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天然气发电项目分类与审批办法建议
北极星<
/p>
配售电
网讯
:
天
然气发电
项目分类与审批办法建议
----
兼论分布式供能系统与冷热
电联供的关系
华
贲
(
华南理
工大学天然气利用研究中心，广州
510640)
摘要：
目前天然气发电项目分类，<
/p>
对能源生产和供应的集中与分散、
什么是
“
分布式能源
系
统”的理解，
五花八门
;
已经严重
影响了天然气下游市场的发展。
从世界能源转型的大视野论述了燃煤热电联产发展为天然
气冷热电联供的必然
性。相对于集中的千
兆瓦级煤、水、核电主力基荷机组，百兆瓦级天然气发电
属于分布式能源
;
而且在“十二五”的中国能够以
16h/d
模式运行，肩负起提高
能效、保障新区能源、
开拓天然气下游市场、提高电力供应可靠性和调峰的四
重使
命。百兆瓦级区域型
DES/CCHP
并均可按“天然气冷热电
联供调峰电站”审
批，门槛是能效高于
70%;10MW
及以下的小型
DES/CCHP
按自备电站
审批。
关键词：
能源生产
< br>/
供应
集中与分散
冷热电联供
分布式供能
天然气发电
项目审批办法
引言
过去
10
年
以
10%
的速度增长中国经济是靠年增
2~3
亿吨煤炭支撑的。
2010
年中
国耗煤
32.5
亿吨，占世界总量的
4
8.3%
，是碳排放居世界第一位的主要原
因。
为实现
2020
年碳强度降低
40%~45%
的目标，
“十二五”
能源规划中提出
2015
年中国煤耗“封顶”在
38
亿
t/a
的指标。新增的
煤炭消耗主要用于新建超超临
界坑口电站和纯氧煤气化多联产。中、东部新工业园区、新
城区占能耗
60%~80%
的燃料都不可能再依靠新增燃煤，只
能转向天然气。
发达国家成熟的天然气下游市场与中国目前和广东省规划的比较，
见于表
1
。
广东省目前天然气发电装机容量仅为
3 GW
< br>多。按“十二五”规划，将新建
16
个容量共
11.88
GW
的天然气发电项目
;2015
年装机容量将达
15GW
，占总发电
装机的
14.6%
，消耗天然气
114
亿
m3/a
，占总消耗量的
29%
，远远超过全国的平<
/p>
均值。
16
个
天然气发电规划项目中，
列为“热电联产”CHP
的有
6
个、
“冷热电
联供”
CCHP
的有
2
个、“调峰调频”电厂
的
1
个，其余
7
个中
5
个是已有
(
调
峰
)
电厂扩建，
2
个新建“燃气电厂”
[2]。
广东省另外规划了
7.61
亿
m3/a(
占
1.97%)
的天然气用于“分布式能源”。
在“十二五”天然气怎样才能支撑快速增
长的工业和建筑物燃料需求
?
广东
用于“城市居民
燃气”的近
69%
天然气用于
何处
?
天然气用于“热电联产”是否最高效率
?
理顺天然气发电项目审批办法对
其下游市场发育，提高能效有什
么重要
意义
?
本文将对此作些分析和探讨。
1
历史进程的回顾
[3-5]
人类使用的一次能源从
1850
—<
/p>
1920
经历了从生物能源转向煤、
再转
向石油、
天然气的两次大转型。
目前正在发生逐步向核能与
可再生能源
的第三次历史性大
转型。热电联
产
CHP
是在
20
< br>世纪燃煤占一次能源
30%~80%
的历史时期发展起来
的，其着眼点在一次能源转换环节。而自
1970
年代起天然气逐渐替代煤发电和
作为工业和建筑
<
/p>
物燃料
;
煤则更多地用于发电基荷以及钢
铁、
水泥等领域。
天然
气价格提高催生
了把天然气发电和作为工业和建筑物终端供能结合起来的冷热
电联供
CCHP
技术。
其着眼点已不仅
是“联产”，
而是通过科学用能、
梯级利用、
< br>系统优化来实现从一次能源到终端利用最高效率的“联供”。
从燃煤
CHP
到天然
气
CCHP<
/p>
，
是一个
重大
的科技进步。
如果从抽象概念出发，
天然气也可以搞
CHP
，
燃煤也能实现
C
CHP
。但是，最新型燃气轮机联合循环能效已可达
60%
、
CCHP
总
能效
80%
以上，
但仅靠抽汽供热所能够
达到的“热电比”却远不如效率只有
40%
的燃煤
CHP
。所以，仅仅套用
CHP
模式利用天然气是不够的。
CHP
与
CCHP
系统
的比较见表
2
。
2
能源生产和消费的“集中”与“分散”
现代能源从生产到终端消耗有三个
层次。
⑴、
一次能源，
即煤油气等化石
能
源和可再生能源。⑵、一次能源转换成的二次能源或载能介质，主要是电，
2010
年我国电力能源消费占一次能源消费总量的比率已达
44.35%;
天然气也是能够
通过管网远程广大
地域供应的载能介质
;
未来还有氢气。
⑶、
终端用能，
在占总
能
耗大部分的工业、建筑物领域，主要形式是电、热
(
蒸汽
)
和冷，也有天然气。交
通终端用能则是多元的。
能源转换和终端供应的“集中”与“分散”是相对、
而不是绝对的。
就终端
用能来说，分散的是一家
一户、一栋楼宇供冷、暖，一个个小锅炉产蒸汽。集中
的是北方城市几
< br>km2
范围、上千万
m2
集中供
暖
(CWS);
半径
1.5km
的区域供冷
(DCS)
，半径
8-10 km
的供工业蒸汽。显然，集中的终端供应比分散更高效。这
也是全世界的发展趋势。
就一次能源转换成载能介质来说，
分
散和集中的尺度则完全不同。
集中的发
电指
1GW
超超临界煤机组、
800MW
水轮机等高效率、
低单位投资的大机组，
构
< br>
成
总装机
2~6
GW
的核电站、
5~6
GW
的火电站、
10~20
GW
的水电站等骨干、基荷电
源
;
能够通过数千
km
长、
500~1000
kV
低损耗的超高压、
特高压电网输电，构成
可覆盖数十万
km2
的供电主力。但风电、太阳能热发电一般没有这么大，百
MW
级就是集中的
;
最近刚刚规模化运行
的潮汐发电，十
MW
级就得算集中的了
。对
生物质燃料
/
化工装置，
10
万
t/a
级采用发
酵、热解的大型化工厂也是集中的。
分散的发电指屋顶太阳能光伏，
装机
小于
50MW
的小河水电，
几十或几百千瓦边
远地区和海岛风电等
等。
<1MW
应急柴油发电机当然也是分散发电。
天然气发电多大算集
中，多大算分散
?
这是与以上情况都不同的。因为如上
所述，天然气既是一次能源、也是载能介质、还是终端用能介质。电是“一身二
< br>
任”，天然气则是“一身三任”。上世纪后
20
年，发达国家建设了一批大型天
然气发电厂。
GE
、西门子、三菱公司的
9F
级天然
气发电机组，单台联合循环规
模
已达
400 MW
。我国
2006
年投运的深圳东部、广前、惠州等
5
个配合
LNG
照
付不
议合同和昼夜调峰的天然气电厂，计划都是
2- 6
台
9F
，总装机容量
2 GW
多
;
这些当然是集中的发电。配合冷热电联供终端供能的<
/p>
1 MW
左右的天然气内
燃机或微燃机
当然是分散的发电。然而两者之间有没有一个鲜明的界限呢
?
3
、“分布式能源”与“分布式供能
”系统辨析
上面讨论的“集中”与“分散”，
在发电侧关键是总量规模，
在终端供应侧
关键是用户集约化的规模、在英文中是
Cent
ralized
和
Decentralized
两个单
词。
2003
年北
美东部的大停电事故后纽约市和墨西哥城为保障供电安全分别在
境内建设了
5
个和
6
个数十兆瓦的天然
气联合循环分散式电源，
作为大电网的补
充和安全保障
;
用的就是
Decentralized
这个词。
而上述基于热力学第二定律，
把发电同工业和城市建筑物供冷、
供热结合起
来，
实现科学用能、
梯级利用的冷热电联供
(CCHP)
系统，
是着眼于提高能源利
用
效率而开发的
;
与不论从终端供能还是能源转换的角度所看
的“集中”与“分散”
完全不同。因此最早采用这种技术的美国人管它叫做“Distributed
Energy
System ”。我们就按英文直译成了“分布式能源系统”。究其要
义，是藉冷热
电联供实现最高能效
;
因
而就必须建设在冷、
热、
汽负荷中心，
就地直供
;
其规模
由冷、热水
和蒸汽的经济输送距离所决定，因为从经济上说电当然是可以就地
直供的。
所以从本质上来说，
应该翻译成“
分布式供能系统”才更确切。
这样来
看，它当然可大可
小。着眼于
1
MW
左右的小规模冷热汽终端用户，就开发了微
型燃气轮机，或采用
小型内燃机。着眼于大型燃气轮机更高的单循环发电效率，
就设法与早已有之的大型过程
工业、
大城市集中供热
(Centralized Warming
System)
，以及区域供冷
(Di
strict Cold System)
结合起来。按照
10
km
左右的
蒸汽和采暖热水经济输送距离，相应的电力装机就可
达
100
MW
规模，覆盖范围
可达几十
km2
。“分散”与“分布”一字之差，概念是不同的。
最早发展
DES/CCHP
的美国，到
1999
年的
980
个项目中，覆盖一定区域的、
平均装机容量
78MW
的
27
个项目占到了装机容量的
42.8%
，
加
上平均容量
22
.4MW
的
60
个项目，共占总装机容
量的
70%
，其余的绝大多数不到
1M
W
〈见表
3
〉。例
如一个麦当劳店的
DES/CCHP
不过
< br> 300kW
左右。美国
DES/CCHP
的这种格局，是
他们的城市早已成型，冷热水管路受限和私有制的自由市场经
济体制所决定的。
发达国家发展天然气早于中国
30<
/p>
多年，
目前人均耗气量是中国的
30
倍
[1]
。
早期他
们也建设了一批集中式的天然气电站。
但随着高效的
CCHP<
/p>
的发展和
天然
气价格走高，美国早已不再建设纯发电的天然气电站，几乎所有
9F
机组都是瞄
准出口市场的。
英国自
2000
年起已经禁止再建纯发电的天然气电站。
丹麦的
集
中式电源点
(<
/p>
有煤、有天然气
)
自
1985
年至今保持在
18
个没有
增加，但到
2009
年全国各地新建了数以百计的天然气
DES/CCHP
，
目前已占能源消
耗的
50%
以上。
使丹麦的
GDP
成倍增长而总能耗基本
没有增加。
4
、
当前中
国国情下应如何发展天然气
DES/CCHP
“十二五”中国经济发展所需的新
增能耗
80%
还是在工业和建筑物终端用
能领域。
“十二五”期间中国天然气平均年增加
300
亿立方米，
约合
0.4
亿
tce/a
。
如果采用传统利用
技术，
远不能满足年增超过
1
亿
tce
的能源需求，
而且用户难
以承受高的天然气价格。
而若普遍采用能效高一倍的先进天然气
DES/CCHP
利用
技术，
< br>300
亿
m3/a
天然气就能够
替代相当于
0.8
亿
tce/a
的煤炭，支撑工业化
和城镇化的能源需求
[8
]
。
<
/p>
今天中国的国情与美国和丹麦当年发展
DES/CCHP
时的情况有很大的不同。
中国正处在全球化、
低
碳转型和快速实现工业化、
城市化，
大批新建数十平方
千
米的新工业区和新城区的历史时期
;
加上城市居住密集，
工业、
< br>CBD
、
住宅三种功
能区集中布
局等特定条件，
使得中国可以采用各种最新科技成果集成创新，
发
展
一大批冷热电汽负荷集成度很高
的、百兆瓦级区域型天然气
DES/CCHP
系统，能
效比西方国家的
DES/CCHP
更高。图
1
是典型的天然气冷热电联供系
统流程图，
表
4
是一个
38km2
工业园区的能源规划实例，
可见供应同样的冷热汽需求，
按联
供模式耗气
< br>40×106m3，比传统分供模式耗气
89×106
m3
的效率提高一倍
[8]
。
如果发电装机容量匹配适当，
总能效可达
90%
以上。
由此可见，
推广天然气
CCHP
系统是中国近
10
年提高能效最重
要的战略举措。