試論我國分布式發(fā)展天然氣最佳路徑與分布式能源系統(tǒng)設(shè)備分析

1、試論我國分布式發(fā)展天然氣最佳路徑與分布式能源系統(tǒng)設(shè)備分析中國發(fā)展天然氣最佳路徑之分布式研究分析在思科、英特爾、蘋果等IT巨頭云集的電子工業(yè)和計算機業(yè)王國美國硅谷，為這些公司信息系統(tǒng)的“心臟”服務(wù)器中心持續(xù)運行，GE公司生產(chǎn)的兩臺航改型燃機發(fā)揮了大作用。通過燃機的聯(lián)合循環(huán)應用，在提供安全、可靠的電力的同時，用水直噴法與選擇性催化還原實現(xiàn)脫硝，為“心臟”創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境。這是GE技術(shù)在分布式能源應用中的現(xiàn)實圖景。如今，這一圖景也在中國上演。在北京昌平，由中國石油天然氣集團建設(shè)的新數(shù)據(jù)中心中，安裝了5臺GE顏巴赫內(nèi)燃機，整體效率高達85%，讓數(shù)據(jù)中心的耗能費用降到最低，成為了中國第一座達到工業(yè)數(shù)據(jù)

2、中心現(xiàn)場制冷和供熱要求的熱電站。天然氣的時代進行時天然氣分布式能源是當前分布式能源發(fā)展的主要形式，該形式是利用天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電后產(chǎn)生的余熱，直接進行制冷或供熱，實現(xiàn)能源的梯級利用，全年綜合能源利用效率不低于70%。冷、熱、電三聯(lián)供的天然氣分布式，并不是新鮮的概念。而在當下，隨著新型城鎮(zhèn)化號角的吹響，在政府推行綠色、低碳經(jīng)濟的時代背景下，受到了業(yè)界的追捧。與此同時，在全世界范圍內(nèi)，一個基本共識悄然形成“天然氣時代”已經(jīng)來臨。在經(jīng)歷了以煤炭、石油為主體能源的時代之后，天然氣作為清潔能源中的一員，將扮演起更為重要的角色。據(jù)GE發(fā)布的“天然氣時代”白皮書預測，到2025年，全球天然氣消費將比

3、目前增長三分之一以上。近幾年來，我國能源需求快速增長，石油對外依存度逐年增加，在我國一次能源消費比例70%左右的煤炭消費量不斷上升，令自然環(huán)境不堪重負。天然氣成為當下保障能源供給、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的最佳選擇。根據(jù)天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃，預計2015年我國天然氣消費量為2300億立方米左右，用氣普及率將進一步提高，供應能力將超過2600億立方米（包括煤層氣、頁巖氣及煤制天然氣等非常規(guī)天然氣和進口天然氣），到2015年天然氣占一次能源消費總量的比重達到7.5%。政府前所未有的重視事實上，中國政府正在以前所未有高度重視天然氣行業(yè)的發(fā)展。就在上個月，國務(wù)院發(fā)布大氣污染防治行動計劃(以下簡稱大氣“國十條”

4、)，其中特別提出鼓勵發(fā)展天然氣分布式能源等高效利用項目。更早的2011年10月，國家發(fā)展和改革委員會等4部門聯(lián)合發(fā)布了關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見。意見明確指出“十二五”期間建設(shè)1000個左右天然氣分布式能源項目，并擬建設(shè)10個左右各類典型特征的分布式能源示范區(qū)域。到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機規(guī)模達到5000萬千瓦。相關(guān)政策出臺以及政府發(fā)展天然氣的決心成為了分布式能源發(fā)展的必要條件，也催生了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長。如果按照每千瓦需要3500元投資計算,預計未來十年分布式系統(tǒng)建設(shè)需要發(fā)電設(shè)備總投資高達1500多億元, 如果加上余熱鍋爐、大型制冷機等裝備發(fā)展，市

5、場機會可超過2千億元。同時，為發(fā)揮分布式電源效能的有效方式，微網(wǎng)作為一項新興的技術(shù)，也將對相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來巨大的行業(yè)升級機會，市場容量非常可觀。讓國外的技術(shù)和經(jīng)驗在中國落地生根在過去的兩年間，美國“頁巖氣革命”也波及到中國。值得注意的是，在美國，天然氣管網(wǎng)主要是由州際主干管道和州內(nèi)主干管道組成。受到地理條件等諸多因素的限制，中國不可能像美國一樣建設(shè)如此密集的頁巖氣管網(wǎng)。此外，天然氣在我國尚屬稀缺性資源，每年都要從國外大量進口以補充國內(nèi)產(chǎn)量的不足。因此，高效利用天然氣顯得尤為重要。天然氣分布式能源似乎成了最合適的路徑選擇。作為分布式能源領(lǐng)域的先行者，已經(jīng)擁有一套成熟的熱電聯(lián)供及分布式能源解決方案以及

6、豐富實踐經(jīng)驗的GE有著光輝的應用史。在印度尼西亞首都雅加達商務(wù)中心，安裝了9臺顏巴赫J620天然氣內(nèi)燃機；在可口可樂希臘裝瓶廠，因為使用顏巴赫內(nèi)燃機，每年減少40%二氧化碳排放；在寶馬集團德國巴伐利亞輕合金鑄造工廠，2臺顏巴赫內(nèi)燃機令該廠的熱點聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)整體利用效率高達83.6%。為了讓內(nèi)燃機在中國有著廣泛地應用。2011年，GE還與最大的天然氣分布式能源投資方中國華電集團成立合資企業(yè)華電通用輕型燃機設(shè)備有限公司，主要生產(chǎn)航改型燃氣輪機。除了高品質(zhì)的發(fā)電設(shè)備，發(fā)展微網(wǎng)技術(shù)是分布式能源發(fā)展的不可或缺的條件。GE在微網(wǎng)技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，并有著豐富的經(jīng)驗。GE在美國貿(mào)易發(fā)展署的支持下與中國電力科學

7、研究院合作，共同研究中國智能電網(wǎng)的發(fā)展。據(jù)GE預計，隨著發(fā)動機及較小規(guī)模的燃氣輪機技術(shù)的發(fā)展并變得更為高效，分布式發(fā)電將能更有效地與集中式發(fā)電進行競爭。隨著中國城鎮(zhèn)化進程的加快，在基礎(chǔ)設(shè)施有限且監(jiān)管和金融體系不發(fā)達的新興市場，分布式能源極具吸引力。毫無疑問，這也為GE提供了更為廣闊的舞臺。就像杰里米里夫金(Jeremy Rifkin)在其第三次工業(yè)革命一書中提到，能源的分散將會帶來通信、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)超越地理疆界的“洲際化”，正如互聯(lián)網(wǎng)將人類連接到一個分散、合作式的虛擬空間里一樣，第三次工業(yè)革命將人類連接到一個與其平行的泛大的政治空間中分散的、合作式的、網(wǎng)絡(luò)化的。這也就意味著，分布式將在未來發(fā)揮越來

8、越大，乃至超乎想象的作用。天然氣分布式能源系統(tǒng)設(shè)備分析天然氣分布式能源站主機包括：燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機、熱交換站、制冷設(shè)備等。表1：長沙黃花機場分布式能源項目系統(tǒng)配置表2：北京燃氣大廈分布式能源項目系統(tǒng)配置  作為天然氣分布式能源系統(tǒng)核心設(shè)備，燃氣輪機的選型決定系統(tǒng)功率，也占據(jù)系統(tǒng)設(shè)備投資較大比例。微型燃氣輪機和航改型燃氣輪機是分布式能源系統(tǒng)核心設(shè)備。燃氣輪機以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動力機械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機。主要應用于發(fā)電、軍用船舶、車輛（坦克、工程車輛等）、航空推進。表3：燃氣輪機分類重型燃氣輪機是國家優(yōu)先發(fā)展的1

9、0項重大技術(shù)裝備之一，尤其是燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組和整體煤氣化燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組。天然氣資源進入大規(guī)模開發(fā)利用階段，燃氣輪機正在形成一個巨大的市場。燃氣輪機的市場造價約3000元/kW；到2020年全國燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)裝機容量將達到5500萬kW，對應市場空間達1600億元。微型燃氣輪機（簡稱微燃機），功率范圍為30-300kW，是分布式能源系統(tǒng)的核心設(shè)備。以天然氣為燃料、以微燃機為核心（設(shè)備還包括余熱鍋爐、吸收式制冷機或除濕機等）的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)的微燃機分布式能源系統(tǒng)，在國內(nèi)分布式能源項目中得到廣泛應用。航改型燃氣輪機屬于輕型燃氣輪機，是天然氣分布式能源發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，由航空發(fā)動機改進

10、而成，具有高效、穩(wěn)定、靈活、低排放等優(yōu)點。長期以來，我國燃氣輪機技術(shù)國產(chǎn)化一直沒有取得重大突破，2011年華電集團于GE公司在上海成立合資公司生產(chǎn)航改型燃氣輪機。余熱鍋爐是天然氣分布式能源系統(tǒng)中的必要設(shè)備，燃機余熱鍋爐市場將明顯受益于天然氣分布式能源系統(tǒng)設(shè)備招標。余熱鍋爐工作原理是燃油、燃氣、燃煤經(jīng)過燃燒產(chǎn)生高溫煙氣釋放熱量，高溫煙氣先進入爐膛，再進入前煙箱的余熱回收裝置，接著進入煙火管，最后進入后煙箱煙道內(nèi)的余熱回收裝置，高溫煙氣變成低溫煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。余熱鍋爐大大地提高了燃料燃燒釋放的熱量的利用率。圖1：余熱鍋爐目前國內(nèi)利用溴冷機進行余熱利用的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)主要包括長沙遠大、雙良節(jié)能、大

11、連三洋，及煙臺冰輪的控股子公司煙臺荏原空調(diào)，市場格局相對穩(wěn)定。長沙遠大主要占據(jù)南方市場，其直燃式機組國內(nèi)銷量第一，出口占比也較大。雙良節(jié)能是最早開展余熱利用及余熱能源管理的企業(yè)，技術(shù)和成本控制能力領(lǐng)先。天然氣分布式能源項目投資單價約400-500萬元/MW。當前全國天然氣分布式能源項目總裝機容量約500MW，根據(jù)國家規(guī)劃到2020年天然氣分布式能源總裝機容量達5000MW，缺口達4500MW。天然氣分布式能源項目總投資規(guī)模達1800-2250億元。表4：分布式能源項目投資1、我國城市生活垃圾清運量年增3%2011年，我國城市生活垃圾清運量為1.64億噸，隨城市化率和經(jīng)濟生活水平提高而呈緩慢增長

12、態(tài)勢，在2000-2011年間年均增速在3%左右，詳見圖1。在2000-2011年間，我國城市人均生活垃圾清運量略有變化，但基本保持在240kg/人.年以上，相當于0.67kg/人.日，詳見圖2。我們預計未來10年我國城市化率水平有望保持年增1個百分點左右的水平，在人均生活垃圾清運量不變的情況下，未來10年國內(nèi)城市生活垃圾清運量有望保持1.5%-2%的增長。圖1：我國歷年城市生活垃圾清運量及城鎮(zhèn)化率圖2：我國歷年城市人均生活垃圾清運量 （kg/人）2、我國城市生活垃圾無害化處理能力年增8.1%2011年我國城市生活垃圾無害化處理量為1.31億噸，無害化處理率為79.7%，2007年后國內(nèi)生活垃圾的無害化處理量和無害化處理率逐漸攀升，詳見圖3。自2003年-2011年，我國城市生活垃圾無害化處理能力從21.96萬噸/日上升至40.91萬噸/日，年均增長8.1%，詳見圖4。根據(jù)“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃，2015年我國