天然气如何支撑“十二五”区域低碳经济发展

天然气要能够用起来，从上游、中游到下游整个产业链一体化完善是非常重要的。

1、十二五是中国经济和能源向低碳转型的起点

过去几年中国经济快速发展主要靠多耗煤来支撑，2010年中国耗煤已占全世界48.3%。但是由于气侯变化约束，今后我们不能再指望明年煤炭产量有所增加，十二五规划2015年煤耗封顶在38亿吨，增加有限。从2002年美国的能流图与2007年中国能流图的比较分析可以看出，一次能源美国是以石油，天然气占70%，中国是煤占70%。终端利用方面，在中国能源利用当中工业和建筑物占总能耗77%，美国只占40%；工业和建筑物耗能之中，电和燃料之比中国是23：77，而美国是36：64。这是产业结构不同所致：中国产业结构是重工业为主，美国是高新技术和第三产业为主。而燃料构成之中，美国是油气占90%，煤炭占10%，中国则是油气占28%，煤炭占77%。这乃是中国能源利用效率36.8%，比世界平均50%低13个百分点的主要原因。如果在“十二五”期间这个局面继续保持的话，可以计算出：在“十二五”末41亿吨标准煤/年当中就有四分之三用于工业和建筑物，其中的3/4，即23亿吨/年要做工业和建筑燃料。这是是不可能实现的。要改变这个情况有三个对策：第一调整产业结构，增大第三产业比率，降低高耗能重工业比率；第二改变能源结构，快速发展新能源和天然气；第三个最关键是提高能效。

2、采用天然气冷热电联供技术是用好天然气的关键

“十二五”是中国向低碳能源转化的起点。一次能源中增长最快是可再生能源与核能。但是中国可再生能源主要的是水电，风电；他们连同核能都是只能用来发电，不能做燃料。能够用来做工业和建筑物燃料的只有煤和天然气。“十二五”新增加的煤用于增加发电都不够。国家已经批准的现代煤化工项目总共耗煤6.3亿吨只能从现有用于工业燃料的煤之中用天然气替代出来。所以“十二五”新开发的工业园区和城区所需燃料只能指望天然气。

但是中国已错过了30年前西方发展发展天然气时价格极其低廉的历史机遇。现在天然气国际市场价格很贵，致使国内市场天然气消费价格和煤等热值比价高于2。在燃煤发电都亏损的情况下，如果采用传统技术用天然气发电更要亏损。产业传统技术以天然气燃料生产蒸汽，价格几乎是燃煤产汽的一倍；企业根本没有办法承受。这对于中国向低碳能源过渡来说，是一个重大的挑战。怎么办？唯一的出路就是采用天然气冷热电联供技术大幅度提高能效。中国占3/4的工业和建筑耗能之中，燃料部分主要用于产生热和蒸汽，还有冷。冷、热、蒸汽与电之间有一个适当的比例。按照“高能高用、低能低用、梯级利用、系统优化”的科学用能原则安排天然气能源先发电、再联供冷、热、蒸汽，就能够把能效提高差不多将近一倍。典型的流程是：天然气先在燃气轮机或内燃机中发电，烟气进入余热锅炉产生蒸汽，再通过汽轮机发电；然后用这个电来制冷，或者抽出低压蒸汽供给工业用；最关键的是原来排弃的废热，即乏汽冷凝潜热和烟气废热，都用于生产生活热水和建筑物采暖。采用联合循环的废热集约化供生活热水的单位能耗只有家里电热水器和燃气热水器的7至9分之一。

3、区域性型冷热电联供技术促区域低碳发展

燃煤热电联产C H P是在20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。而天然气冷热电联供C C H P技术是在80年代气价逐渐攀升所催生的重大科技进步；其着眼点已不仅是“联产”，而是通过科学用能、梯级利用、系统优化来实现从一次能源到终端利用最高效率的“联供”。

中国人口多，居住密集，恰值智能电网发展和全球化的机遇，现正集中搞工业化和城市化，大量建设新区，这些与西方不同的国情条件使中国可以用集约化模式实现工业、商业中心、住宅三类城市功能区终端能源供应的集成优化。一个典型案例是广东清远37平方公里的华侨工业园分布式冷热电联供区域能源规划，与常规方案相比，C C H P方案的能耗从二氧化碳排放从156万吨降到66万吨，能耗费用从去年做的156平方公里、80万人口的深圳光明新区，刚刚完成的28万人口、开发面积26平方公里的珠海横琴新区，13.9平方公里，20-28万人口的株洲职教城，能源利用率都能够达到70%-80%。

天然气冷热电联供碰到的最大问题，就是天然气价格与上网电价之间的不匹配，影响项目的经济性。

解决这个问题的战略途径是，以天然气冷热电联协同电网调峰换取尖峰负荷和腰荷较高的上网电价；实现双赢。百MW级的大型天然气冷热电联供系统可以每天开16小时，保证除了24小时连续生产的化工、炼油、造纸等过程工业用蒸汽之外的其它大部分工业园区和城区的冷热蒸汽集约化供应。夜间D E S机组停机时区域供冷站采用电网的低谷时段电运行。这样，白天D E S/C C H P除了通过联供冷热帮电网“削峰”之外，还向网上供电，夜间倒过来多用低谷网电“填谷”。

这对电网有三个好处：第一帮他昼夜调峰，减少抽水蓄能电站的投资和损耗；第二在负荷中心多发电减少西电远距离输送的投资和损耗；第三在负荷中心有一定比率的独立电源，是供电可靠性得到保障，减轻类似2003年北美大停电，08年雪灾和今年日本福岛核事故停电造成的损害。

据估算，按照中国“十二五”到2020年电力发展规划，如果把原来分别用于发电、工业、建筑物燃料的天然气都集中在一起，构建冷热电联供能源系统，到2015年中国的天然气发电量就能够从原计划的2700亿k W h/a增加到4500亿k W h/a，占比从4.5%提高到8.4%。到2020年天然气发电量就能够占总发电量的14.4%，相当于美国能源部规划2010年的水平。不仅大大增加对于占13.2%的峰电和核电的调峰能力，而且极大地增强负荷中心的供电可靠性。

4、区域冷热电联供能源利用效率的计算和影响因素

区域冷热电联供能源利用效率的计算方法目前还没有规范，有待于在规范的实践中直接。仅就以天然气和网电为能源载体的区域工业和建筑物耗能两项来说，分母是全年消耗的天然气总量与区域输出/购入抵扣后、净购入电量折合一次能源量的总和；分子是所有工业、商业、公共事业、居民终端耗用的冷、热、电、蒸汽、燃料按热力学第一定律全年各个时段累计耗量的总和。决定能效的经济性因素有几个关键，外部关键就是天然气和电的比价；内部关键是：1）、区域内功能区的规划：工业、CBD、住宅等各类终端耗最好能多时段集成互补；2）、科学用能；尽量减少有效能损耗，实现梯级利用；3）、尽可能采用最高效的设备，尽可能采用国产设备；4）、系统集成优化是项目经济性的关键。

例如一个30平方公里、30万人的区域，假设天然气联合循环发电效率为52%，下表中给出了4种机组选型的结果数据，若发电全部在区域内耗用的话，可以看出，机组选得越小，总能效越高；可是相应的人均消耗的区域内自发电量也就越低，要靠外部输入电，这也会降低总能效。而若除了区内自用外、平段和峰段发电能够向外输出，就能够在提高本区域内的能源利用效率同时帮助临近区域电网调峰和保障安全。

5、现有老城区发展DES/CCHP的原则

现有城区工业、商住区规划D E S/C C H P的难点是：1）、工厂原布局零乱、分散集约供应成本过高；2）、老城区内地下空间复杂，集约化供冷热水没有管网路由；3）、没有地方建设能源站、区域供冷站；4）、已建成公寓集中供热水需要敷设入户管网；5）、北方城市集中供暖系统原有参数不匹配。

其中，冷热蒸汽管道的路由是限制大型D E S/C C H P的发展的主要因素；但不拘于“楼宇型”或“用户型”框框的小型D E S仍有发展的空间。只要按照前述四个原则，选择一个冷热电负荷均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。管道路由的限制并非完全不可克服，一个可借鉴的成功案例就是美国芝加哥市世界最大的10万R T的区域供冷项目，就是从2万RT的基础上逐步扩大的。

6、LNGV替代石油的碳减排和保障能源安全作用

中国重型卡车保有量2005年就居世界第一位了；还有集装箱车、客车、矿山车、水泥车、农用机械、船舶等。中国2010柴油耗量1.59亿t/a，汽油0.77亿 t/a，L N G V替代柴油是摆脱对进口石油依赖的主战场。LNGV在中国的发展境遇与西方完全不同。中国经济增长模式可以统筹、协调发展L N G V价值链。到2030年，中国将有可能耗用1000亿m3/a天然气，替代8000万t/a柴油；并形成多个低碳、高科技L N G V产业链，包括强大的制造业，成为世界LNGV装备制造和出口基地。

7、政府在DES/CCHP发展商的关键作用：价格机制、项目审批、财税支持、统筹规划

(1)、尽快改革天然气国内市场价格机制。废除发改委定“一气一价”，改为税收；控制各省门站价；最快速度开发国内非常规气，控制对外依存度<30%；出台下游各类用户消费价格比指导意见，由地方政府监控。

( 2 ) 、改变天然气发电项目分类和审批办法。除大型炼油、化工、造纸、食品等24小时连续生产的过程工业C C H P系统之外，一般工业园区和新城区的百NW级区域型DES/C C H P按“冷热电联供+调峰电站”审批；建在现有城区内的小型DES/CCHP项目按“自备电站”审批。

(3)、由电监局和物价局联手确定峰/平段分时上网电价。按占总电量75%的大工业用电价格制定全省统一的百M W级天然气D E S上网电价：若大工业峰段和平段的用电电价分别为P P和P E，则天然气D E S峰段和平段的上网电价定为β. P P和β. P E（β<1），或者P P-α和P E-α（α<0.1）。β或α是协调电网与发电企业利益的关键参数，由电监局和物价局测算定出，并根据经济条件变化而调整。

(4)、落实综合利用、循环经济、节能减排税收减免政策。

(5)、组织电力、电网、天然气、供冷热等各类公司合作共赢的区域能源供应服务公司；融资协调、土地参股。

(6)、在各类新开发园区、城区整体发展规划基础上，制订阶段（2020）能源规划，并与产业发展、空间布局、城建、电力、天气热管网、交通、环境各类规划协同。政府的这些作为，对于天然气产业下游的健康发展是至关重要的。