热电联产与热、电分产相比,是科学技术的进步,是先进生产力。2002年我国单机6000kW及以上电厂热效率仅为35.12%,而实现热电联产的热电厂热效率则可达45%以上,因而目前世界各国均将鼓励、支持、发展热电联产作为节约能源、保护环境的有效措施,制订有法律法规和技术政策,积极促其发展。工业比较发达的国家如丹麦、荷兰等国,热电联产的比重已达40%以上。我国到2002年底单机6000kW及以上供热机组为1937台,3743万kW,仅占同容量火电机组的14.58%,因而应积极发展。 热、电、冷联产则是在热电联产的基础上更前进一步,同时生产电、热、冷三种产品,能源效率更高可达80-90%。技术进步、燃料结构变化,为小型分散电源的发展创造了极好的机遇,燃用天然气的小型热、电、冷联产得以迅速发展。
一、天然气进京和“西气东输“工程为发展小型热、电、冷联产开创新机遇
由小型燃气轮机(内燃机)、余热锅炉、溴化锂制冷机组成的小型全能量系统(也称第二代能源系统或分布能源)可以统一解决电、热、冷供应,在国外得到迅速发展。由于小型燃机或内燃机供电效率为24-35%,联合循环供电效率可达45-50%,远高于常规火力发电,否定了人们头脑中固有的“机组小就不经济”的传统观念。
在燃煤的时代,火力发电厂确是机组越大经济效益越好,机组小就不经济。但在燃料结构改变的今天,情况不同,人们的思维方式也要改变。燃油燃天然气的燃气轮机、内燃机由于大机组与小机组的效率差别不大,而且小机组又有占地小,机动灵活布置方便的特点,因而在发达国家大量采用。不但1000~10000kW燃机市场需求量大,连1000kW以下的小燃机,甚至lOOkW以下的微型燃机也是销路看好。燃料结构改变了,各类中小型机组,只要经济效益好,有生命力,就有发展前途。中科院工程热物理所徐建中院士在“分布式供电和冷热电联产的前景”一文中曾提出:
“纵观西方发达国家的能源产业的发展过程,可以发现:它经历了从分布式供电到集中式供电,又到分布式供电方式的演变”。
1999年世界科学大会,“科学与能源”专题讨论会的专家们指出,为了实现可持续发展
的目标,世界各国应面向未来制定新的能源发展战略。
专家们同时指出,对传统能源利用方式进行重新审视,也应成为未来能源发展战略的重要组成部分。法国科学家拉菲德在读者讨论会上举例说,近年来的一些研究表明,一种分散 式的电力管理新概念可能比目前很多国家采用的电力供应系统更有利于环保。这种分散式 模式通过建立若干小型发电站代替少数大型发电站,从而尽可能缩短发电站和电力用户间的平均距离,这样可以减少能源损耗。目前中央式供电系统的能源利用效率最高约55%,而测试表明,分散式电力供应模式效率至少可达到85%。
我国目前正处在大发展大集中的过程。大机组、大电厂、大电网是主导方向,但分布式电源的发展,将不以人们的意志为转移,必将迅速发展。
通常IOOMW以上的燃气轮机为大型燃机,20~IOOMW为中型,20MW以下为小型,小于300kW的为微型燃机。小型燃机,具有高效、清洁、经济;占地少、自动化水平高,适用分散建设和可靠等优势,因而发展很快。
鉴于国际上小型全能量系统迅速发展的事实和其本身的优势,因而在急计基础(2000)1268号文中,明确提出:………在有条件的地区应逐步推广。
中国电机工程学会热电专业委员会1999年的济南年会、2000年的宁波年会、2001年的重庆年会和2002年昆明年会中均有一些学术论文积极宣传、推广小型全能量系统,实现小型热、电、冷联产。2002年9月份热电专委会还专门在南京召开“天然气在热电联产应用专题研讨会”。2003年海口年会论文集,出版专集2003年12月又在上海召开分布式能源热电冷联产研讨会,出版论文集并提出“关于发展分布式能源热电冷联产的建议”。
2001年在北京人民大会堂召开的“绿色能源科技”高级论坛,由四位中国科学院、中国工程院的院士做学术报告,其中徐建中院士报告的题目就是“分布式能源CCHP。倪维斗院土在“能源的发展前景”报告中也特别提出应积极鼓励和扶持燃用天然气的热、电、冷联供技术。北京石油学会于2000年和2001年召开的“北京天然气合理利用座谈会”上均提出:“燃气一蒸汽联合循环热、电、冷联产,实现了一次能源的合理梯级利用,提高了能源利用率;带来了经济效益。由于燃机具有低NOx燃烧技术,使NOx大力减少,可提高环境效益。北京地区冬季供热,夏季大部地区需供冷,因而联合循环热、电、冷联产有广阔市场,北京应适度发展中、小型燃机热电冷联产机组。美国9.11事件之后和北京申办奥运成功,更多的专家学者从分散电源建设,确保奥运用电安全角度出发,积极提出北京应积极发展小型全能量系统。中国能源学会、中国动力工程学会、北京动力工程分会等学术团体也均提出上述的合理建议。英国、荷兰在北京召开热电联产学术研讨会和索拉公司、宝曼公司、瓦锡兰公司等也召开同.类型宣传推广会。他们看准中国大陆发展小型全能量系统的无限商机,积极抢占市场。
二、合理利用天然气资源
最近几年我国天然气的生产和消费均呈快速增长态势,但到2002年天然气的生产量也只占全国能源生产量的3.2%,而消费量也仅占全国能源消费量的2.7%。而我国天然气的储量仅占世界储量的1.2%,人口则占世界总人口的20%,人均天然气仅为世界平均值的13.2%。
最近报纸和电视上宣传“西气东输”工程,天然气进京第二条管线的建设和天然气勘探开发的新消息增多,可能有人认为我们的天然气多的很,其实和需要量相比还差的远。我们西气东输工程的年输送能力为120亿m3。莫斯科一个城市一年用天然气360亿m3,平均一天1亿立米,等于我们全国商品气的120%。因而我们要保持冷静的头脑,把有限的资源加以有效合理的利用,绝不能一听天然气比煤清洁,天然气多了,到处上天然气项目。西气东输工程也是沿线的十个省市区可以利用。就是十个省、市区也耍有重点有计划的合理利用,每个城市能分到多少气量?主要用在哪方面?要统盘考虑,再不能头脑发热。
如何合理利用天然气,也是我们热电工作者应认真研究的大问题。
据2002年7月5日《北京日报》报导:西气东输工程建成后,天然气价格平均为1.29元/m3,具体价格会随用户距离远近而不同,天然气到上海的价格为1.35元/m3,低于目前上海使用东海天然气上岸价格1.45元/m3和进口液化天然气交气点价格1.6元/m3,具体到市内还要经过市燃气集团的输配管网,税收、利润加价则气价还要提升。
另据消息报导:上海工业与民用天然气价为2.1-2.4元/m3,优惠发展热、电、冷联产工程,气价为1.9元/m3。
从国际市场的能源价格来看,国际煤炭价格约为1.8美元/MMBtu,美国市场天然气价格约为2美元/MMBtu,欧洲市场天然气价格约为2.3美元/MMBtu,日本市场LNG价格约为3.5美元/MMBtu,气化后的天然气价格为4.3美元/MMBtu。我国煤炭价格相对较低,华北京津唐地区标煤价约为260元/吨,折合1.1美元/MMBtu,华东地区标煤价约为350元/吨,折合1.5美元/MMBtu,我国进口LNG价格及气化后的天然气价格与日本大体相当(可能会略低于日本),西气东输到上海的气价按中油总提供的数据为1.30元/m3,折合4.6美元/MMB-tu,陕甘宁天然气到北京的价格在1.00-1.30元/m3之间。折合3.6-4.6美元/MMBtu。从以上数据看,按同发热量计算,天然气与煤炭的比价欧美约为1.2-1.5,日本约为2.5,而我国华东地区约为3,华北地区约为3.2-4.1。过高的比价将限制我国利用天然气发电的规模,并将使天然气发电在承担电网基荷时缺乏竞争力。
国家电力公司动力经济研究中心在编制《全国天然气发电规划》(2001-2010年)中提出:
在气价为1.1元/m3,天然气电厂竞争力较差;在气价为1.0元/m3时,在不同运行位置下 (3000,4000,5000h)天然气电站上网电价仅比进口66万kW脱硫机组和进口35万kW机组的电价低;在气价为0.90元/m3时,在利用小时小于4000的运行位置,天然气电站上网电价仅比国产60万kW不脱硫机组高,与其他机组相比具有明显优势。
上述资料提出:气价1.0元/m3时,上网电价为:
设备利用:3000h 平均电价0.460元/kWh
4000h 平均电价0.389元/kWh
5000h 平均电价0.347元/kWh
热、电、冷联产全年运行,利用小时高更经济,热电厂有电、热两种产品,在一个地区相同的气价下(最好市内应有优惠热电联产的气价)核算用户燃煤小锅炉改烧天然气后的热价和燃天然气电厂的电价与热电厂的热、电价格进行技术经济比较。燃天然气的热电厂与燃煤的大型火电厂来比较上网电价;将是不在一个基础上的不合理比价。
北京将要建设几个燃气一蒸汽联合循环热电厂,按理由于实现热电联产能源效率高,应积极推广,但目前的难题是天然气价与上网电价的矛盾,《北京经济技术开发区天然气联合循环热电厂工程》可研报告天然气价为1.4元/m3。上网含税电价为529.05元/kkWh,华北电力集团又不好接受。而发展小型分散的热、电、冷联产,由于自发自用,与当地电力系统联网,而不向电网供电,则情况就不同了。首先由于实现热、电、冷联产能源利用率更高,价格较高的优质能源--天然气由于实现梯级利用,则成本相对降低。对电力系统仅是减少一部分购电量,同时由于自己解决了夏季高峰制冷用电量,减少夏季用电尖峰负荷,减少电力系统的压力,对电力局有利。对于燃气集团公司由于小型分散电源,实现热、电、冷联产是全年运行,冬夏季均要使用天然气,避免目前燃气锅炉集中运行,采暖期一过,用气量大量下降的被动局面。因而我们认为发展小型分散电源,实现热、电、冷联产是最佳方案。
三、美国加州缺电的启示
前一段时间,我国传媒报导不少美国加州面临严重电力短缺的情况,这是美国自第二次世界大战以来首次出现电力供应中断:电力公司不得不进行分区“拉闸限电”,使旧金山地区100多万人无电可用。即使是被称之为“美国新经济的火车头”的硅谷地区,也不例外。思科 (Cisco)、国际商业机器(1BM)和英特尔(intel)等高科技公司已经深受其害,损失高达数千万美元,直接影响到各公司的市值,一些公司纷纷提出搬离加州。
美国加州州长达维斯宣布,该州只拥有每天电力需求的45%。由于电力危机,加州目前已处于紧张状态。美国能源部长理查森为保证加州的电力供应,连续三次紧急下达联邦政府行政命令。要求周边各州提供电力帮助,并与加拿大、墨西哥谈判电力南北输送。同时建议共和、民主两党议员迅速撤消购售电限价的法律。
持续的加州电力危机,成为布什上任后的棘手问题。白宫发言人弗莱舍说,近来加州电力价格飚升,并有间歇性停电事件,公共事业设施面临瘫痪的威胁,政府为此正在考虑一系列对加州有利的措施;美国环保局也考虑放宽加州对电厂污染排放设置的标准,以提高电力 产量。
美国在进行了一系列电力改革之后,出现了如此严重问题;致使州内的两家供电公司几乎面临破产。追究其深层原因,问题正是由于错误的改革方向导致的。厂网分开、竞价上网、政府(议会)定价等改革措施,打乱了电力系统的利益结构。使原有的电力公司出售了发电厂,供电系统不管发电系统的利益,以“竞价上网”为由;拼命压低发电商的收益以扩大自己的利润空间,导致发电厂投资回报没有保证,银行不敢为发电厂项目融资,无人投资电源。当天然气等燃料价格上涨后,发电厂宁可将天然气高价抛售,也不愿意赔本“竞价”。另一方面,供电系统为保持市场垄断,通过种种手段遏止用户建设自备电源,在不能保证供电时,又不承担责任。政府官员和议员们,面对着那些规模巨大的垄断性电力公司唯利是图,往往打出“为了百姓”的幌子,挂羊头卖狗肉,制定出更为有利于垄断利益集团的法律法规,这些都是问题的结症。
前年夏天北京持续高温,据《北京日报》2002年8月2日报导:由于高温北京地区电力高峰负荷已连续四次突破历史记录,8月1日21时,最高负荷已达814kW。同时报导:据北京供电局杨超副总工介绍:北京用电随气温变化,起伏很大,这两天温度高,湿度大,空调等降温负荷用电已占到总负荷的40%。另据北京电力管理办公室的同志介绍:今夏北京用电高峰时,北京市的发电厂发电量不到24%,也就是绝大部分电力要由山西、内蒙等地供应。为保证北京用电安全,北京市的自发电量应不能低于50%。大家可能还记得台湾发生两次全岛大停电,一次是由于输电线路倒了一个铁塔,一次是由于大地震造成的破坏。2000年我们到台湾考察时,台湾的热电同行,向我们大谈两次全岛大停电中,由于热电厂是属分散电源,都能安全运行,保证了附近的用电用热。
2008年我们北京要承办奥运会,这是全市人民也是全国人民的光荣,北京申办奥运最大的障碍是环境污染,这也是我国持续发展面临的最大挑战。积极发展小型分散电源,实现热、电、冷联产,提高北京市自发电能力,减少环境污染,可以收到很好的经济效益,环境效益和社会效益。