10-100 MW、10km2級
DES規(guī)模或為最佳
“結(jié)合中國國情、借鑒國外經(jīng)驗 ，中國應當重點發(fā)展大型的DES項目。”有30多年從事過程工業(yè)能量系統(tǒng)優(yōu)化研究和運用的華南理工大學天然氣利用中心主任華賁教授日前對《中國能源報》記者說。
華賁認為， DES在經(jīng)濟效益、能效、碳減排三個方面都是比較好的組合方案，是21世紀世界走向低碳能源時代、工業(yè)和商住兩個主要耗能大戶科學高效的用能模式。目前國家發(fā)改委和國家能源局已經(jīng)提出了建設一大批天然氣DES項目的號召。在這個時刻，科學地認識和發(fā)展適當規(guī)模的分布式能源系統(tǒng)，十分重要。
記者了解到，目前美國已經(jīng)有6000多座分布式能源站，僅大學校園就有200多個采用了分布式能源站。美國政府計劃到2020年，有一半以上的新建辦公或商用建筑采用和15％的現(xiàn)有建筑改用分布式熱電冷三聯(lián)供。
華賁說：“美國城市工業(yè)、商業(yè)、居住三種功能區(qū)域分割的空間布局模式?jīng)Q定了多數(shù)DES項目的規(guī)模偏小。”美國的工業(yè)區(qū)相對比較集中，在城市商業(yè)中心區(qū)（CBD）建筑為高層高密度，而絕大多數(shù)居民住宅則為低層低密度的獨棟住宅里。這樣的模式?jīng)Q定了美國只能搞公共建筑、工業(yè)的DES項目，而對于住宅就只能采用微燃機或小型內(nèi)燃機。
受單純只看重美國DES統(tǒng)計數(shù)量的影響，以及一些小型內(nèi)燃機和中、小 、微型燃氣輪機制造商為在中國推銷其產(chǎn)品而作的宣傳，加上中國《電力法》第25條把DES項目供電范圍限制在“法人”單位之內(nèi)（學校、醫(yī)院、機場、酒店、機關等），“致使目前，中國大多數(shù)人比較認同‘DES就是小規(guī)模的’、甚至‘發(fā)展DES的關鍵是開發(fā)微型燃氣輪機’這樣的觀點，并以此指導其實踐。”華賁指出。
然而，與美國不同，中國城市絕大多數(shù)人居住在多層或高層單元住宅樓內(nèi)，中國大部分城市的工業(yè)區(qū)、商業(yè)中心、居住區(qū)三種終端需求負荷的空間位置相對較近，居住的集合化程度高。這使中國DES項目的冷、熱水、蒸氣等負荷可以集成互補，所以中國的DES的規(guī)?？梢愿螅?lián)產(chǎn)效率能夠更高。
華賁指出，按照中國各地新、老城區(qū)工業(yè)區(qū)、商業(yè)中心、居住區(qū)三種終端需求負荷空間布局、人口密度狀況，和電、熱水、空調(diào)冷水的經(jīng)濟輸送距離， 10-100 MW級裝機規(guī)模、10km2級區(qū)域范圍內(nèi)的DES系統(tǒng)或為最適宜規(guī)模。這樣，就可以同時向區(qū)域內(nèi)各種用戶同時提供他們所需的蒸汽、空調(diào)冷水、生活熱水，因而能效更高。
中國為什么要發(fā)展大型的DES？
可以說，歷史給了中國人一個集成創(chuàng)新發(fā)展天然氣DES的機遇。中國要發(fā)展大型DES項目的理由很多，在華賁教授看來，發(fā)達國家30年來已經(jīng)開發(fā)了一系列DES的各種技術，可以供中國采用、學習和借鑒，但決不能照搬、照抄國外的模式。
理由一：大型設備比小型設備效率高、單位投資低、運行成本低
從不同規(guī)模的設備看，35萬千瓦級的9F燃氣輪機發(fā)電機組能效為46%； 10MW以下級的機組能效為33%；而微型機組能效僅不到30%；余熱鍋爐、蒸汽輪機、制冷機組等熱電聯(lián)產(chǎn)的關鍵設備較大型的機組效率也要比小機組高得多。
根據(jù)近年來實際項目單位投資的數(shù)據(jù)，基于9E級燃氣輪機發(fā)電機組的DES項目為3500元/kW，熱水部分投資很?。欢?、小型的項目投資約5000-6000元/kW。按上海小型DES項目的實踐經(jīng)驗，1000元/kW的政府補貼仍不夠，有關部門還打算申請增加。而大型DES，只要系統(tǒng)規(guī)劃、合理實施，經(jīng)過集成優(yōu)化的，投資的內(nèi)部收益率可以達到12%—15%左右，無需補貼。
此外，與樓宇中央空調(diào)比較，大型DES能夠替代幾十個甚至上百個分散的樓宇中央空調(diào)，可以節(jié)省很多占地面積、管理運行和維護人員成本。對于中國寸土寸金的大城市、日益增高的人員工資來說，這也是一筆可觀的經(jīng)濟效益。
理由二：大型DES建立在區(qū)域供冷系統(tǒng)、區(qū)域供熱系統(tǒng)和工業(yè)園區(qū)基礎上，可進行優(yōu)勢疊加
集中供冷、供暖的優(yōu)勢同冷熱電三聯(lián)供的優(yōu)勢疊加，使DES的系統(tǒng)優(yōu)勢更加突出。日本20年的經(jīng)驗總結(jié)指出，加上二次冷水管網(wǎng)的區(qū)域供冷系統(tǒng)，大型DES比中央空調(diào)總投資略低或相仿，能效卻高12%，運行成本也低，集中供暖的優(yōu)勢自不待言。
DES站在白天網(wǎng)電的峰段和平段，可用DES的成本價電制冷，夜間則可用網(wǎng)上的低谷價電制冷。以廣州為例，廣州現(xiàn)在的居民電價為0.61元/kWh、工業(yè)用電為0.8元/kWh、商業(yè)用電為1.03元/kWh，而在正常的天然氣市場價格下，DES項目的發(fā)電成本約為0.6元/kWh。以成本電價向工業(yè)、商業(yè)用戶供冷，顯然比用網(wǎng)電更經(jīng)濟。
北方集中供暖系統(tǒng)采用天然氣為一次能源，則不能沿用原有設備、僅僅把煤改成氣，而必須借此機會進行徹底的集成優(yōu)化改造，也能夠把供暖成本降下來。
理由三：智能電網(wǎng)建設使電網(wǎng)公司也要求發(fā)展規(guī)?；腄ES
在目前的中國電力法框架下，電網(wǎng)公司享有地區(qū)電力輸配的壟斷權。這使得電網(wǎng)公司為了自身的經(jīng)濟效益站在反對DES的地位。孰不知，在低碳發(fā)展格局下，智能電網(wǎng)與DES系統(tǒng)應是天然的優(yōu)勢互補的合作伙伴。建設智能電網(wǎng)的需要促使國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司要求大力發(fā)展分散式電源，以保障供電安全和調(diào)峰。而這種分散式電源規(guī)模達到10-100MW級才能夠發(fā)揮作用。
電網(wǎng)公司以上分散式電源為目的建設10-100MW級DES項目，若采用天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，能效只有40%多，并且難以承受正常的天然氣市場價格。這使得電網(wǎng)公司要發(fā)展的分散式電源也必須考慮冷熱電三聯(lián)供。這是一個非常重要的因素：電網(wǎng)公司將成為DES站的合作方、投資和運營的參與者。電網(wǎng)公司參加進來，將可使《電力法》第25條對DES 直供電的限制自然消除。這就打破了發(fā)展規(guī)?；疍ES的最大障礙。
理由四：與中國短期、快速發(fā)展的工業(yè)化和城市化同步，有利于發(fā)展大型DES
美國的城市百多年來已逐漸發(fā)展定型，很少建設新城市。在自由市場經(jīng)濟條件下，美國發(fā)展大項目只能結(jié)合區(qū)域供冷系統(tǒng)、區(qū)域供熱系統(tǒng)，“見縫插針”發(fā)展小DES項目。而中國未來20年要完成工業(yè)化，工業(yè)還要翻番，城鎮(zhèn)化加速，至少還要建設比現(xiàn)在還要多的工業(yè)園區(qū)和新城鎮(zhèn)。為什么不利用這個歷史機遇，自主創(chuàng)新，同步規(guī)劃和逐步建設大的、更經(jīng)濟的、效率更高的；反而按照傳統(tǒng)模式規(guī)劃新城區(qū)、新工業(yè)園區(qū)，然后再一個個搞小的、分散的DES？
即使是老城區(qū)改造，大型也比小型更有利。雖然并不反對在條件適宜處搞小的DES，但是現(xiàn)階段中國老城區(qū)供能系統(tǒng)改造也不能以發(fā)展小型項目為主。以北京為例，城市主要能源已天然氣替代煤是歷史的必然。按規(guī)劃，北京六環(huán)以內(nèi)燃煤集中供熱都必須改天然氣。若把一個北京市第二熱電廠改成1000個小型DES項目，在經(jīng)濟上，占地上能行嗎？考慮根據(jù)北京的自身特定條件，集成創(chuàng)新出高度集約化的DES，才能依靠大幅度提高能效來減排二氧化碳，完成煤改氣的歷史任務，而又不增加和政府財政的負擔。
理由五：發(fā)展大型DES是中國加速發(fā)展天然氣和提高能效的要求
中國能效低于世界平均值13個百分點，主要原因是中國一次能源以原煤為主，天然氣占比太小（小于4%）。低碳發(fā)展要求中國未來20年天然氣占到一次能源的15%—20%，替代煤成為主要的城市一次能源和工業(yè)燃料。
單純天然氣發(fā)電、供熱方式既是對能源的浪費，又不利于開拓下游市場。大型DES能源利用效率可達75%以上，又能大幅降低終端用能價格。2020年中國電網(wǎng)裝機規(guī)?？赡苓_16億kW；中國要想盡快把能效提高到目前的世界平均水平，包括調(diào)峰發(fā)電、工業(yè)和商住用的天然氣DES至少要達到總裝機容量的15 %，即2.4億kW；發(fā)電量至少要達到8500億kWh/年，占總發(fā)電量的12%（即使這樣，也沒有達到美國2010年的目標）。這要求，即使建設平均50MW裝機容量的DES，也要5000多個；要是建0.5MW級的小型系統(tǒng)，就要50萬個。顯然，無論從經(jīng)濟方，還是從能效、碳減排、市場開拓方面看，要達到發(fā)展天然氣、盡快提高能效的戰(zhàn)略目標，還得靠大型的DES。
理由六：大型項目利于采用多種能源，實現(xiàn)終端用能的一次能源多元化
大型項目利于采用地、水源熱泵、工業(yè)廢熱、遠郊超大型燃煤電站的冷凝潛熱等能源，是解決當前北方地區(qū)型城市燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)改造為天然氣冷熱電三聯(lián)供的關鍵戰(zhàn)略。而小型項目除了地源熱泵、太陽能，很難采用其它能源。
