南方地区天然气分布式能源系统特点和 发展对策研究Study on the Characteristics and Development Strategies of Natural Gas Distributed Energy System in Southern ChinaShuxun Wen1, Jianbai Huang1, Jianping Ou2usiness School, Central South University, Changsha 2Changsha Energy Bureau, Changsha Email: oujpcsu.edu.cn Received: Dec. 3rd, 2012; revised: Dec. 13th, 2012; accepted: Dec. 29th, 2012Abstract: Based on the analysis of energy resources, energy consumption structure, climate characteristics and regional characteristics of southern China, the strategies and models of energy development of southern natural gas utilization were studied through the review of energy technology and energy development strategy. Results show that in southern China, according to the current condition, natural gas distributed energy system should be developed preferentially in industrial zones and new buildings. After being exemplarily operated and optimized, it can be applied to some other regions or existing buildings. To develop natural gas distrib-uted energy projects, some principles should be insisted on. Such as determining the project layout by the origin of the supply, guiding the equipment selection by principle of energy efficiency maximization, deter-mining the system capacity and scale by the demand for cooling and heating load. Scientific and orderly de-velopment of the natural gas distributed energy will provide strong protection and power for economic and social development of the southern. Keywords: Natural Gas; Distributed Energy; CCHP; Southern Region南方地区天然气分布式能源系统特点和 发展对策研究文树勋 1，黄健柏 1，欧俭平 21 中南大学商学院，长沙 2 长沙市能源局，长沙 Email: oujpcsu.edu.cn 收稿日期：2012年 12 月 3 日；修回日期：2012 年 12 月 13 日；录用日期： 2012 年 12 月 29 日摘 要：本文基于可持续发展的需要，针对我国南方地区的能源资源情况、能源消费结构、以及气候和区域特点，从能源技术和能源发展战略的角度，研究了南方地区天然气分布式能源发展对策和模式。研究结果表明，我国南方地区能源资源紧缺，用电用气负荷的季节性差别较大，但随着国家天然气管网的发展以及非常规天然气的开发，供气能力不断增强，天然气分布式能源技术和市场条件不断成熟，在发展天然气分布式能源时应优先选择工业园区和新建建筑，示范推广后，再在其他区域或既有建筑上推行；在能源项目建设时应坚持以起源供应确定项目布局，以能源利用效率最大化原则指导设备选型，以冷热负荷需求确定系统容量和规模。天然气分布式能源的科学有序发展，将为南方地区经济和社会的发展提供强大的保障和动力。关键词：天然气；分布式能源；冷热电联产；南方地区1. 引言 可持续发展是当今社会发展的重要课题，开发利用清洁能源，降低化石能源消耗，是平衡经济增长、社会发展和节能减排之间矛盾和制约的重要途径，发展分布式能源则是其中重要内容之一。分布式能源是指分布在用户端的能源综合利用系统，一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷联产为主，其他中央能源供应系统为辅。分布式能源是随着城市化与人类对更高生活质量的追求而出现的一种能源方式，通过对能源的梯级利用和综合利用，在以更少的能源投入、满足更多样的需求的同时，实现经济、安全和清洁的能源供应目标。分布式能源在国外已经广泛应用，特别是随着天然气的大规模应用，分布式能源有了长足发展1-5。我国天然气分布式能源尚处于起步阶段，在能源与电力供给中规模还非常小，但其对节能降耗和供能安全的作用十分明显。为推动我国天然气分布式能源的发展，2011 年国家发改委、财政部、住建部、国家能源局联合发布发展天然气分布式能源的指导意见 ，提出“十二五”期间计划建设 1000 个左右天然气分布式能源项目，并拟建设 10 个左右各类典型特征的分布式能源示范区域；到 2020 年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到 5000 万 kW，初步实现分布式能源装备产业化。我国天然气分布式能源迎来了历史性的发展机遇，但我国各地由于能源资源条件、能源消费结构以及地域和气候等因素的不同，天然气的利用和天然气分布式能源系统特点和发展模式存在很大的差异。长沙市经历过 2008 年的冰雪灾害，电网曾遭受严重损害，经济发展受到重大影响。目前该市作为国家首批节能减排财政政策综合示范城市之一，将重点建设一批天然气分布式能源项目，目前面临的主要问题是建设时序、市场消纳、并网上网以及运维保障的问题。本文结合在能源利用技术和区域能源发展战略方面的研究，分析探索了南方地区发展天然气分布式能源的新思路。 2. 发展条件和特点 2.1. 能源紧缺 我国能源消费具有以煤和水电为主，石油、天然气、风能等其他能源为重要组成的结构特点。我国煤炭资源主要分布在昆仑山秦岭大别山一线以北的北方地区，已发现的煤炭资源占全国的 90.3%，南方地区煤炭资源稀缺；水能资源主要分布在我国的西南地区；风能资源主要分布在我国的“三北”(东北、华北、西北)和东南沿海及附近岛屿；天然气主要分布在陆上西部的塔里木、鄂尔多斯、四川、柴达木、准噶尔盆地，东部的松辽、渤海湾盆地，以及东部近海海域的渤海、东海和莺琼盆地，这些地区占全国资源总量的 82%左右，南方地区的能源资源十分匮乏。另一方面，南方地区经济发展迅速，经济发展水平和总量居全国领先，这与我国的能源资源呈逆向分布，能源供需矛盾尤其突出，亟需拓展能源供应模式、优化能源结构。 2.2. 负荷季节性差别大 南方地区受海陆热力性质差异和副热带高气压的影响，夏季普遍高温，用电负荷大，经常面临“调煤保电”的艰巨任务；在冬季，虽然气温并不低，供暖能耗总量不大，但由该地区大多火电厂都是纯发电，并不对外供热，电取暖成为居民取暖的主要方式，导致冬季用电负荷大，经常出现用电紧张的局面。在春秋两季用电负荷却很低，全年用电负荷季节性差别很大。为了保证该地区的峰值用电安全，火电装机容量增加，造成大量火电机组在低负荷季节停机，造成了严重装机浪费和企业运行效益下降。此外，随着天然气的大规模应用，天然气负荷季节性差别也逐渐增大，调峰压力增加。该地区这种气候和负荷特点为发展天然气分布式能源提高了良好的机遇。首先，火电厂将计划增容的火电改为天然气燃机发电，能更加方便、经济地启停调峰，解决了火电机组启停时间长、费用高、机组损伤大的不足；其次，该地区天然气使用特点是冬季量大、夏季少，天然气分布式能源系统夏季正好可以利用富裕的供气能力进行发电调峰。 2.3. 供气能力增强 气源不足一直是制约南方地区天然气分布式能源发展的瓶颈，目前这一状况正在改变。中亚西气东输二线干线的建成投产，不仅可有效缓解珠三角、长三角和中南地区天然气供需矛盾，而且还实现了与西气东输一线、涩宁兰线等多条已建管道的联网，进而形成我国主干天然气干线管道网络，构成了近 4 万公里的 “气化中国”的能源大动脉。截至 2011 年 5 月 28 日， “西二线”已累计接输中亚天然气超过 100 亿立方米，与国内其他天然气管道相连的投产段已惠及我国 18 个省区市，约 1 亿人受益。而随着 2012 年其他几条支干线的贯通，届时我国将有 5 亿人受益。西气东输建设“西二线”还连接着塔里木气田、准噶尔气田、吐哈气田、长庆气田，它们随时向西气东输二线提供约 150 亿立方米的应急气源6 。这将为南方地区天然气分布式能源的发展提供气源保障。 2.4. 页岩气资源丰富 南方地区一直是传统天然气资源较为匮乏的城市，但最新的勘探成果给这一地区带了新希望。湖南等地页岩气勘探和开采取得了可喜的成果，具有丰富的页岩气资源。据勘探，我国页岩气可采资源量为 25万亿立方米7，超过常规天然气资源，资源潜力与美国相当，经济价值巨大。页岩气田开采寿命一般可达 3050 年，甚至更长，页岩气具有巨大潜力和开发利用价值。湖南有效页岩面积达 27.8 万多平方公里，页岩气远景资源量达 11 万亿立方米以上，湖南省页岩气可采资源量达 1.52 万亿立方米，约占全国储藏量的 10%7。湘西北地区将作为优先开发区块，洞庭湘中地区区块作为加强资源勘探和评价区块已纳入国家页岩气开发利用规划，将有力推动当地天然气分布式能源的发展。 2.5. 技术和市场条件成熟 目前天然气冷热电联产(CCHP)已经成熟，是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，将制冷、供暖和供热水及发电过程一体化的多联产总能系统8-10。与集中式发电 远程送电相比，CCHP 可大幅提高能源利用效率，且输电损耗极小；与用氟利昂为制冷剂的电空调相比，CCHP 有利于大气环境的保护。针对不同的用户需求，冷热电联产系统技术方案的可选择范围很大：热电联产技术方面，可以选择蒸汽轮机驱动的外燃烧式和燃气轮机驱动的内燃烧式技术方案，而涉及制冷的，可选择压缩式、吸收式或其它热驱动的制冷技术。另外，供热、供冷热源包括直接和间接等多种方式，余热回收装置(供热) 、制冷系统 (供冷)等均不断完善。近年来，南方地区经济快速发展，能源多元化需求和总量不断增加，天然气分布式能源系统建设的各种政策环境比较优越，为天然气分布式能源的发展提供了良好的市场条件。 3. 发展对策 天然气分布式能源是天然气利用的主要方式之一，也将是我国今后一段时间内能源消费结构调整的重要方向，并将带来冷热电联产技术进步和设备国产化进程，具有很好的节能减排效果。因此，应该从战略的高度重视天然气分布式能源的发展。不同类型的天然气分布式能源项目适应于不同的功能分区，其发展应遵循有规划、分步骤、有序推进的原则。根据南方地区经济增速加快、气源保障增强，但天然气和电负荷需求的季节性差异大、绿色新区和两型园区建设任务重等特点，确定发展思路和对策时应注意以