h，并且效率高、經(jīng)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(wǎng)、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(wǎng)系統(tǒng)內不同用戶天然氣定價策略研究；③天然氣管網(wǎng)和電網(wǎng)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(wǎng)運行的策略研究（建模和求解方法）；⑤天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)內各種用戶負荷最優(yōu)匹配方案研究。

經(jīng)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?shù)厣鐣?、?jīng)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)生的直接和間接經(jīng)濟效益分析。建立模型針對不同地區(qū)、不同經(jīng)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(jīng)濟結構決策受能源環(huán)境制約分析
      隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，各地區(qū)經(jīng)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(jīng)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(chǎn)業(yè)結構的互動關系，統(tǒng)籌規(guī)劃能源結構和產(chǎn)業(yè)結構的調整，仔細分析權衡直接經(jīng)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(jīng)濟、地理、運輸?shù)葪l件，制訂安全可靠、經(jīng)濟合理的供應保障方案，全面科學地決策。
       3.地區(qū)經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)濟、技術等數(shù)據(jù)庫；在考慮經(jīng)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(jīng)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。