今年5月,发改委、能源局、环保部3部委联合下发《能源行业加强大气污染防治工作方案》,中心思想即“调整能源消费结构、控制能源消费总量”。其中,《方案》用了整整一个章节来讲分布式能源的发展规划,没有任何其他的能源供应和消费行业同享此“殊荣”。同期,从成立以来就备受瞩目的中民投,高调宣布进军光伏和天然气分布式能源市场,计划投资金额高达100亿元。

  分布式能源,尤其是天然气分布式能源,究竟是怎样的系统?它对于“调整能源消费结构、控制能源消费总量”有着怎样的重要作用?又为何引得众多企业对其青睐有加,纷纷进军此领域?

  俗话说“顺势而为”,天然气分布式能源“是否顺应形势”?如果是,各类企业又具体“有哪些可为”?

  天然气分布式能源,“吃得少、跑得好”

  分布式电源,指设在用户附近、所发电能就地利用的发电项目,按其使用的一次能源类型,可分为太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能等分布式能源。

  其中,“天然气分布式能源”是指利用天然气为燃料,通过冷、热、电三联供等方式实现能源的梯级利用,在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式,综合能源利用效率在70%以上,是天然气高效利用的重要方式。“翻译”得更简单易懂些,天然气分布式能源系统利用燃气发电以后产生的烟气余热,实现夏季供冷、冬季供热、一年四季供应生活热水,能节约大量空调用电,并且所发电力除满足自身需求外,还可就近上网,替代部分煤电。

  天然气分布式能源,不仅清洁、高效,而且能通过多种能源的灵活转换,实现电力和天然气消费的削峰填谷,甚至最终还能节省整体能源成本,简直可以称其为“吃草吃得少,又能跑得好”的良驹。

  更清洁的能源、更清洁的利用方式

  众所周知,天然气是一种较为清洁的能源,其主要成分为甲烷,基本不含硫,燃烧后排放的废气污染物很少,废气中的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、固定颗粒等,都较燃烧煤炭和石油大幅减少。而天然气分布式能源,不仅利用这一清洁能源,其能源利用方式和废气排放形式本身也更为清洁。与传统供能系统相比,分布式供能系统中每100万千瓦的电力装机容量,每年可节能约80万吨标煤以上,对应每年减排CO2 200万吨以上,减排SO2 2.4万吨以上。此外,传统燃煤锅炉排烟温度都在130-160度以上,而天然气分布式的排烟温度可以降到40度,对环境更为友好。

  能源利用“吃干榨尽”,较传统方式能效翻倍

  传统的供能模式是分产分供。终端需求的电力绝大多数是由煤和天然气等化石能源的化学能燃烧转换成热能,再作功发电而产生,发电效率只有45%~60%,其余温度稍低的热能没有利用,直接作为“废热”排放到环境中。而另一方面,工业用200℃左右的低压蒸汽、商住用60~70℃左右的供暖和生活热水等很低品位的热,用天然气在燃烧温度高达1400℃的锅炉中燃烧产生,又是典型的“高能低用”。天然气分布式能源系统的冷热电三联供,就是把三者集成起来,燃料先发电,再用低品位余热“联供”蒸汽和热水,并通过溴化锂制冷等技术转化为冷能,实现“高能高用,低能低用,温度对口,梯级利用”的科学用能,效率可达80%以上。

  有效缓解气、电季节性供应失衡,增加供电安全性

  对于很多冬季集中供暖的城市而言,燃煤供暖污染太严重,大规模“煤改气”却易引起天然气季节性供应失衡。而到了夏天,数量众多的分散式空调又给电网造成了巨大的供电压力。以北京为例,冬季5个月的用气量占全年总量75%以上,而夏季用气量最低月仅为冬季最高月的1/6-1/8,季节性供气的峰谷差,使北京需要投资几十亿元为冬季用气建设地下储气库,而气田、燃气管道的利用效率在夏天又很低。此外,北京2013年夏季用电负荷超过了1700万千瓦,其中电空调用电负荷超过40%,电网必须准备充足的容量,但相当一部分只是用来保障短暂高温天气条件下的空调用电负荷,致使高额投资的华北电网的发电和输电设备利用小时偏低,投资回报减少。若能有规划、大规模地发展天然气分布式能源,夏季在弥补电网供电缺口的同时,发电的余热用于供冷,又进一步减少了空调用电。其在为电网削峰填谷的同时,又增加了夏季的天然气用量,提高城市天然气管网的利用率。

  此外,分布式能源在安全供电方面也有积极作用。在“大电厂大电网”的政策下,地方电源支撑仍然有其必要性。尤其是分布式能源,平时常规供电,需要时可用作电力调峰,遇到重大停电事故时还能充当应急电源,减少损失。台湾的两次全岛大停电事故中,分布式能源都发挥了重要作用。

  优点众多,总能源成本支出反而减少

  天然气分布式能源系统通常采用小型或微型发电设备,并与供热、制冷、除湿、生活热水等装置组成供能系统,通过提高能源综合利用效率,减少能源费用支出,甚至从多联供的蒸汽、热水、制冷等方面寻找利润空间。

  同时,天然气分布式能源系统一般靠近用户侧安装就近供电、供热及供冷,还可省去长途输电设施、多层变电、配电系统的电网建设,降低输变电损耗,也减少了配套基础设施建设的成本。

  基于上述特点,天然气分布式能源系统完美地契合了当下中国“调整能源消费结构、控制能源消费总量”的能源发展战略。既能减少煤炭消费,增加天然气在一次能源结构中的消费占比,又能通过提高能源利用效率,在获得相同能源产品的情况下,减少一次能源消费。

  发展障碍逐步解除,光明前景在召唤

  不过,天然气分布式能源的发展过程也并非一路坦途。气源、气价、余电上网被称为天然气分布式能源发展进程中的“三座大山”,沿途还不乏“关键设备和技术依赖进口、发展受制于人”等诸多干扰。好在,这些大山并非无法翻越,我们也看到了越来越清晰的曙光。

  天然气供应逐年增加,管网配套日趋发达

  “若项目建成后气源供应不稳定,一系列的供暖、供冷、供电都将受到影响”,前几年业内还不乏对此问题忧心忡忡的观望者,毕竟每到冬天用气高峰,各地的用气紧张甚至“限气令”让人心有余悸。不过,随着国家对天然气供应问题越来越重视,对外加大合作,对内加强非常规气发展,气源问题将在未来几年得到很大程度的改善。除了近几年沿海各地如火如荼建设的LNG接收站,和页岩气等非常规天然气的发展起势,今年中俄天然气合作大单的协议签署,以及中亚天然气合作的“扩容”,更让大家对“气源”前景充满信心。而国内天然气管网的加速发展,除了让国内外的天然气资源能送达更多的区域,也为各地天然气应用消费打好了基础,这其中就包括天然气分布式能源。

  气价上涨虽不可避免,推动系统设计“降本增效”

  2013年7月,国家上调了非居民用天然气价格,并将天然气分为存量气和增量气,其中增量气门站价格按可替代能源价格的85%确定,上涨幅度不小。业内普遍预测,存量气价将在2015年底之前与增量气价并轨,也就是说整体气价还将进一步上涨。虽然气价上涨趋势不可避免,对燃气发电等天然气应用的经济性将造成一定影响,不过对于天然气分布式能源而言,影响尚不至于“扭盈为亏”,反而推动了分布式能源系统设计的发展,通过挖掘优化潜力、提高利用效率来增加收益,从而减少甚至消除气价上涨带来的影响。

  国家电网亮起绿灯,并网壁垒开始消除

  天然气分布式能源所生产的电力,最理想的状态是能达到自发自用、多余上网、余缺网补。不过由于法律政策、体制、技术等各方面的问题,当前分布式能源发电并网环节仍频频遭遇卡壳,即便并网了,也大多不能以“销售电价”直接向用户供电,只能以“上网电价”卖给电网。好在,这样的局面在将来有望打破。今年5月27日,国家电网公司发布了《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》(修订版),提出要“加大配套电网投资和建设力度,保障分布式电源接入电网,为各类社会资本投资分布式电源并网工程提供优质服务”,甚至“积极支持社会资本投资分布式电源并网工程”。可以说是从体制上放开了一道口子,引入社会资本“活水”,来共同解决分布式能源并网的技术和设备升级问题。

  雾霾的肆虐,加大了国家对环境整治的决心,也加大了我国对发展清洁能源的需求。而障碍的逐步移除,既是上述决心和需求的结果,也是天然气分布式能源将迎来重大发展契机的原因。虽然目前国内天然气分布式能源项目只有百来个,但《能源行业加强大气污染防治工作方案》仍重申了“十二五”发展目标:到2015年底,建设1000个左右天然气分布式能源项目,并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。从中不难看出国家对发展天然气分布式能源的态度,也预示着今明两年天然气分布式能源的发展速度。

  多方看好齐布局,共创多赢局面

  有发展需求,有国家鼓励,还有经济和环境双重利益,也难怪众多企业对天然气分布式能源竞相关注,不管是天然气行业内还是行业外的公司,都开始纷纷涉足天然气分布式能源。发展浪潮当前,机会究竟在哪里?

  项目方:提高能源利用效率,减少能源成本支出

  要了解天然气分布式能源项目,先要了解天然气分布式能源适合应用在哪些场合。

  天然气分布式能源可分为楼宇型和区域型。楼宇型分布式能源一般小于10兆瓦(MW),建筑面积不过几十万平方米,输送范围几百米。其用户高度集中,甚至在同一个法人单位之内,虽然因此较少存在市场交易问题,但也容易产生终端负荷品种少、需求时间段较单一的现象。再加上规模小,单位投资往往较高,每兆瓦(MW)可达1000万元左右。相比于区域型,其设备和系统的能效稍低、年运行时间较短,需针对各类能源需求估算衡量并作适当预测,以确保项目经济性。不过,也正因楼宇型分布式能源的“小”,不涉及公共空间资源,经济关系单纯,易于决策。

  区域型分布式能源,通常要达到几十兆瓦级,其涉及的用户较广,往往有终端负荷品种多、运行时间长的特点,因此能源利用率能高达70%~90%。由于规模大,折合下来的单位投资少,每兆瓦(MW)在400~600万元左右,因而经济上极富竞争力。不过,由于其涉及的群体较广,项目开展也就需要更多的协调和规划。

  基于以上特点,楼宇型天然气分布式能源通常应用在机场、火车站等公共建筑,以及医院、酒店、商场、写字楼及大型企业内部。而区域型分布式能源则可应用在大学、CBD(中央商务区)、度假村、工业园区等地,甚至新城区、偏远城镇和农村等超大型区域。

  目前,已有不少楼宇型的天然气分布式项目在规划和建设中,有业主直接参与投资的,也有采取合同能源管理模式、全权交给第三方建设和运营的。鉴于我国建筑能耗占总能耗27%以上,并以每年1个百分点的速度在增加,因此,降低建筑能耗,是我国节能减排的重要发展方向之一。而整体建筑能耗中,采暖空调占了65%、热水占15%、电力占14%、炊事用燃气占6%,可见楼宇型天然气分布式项目,是能有效降低相当一部分建筑能耗的重要技术手段。

  而区域型天然气分布式能源,在中国的发展空间将更为广阔。首先,我国当前的工业领域和集中供热(及供冷)现状,为改用天然气分布式能源提供了广阔的市场。多年以来,为满足自身需要,工业企业建设了大批的自备热电厂或分散的供热锅炉,大多为燃煤系统,不仅污染空气,而且约85%的燃煤热效率不到70%。在我国逐步淘汰小型燃煤锅炉的趋势下,若将高耗能工业企业较多的工业园区改造为分布式能源系统,不仅可通过多联产提高能源效率,还可帮助园区及地方政府提高招商引资的实力。

  此外,中国正处于快速实现工业化和城市化的中期,未来十几年内将集中建设一大批新工业园区和新城区,其总量甚至可能超过现有存量,这又为新建天然气分布式能源提供了巨大的空间。例如在我国需要冬季供暖的中部和北方地区,可以发展以超大城市中心区集中供暖、公共建筑空调、居民生活热水三类负荷为主的分布式能源。又例如我国许多远离大电网的边远及农村地区,难以从大电网向其供电,因此天然气分布式能源系统就非常适合对乡村、牧区、山区、发展中区域向居民区提供电力,以及热水和其他冷热能。上海迪士尼这样新建的游乐及度假村项目,选择采用天然气分布式能源,也预示了未来同类项目的一种趋势。

  基于各类对天然气分布式能源看好的原因,众多地方政府和各类企业蜂拥跨入此领域。国内省、市、地方各类型开发区纷纷制定分布式能源发展规划,楼宇型项目计划新闻迭出,工业园区、经济开发区、综合商务区大型项目的比例亦不断增加。大型国企民企集团纷纷成立新能源公司进军分布式能源领域,电力系统的发电企业、电网公司、科研院所加快开发项目抢占市场,整个行业热闹非凡。

  第三方服务:迎接市场盛宴,期待跨越式发展

  除了项目方,第三方的市场也开始活跃起来。天然气分布式能源项目从系统设计到设备选择,从项目建造到后期运营,涉及的第三方服务环节众多。天然气分布式能源行业的发展,也必将成为第三方市场的盛宴。

  首先是天然气分布式能源相关的高新技术设备,集燃气轮机、燃气内燃机、吸收式冷热水机、压缩式冷热水机、热泵、吸收式除湿机以及能源综合控制系统于一体。其中,天然气余热锅炉是燃气蒸汽联合循环热电联产系统中的关键设备。国内外相关企业已开始瞄准这块市场,抢先布局。早在2011年8月,国内天然气分布式能源发展的排头兵中国华电集团,就与美国通用电气公司(GE)成立了合资企业,生产航改型燃气轮机。2014年1月,三菱重工与日立成立合资公司,除了继续开展三菱重工发动机业务之外,更重要的是在中国合作开展天然气分布式能源系统业务。

  对于天然气分布式能源项目而言,设备重要,系统设计更重要。尤其是区域型分布式能源系统,涉及到的多能协同需求更复杂,毕竟在不同的季节和昼夜环境下,冷、热、电、汽负荷的生产和需求不可能总是相互匹配。这就需要进行优化设计,构建一个柔性的、对负荷变化适应性很强的冷、热、电联供系统,能够在各种负荷条件下尽可能保持高效,可以说,系统设计对提高能源效率和项目经济性有着至关重要的影响。2014年6月,新奥集团和施耐德电气组建合资公司,剑指“多能源管控集成方案”、“供用能一体化能效管控技术”、“互联网能源”等市场。

  除此之外,其他第三方服务和配套技术,类似项目建设总承包(EPC)、微网系统建设等等,也都将迎来发展机遇。

  人人共享:蓝天白云,能源安全

  发展天然气分布式能源,不仅仅是用上高效能源的项目方和产业链相关第三方的共赢。

  正如文中介绍,天然气分布式能源“清洁、高效”的特点,将有效地推动我国“调整能源消费结构、控制能源消费总量”外加“保障能源供应安全”等能源战略的实施。也许在未来几年,中国会再次迎来蓝天白云的常态,这将是整个社会的多赢。

(来源:财新网)

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天然气分布式能源,星星之火可以燎原

发布时间: 

2014/7/8 0:00:00