“大、中、小”并举 发展燃气分布式能源

文 | 王振铭

    发展燃气分布式能源，首先要考虑的是节能、提高能源利用率，改善环境质量，而不能光考虑增加电力供应，扩大装机容量。国外的经验、国内的研究成果和工程实践说明在发展燃气分布式能源中应大、中、小并举。

    分布式能源求优发展

    国家发展和改革委员会、财政部、住房和城乡建设部，国家能源局联合公布的发改能源【2011】2196 号《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中提出，天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。

    “以提高能源综合利用效率为首要目标，以实现节能减排任务为工作抓手，重点在能源负荷中心建设区域分布式能源系统和楼宇分布式能源系统, 包括城市工业园、旅游集中服务区、生态园区、大型商业设施等，在条件具备的地方结合太阳能、风能、地源热泵等再生能源进行综合利用”。

    文件中的提法很科学，条件具备的地方可发展区域分布式能源系统和楼宇分布式能源系统。关键是要结合工程的实际情况，能大则大，能小则小，以求利益最优，提高能源综合利用率。

    国家发改委副主任、国家能源局刘铁男局长7月9日发表在《中国能源报》上的文章——《新形势下中国能源发展的战略思考》中就曾提出：促进分布式能源系统的推广应用，让新能源和可再生能源在能源结构调整中发挥更加突出的作用。

    美国的经验

    《工厂动力》2011 年1 期刊出华南理工大学天然气利用研究中心主任华贲教授的文章“建设工业园区冷热电联供的能源系统”文中列出美国分布式能源发展的情况。

    表1 可看出总量980 项目中，平均容量0.7MW 的770 个小内燃机项目占到总数的78.6%，可装机容量却只占10.3%。相反27 个大项目，占总数的2.8%，平均装机78.1MW 的大型燃机联合循环项目，却占了总装机容量的42.8%。

    我们和日立公司日方人员合编的《燃气冷热电联供系统应用指南》， 日方提供的数据是到2007 年3 月日本已建有分布式能源7359 处总装机容量87.836 万千瓦，平均容量为1194 千瓦/ 个，看来日本分布式能源每个站的装机容量并不大。

    另《能源思考》2012 年3 月号， 刊出《首都蓝天智慧能源工程》—— 治理燃煤污染的良策中列出美国分布式发电的技术应用特点。

    发展区域分布式能源站是解决问题的重点，在美国的分布式能源中采用燃气蒸汽联合循环（GTCC）的项目虽然仅占项目的7%，但是装机容量高达53%，说明这一技术主要承担了城市中大规模的区域供热，是主力中的主力。其主要原因是采用这一技术能源利用效率高，污染排放少，调节灵活，安全可靠，经济效益好。中国具有人口密度大，工业与居民生活区近，冬季采暖和夏季制冷区域大等特点，适合发展相对规模较大的区域分工能源站，而这一规模最适合发展燃气蒸汽联合循环机组。

    如表2 美国分布式发电的技术应用特点，表中数字说明，在美国各容量等级的分布式能源站都在积极发展。发展的原因，是各容量等级的能源站都能够盈利。日本的分布式能源站平均容量也不大，只要电热冷负荷搞清楚，机组选择合适，能稳定长期运行，能源综合利用率高，可以获得好的利润。

    我国的情况

    表2

装机容量占比                    项目数量占比

    我国已建成的分布式能源站，一般以自发自用为主，容量较小，不上网，因而电力系统不作统计，所以到现在为止，尚不知我国到底建有多少燃气分布式能源站，运行情况如何更无人做系统的调查研究。

    2010 年全国电力工业一览表中显示：6000 千瓦及以上火电厂设备容量中, 燃油装机为877.99 万千瓦; 燃气装机为2642.4 万千瓦; 生物质装机为170 万千瓦, 垃圾装机为 170 万千瓦， 余温、余压、余气等 装机为1007 万千瓦。

    燃气机组多为前些年为解决缺电而建的机组，如北京太阳宫燃机热电厂的项目尚不多。由于到目前为止我国领导部门尚未公布燃气分布式能源站可研报告的技术要求与内容深度， 因而各设计单位参照燃煤热电厂的一套标准材料，自己按本身的想法编制可研报告。编制原则、指导思想、内容深度、计算方法和计量单位等五花八门，因而只能做初步参考。据了解， 有的项目施工时机组都有变化，尚待今后见到比较全面的调查报告。

    本人通过分析多份可研报告得出如下结论：

    1. 电力设计院编制的报告，在机组选择，热力平衡，经济指标计算等方面较完善。建筑设计院编制的报告， 在冷热负荷分析等方面较好。

    2.9F 大型燃气——蒸汽联合循环机组，由于机组容量大，单位千瓦造价低，仅在4000 元左右，6B、FT8 由于容量小造价上升，小型燃机1 万千瓦左右的单位造价则升至10000 元以上。

    3.9F 大型燃机效率高，每立米天然气可发5 度电，甚至更多，而小机组则能耗高，发不到5 度电。

    4. 很多项目未做冷热电联产与分产的方案比较，有的也未做主机选型的方案比较，很难说所选机型是否最优化。

    5. 很多项目对设计热效率重视不够，有的项目根本未给出热效率，甚至有的项目连发电供热气耗也未给出，有的项目给出的热效率又出奇的高，不知如何计算的。

    6. 早期做的可研报告对热泵与污水源的能源利用重视不够，近期的可研重视当地能源的综合利用。

    7. 各可研报告对能源站的运行方式重视不够。有些城市已实行峰谷电价，当后夜电力系统实行峰谷电价其电价比自己的发电成本还低，没有必要再运行，能源站的自用电应用市电。

    8. 能源站的年发电量，与供热量和能源站的运行方式密切相关，所以应合理确定全年运行小时，再计算年发电量与供热量，进而计算全年的经济效益。有些工程未考虑运行方式， 年发电量与供热量计算大了，计算的年经济效益偏好，投产后达不到。

    9. 采暖期、制冷期与过渡期的冷热负荷量不同，影响发电与供热气耗和热效率。有些工程未分开计算，只按最大冷、热负荷计算气耗是不行的， 全年不可能都在最佳工况。

    10. 很多工程一开始讲本工程实现冷、热、电联产提高能源利用率，但在工艺系统内对如何供冷则不加说明， 甚至连一张供冷系统图都没有。应说明如何供冷，是能源站供冷水，还是在用户侧制冷设制冷站？运行方式和能源站停机时的备用方案都应有交待。

    11. 很多报告对供热可靠性未做说明，应考虑事故备用，能源站停机时和尖峰负荷时供热系统如何运行。

    12. 在确定热价与冷价时，要考虑用户的承受能力。

    总的来看, 多数可研计算的发电、供热气耗偏低，年运行小时估算偏大，年发电量与供热量计算偏大， 经济效益偏好，投产后，很难达到预想效果。

    建议：大中小并举

    针对以上情况和本人十余年来学习接触分布式能源的体会，提出几点看法。

    1. 大型工程

    大型工业开发区，大型联合工业企业由于项目多，用电用冷用热量大， 应优先选用9F 与9E 大型燃气—— 蒸汽联合循环机组，以提高能源综合利用率，降低基建工程的单位千瓦造价，减少运行人员，节约工程占地， 缓解当地的用电紧张。

    （1）机组选择应两台以上，不可单机运行，对供热供冷的可靠性要认真研究。（2）要考虑开发区附近是否有风能、太阳能和垃圾发电与地热等能源， 可否利用互为补充。（3）要考虑电力系统目前与今后电力系统的发展情况，要考虑燃机电厂上网电价高于当地火电厂或水电厂上网电价的差值，如何补偿。（4）要考虑天然气和今后的页岩气、煤层气互相置换问题。（5） 燃机热电厂的设计应执行电力行业的标准DL/T5174-2003《燃气——蒸汽联合循环热电厂设计规定》。（6） 该规定适用燃机出力为25MW~250MW。

    在机组选型与厂区总平面布置时要进行多方案比较，确定推荐方案， 要考虑有负荷发展的余地。

    （7）要考虑燃机电厂集中制冷还是建若干制冷站再分供给各用户。（8）要考虑集中供热的热网干管出线走向位置和生活热水供应方式。（9）该类联合循环热电厂，宜由当地综合领导部门牵头，吸收当地大用户、供电公司、燃气公司等参股。力争其发电上网至本开发区的变电站，由开发区变电站直供各大用户。大用户用电较由市电供应节省的费用，应由参与各方合理分成。（10）要考虑能源站噪音对周围居民区的影响。（11）对冷、热负荷要认真调查， 搞清典型日的小时负荷变化曲线和年负荷曲线，确定机组的年运行小时数， 合理计算年发电量与供热量，对发展负荷应予考虑。

    2. 中型工程

    装机容量为2 万~10 万千瓦的为中型工程，适用于较小的工业区、生态园或开发区。可选用FT8、6B 或9E 机组，组成燃气——蒸汽联合循环供热系统。

    机组选择应两台以上，不可单机运行。

    （1）对供热、供冷的可靠性要认真研究；（2）对供应范围的冷热负荷要认真研究。要收集典型日的冷热负荷曲线和年负荷曲线；（3）要考虑附近是否有风能、太阳能和垃圾发电与地热等能源，可否利用互为补充；（4）要研究其发电量是自发自用、还是上网或部分自用部分上网。上网时要考虑燃机电厂上网电价将高于当地电厂上网的电价，如何补偿；（5）在确定热负荷时，应研究是否考虑当地居民和公用建筑的生活热水供应；（6）燃机电厂的设计应执行电力行业标准DL/T5174-2003《燃气—— 蒸汽联合循环热电厂设计规定》；(7）在机组选型与厂区总平面布置时应进行多方案比较，要考虑扩建的可能；（8）其他可参考大型工程。

    3. 小型工程

    装机容量为15MW 及以下的工程，适用于分散的工业、医院、机场、联合公用建筑等。以选用燃气内燃机为主。该类工程目前多选用其发电自发自用、联网不上网或分时上网。该类工程机组容量小，能耗较高，单位千瓦造价高，但因自动化水平高，占地面积小，施工周期短发电成本较高也能接受，该类工程属于中央文件所称的楼宇式分布能源，也是今后的发展方向之一。该类工程的设计应执行2010 年住房和城乡建设部批准的《燃气冷热电三联供工程技术规程》。

    该类工程虽小，但有优势：

    (1) 分布式热电冷联产，由于占地小，一般的写字楼、商场、宾馆、学校等建筑在地下室均可，没有大型热电厂厂址选择的诸多限制因素，也可以认为发展分布式热电冷联产并不增加城市建设用地。如北京经济开发区联合循环热电厂，仅土地购置费就需550 元/ 平米，工程支出3288 万元，这对北京等大城市来讲是难得的机遇。北京草桥燃机热电厂征地150 万元/ 亩，北京太阳宫燃机热电厂征地135 万元/ 亩，征地费1.817 亿元， 拆迁需1.33 亿元，可见大热电厂购地费是不小的开支。
    (2) 由于分布式热、电、冷联产， 是各单位筹建，因为工程小，造价低， 建设资金自筹易解决，市政府只要出台支持发展的政策，其它如资金、设备和管理等问题都会自行解决。
目前我国燃气轮机和燃气内燃机的设备制造能力发展很快，设备国产化率逐步提高，对降低工程造价上将发挥更大作用。
    (3) 由于分布式热、电、冷联产实现自备电源，减少电力网的供电压力。发电、输电、配电的基建投资大量减少，电力系统不用投资，增加了发供电能力，提高了当地自发电的比重， 增强了应急突发事件的能力。分布式能源不是电力系统竞争的对手，而是电力系统可靠的帮手，对电力系统有利。
    (4) 由于分布式热电冷联产实现电力自给，减少电力系统的购电量， 因而尽管天然气价格高，发电成本高， 但远比电力系统的售电价低，因而有明显的效益。
大型燃气——蒸汽联合循环热电厂的发电要全部上网，因而上网电价不能太高，电力系统要考虑山西、内蒙的低价电。而分布式热、电、冷联产是减少从电力系统的购电量，因而问题变成优势。

    通过上海、北京等地一批分布式能源工程投产，对上述几个优势认识的更清楚了。

    不足之处为：

    (1)机组容量小，发电效率较低， 单位能耗高，平均每立米天然气只能发3 度电，单位千瓦造价高。
    (2)在目前国家未出台新支持政策下，发电并网与上网手续麻烦，使一些筹建单位望而生畏。
    (3)分布式能源站麻雀虽小，五脏俱全，一些筹建单位均为“门外汉”，应依靠能源服务公司负责总承。
    (4) 要考虑当地是否已实行峰谷电价，要考虑能源站后夜低负荷是否还能运行？要详细计算经济账，全年供生活热水是否可行？

    总之 ，大型燃气——蒸汽联合循环热电厂的建设，电力系统对当地发展国民经济和提高人民生活有极大好处，但不能多搞。小型楼宇热、电、冷三联供工程适用于按地区情况，分散建设，但应考虑运行方式，要详细调查冷、热、电负荷的运行情况，要核算不同工况的热效率和节能量，按电价气价核算经济效益，以便获得可能达到的节能与经济效益。

    大有大的好处，小有小的优点， 要依据当地的工程实际，用科学发展观来认真分析研究，不能说大的好， 可以代替小的，也不能说小的可以代替大的，按温总理政府报告的要求， 又好又快地建设社会主义，中国的分布式能源必将健康发展。

    （作者系中国电机工程学会热电专业委员会高级顾问）