爱华网华贲：解读分布式能源的规模效应
2006-7-14
随着世界和中国面临着越来越严重的能源短缺和环境危机，分布式能源以高效利用能源和环境友好的优势迅速发展起来，目前，分布式能源在国际上已经发展到一定规模，在我国仍处于刚刚起步的阶段，面临很多技术、观念和政策的问题，就这个问题，我们采访了天然气利用行业的专家——国家重点基础研究发展规划（973）项目“高效节能的关键科学问题”首席科学家，华南理工大学的华贲教授。
博燃网编辑：华教授，您好，很高兴这次能够采访到您，目前随着国际原油价格的一路高涨，天然气价格也随之水涨船高，现在社会上有一种看法，认为用天然气是一种浪费，您对此是怎么看的？
华贲（以下简称“华”）：用天然气是改善我国因燃煤而造成的严重环境污染的需要；是国家的能源战略的重要组成部分。正因为贵，所以更要高效地利用。因为像现在这样简单粗放地利用，仅仅用来发电或是烹饪，利用效率是很低的。一定要高效率的利用，才能承受较贵的价格。
博燃网编辑：现在有一种能源梯度利用的方式称为分布式能源，您也一直在做这方面的研究，这种方式是不是能最大限度的利用能源呢？
华：是的，这是目前国际上公认的并且已经被证明能源利用效率最高的利用方式。大型发电厂的发电效率为35～55%，扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能达到30～47%，而分布式发电系统将发电供热制冷结合在一起，实现了能量的梯级使用，而且它采取的是就地转化，就地供应的运行方式，没有中间环节的损耗，使其用户端的能源利用率得以大大提高，系统的能源利用效率可以达到80%左右，可以实现真正意义上的节能。
博燃网编辑：分布式能源系统（编者注：Distributed EnergySystem，简称DES）最早是在美国发展起来的，如今在国外早已经是如火如荼了，您能不能简单给我们介绍一下国外冷热电联供系统的发展概况？
华：自1978年美国开始发展CCHP（编者注：冷热电联产combined coolheat andpower，简称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；工业CCHP系统有1016座，总装机容量45.5GW，其中64%用天然气。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，总数近5000座。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。
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。
博燃网编辑：在分布式能源系统中，我们经常听到两个名词“热电联产”和“热电联供”，它们的区别在哪里？分布式能源的优势是什么？
华：“联产”（Cogeneratoin orTrigeneration）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”（Combined Cold，Heat and PowerSupply）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。从“联产”到“联供”，从电全部上网到“就地直供”，是第二代能源供应系统的重大发展，从为提高发电效率而尽量利用发电的“余热”到“就地组合优化协同供应”可以有效节省传输投资、运行费和损失。
至于分布式能源的优势，大致有三点，第一，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。利用DES/CCHP，按照梯级用能的模式，先发电、后利用余热发生蒸汽、制冷、和生产热水，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%。并且因供冷供热与发电共同分摊能源成本，可以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；第二，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，还能够帮助大电网削减峰荷；同时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，容易上马；而且全年运行时间可长达5000—6000小时，能够帮助燃气公司平衡天然气管网的峰谷差，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。
博燃网编辑：您能不能具体给我们讲一下应用分布式能源系统所产生的经济效益？
华：那咱们就以广州市为例，南沙开发区、广州经济技术开发区的工业园区、新建的汽车、石化、冶金等大企业，工业用气2011年将超过60万吨/年，采用大型DES/CCHP是节能、环保、提高经济效益的必由之路。对广州市来说，未来十几年内大力建设DES/CCHP，可以节约上百万kW的电网和变电站建设费用，节省上百万kW输送损耗和调度费用，并协助保障广州市的供电安全；冷热电联供高效利用LNG的社会效益上十亿元计；并可利用上百亿元计的社会资本，节省国家财政开支；DES用户以大电网作后备补充，可靠性更高；还将带动燃气轮机、余热锅炉、大型制冷机等制造业发展，拉动上百亿元/年GDP增长。
博燃网编辑：根据我国的国情和居民居住条件，我国发展分布式能源的适宜规模是什么样的？
华：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。
博燃网编辑：分布式能源是分布在用户端的能源利用系统，各种终端供能的经济直供范围为多少？
华：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5-12℃左右的温度下，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。中国城市人口众多、居住密集，DES/CCHP不能完全照搬美、欧、日目前的分布式能源的模式。
博燃网编辑：在我国现有居住环境下，应该建设多大规模的终端利用系统呢？
华：按照上述经济供能半径并根据用户的实际负荷需求，在工业园区和城市商业（住宅）区域可发展50—100MW左右规模的DES/CCHP；而在一些单独的商业建筑或工厂可以建立数百到数千千瓦的DES/CCHP。国际能源署也建议中国发展50MW左右的DES/CCHP。作为天然气下游高效利用的重要途径。
博燃网编辑：目前，分布式能源主要是利用天然气，我国进口LNG项目中，能不能利用分布式能源技术？如果能用，应该怎么利用？
华：当然可以，如果利用的话，可以使能源的利用效率最大化，但是目前有关部门还没有做这样的工作。中国的天然气将快速发展，特别是陆续建设的一批LNG接受站，在下游市场开拓规划上，可以考虑结合周边工业、商业、城建的规划，把3-5个500—1000MW的联合循环电站，分散为十来个50—100MW的DES/CCHP；在中国的大、中城市，建设一批50—100MW的分布式能源系统，既解决天然气联合循环电站缺乏与煤电竞争力问题，又可以解决工业用天然气做锅炉和加热炉燃料价格承受能力不足的问题。不仅大大提高能源利用效率，而且节省大量资金。同时也在有条件的地方发展大批中、小型DES/CCHP系统。
博燃网编辑：既然分布式能源利用效率这么高，能不能全部发展成为分布式能源？
华：在投资、能源消耗以及CO2排放方面，DES/CCHP较全集中供电方式都有一定的优势。当然，集中式电源系统和DES/CCHP是互为补充的，分布式能源的发展不能脱离大电网系统的支持和补充。因此，就整个电力系统来说，应该以大电网为主，两者的发展应该确定一个合理的比例，确保分布式能源的生存空间，以降低电网投资、输变电损失，提高能源利用效率和减少环境排放，这对于我国电力事业的发展是有利的。如前所述，美、欧等国分布式能源的发展目标是占总电的30%--50%。
博燃网编辑：如果国家大力发展分布式能源，那么是不是和国家电网供电冲突了呢？
华：对电网公司来说，DES/CCHP并不会对电网造成冲击，也不会减少电网公司的盈利。因为目前中国电力处于供不应求的状况，长距离输电投资和损耗都很大。而DES/CCHP通过就地直供电和供冷供热，减少电网的负担，并为电网起到一个调峰填谷的作用。此外，由于DES/CCHP需要电网对频率和安全性的保障，电网可以适当的向DES/CCHP收取一定的保障费用，两者是互相协调、互相补充，共同发展的的关系。
博燃网编辑：您刚才提到我国天然气利用还不尽合理，世界上天然气利用结构是怎样的？我国天然气消费结构又是怎样的？
华：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。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。2000年世界天然气的消费构成是这样的：发电占20%，民用燃气占23%，工业染料占30%，化工原料占8%，其它占2%，自我消费占17%；美国天然气的消费构成是这样的：发电占15.7%，民用燃气23.8%，工业燃料45.2%，化工原料15.3%，其它小于1%。
从这个情况可以看出，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。
而我国，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。我国近几年天然气消费构成可以从这个表格看出来。
表格中可以看出，我国天然气用来发电占很小的比例，基本上是用煤炭发电，这样，不仅在远程输送中会造成能量损耗，而且已经对环境造成了巨大的污染。
博燃网编辑：天然气在各项消费结构中应该占到多少的比例才是合理的天然气利用标准呢？
华：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也可以用一个表格清晰的表现出来。
就我个人的判断，发电占30—40%的比例是难以达到的。而民用和工、商业用气应当分别统计；后者将会占更大的比例。并且，工业用气与化工原料也应当分开，前者主要是作为工业DES/CCHP的一次能源。
博燃网编辑：您刚才所出示的两个表格中——1996年至2000年天然气消费结构和未来15年的天然气消费结构发展目标，天然气消费结构比例有所不同，这是为什么？
华：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陆路车运和海路船运港口接收，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，用作化工原料，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，我国第二个进口LNG的大鹏项目规划，发电占60%，城市燃气占40%。
博燃网编辑：大家现在都看到天然气使用的快捷方便以及环保，我国近几年也在大力推广使用天然气，据您观察，目前我国天然气利用中存在的问题是什么？
华：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小时左右，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绝大部分不到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。第三，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，热力学第二定律定义效率只有10%左右，既是不合理的“高能低用”，又不经济。而且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，居民负担也会加大。
博燃网编辑：国外很多国家对发展分布式能源有很多政策上的支持，譬如丹麦的《电力供应法》规定，电网公司必须优先购买热电联产生产的电能，消费者有义务优先使用热电联产生产的电能；相比较，我国有没有一些政策上的优惠去鼓励分布式能源的发展？
华：我国在全国人大颁布的400多部法律中，仅仅只有《节能法》中提及“热电联产”一次，2000年为促进热电联产事业的健康发展，由当时的国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部和国家环保总局联合发布了（急计基础[2000]1268号）文件，积极支持热电联产的发展。但是都缺乏实施细则和可操作的执行保证。因而，分布式能源在中国的发展并没有得到有力的政策支持，发展进程远不能令人满意。
我国台湾地区对发展分布式能源有很多政策上的鼓励，台湾地区1979年“能源管理法”，1988年“汽电共生系统推广办法”明确规定：融资优惠，租税减免，加速折旧，用气价格优惠，联合投资条件放宽，供电保证及电业购售电优惠办法等相关规定。台湾分布式能源发生的电力已经占总量的16%。
博燃网编辑：发展分布式能源，我国还有哪些工作要做？
华：分布式能源系统在国外虽然早已普及，但是在国内还是一个新的事物。在我国大规模推广还需要政府在政策、规划和宏观调控方面大力扶持，才能健康发展。
政府首先应该积极引导，修改阻碍DES/CCHP发展的旧法律法规，出台鼓励性的新法规；其次，政府应该在贷款、准入和税收方面给予优惠，特别是对区域供冷和余热集中供应生活热水的服务，应当免税；因为居民用电空调和热水器是不用缴税的，如果对合理用能的区域供冷和余热集中供应生活热水的服务项目征收17%的增值税和33%的所得税，投资者将完全无利可图，因而DES/CCHP将不可能发展；还有，应将DES/CCHP纳入到国家的电力规划、天然气发展规划、城市化规划和具体的城市建设规划中；对一些新的工业园区和城区建设，应该考虑到能源综合利用和规划，通过分析确定合理的供能方案，这一点上，城市建设、规划部门应该充分考虑DES/CCHP的可行性。
对天然气公司来讲，应该优先考虑向DES/CCHP供气，并提供与联合循环电厂相同的价格；对电网公司来说，应该看到DES/CCHP产生的长远利益，创造出有利于DES/CCHP发展的空间环境，并将DES/CCHP纳入电网规划之内。
总的来说，在我国当前形势下，政府牵头，联合相关部门制定促进DES/CCHP的相关法律和规划，培养适应DES/CCHP生长的土壤，通过投资方、建设方和运营方的共同参与，分布式冷热电联供事业在我国就会迅速发展起来。
