【借鉴】北京发展天然气分布式能源的利弊分析

1 北京地区能源利用现状

1.1 能源消费结构现状
 

北京地区石油用量占比与美国(37.1%)、欧盟(36.5%)等国家和地区相近。煤炭占比较高。对于清洁能源，北京地区近几年的利用稳步上涨，2012年天然气利用占比近17%，与技术发达国家和地区相比，如美国(29.6%)、日本(22.0%)、欧盟(23.9%)等，尚存在一定差距，但同我国(4.7%)整体情况对比，北京市对于清洁能源的利用占比较高。预计至2015年，北京地区天然气供应量将达到180亿m3，对其合理应用对于环境保护和能源结构调整至关重要。

1.2 人均能耗量和单位GDP 能耗量现状
 

北京地区人均能耗量略高于全国水平和世均水平，但明显低于发达国家，如美国、日本等；但单位GDP能耗量是世均水平的 1.7 倍，是美国的 2.1 倍，是日本的3.8 倍，能源利用率较低(见图2、3)。

2010年我国天然气进口量约占总量的18%，2012年天然气对外依存度已高达30%；石油方面，对外依存度已达10%，据《全国矿产资源规划2008～2015》预测，2020年，石油对外依存度将上升至60%。如此严峻的能源形势，考验着我国的能源安全，同时较低的能源利用效率也将进一步挑战能源供应企业的保障能力。
 

1.3 电力消费现状
 

近几年，北京市地区的电力消费总量稳步增长，本市供给率占比约30%。2012 年用电瞬时高峰月出现在8 月，瞬时高峰量为1 581.5 万kW，12 月瞬时用电量紧随其后，为1 574.1 万kW，冬夏用电呈现“双高峰”趋势。用电负荷低谷出现在4 月，为1 017.1 万kW。最大峰谷差为1.55：1。尖峰负荷量占至平均负荷量约18%，此部分尖峰负荷多由电空调等设备引起，尖峰负荷的需求大大提高了电网的投资，并在一定程度上增加了电网的安全运行隐患。

1.4 天然气消费现状
 

2012年北京地区天然气消费量为92.1m3，其中90%以上由北京燃气集团提供，其中采暖用气高达47%。据统计，2012 年用气高峰月出现在12月，用气量为17.2 亿m3，低谷月2 月仅为2 亿m3。最大日用气量峰谷差达到13.8：1。巨大的峰谷差，不仅降低了燃气管网的经济性，更增加了管网安全运行的风险(见图5)。

夏季大量电空调的使用使得电力负荷激增，此时，恰逢天然气使用的低谷期，因此，发展夏季负荷无疑对电力、燃气均有积极影响。天然气分布式能源夏季消耗天然气提供电力负荷和冷负荷，一方面可以减少电网送电压力，一方面可以削减电空调的使用而带来的电力负荷激增，同时，还可以提高燃气管网使用率，一举多得，是在夏季调节能源使用结构的有效手段，达到对电网、燃气管网削峰填谷的作用(见图6)。

2 天然气分布式能源在北京地区发展的现状分析
 

2.1 政策导向逐渐明朗
 

上海地区早在2008年对天然气分布式能源即发布了燃气价格优惠、初投资补贴等政策，随着国家对分布式能源的鼓励力度逐渐加大，北京地区也在积极准备本市对于天然气分布式能源的各种鼓励政策，并且即将发布，其中也包含了对于燃气价格、电力投资、初投资、各种税收等多项利好政策。鼓励政策的发布无疑将对天然气分布式能源在北京市的发展注入一剂强心针，大大增强该行业的发展信心与积极性。
 

2.2 具备一定的行业经验储备
 

北京早在2003年便逐步建成了一批天然气分布式能源项目，虽然有些项目由于并网、运维复杂、设计装机过大等原因无法实现正常运行，但也为该行业的发展积累了很多宝贵的经验和相关技术、管理、运行人才。整体来讲，已具备了一定的行业发展雏形。
 

2.3 示范项目逐步建成即将投产
 

2012年国家四部委联合发布了我国首批分布式能源示范项目，并明确表明中央财政将对首批示范项目给予适当支持。北京燃气集团下属全资子公司投资的“北京燃气中国石油科技创新基地(A-29地块)能源中心项目”便在其列，且截至目前该项目建设已接近尾声，各项工作稳步进行，即将进行调试工作，并计划于2014年正式投入运行。
 

3 北京地区发展天然气分布式能源的劣势分析

3.1 地区性环保压力较大
 

2012年北京地区作为第一批城市已开始执行新的《环境空气质量标准》。同年，国务院正式批复《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，明确提出“到2015年，空气中PM10、SO2、NO2、PM2.5 年均浓度分别下降10%、10%、7%、5%”的目标。
 

天然气分布式能源利用“温度对口、梯级利用”的原理，大大提高了对一次能源的利用率，综合能源利用率达70%以上，在节约能源的基础上(节能率普遍为20%～30%)，减少了污染物的排放，与燃煤分产系统相比，CO2 减排量达50%，SO2 和固体废弃物排放几乎为零，减少NOx排放量达80%。但目前北京70%左右的电力由外埠引入，污染物排放至外埠地区，从而导致天然气分布式能源虽从全局而言节约一次能源、减少污染物排放，但仅就北京而言却增加了局部污染物排放，从而使得本身节能减排的天然气分布式能源项目在北京地区的发展受到了地区性环保压力带来的影响。
 

3.2 投资、机房占地高于传统供能系统
 

天然气分布式能源与以往传统能源供给系统不同，在提供冷热源的同时还向用户输出电力，从而使得其投资和机房占地均高于传统能源系统。一般以电制冷、锅炉形式供应建筑冷热需求的投资为150～180 元/m2，而天然气分布式能源的投资往往可以达到350～450元/m2。较高的投资使得许多企业望而却步。

2013年，新的《固定往复活塞式内燃机大气污染物排放标准》(讨论稿) 将氮氧化物最高允许排放浓度降低至75 mg/m3，对于目前一线内燃机品牌也只能做到250 mg/m3 排放浓度，这一要求无疑是极其严格的。天然气分布式能源使用的发电机形式以内燃机为主，随着氮氧化物排放浓度的降低，势必需增加脱硝装置的投资，导致天然气分布式能源的整体经济效益进一步下降。且由于设备的增加会导致机房面积的增加，在寸土寸金的北京，这也无疑降低了投资者和使用者的信心与积极性。
 

4 北京地区发展天然气分布式能源的优势分析
 

4.1 调整能源结构，增加清洁能源高效利用
 

4.1.1天然气分布式能源冬季节能减排、提高优质能源利用效率优势显著
 

如图7所示，对于天然气分布式能源，其综合热效率通常可达85%，若按发电效率40%、可利用余热回收效率45%、换热效率90%计算，则产生7.8kW·h电、7.9 kW·h热所需的一次能源天然气为2 m3。

对于传统分产系统，按电厂55%发电效率、10%线损计算，产生7.8kW·h电需天然气1.6 m3。按锅炉效率90%计算，产生7.9 kW·h热需天然气0.9 m3。

由此可以看出，冬季时，天然气分布式能源产生同等电、热时，比传统分产系统节能约20%。在提高能源利用效率的同时，还达到了显著的减排效益。对于北京市进一步优化能源结构、提高人均能源拥有量的利用效率、降低能耗强度起到了积极作用。
 

4.1.2天然气分布式能源夏季优化能源供应结构、提高管网安全运行效益显著
 

与前文测算条件相同，夏季时，电制冷效率按5计算，则天然气分布式能源1 m3天然气可产生冷量共计23.9 kW·h ，传统分产系统可产生冷量24.1 kW·h，利用效率基本相同，天然气分布式能源效率略低于分产系统0.8%。

但目前北京市夏季燃气管网利用率极低，且电力峰值较高，因此，夏季采用天然气分布式能源可以很好地达到削峰填谷的作用。通常天然气分布式能源发电可保证建筑基本电力负荷需求，由此可降低电网峰值10%～20%，同时，提高燃气管网利用率，既提高了电力、燃气管网的经济性，又增加了安全运行的可靠性。加大了清洁能源的利用，在不增加能源消耗的同时，优化能源利用结构，提高管网的安全运行的效益显著。
 

4.2 示范效应显著，响应“三个北京”建设，带动行业快速发展
 

北京作为中国的首都，不仅是政治、经济、文化的中心，也应该是处处起着表率作用的“首善之都”。从国外的发展经验来看，能源供应方式由集中到集中与分散相结合势必为发展趋势，而天然气分布式能源对一次能源的梯级利用理念无疑是供能方式的最佳选择，也即是未来能源利用的方向。
我国目前发电设备与发达国家有一定差距，相关的设计、运营等技术积累也较为薄弱，北京地区对天然气分布式能源的大力推广定将成为全国技术发展领域的风向标，其示范效应是其他地区无法比拟的。
 

4.3 优质项目集中，有利于行业健康发展、技术积累进步
 

天然气分布式能源适用于有稳定冷热负荷需求的大型公共建筑，如数据中心、医院、综合型商业办公楼等。北京地区经济较全国处于领先水平，此类建筑较为集中，有利于天然气分布式能源的推广和应用。且由于北京地区汇集较多的大专院校和科研单位，技术实力较其他地区也更为雄厚。加之北京地区对新能源、新技术的利用也较为重视。各种条件使得北京地
区推广天然气分布式能源更具优势，也更利于技术的积累与进步，从而更加有利于行业的健康、快速发展。
 

5 北京地区发展天然气分布式能源展望

5.1 节能减排着眼于全球，天然气分布式能源将获更大发展空间
 

全球性大气污染会对整个人类生存带来威胁，而仅就局部地区污染进行治理显然是割裂了事物之间的普遍联系，是不符合可持续性发展要求的。天然气分布式能源不仅对一次能源的利用率高，且能有效地调节电网与气网的峰谷差，降低能耗强度，符合可持续性发展需求。
 

5.2 政策支持下，天然气分布式能源将具有良好的市场竞争力
 

对于某天然气分布式能源项目，燃气价格上涨前(2.28 元/m3) 项目收益率可达8%，燃气价格上涨至2.67 元/m3 后，收益率大幅下降。当能源价格相应顺出，燃气价格实行0.2 元/m3 补贴，发电机初投资按2 000 元/kW 进行补贴，并考虑脱硝带来的投资后，项目的收益率将有不同程度的浮动。几种政策影响下，项目收益率情况如图9 所示。
由此可见，当相关鼓励政策得到实施后，天然气分布式能源将具有更好的经济效益，市场竞争力大大提高。

5.3 行业发展带动成本下降，先进用能方式逐渐取代低效用能方式
 

伴随着政策的扶持，天然气分布式能源在我国的不断推广，积累的设计、运营经验将不断丰富，设备制造能力也将获得进一步提升，从而使得天然气分布式能源的成本得到压缩，获得更大的经济效益，最终可实现在没有政策补贴的情况下，凭借市场的调节作用达到项目的良好发展，进而取代以往低效率、高能耗的不合理能源利用方式。
 

6 结语

天然气分布式能源通过对能源的梯级利用，大大提高了一次能源利用率，是改变我国低效率、高能耗、高污染的能源利用现状的有效方式。在该项技术的起步推广阶段，虽遇到来自经济、技术等方面的阻碍，但通过政策扶持来推动行业的发展，做到提前规划、合理布局，其在能源领域的潜力不可估量。