推广分布式供能系统进一步促进上海的节能减排工作

谢今明

(上海市虹口区发展和改革委员会,上海200086)

1 上海节能减排工作形势严峻

改革开放以来我国的经济发展取得了举世瞩目的重大成就,但面临的资源环境压力也越来越大,不大力进行节能减排,不转变经济发展方式,我国的资源难以支撑,环境难以容纳,社会难以承受,发展难以为继。根据“十一五”规划的要求,到2010年末我国的单位GDP能耗要比2005年末下降20%,根据国民经济统计公报,我国2009年的单位GDP能耗比2005年末累计降低了14.65%,因此2010年需要实现5%以上的节能,才能完成预定目标。但是2010年8月,国家统计局公布的上半年我国单位GDP能耗,同比上升了0.09%,这意味着我国2010年接下来的节能任务异常艰巨。

上海作为我国最大的城市,近年来经济发展速度很快,2009全市的GDP达到了1.49万亿元,与此同时上海能源消耗的增加速度也很快,2009年全市总能耗约为1.083亿吨标准煤。“十一五”前四年上海单位GDP能耗累计下降17.12%,2010年只要再下降近3.6%就可以完成规划要求的任务,但是由于上海的经济发展形势的特殊性,今年完成3.6%的节能指标并不轻松。降低单位GDP能耗的主要手段是产业结构调整、淘汰落后的生产设备和推广节能技术、挖掘节能潜力。上海的节能减排工作开展较早,许多重要的节能措施在“十一五”前四年得到了较好的落实。上海积极调整产业结构的成效明显,目前第三产业服务业的产值比重已超过六成,然而第二产业用能较大的宝钢、金山石化和漕泾化工区是国家重点项目,进一步通过产业结构调整降低上海的单位GDP能耗还需要加倍努力。近年来上海积极淘汰包括低效高排放的落后产能取得很大成果,近期内要进一步通过淘汰落后设备的减少用能的潜力已经比较有限。上海的工业企业多年来通过开展节能工作取得了很大成绩,工业主要用能设备的效率和产品的单耗指标在国内处于领先水平,进一步节能挖潜困难也不小。节能减排是一项长期任务,是我国的基本国策,我国政府已经承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%,为此上海必须要寻找新的节能减排突破口,分布式供能技术则提供了这样的契机。

2 分布式供能系统简介

分布式供能系统是指在用能集中的区域内采用小规模、分布式的方式,独立地输出电力、热能/冷能的系统,包括使用液体或气体燃料的内燃机、微型/小型燃气轮机、外燃机和燃料电池等,见图1。

图1 分布式供能系统运行示意图

分布式供能系统一般发电装机容量在10 MW以下,非常适合建设在医院、宾馆、工业园区、楼宇和社区内。由于天然气的普遍使用,目前分布式供能系统主要是指燃气小型热电联产系统。分布式供能系统的优点包括下列几个方面。

(1)能源利用率高 通过冷热电联供实现能量的梯级综合利用,分布式供能系统最终的能效可达75%～90%。大型发电厂采用大电网供电,扣除厂用电和线损终端的利用效率只能达到35%左右。

(2)土建和安装成本低 分布式供能系统可以就地安装供电无需建配电站,这样就避免了输配电的损耗,减少输配电的成本。

(3)可靠性好 分布式供能机组启停快、运行可靠,随着经济的发展和人们生活水平的提高上海地区夏季空调负荷飞速增长,电网供电的峰谷差越来越大,采用分布式供能的制冷系统就地供冷不仅在用电高峰时减少对电网的压力,甚至还可能为电网提供一部分电能,达到削减电网负荷高峰的效果。分布式供能发电机组可以独立运行,分布式供能与集中供电结合可以弥补大电网安全隐患,一旦在发生意外能够继续供电,可以避免或者减少大规模停电事故造成的损失。

(4)清洁环保 分布式供能系统主要使用天然气等清洁能源,污染排放低,与火力发电厂相比可大幅减少二氧化碳、硫化物、烟尘等污染物的排放量,有利于环境保护,可大大减小环保压力。

分布式供能系统具有很好的社会效益和经济效益,已经成为今后能源供应方式发展的一个重要组成部分,因此世界各国特别是发达国家政府都非常支持分布式供能系统的发展和普及。例如美国在进行能源结构调整进程中,把发展分布式供能技术放到了一个十分重要的位置,2000年美国能源部发布了分布式能源资源策略规划,提出了发展新一代洁净、有效、可靠和经济的分布式供能系统的目标、任务及鼓励机制,并规划到2010年分布式供能系统在新增发电容量中的比例达20%。2000-2005年,美国的分布式供能装机规模年均增长率为8.2%。欧盟提出2010年热电联供的发电量要占总发电量的18%,丹麦和荷兰分布式能源的占有率在整个能源系统中分别达到60%和40%,日本、英国、德国、加拿大国家也在不断发展各自的分布式供能系统,一些经济发展较快同时进一步发展受到能源资源的制约的发展中国家,如印度、巴西、墨西哥等也非常重视分布式供能系统的发展和推广,取得了一定的成就。我国政府也非常支持布式供能系统的发展,自2000年以来相继颁布了《关于发展热电联产的规定》、《节约能源法》、《天然气利用政策》等法律法规,从能源政策层面上明确了分布式供能的地位及其发展方向。但从总体上看,我国在这方面的应用还处于起步阶段,仅上海、北京、广州等少数大城市有项目开展。据中国城市燃气协会秘书长迟国敬透露,在近期国家发展改革委将在全国新建1000个热电联供项目,进一步推广分布式能源,降低能耗,在“十二五”规划中,我国在分布式能源建设方面,将有更大的突破,预计未来,分布式供电系统将逐步成为我国电力供应系统的一个重要的补充。

3 在上海推广分布式供能系统的可行性和必要性

上海是我国最早建设分布式供能系统的城市之一,1995年黄浦区中心医院分布式供能系统的立项开创了上海也是我国首例公共建筑分布式供能系统的历史,目前本市共有15个分布式供能系统在运项目,总装机容量约1万千瓦,包括2家医院、1家饭店、2栋办公楼、3所学校、6个工厂、1处区域供能,行业分布面较广,经过十几年的实践已经积累了很多分布式供能系统建设运行和管理的经验。随着上海用能和供能情况的变化以及节能减排的严峻形势,推广分布式供能系统不仅非常迫切而且条件也已经成熟。

随着城市发展,上海地区尤其是中心城区用电的日益紧张。今年入夏以来,上海最高用电负荷不断刷新记录,目前已经高达2621万kW。据有关专家介绍,上海2009年夏天最大的峰谷差达到967万kW,其中主要原因是包括公共建筑在内的空调运行导致用电量剧增,随着第三产业的发展,上海将有大批新建商业商务区和新建、改扩建公共建筑如虹桥枢纽、迪斯尼乐园、“5+3”项目(在上海郊区新建5家提升3家三级医院)等投入使用,这些项目建成后不仅会带来新增能耗,更严重的是还会增加上海电网负荷的峰谷差。分布式供能系统非常适合作为包括医院、宾馆和大型商场、娱乐设施、办公大楼等公共建筑的供能系统,大力推广公共建筑分布式供能系统,是目前有效缓解上海电网负荷峰谷差的最可行手段。

我国的能源资源特点是以煤为主,燃煤带来的碳排放和污染比较严重,因此要逐步调整能源结构。西气东输、东海天然气的开发和海上液化天然气的进口为上海调整能源结构逐步提高清洁高效的天然气用量提供了保障,2010年上海计划使用天然气45亿m3,西气东输管道合同供气23.73亿m3,占据“半壁江山”,西气东输二线全线贯通之后,上海有望每年多增加约20亿m3的天然气供应,随着川气东送、西气二线以及进口液化天然气(LNG)接收站等项目的完成,上海天然气能保证稳定大量供给。怎样充分利用这些高效清洁的能源就成了上海政府的一个重要课题,充足的天然气供应既是上海发展分布式供能系统的保障,更是促进上海发展分布式供能系统的动力。

在上海,根据本地的实际情况把天然气用在分布式供能系统中是其最合理也是最经济的使用方法。经粗略计算,采用分布式供能系统每消耗1 m3天然气,产生3.5 kW h电和0.1 t热水;若采用传统用能方式,即通过电网供电和锅炉供热,则需支付3.5 kWh电费,并燃烧0.55 m3天然气。以目前上海市非居民天然气和用电平均价格进行计算,分布式供能花费2.04元(市政府补贴价),传统用能花费4.89元,后者使用成本为前者的2.4倍;而且采用分布式供能可节约能源35%左右,CO2减排率达33%。按照市有关规定,项目投产后,如节能量达到500 t标煤以上,可按500元/t标煤的标准获得一次性补贴。据有关专家测算,如规划合理,运营正常,分布式供能系统5年左右即可收回投资。目前,国家已经确定下一步将实行阶梯电价改革,预计将对商业、居民等社会用电参照工业用电实行峰谷电价,引导用电户削峰填谷,缓解高峰时段的供电压力,今年5月,韩正市长在全市节能减排工作会议上强调,需尽快完善节能减排经济政策,实施差别电价,合理用能,加强错峰调控。可以预计,今后高峰时段和用电大户的传统用能成本将进一步提高,分布式供能的经济性将愈加凸显。

根据以往的经验,分布式供能系统运行的经济性很大程度上取决于设备的年运行时间,为了提高分布式供能系统运行的经济性就必须联网运行充分发挥分布式供能系统的发电能力,让机组向电网输电,但是受电网技术的限制,包括风力发电、太阳能发电在内的各种分布式能源系统并网运行都遇到很大困难,不过智能电网的出现将给出完善的解决方案。我国目前正在大力研发智能电网,采用智能电网后,大量分布式能源系统的并网运行不仅可以提高分布式能源系统的效率和经济效益,而且可以真正成为大电网的补充保障电力安全。

根据上海市发改委、经信委下发的2010年发电量调控计划预测,今年上海的全年用电量为1240亿kWh。电网的供电除了本地几个大电厂外,还有来自华东电网直属电厂、三峡电站、皖电机组等外来电,约占上海全社会用电量的三成。大电网集中供电一旦发生意外导致大面积停电,其后果非常严重,2003年发生在美国东北部和加拿大的北美大停电使近5000万人口受到影响,部分经济活动也出现停滞,地铁停驶、交通阻塞、班机延误,民众生活面临种种不便,造成了300亿美元的经济损失。2008年我国南方突发的冰雪天造成的输电线路大面积损坏,对受灾地区的群众生活和救援工作带来了极大的困难,这些都给了我们很大的教训。分布式供能系统的推广应用,使得大电网一旦发生停电,不仅可以保证部分地区的供电,而且还可以对受损电网提供支持,防止灾害的扩散。上海作为一个国际性大都市,从保障电网的安全性出发,也应该积极发展和推广分布式供能系统。

上海市政府非常支持分布式供能系统的发展和推广,从2009年以来,国家和本市领导多次对分布式供能系统发展进行了批示,杨雄副市长和周禹鹏副主任对此高度关注并责成有关部门限期完成相关工作。目前,上海已经制定了《上海市分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》,根据这个办法分布式供能系统按每1 kW装机容量给予1000元的补贴,同时对气价给予优惠(非居民用天然气平均价3.8元/m3,分布式供能天然气2.04元/m3),此外还包括一系列相关扶持措施。据上海市推进燃气空调和分布式供能系统发展工作小组办公室组织的全市调研,从建筑物用能特征、现有设备使用年限、天然气配套情况等方面进行评估,确定本市共有86个项目适合发展分布式供能系统,其中医院27项、宾馆27项、机关办公楼15项、其他领域17项。

4 对上海发展分布式供能系统的建议

迈进2 l世纪,实现能源、环境和经济的协调发展已成为人们所共同追求的目标,节能减排目标对经济发展的约束越来越强,我们必须从战略和全局的高度,努力提高能源利用效率,推广新能源、新技术的应用,以“低能耗、低物耗、低污染、低排放”为原则,实现低碳可持续发展。推广分布式供能系统,将有利于上海能源结构的优化调整,进一步提高能源利用效率,减少环境污染。我国分布式供能技术还处在初步发展阶段,但是发展分布式供能系统无疑将成为中国建设低碳城市的一项重要措施,有着非常广阔的发展前景,特别是上海这样的经济发达的大都市,为了更好地做好节能减排工作和保障能源供应的安全性,发展发展分布式供能系统不仅是可能的而且是必要的。上海目前有许多公共建筑的建筑节能潜力很大,随着产业结构的调整和第三产业的发展还会有大量的大型建筑和公共设施建设项目,无论是已建建筑还是在建和待建项目,都可以考虑建设分布式供能系统,建议政府组织力量加大调研和规划设计力度,争取在3～5年内大规模推广分布式供能。

当然,目前要大力推广分布式供能系统还有不少困难。首先,分布式供能系统的主要设备小型/微型燃气轮机设备产品还没有国产化,进口设备价格较贵,因此建议市政府在规划分布式供能系统发展的同时,依托上海在发电设备产业的良好科研基础和制造能力,组织人力、物力对小型/微型燃气轮机的国产化进行技术攻关,争取在小型/微型燃气轮机的制造领域内成为全国的领头羊,使得本市节能减排与装备制造业发展相互促进,步入良性循环的轨道。其次,分布式供能系统的大量并网运行还有困难,智能电网是目前能源领域中的热点技术,上海政府非常重视智能电网的研发,建议把分布式供能系统的并网运行列入智能电网的重点课题加以推动。