试论我国分布式发展天然气最佳路径与分布式能源系统设备分析.docx
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试论我国分布式发展天然气最佳路径与分布式能源系统设备分析
试论我国分布式发展天然气最佳路径与分布式能源系统设备分析
中国发展天然气最佳路径之分布式研究分析
在思科、英特尔、苹果等IT巨头云集的电子工业和计算机业王国——美国硅谷，为这些公司信息系统的“心脏”——服务器中心持续运行，GE公司生产的两台航改型燃机发挥了大作用。
通过燃机的联合循环应用，在提供安全、可靠的电力的同时，用水直喷法与选择性催化还原实现脱硝，为“心脏”创造适宜的生存环境。
这是GE技术在分布式能源应用中的现实图景。
如今，这一图景也在中国上演。
在北京昌平，由中国石油天然气集团建设的新数据中心中，安装了5台GE颜巴赫内燃机，整体效率高达85%，让数据中心的耗能费用降到最低，成为了中国第一座达到工业数据中心现场制冷和供热要求的热电站。
天然气的时代进行时
天然气分布式能源是当前分布式能源发展的主要形式，该形式是利用天然气冷热电三联供系统发电后产生的余热，直接进行制冷或供热，实现能源的梯级利用，全年综合能源利用效率不低于70%。
冷、热、电三联供的天然气分布式，并不是新鲜的概念。
而在当下，随着新型城镇化号角的吹响，在政府推行绿色、低碳经济的时代背景下，受到了业界的追捧。
与此同时，在全世界范围内，一个基本共识悄然形成——“天然气时代”已经来临。
在经历了以煤炭、石油为主体能源的时代之后，天然气作为清洁能源中的一员，将扮演起更为重要的角色。
据GE发布的“天然气时代”白皮书预测，到2025年，全球天然气消费将比目前增长三分之一以上。
近几年来，我国能源需求快速增长，石油对外依存度逐年增加，在我国一次能源消费比例70%左右的煤炭消费量不断上升，令自然环境不堪重负。
天然气成为当下保障能源供给、优化能源结构的最佳选择。
根据《天然气发展“十二五”规划》，预计2015年我国天然气消费量为2300亿立方米左右，用气普及率将进一步提高，供应能力将超过2600亿立方米（包括煤层气、页岩气及煤制天然气等非常规天然气和进口天然气），到2015年天然气占一次能源消费总量的比重达到7.5%。
政府前所未有的重视
事实上，中国政府正在以前所未有高度重视天然气行业的发展。
就在上个月，国务院发布《大气污染防治行动计划》（以下简称大气“国十条”），其中特别提出鼓励发展天然气分布式能源等高效利用项目。
更早的2011年10月，国家发展和改革委员会等4部门联合发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》。
《意见》明确指出“十二五”期间建设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5000万千瓦。
相关政策出台以及政府发展天然气的决心成为了分布式能源发展的必要条件，也催生了相关产业的爆发式增长。
如果按照每千瓦需要3500元投资计算,预计未来十年分布式系统建设需要发电设备总投资高达1500多亿元,如果加上余热锅炉、大型制冷机等装备发展，市场机会可超过2千亿元。
同时，为发挥分布式电源效能的有效方式，微网作为一项新兴的技术，也将对相关产业带来巨大的行业升级机会，市场容量非常可观。
让国外的技术和经验在中国落地生根
在过去的两年间，美国“页岩气革命”也波及到中国。
值得注意的是，在美国，天然气管网主要是由州际主干管道和州内主干管道组成。
受到地理条件等诸多因素的限制，中国不可能像美国一样建设如此密集的页岩气管网。
此外，天然气在我国尚属稀缺性资源，每年都要从国外大量进口以补充国内产量的不足。
因此，高效利用天然气显得尤为重要。
天然气分布式能源似乎成了最合适的路径选择。
作为分布式能源领域的先行者，已经拥有一套成熟的热电联供及分布式能源解决方案以及丰富实践经验的GE有着光辉的应用史。
在印度尼西亚首都雅加达商务中心，安装了9台颜巴赫J620天然气内燃机；在可口可乐希腊装瓶厂，因为使用颜巴赫内燃机，每年减少40%二氧化碳排放；在宝马集团德国巴伐利亚轻合金铸造工厂，2台颜巴赫内燃机令该厂的热点联产系统整体利用效率高达83.6%。
为了让内燃机在中国有着广泛地应用。
2011年，GE还与最大的天然气分布式能源投资方中国华电集团成立合资企业——华电通用轻型燃机设备有限公司，主要生产航改型燃气轮机。
除了高品质的发电设备，发展微网技术是分布式能源发展的不可或缺的条件。
GE在微网技术方面处于领先地位，并有着丰富的经验。
GE在美国贸易发展署的支持下与中国电力科学研究院合作，共同研究中国智能电网的发展。
据GE预计，随着发动机及较小规模的燃气轮机技术的发展并变得更为高效，分布式发电将能更有效地与集中式发电进行竞争。
随着中国城镇化进程的加快，在基础设施有限且监管和金融体系不发达的新兴市场，分布式能源极具吸引力。
毫无疑问，这也为GE提供了更为广阔的舞台。
就像杰里米•里夫金（JeremyRifkin）在其《第三次工业革命》一书中提到，能源的分散将会带来通信、基础结构超越地理疆界的“洲际化”，正如互联网将人类连接到一个分散、合作式的虚拟空间里一样，第三次工业革命将人类连接到一个与其平行的泛大的政治空间中——分散的、合作式的、网络化的。
这也就意味着，分布式将在未来发挥越来越大，乃至超乎想象的作用。
天然气分布式能源系统设备分析
天然气分布式能源站主机包括：
燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、热交换站、制冷设备等。
表1：
长沙黄花机场分布式能源项目系统配置
表2：
北京燃气大厦分布式能源项目系统配置
作为天然气分布式能源系统核心设备，燃气轮机的选型决定系统功率，也占据系统设备投资较大比例。
微型燃气轮机和航改型燃气轮机是分布式能源系统核心设备。
燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
主要应用于发电、军用船舶、车辆（坦克、工程车辆等）、航空推进。
表3：
燃气轮机分类
重型燃气轮机是国家优先发展的10项重大技术装备之一，尤其是燃气-蒸汽联合循环机组和整体煤气化燃气-蒸汽联合循环机组。
天然气资源进入大规模开发利用阶段，燃气轮机正在形成一个巨大的市场。
燃气轮机的市场造价约3000元/kW；到2020年全国燃气轮机联合循环装机容量将达到5500万kW，对应市场空间达1600亿元。
微型燃气轮机（简称微燃机），功率范围为30-300kW，是分布式能源系统的核心设备。
以天然气为燃料、以微燃机为核心（设备还包括余热锅炉、吸收式制冷机或除湿机等）的冷热电三联产的微燃机分布式能源系统，在国内分布式能源项目中得到广泛应用。
航改型燃气轮机属于轻型燃气轮机，是天然气分布式能源发电系统的核心设备，由航空发动机改进而成，具有高效、稳定、灵活、低排放等优点。
长期以来，我国燃气轮机技术国产化一直没有取得重大突破，2011年华电集团于GE公司在上海成立合资公司生产航改型燃气轮机。
余热锅炉是天然气分布式能源系统中的必要设备，燃机余热锅炉市场将明显受益于天然气分布式能源系统设备招标。
余热锅炉工作原理是燃油、燃气、燃煤经过燃烧产生高温烟气释放热量，高温烟气先进入炉膛，再进入前烟箱的余热回收装置，接着进入烟火管，最后进入后烟箱烟道内的余热回收装置，高温烟气变成低温烟气经烟囱排入大气。
余热锅炉大大地提高了燃料燃烧释放的热量的利用率。
图1：
余热锅炉
目前国内利用溴冷机进行余热利用的行业领军企业主要包括长沙远大、双良节能、大连三洋，及烟台冰轮的控股子公司烟台荏原空调，市场格局相对稳定。
长沙远大主要占据南方市场，其直燃式机组国内销量第一，出口占比也较大。
双良节能是最早开展余热利用及余热能源管理的企业，技术和成本控制能力领先。
天然气分布式能源项目投资单价约400-500万元/MW。
当前全国天然气分布式能源项目总装机容量约500MW，根据国家规划到2020年
天然气分布式能源总装机容量达5000MW，缺口达4500MW。
天然气分布式能源项目总投资规模达1800-2250亿元。
表4：
分布式能源项目投资
1、我国城市生活垃圾清运量年增3%
2011年，我国城市生活垃圾清运量为1.64亿吨，随城市化率和经济生活水平提高而呈缓慢增长态势，在2000-2011年间年均增速在3%左右，详见图1。
在2000-2011年间，我国城市人均生活垃圾清运量略有变化，但基本保持在240kg/人.年以上，相当于0.67kg/人.日，详见图2。
我们预计未来10年我国城市化率水平有望保持年增1个百分点左右的水平，在人均生活垃圾清运量不变的情况下，未来10年国内城市生活垃圾清运量有望保持1.5%-2%的增长。
图1：
我国历年城市生活垃圾清运量及城镇化率
图2：
我国历年城市人均生活垃圾清运量（kg/人）
2、我国城市生活垃圾无害化处理能力年增8.1%
2011年我国城市生活垃圾无害化处理量为1.31亿吨，无害化处理率为79.7%，2007年后国内生活垃圾的无害化处理量和无害化处理率逐渐攀升，详见图3。
自2003年-2011年，我国城市生活垃圾无害化处理能力从21.96万吨/日上升至40.91万吨/日，年均增长8.1%，详见图4。
根据《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》，2015年我国城镇生活垃圾无害化处理能力将达到87.15万吨/日，较2010年增长90%，年均增长13.8%，十二五期间我国城镇生活垃圾处理总投资将达2636亿元，较十一五期间的561亿元大幅提升，详见表1。
2015年后我国城市生活垃圾无害化处理率将得到明显提升。
表1：
2015年我国城镇生活垃圾无害化处理主要目标
图3：
我国历年城市生活垃圾无害化处理情况
图4：
我国历年城市生活垃圾无害化处理量（万吨/日）
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