1、分布式供能是中国“十二五”能源战略重点,华 贲华南理工大学天然气利用研究中心2012年11月8日.北京,2012中国天然气分布式能源国际高峰论坛,主要内容,一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的发展三、CHP 和CCHP的“大”与“小”的界定和选择依据 四、借鉴国外、分析国情，辨明中国发展DES/CCHP之路五、区域型DES/CCHP是中国电力发展的需要六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力不能忽视七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的发展八、小结：当前进一步推进天然气分布式供能的着力点,一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应,
2、一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应,控制地表温升不超过 2C全球CO2排放量到2020年达峰值，307/320亿 tCO2/a;2030年降到240-260 亿 tCO2/a;到2050年则降至100亿tCO2/a;左右（1990年的一半）但是，30亿人口的新兴国家工业化。IEA 预计2030年世界能源需求将比2005年增加60%。,一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应,IEA：2010全世界碳排放总量已达306亿吨，人均4.37吨；2011年316亿吨， 逼近2020年的控制指标320亿t/a.2010年中国排放CO2 67亿t/a，人均4.86吨，超过世均。 29
3、11年增加9%，达74亿吨占全世界总增量70%。 2011年4月夏威夷监测站：CO2浓度已达394.97ppm.控制气候变化，减排CO2，是人类可持续发展的硬约束中国政府承诺：2020年碳强度降低40-45%，形势严峻。,一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应,产业结构、能源结构、能效决定能源强度和碳强度产业结构调整的关键是转变经济增长方式、落实科学发展提高能效： 的转变: 一次能源：煤70%向天然气、可再生能源转型 传统 先进：天 然气DES/CCHP，能效70%,加快能源生产和利用方式,一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应“十二五”能源规划与“十一五”的比较,一次能源
4、 煤 石油 天然气 核能和新能源 总计“十一五” 70 18 4 8 100 (31)“十二五” 65 17 7 11 100 (41)规划消耗量 39 5 2600 亿t/a 亿t/a 亿m3/a “十二五”新增电煤5.7+煤化工耗煤6.3亿=12亿t/a，已超过“十二五”净增煤耗7.5亿t/a的量。“十二五”没有煤用作新区的燃料；石油增量不敷交通运输增长需要。工业和建筑物燃料只能靠天然气；交通运输也需气代油,-6,+6,水、风、核95%用于发电,一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应,2011年GDP 按可比价格增长9.2%。总能耗增7.35% 34.89亿tce/a。能源弹性系
5、数0.8，比“十一五”的0.576高出38.9%。能源强度1.017，仅比2010年下降1.6%。高能耗、高污染行业的增长GDP增长：化学原料和制品14.7%、钢材12.3%、10种有色金属10.6%、水泥16.1%“ ”两个转变落实不够。停留在传统模式没有出路！-后4年必须完成整个5年任务.问题：1、下游市场用户如何用得起天然气？2、能源利用效率如何较大幅度 ？3、天然气电如何经济地上网？,加快能源生产和利用方式,一、当前中国能源战略目标重点是提高能效和保障供应,表 2009/2020年中国天然气消费构成统计和预计，单位：%,NGV燃料-汽柴油民用气-LPG工业原料-石油对天然气价格的承受能
6、力较强。,发电和工业、建筑物燃料 - 煤价格承受能力最弱，依靠CCHP提高能效来改进。,二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的发展,二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的发展1、摆脱热电联产的思维定势，树立冷热电联供的科学理念,热电联产CHP是上世纪燃煤时代的能源技术，比分产是一大进步： CHP=发电上网+抽低压蒸汽 指标：热电比 但不管蒸汽是否高能低用。例：1MPa蒸汽供暖。 天然气冷热电联供是气体能源时代、能源转换到终端利用的全过程大系统优化的技术。而迄今流行的思维定势： CCHP=CHP+蒸汽吸收制冷 是过于简单化的理解 二者的关系可以概括为： CCHP=CHP+科学用能、系统优
7、化 指标：能效70%,2018/4/24,11,传统模式与分布式冷热电联供模式比较,传统方式,冷热电联供方式,二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的发展,“分布式能源DES”是英文“Distributed Energy System”直译。它的核心特征是藉冷热电在负荷中心就地直供实现最高能效，因而必须建设在冷、热、汽、电 负荷中心。 按核心或本质特征应翻译成 “分布式供能系统” 或 “分布式冷热电联供能源系统”，不拘于联产热电。能源：化石能源、可再生能源、工业余热均可；转换：燃气轮机、内燃机、燃料电池、锅炉；终端供应技术：直接换热、热泵、吸收或压缩制冷 目标：最高的能源利用效率，最低供能成
8、本，最少碳排放,DES/CCHP的典型流程“温度对口，梯级利用”的科学用能、系统优化,热泵,采暖,制冷,生活热水,电,供蒸汽,2018/4/24,14,项目实例：清远华侨工业园25km2、12万人1个能源站3个区域供冷站（在负荷中心），若干个热水供应站（在酒店和住宅负荷中心1万人/个）,2018/4/24,15,2018/4/24,15,预测2020年冷热电联供系统节能和减排指标,三、CHP 和CCHP的“大”与“小”的界定和选择依据,三、CHP 和CCHP的“大”与“小”的界定和选择依据,能源转换设施的集中（大）与分散（小）是相对的一次能源 基荷煤电 天然气发电 水电 光伏发电 风电集中 单
9、台 0.51GW 60360MW 百MW 十MW 几MW大 电站 若干GW 百MW 几百千MW - GW分散 小 300350MW 十MW 50MW kW MW终端能源供应系统集中（大）与分散（小）那个好？没有争议。百MW级的集中供暖系统优于10MW的小锅炉和0.1MW的户式壁挂炉。百t/h级的大工业锅炉集中供蒸汽优于10 t/h级的小锅炉供汽。区域供冷DCS优于分体空调或中央空调。,三、CHP 和CCHP的“大”与“小”的界定和选择依据,“分布式冷热电联供能源系统”的经济规模不是越大越好，而是由就地直供的冷、热水和蒸汽的经济输送距离决定按照一个能源站带几个DCS的模式, （建设部规范：DCS
10、的 5-12C冷水输送距离 100MW的198个，占座数的0.05%，占装机总量的65%。,四、借鉴国外、分析国情，辨明中国发展DES/CCHP之路发展不同规模的分布式供能项目对全国能源效率的影响在“十二五”期间增量经济主要所在的新区全面推广DES/CCHP 1000个能效达到70%的 DES/CCHP项目规模：1、平均规模达到100MW，总装机100GW,占全国总装机的7%(美国2000年水平)；使能效提高4-5个百分点。2、平均规模10MW，总装机容量10GW,占全国总装机的0.7%，对能效提高和保障供应作用无足轻重.,新区规划分布式供能系统是提高增量经济能效的关键,“十二五” 年增8.5
11、%，2015年中国经济总量比2010年增长50%。增量经济15.7万亿元大部分将在上述新规划的区域-是转变经济增长方式，实现资源节约型、环境友好型，绿色、低碳，新的科学发展模式的主战场。许多新区能源规划按过去的水、电、气、油、煤数据外推，加上热电联产、热网规划。没有从一次能源到终端需求的冷、热、电、汽全过程的高效联供的分布式供能规划；提高能效十分有限。,在新规划区发展区域型DES/CCHP的挑战和机遇,区域型DES/CCHP的优势单位投资低多用户时、空集成互补，充分发挥联供高效大机组本身效率高，多台并联、负荷率高协同电网调峰，获得较高上网电价（110-220kV)“十二五“在新区普遍推广DES
12、/CCHP是经济发展能源保障的关键因素！,四、借鉴国外、分析国情，辨明中国发展DES/CCHP之路现有城区、工业区发展DES/CCHP的对策,不拘于“楼宇型”或“用户型”框框的小型DES按照冷、热、汽负荷多种类、多时段互补，减少传热温差、能量梯级利用，尽可能选用高效、廉价设备等三个条件，就能够实现能效、经济性和碳减排三目标。能效70%。选择一个冷热电负均荷较大的用户为投资主体，按照市场机制向邻近用户拓展冷、热水或蒸汽的市场，规模以不向电网售电为度。管道路由的并非完全不可克服。美国芝加哥10万RT的DCS是从2万RT的基础上逐步扩大的,四、借鉴国外、分析国情，辨明中国发展DES/CCHP之路现有
13、区域发展DES/CCHP的出路和支撑条件,国产设备，减低单位投资。外国公司在华设厂技术转让国家补贴投资不如以天然气价格和税收优惠支持。办法：达到70%能效的DES/CCHP不论大小，均按发电/大工业用户，享受较低天然气价，免增值税。 关键：找准内部因素最适宜条件，做好系统优化规划。,四、借鉴国外、分析国情，辨明中国发展DES/CCHP之路 改革天然气和 电力体制和机制是发展DES外部条件,目前天然气价格与上网电价倒挂，不仅制约DES发展,更不利于天然气下游市场拓展。逐步按照市场机制改革现有的天然气和电力的计划经济价格体制；从根本上理顺有利于DES/CCHP发展的、符合经济规律的经济条件。日前公
14、布的国家能源“十二五”规划中强调：“完善DES上网电价形成机制和政策”，已经吹响了深入改革的号角。DES/CCHP大发展的新局面翘首可待。,五、分布式供能是中国电力发展的需要,2018/4/24,36,五、分布式供能是中国电力发展的需要,电力快速增长：2015总量7万亿kWh/a，人均 5000 kWn/a中国资源大部在西部；经济主要在东部。新增水电、陆风电、太阳能光、热发电，煤电70%在西部；输煤/输电比由20 降为4 - 随向低碳转型西电东送加剧。带来的问题： 1、2011年电力输送损失比世均高1.5%（长输+地网） 2、东部电力负荷中心缺乏分散式就地直供电源 3、供电可靠性堪忧，电网故障
15、对经济、社会生活影响巨大,2018/4/24,37,Wind,Wind stor,Hydr. Peak,Gas,Hydro. Peak,Wind,Wind,Wind,Gas,Wind Hydro stor,Coal,Coal,Coal,Hydro & Neucl,Hydro & Neucl,Hydro & Neucl,五、分布式供能是中国电力发展的需要当前中国电力格局和天然气DES/CCHP的机遇,1、小煤电、油电调峰,小油电调峰,2、风、水配合调峰,3、风、水、气配合调峰,2018/4/24,38,五、分布式供能是中国电力发展的需要DES/CCHP能够按16h/d模式运行,区域型DES/CC
16、HP完全可以按16h/d运行-协同电网调峰生活热水本来就是在18:0024:00间集中使用的；无论16h/d还是24h/d生产都需要1天用量的储存设施；供冷和供暖热泵白天用DES电、夜间用低谷价网电；离散制造业所用蒸汽多半16h/d运行，与DES同步；需要夜间加班运行时，可启动辅助燃烧器。大型过程工业耗蒸汽量大、24h/d运行，可另外设置相应的24/d 运行的机组。,2018/4/24,39,五、分布式供能是中国电力发展的需要当前中国电力格局和天然气DES/CCHP的机遇,1、把原来发电、工业和建筑物燃料用的天然气集成起来通过CCHP高效利用，气电总量大大增加；2、可用航改型机组，避免了原来气
17、电调峰的设备问题；3、冷热电联供效率提高，解决了气电调峰经济性问题；4、纯尖峰负荷用非径流水电和抽水蓄能，易于调度操作；5、弥补了白天风电出力小的不足 是发电一次能源向可再生能源过度的重要手段,五、分布式供能是中国电力发展的需要CCHP以调峰换取可承受的上网电价,目前国内天然气与煤的等热值比价大于2。燃煤发电尚有亏损，气电更难赢利。天然气DES/CCHP以调峰换取峰段/平段的电价是合理的；操作权在政府：电监局和物价局。按占总电量75%的大工业用电价格制定全省统一的百MW级天然气DES上网电价：若大工业峰段和平段的用电电价分别为Pp和Pe，则天然气DES峰段和平段的上网电价定为Pp-和Pe-（1
18、00%，协助邻近现有旧城区可靠供电；保障在大电网事故状态的供电和恢复时黑启动；机组10kV出线可以T接到同级变电站，就地直供减少10-110/220kV输变电损失。 对保障新、老城区经济发展的能源供应意义重大。,2018/4/24,43,2050及以后：随着核能和可再生能源比率不断增加，煤电占比渐渐减小。带冷热联供的气电主要用于配合风、太阳能电和调峰。,Wind,Hydro. Peak,Wind,Wind,Wind,Gas,Wind Hydro stor,Coal,Coal,Hydro & Neucl,Hydro & Neucl,Wind,Solar,Wind Hydro stor,Hydro
19、. Peak,Gas,Solar,Wind,Battery Charge,Battery Charge,五、分布式供能是中国电力发展的需要向低碳能源时代的电力系统过度的重要途径,2018/4/24,44,五、分布式供能与电力系统协同的重要意义改善DES/CCHP项目经济性、拓展天然气市场,供冷、暖、蒸汽、热水负荷分担了气价，减少发电成本春秋季节没有或很少供冷热负荷，但也可以调峰和供热水；年运行时数可达4500h/a以上，进一步提高经济性工业、建筑物、发电用户都能够承受，天然气下游市场得以顺利拓展（2014-2020年间中国天然气猛增）,六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力很大,六、现有热电
20、联产CHP改造为CCHP潜力很大摆脱热电联产的思维定势，树立冷热电联供的科学理念,目前2台300MW的CHP机组，抽1Mpa左右、温度的蒸汽，规划的供暖面积是1200万m2。如果充分利用乏汽的冷凝潜热，采用多级抽出低压蒸汽、逐级加热到100C以上（温度参数随输送距离优化）；在供热端用吸收热泵式换热器与三次供暖循环水换热；供暖面积完全可以扩大到1800万m2以上 “科学用能”、“温度对口”的关键参数是各级换热设备采用“最优传热温差”。由于能源价格上涨速度远远快于设备价格上涨速度，相对应的“最优传热温差”越来越小。用板式换热器洁净的水水换热和汽水换热的“最优传热温差”T已小到2-3C。目前大部分C
21、HP项目抽汽加热供暖循环水的T高达50100C， “高能低用”。优化潜力很大。,普遍推广天然气DES/CCHP，核心：高能效“温度对口，梯级利用”的科学用能、系统优化,B、高效供暖，30%,六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力很大,1）、电力尽可能就地直供，节省升、降压设施投资和损耗。2）、不用1MPa蒸汽，而是利用汽轮机排汽的冷凝潜热，极低的抽汽加热、或热泵来生产供暖循环水和生活热水。科学用能的方案可使同样机组供暖面积增加50%北京市6.5亿m2供暖面积中只有1.5亿是CHP，冬季日耗天然气7000万m3/d。利用6环路以外远程燃煤电厂的废热+市区内天然气DES/CCHP，天然气日耗量可
22、以减半。,六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力很大,现有燃煤CHP供暖机组，也完全可以向酒店、住宅小区、集体宿舍供应生活热水（春秋都需要） 夏季向公共建筑（商厦、酒店、机关、学校、医院等等）供应空调冷水，替代中央空调在优化设计之下，供暖水循环回路管网，可用于空调冷水循环燃煤CHP机组按照CCHP理念改造，能效达到70%，应也可享受国家支持分布式供能的政策，包括上网电价和电力就地直供。,七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的发展,七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的发展,可再生能源同样有集中和分散利用两种模式。由于科技进步加速，未来在DES/CCHP项目中分散利用的可再生能源技术将与现
23、在大不相同。例如，以百MW级太阳能热发电为基础的DES/CCHP有可能在一个小城镇就地直供冷热电汽，如何现在的天然气DES。核能也可以分散利用，现在的核潜艇、核动力航空母舰就是一例。未来百MW级先进的核能DES/CCHP就地直供冷热电汽未必没有可能。分布式DES/CCHP30-40年后将由天然气为主转向可再生能源为主。,七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的发展,随分散利用技术和机制将越来越完善，例如在智能电网架构下，屋顶光伏发电能够自动接入低压配电网，2030年以后的分布式就地供能系统中天然气占比会逐渐降低，可再生能源占比逐渐升高（王駿司长）。例：横琴新区南部海域规划建设的百MW级万山群岛
24、海上风电场，规划通过海底电缆从横琴上岸。届时，在横琴新区DES/CCHP能源站增建若干快速启停的天然气发电机组，构成IWCC系统,把随机变化的“劣质”风电变为优质电，同时也将使可再生能源在横琴新区一次能源中的比率大幅度增加。,七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的发展,中国2015年可再生能源在总能耗中将占11%左右，但80%以上都是主要在西部的大型水电和风电。沿海城市周边新区范围内可分布式利用的可再生能源资源规模占新区能耗的比率多少，须实事求是规划。就地资源化利用的生物质废弃物、太阳能、深、浅层地热利用等都应当列入规划、但一般很难达到11%。当前规划区域型DES/CCHP不必苛求可再生能源
25、占多大比率。应实事求是。,八、小结：当前提高中国能源效率的关键举措,八、小结：当前提高中国能源效率的关键举措,不应仅把抓现有企业作为节能减排的重点，忽视新区天然气DES/CCHP 对GDP增长的能源保障和节能减排作用 。1、以DES/CCHP为主要内容的的区域能源规划。跳出单纯搞CHP所依托的供热规划 和“以热定电”、“以电定热”的争讨论和局限，而要以保障区域内电力供应可靠性和调峰为龙头；实现DES/CCHP与电力系统的协调配合，实现所有冷暖热汽电终端用能的最高效供应。使新区工业和建筑物能效至少达到70%以上。,八、小结：当前提高中国能源效率的关键举措,2、“十一五”期间规划和建设的、不在大城
26、市中心地区的2台300 350 MW燃煤CHP项目，不论是单纯供暖的还是工业的，在很多情况下都能够按照上述科学用能、系统优化的理念和方法，辅以不同规模的天然气机组，改造成CCHP的分布式供能系统；使能效显著提高。,八、小结：当前提高中国能源效率的关键举措,3、在现有老城区，不必拘泥于一个“楼宇”或“用户”；从实际出发，因地制宜，规划和建设规模在10MW以下，不上配电网售电、但可向周围“楼宇”或“用户”供应冷、热的小型DES/CCHP。 根据美国2012年统计，10MW的天然气DES，巨大多数采用天然气内燃机而不是燃气轮机。这种规模的内燃机已经国产化，可降低DES投资。 小型DES发电成本若有竞争力，将来也能够上网。,八、小结：当前提高中国能源效率的关键举措,4、占终端用能第三位的交通运输耗能向低碳转型的起步阶段和过渡历史时期，即2030年之前，采用天然气、特别是LNG替代上亿t/a汽柴油，对提高能效和抑制石油对外依存度过快攀升，具有重大战略意义,谢谢，请指正！,
