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1、 发展燃气分布式能源 应“大、中、小”并举 王振铭 中国电机工程学会热电专委会 二一二年七月北京 前 言 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
2、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。一、美国的经验 表 1 2000 年美国 DES/CCHP 项目的数量和规模统计数据 系列形式 装机容量 容量比例 系统数量数量比例 平均装机容量（座）（MW）联合循环 2110 27 锅炉/蒸汽 1341 60 燃气轮机 933 104 内燃机 506 770 其他 36 19 总计 4926 100 980 100 总量 980 项目中，平均容量的 770 个小内燃机项目占到总数的%，可装机容量却只占%。相反 27 个大项目，占总数的%，平均装机的大型燃机联合循环项目，却占了总装
3、机容量的%。燃气冷热电联供系统应用指南是到 2007 年 3 月日本已建有分布式能源7359 处总装机容量万千瓦，平均容量为 1194KW/个，看来日本分布式能源每个站的装机容量并不大。首都蓝天智慧能源工程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。美国分布式发电的技术应用特点 装机容量占比 项目数量占比 二、我国的情况 中国电力企业联合会在 2010 年全国电力工业一览表中给出：6000
4、KW 及以上火电厂设备容量中 燃油%万千瓦 燃气%万千瓦 生物质%170 万千瓦 垃圾%170 万千瓦 余温、余压、余气等 1007 万千瓦%从以上 21 个工程的可研报告中可看出：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
5、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.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。9、采暖
6、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。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。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。三、上海的研究 上海热电联产政策研究（中国可持续能源项目）1、400 千瓦级燃气内燃机的经济分析 这种热电联产系统适合于应用在中小型医院、宾馆和室内游泳池等场所。燃气内燃机热电联产成功与否的关键是要仔细分析热、电
7、负荷，选择合适的热电装机容量，保证较高的满负荷运行时间。最佳日电负荷曲线 400 千瓦级燃气内燃机热电联产的经济分析结果：燃气内燃机装机容量：406KW 燃料消耗量：1213KW 回收余热量：691KW 设备满负荷年利用小时：4000h 年天然气耗量：49 万立方米 天然气价格：2 元/立方米 年发电量：万千瓦时 年天然气成本：万元 年回收余热折合产汽量：3962 吨 锅炉产蒸汽成本：214 元/吨 年产蒸汽效益 万元 工资和福利费：15 万元 设备总价：万元 设备年折旧：万元 年维修费用：万元 发电成本：元 发电效率：33%综合效率：90%投资回收期：年 4000 小时的满负荷运行时间的条件
8、下，燃气内燃机热电联产系统经济效益较好。但是在一些以空调负荷为主的建筑物内，要达到 4000 小时的满负荷运行时间是比较困难的。年满负荷利用小时和发电成本关系 随着满负荷年利用小时的减少，发电成本急剧上升。当年利用小时减到 2000小时，其发电成本将上升到接近 1 元/度，显然是不经济的。2、4000 千瓦级燃气轮机经济分析 燃气轮机的高温高压气体带动发电机发电后排出，这时还保持着相当的温度（一般在 400以上），并具有较高的含氧量。通过余热锅炉回收这部分热量，还可通过补燃来产生更多蒸汽。4000KW 燃气轮机热电联产进行经济分析的结果：燃气轮机装机容量：4000KW 余热锅炉装机容量：11t
9、/h 燃气轮机发电单耗：12607kJ/kWh 设备满负荷年利用小时：4000h 年天然气耗量：万立方米 天然气价格：2 元/立方米 年发电量：1600 万千瓦时 年天然气成本：1133 万元 余热锅炉年产汽量：44000 吨 锅炉产蒸汽成本：215 元/吨 年产蒸汽效益：万元 工资和福利费：35 万元 设备总价：3628 万元 土建：万元 设备年折旧：万元 土建年折旧：万元 年维修费用：万元 发电成本：元/kWh 发电效率：28%综合效率：83%投资回收期：6 年 由上面计算结果可知，在 4000 小时的满负荷运行时间的条件下，热电联产系统经济效益较好。发电成本承受年满负荷利用小时的减少比
10、400 千瓦的燃气内燃机平缓，当年满负荷利用小时在 2000 小时时，其发电成本还只有元/kWh。3、5 万千瓦级燃气联合循环热电联产经济分析 一个工业区为例进行联合循环热电联产系统的经济分析。机组基本技术参数如下：燃气轮机发电机组：240MW 余热锅炉：265t/h,450 抽凝式汽轮发电机组：8000KW，40t/h,背压式汽轮发电机组：5000KW，65t/h,调峰锅炉：50t/h,主要技术经济指标计算结果如下：机组发电装机容量：93MW 蒸汽轮机外供汽量：105h/h 调峰锅炉外供汽量：50t/h 联合循环机组年利用小时：7000 小时 调峰锅炉年利用小时：3000 小时 年发电量：0
11、 千瓦时 年供蒸汽：885000 吨 天然气价格：元/立方米 上网电价：元/千瓦时 热价：190 元/吨 天然气消耗量：21628 万立方米 发电销售收入：26313 万元 供热销售收入：16815 万元 购买天然气支出：30279 万元 机组总投资：46500 万元 热网投资：2500 万元 职工人数：40 人 人均工资及福利：5 万元 工资及福利：200 万元 增值税率（供电部分）：17%增值税率（供热部分）：13%各种附加税率：10%所得税率：15%残值率：10%流动资金：800 万元 年折旧：2903 万元 其它运行费用和修理费用：930 万元 增值税率（供热部分）：382 万元 增值
12、税率（供电部分）：838 万元 增值税：1220 万元 附加税：122 万元 所得税：635 万元 动态投资回收期：年（含建设期 1 年）内部收益率（税后）：%上海当时工业天然气的价格在元/Nm3之间，电厂平均上网电价在元/kWh 左右，热价在 40-130 元/吨之间在。但应该注意的是，目前的集中供热都是采用煤炭作为燃料，故热价较低。因此可见，要得到元/Nm3的天然气价格，元/kWh 的上网电价不是一件容易的事，要让用户接受 190 元/吨的蒸汽价格也不容易。研究认为：天然气价格的变化对财务内部收益率的影响很大，当天热气价格波动 10%时，如其他价格不变，其财务内部收益率将波动 65%；当上
13、网电价波动10%时，其财务内部收益率将波动 48%；而热价波动 10%时，其务内部收益将波动 32%。由此可知天然气的价格对投资回报的影响最大，其次是电价，最后才是热价。分布式能源站的可研报告也提出如上意见。四、我的看法 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
14、。（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。该规定适用燃机出力为 25MW-250MW。（6）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、
15、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。（1）机组选择应两台以上，不可单机运行。对供热、供冷的可靠性要认为研究。（2）对供应范围的冷热负荷要认真
16、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。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
17、。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，但有以下优势：优势之一：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。优势之二：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，其他如资金、设备和管理等问题都会自行解决。优势之三：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
18、。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。优势之四：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。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
19、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包。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的计算经济账。全年供生活热水是否可行 大型燃气蒸汽联合循环热电厂的建设，对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，但不能多稿。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。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。