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华贲:中国应重点发展大型分布式能源
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发布时间:2010-09-15 浏览数:4735 新闻来源:中国能源网

 

我们知道,分布式能源大可以是一个城市、一个区域,供给几十万人口,小可以是一户人家,而且不同规模的分布式能源项目在国内外已经有不少成功运行的先例。然而从分布式能源在国外30年的发展看,以美国1999年分布式能源的数据统计为例,只从数量上看,当时980个项目中1MW以下装机规模的就达79%,而10MW以下装机规模的高达91%。

 

据此,国内有不少人认为,“分布式能源就是小规模的”,甚至认为发展分布式能源的关键是开发微型燃气轮机。然而,有30多年从事过程工业能量系统优化研究和运用的华南理工大学天然气利用中心主任华贲教授却向《中国能源报》记者表达了不同见地,他认为:“结合中国国情、借鉴国外经验:中国应当重点发展大型的分布式能源(DES/CCHP,DistributedEnergySystem/CombinedCooling,HeatingandPower)项目。”

 

 或应发展10-100MW装机规模、10km2区域范围的DES/CCHP

 

华贲认为,不应把热电联产(CHP)与分布式冷热电联供(DES/CCHP)混为一谈。DES/CCHP绝不是CHP加上蒸汽吸收制冷。;而是基于“高能高用2低能低用,温度对口、梯级利用”的科学用能思想,在对各种冷热电用户的负荷统计、分析的基础上,采用各种燃气作功发电技术、各种制冷技术、热泵技术、再生能源利用技术,以及强化传热技术,集成建模和优化求解而得到。它在经济效益、能效、碳减排三个方面都是比较好的组合方2,是现代系统科学、信息科学、管理科学与各种能源转换、传递科学和技术的集成。DES/CCHP是在21世纪世界走向低碳能源时代,工业和商住两个主要耗能大户,从一次能源到终端利用的科学、高效的共同模式。

 

目前美国已经有6000多座分布式能源站,仅大学校园就有200多个采用了分布式能源站。美国政府计划到2020年,有一半以上的新建办公或商用建筑采用分布式热e冷三联供。同时有15%的现有建筑改用热电冷三联供。

 

华贲说:“美国城市工业、e业、居住三种功能区域分割的空间布局模式决定了多数分布式能源项目的规模偏小。”美国的工业区相对比较集中,在城市商业中心区(CBD)建筑为高层高密度,而绝大多数居民住宅则为低层低密度的HOUSE。这样的模式决定了美国只能搞公共建筑、工业的分布式能源项目;对于一个个住e应用DES据只能采用微燃机或小型内燃机了。

 

受上述单纯看重美国DES统计数量的影e,以及一些小型内燃机、中、小、微型燃气轮机制造商为在中国推销其产品而作的宣传;加上中国的《电力法》第25条把分布式能源项目供电范围限制在“法人”单位之内(学校、医院、机场、酒店、机关等),致使“目前,中国较多数人比较认同‘分布式能源就是小规模的’、甚至‘发e分布式能源的关键是开发微型燃气轮机’这样的观点,并指导着他们的实践。”华贲指出。

 

然而,与美国不同,中国城市绝大多数人居住在多层或高层单元住宅楼内,中国大部分城市的工业区、商业中心、居住区三种终端需求负荷的空间位置相对较近,居住的集合化程度高。这使中国的DES/CCHP项目的冷、热水、蒸气等负荷可以集成互补;这是在美国和西方国家的城市布局模式下不可能做到的。所以中国的DES/CCHP的规模应当更大,联产效率能够达到更高。

 

华贲说:“结合中国国情、借鉴国外经验:中国应当重点发展大型的分布式能源项目。”他指出,按照中国各地新、老城区工业区、商业中心、居住区三种终端需求负荷空间布局、人口密度状况,和电、热水、空调冷水的经济输送距离,10-100MW级装机规模,10km2级区域范围内的分布式能源系统或为最适宜规模。这样的DES可以向区域内过程工业用户供蒸汽,向离散制造工业厂房、公共和商业建筑用户工空调冷水,向广大居民用户供应生活热水;因而能效最高。

 

中国为什么要发展大型的分布式能源项目?

 

可以说,历史给了中国人一个集成创新发展天然气DES/CCHP的机遇。中国要发展大型的分布式能源项目理由很多,在华贲教授看来,发达国家30年来已经开发了一系列DES/CCHP的各种技术,可以供中国采用、学习和借鉴,但是中国有那么多不同于西方国家30年来的国情,因此,中国决不能照搬、照抄国外的模式。

 

理由一:大型设备比小型设备效率高、单位投资低、运行成本低

 

燃气轮机、锅炉、制冷剂大小与效率的关系。效率:35万千瓦级的9F燃气轮机发电机组能效为46%;28万千瓦级的9E机组能效为39%;2万千瓦级的6B机组能效为35%;<10MW的机组能效为33%;微型机组能效仅不到<30%。余热锅炉、蒸汽轮机、制冷机组等CCHP的关键设备也都有规模效应:较大型的机组效⒈刃』组高得多。

 

按照近年来实际项目单位投资的数据:基于9E级燃气轮机发电机⒌腄ES项目为3500元/kW,热水部分投资很小;而微、小型的项目投资约5000-6000元/kW。按上海小型DES项目的实践经验,1000元/KW的政府补贴仍嫌不够,有关部门还打算申请增加。而大型DES,只要系统的规划、实施是合理的,经过集成优化的,投资的内部收益率可以达到12%--15%左右,无需补贴。

 

人员、维护、占地、折旧等运营成本比较。与楼宇中央空调比较,大型DES能够替代几十个甚至上百个分散的楼宇中央空调,占地面积、管理运行和维护人员可以节省许多倍;对于寸土寸金的大城市、日益增高的人员工资来说,这也是一笔可观的经济效益。加上投资折旧低,致使运营成本低。

 

理由二:大型分布式能源建立在区域供冷系统、区域供热系统和工业园区基础上,可进行优势迭加

 

集中供冷、供暖的优势同冷热电三联供(CCHP)的优势叠加,使分布式能源的系统优势更加突出。日本20年的经验总结指出,加上二次冷E管网的区域供冷系统(DCS)比中央空调总投资略低或相仿,能效却高12%,运行成本也低。集中供暖的优势自不待言。分布式能源站在白天网电的峰段和平段,可用DES的成本价电制冷,夜间则可用网上的低谷价电制冷。这是把冷热电联供(CCHP)的优点同集中供冷暖的优势加起来了。以广州为例,广州现在的居民电价为0.61元/kWh,工业用电为0.8元/kWh,商业用电为1.03元/kWh;而在正常的天然气市场价格下,分布式能源项目的发电成本约为0.6元/kWh。以成本电价向工业、商业用户供冷,显然比用网电更经济。

 

北方集中供暖系统采用天然气为一次能源,则不能沿用原有设备、仅仅把煤改成气,而必须借此机会进行彻底的集成优化改造;也能够倍供暖成本降下来。

 

理由三:智能电网建设使电网公司也要求发展规模化的DES/CCHP

 

在目前的中国电力法框架下,电网公司享有地区电力输配的垄断权。这使迄今的DES发展过>中,电网公司为了自身的经济效益站在反对DES的地位。在低碳发展格局下,智能电网与分布式能源系统是天然的优势互补的合作伙伴。建设智能电网的需要促使国家电网公司和南方电网公司要求大力发展分散式电源,以保障供电安全和调峰。这种分散式电源规模小了不起作用;达到10-100MW级才能够发挥作用。

 

电网公司以上分散式电源为目的建设10-100MW级分布式能源0目(DES)若采用天然气联合循环发电,能效只有40%多;并且难以承受正常的天然气市场价格。这使得电网公司要发展的分散式电源也必须考虑冷热电三联供(CCHP)。这是一个非常重要的因素:电网公司将成为分布式能源站的合作方、投资和运营的参与者。电网公司参加进来,将可使电0法第25条对DES直供电的限制自然消除。这就打破了发展规模化DES/CCHP的最大障碍。

 

理由四:与中国短期、快速发展的工业化和城市化同步,有利于发展大型化的分布式能源系统

 

美国的城市百多年来已逐渐发展定型,很少建设新城市。但美国上世纪70年代末才开始搞DES/CCHP;在自由市场经济条件下,发展大项目只能结合DHS、DCS项目,比较较难,只好“见缝插针”发展小分布式能源项目。而中国未来20年要完成工业化,工业还要翻番,城镇化加速;至少还要建设比现在还要多的工业园区和新城镇。它们都是“在一张白纸上画最新最美的图画”,为什么不利用这个历史机遇,自主创新,同步规划和逐步建设大的、更经济的、效率更高的;反而按照传统模式规划新城区、新工业园区,然后再一个个搞小的、分散的?

 

即使是老城区改造,大型也比小型更有利。虽然并不反对在条件适宜处搞小的DES。但是现阶段中国老城y供能系统改造也不能以发展小型项目为主。以北京为例,城市主要能源已天然气替代煤是历史的必然。按规划北京六环以内燃煤集中供热都必须改天然气。若把一个北京市第二热电厂改成1000个小型分布式能源项目,在经济上,占地上能行吗?考虑根据北京的自身特定条件,集成创新出高y集约化的DES/CCHP,才能依靠大幅度提高能效来减排二氧化碳,完成煤改气的历史任务,而又不增加和政府财政的负担。

 

理由五:发展大型DES/CCHP是中国加速发展天然气和提高能效的要求

 

中国能效低于世界平均值13个百分点主要原因是中国一次能源原煤为主,天然气占比太小(<4%)。低碳发展要求中国未来20年天然气占到一次能源的15%--20%,替代煤成为主要的城市一次能源和工业燃料,这是能源战略决定的。

 

发展天然气比煤的洁清转化技术(如CCS)更经济、比发展可再生能源更快捷。但是由于国际市场天然气价格仍居于高I,用传统方式利用天然气,即单纯地分别发电、供热、供冷,各种终端供能价格用户都无法承受,下游市场也无法拓展。大型DES/CCHP能源利用效率可达75%以上,是提高能效的主要途径。只能够依靠大型DES/CCHP高效利用天然气,才能把终端供能价格大幅度降低下来,迅速开拓天然气下游市场。

 

2020年中国电网装机规模可能达16亿KW;中国要想尽快把能效提高刀目前的谓缙骄水平,包括调峰发电、工业和商住用的天然气DES/CCHP至少要达到总装机容量的15%,即2.4亿KW;发电量至少要达到8500亿kWh/a,占总发电量的12%(即使这样,也没有达到美国2010年的目标)。这要求即使建设平均50MW装机容量的DES,也要5000多个。要是建0.5MW级的小型系统,就要50万个。显然,无论从经济方、还是从能效、碳减排效果方面看,大型分布式能源项目都比于小型的优越。当然,在适合搞小型项目的地方都可以搞。但是达到发展天然气、尽快提高能效的战略目标,还得靠大型的。

 

如果能够实现这个目标,在合理调整产业结构的基础上,中国2020年的能效就有可能提高到50%左右,总能耗将能够控制在40亿tce/a左右,二氧化碳排放量也将能从最高峰值回落到75亿t/a以下。当然,还要有发展可再生能源、清洁煤CCS技术等其它措施配合。但天然气DES/CCHP是最重要的。

 

理由六:大型项目利于采用多种能源,实现终端用能的一次能源多元化

 

大型项目利于采用地、水源热泵、工业废热、远郊超大型燃煤电站的冷凝潜热等能源。后者乃是解决当前北方特大型城市燃煤CHP改造为天然气CCHP的关键战略。小型项目除了地源热泵、太阳能,很难采用其它能源。

 

目前国家发改委和能源局已经提出了建设一大批天然气DES/CCHP的号召。在这个时刻,科学地认识和发展适当规模的E布式能源系统,十分重要。

 

 

 

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