關于工業(yè)領域發(fā)展分布式供能的幾點思考

上海市節(jié)能協(xié)會工業(yè)領域分布式供能發(fā)展研究課題組 施明融 吳 亮 畢毓良

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的深入推進，能源資源消耗持續(xù)增加，大氣污染防治壓力不斷加大。以可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題日益突出，損害人民群眾身體健康。工業(yè)企業(yè)燃煤鍋爐的使用是大氣污染的重要成因之一。

針對日益惡化的大氣環(huán)境，國務院于2013年9月印發(fā)《大氣污染防治行動計劃》，指出要加強工業(yè)企業(yè)大氣污染綜合治理：全面整治燃煤小鍋爐，加快推進集中供熱、“煤改氣”和“煤改電”工程建設。上海市政府于11月出臺了《關于進一步加大力度推進燃煤(重油)鍋爐和窯爐清潔能源替代工作的實施意見》[以下簡稱：66號文]，明確到2015年底全市將通過“煤改電”和“煤改氣”等技術完成2898臺燃煤(重油)鍋爐和窯爐的清潔能源替代。到2017年底，完成集中供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐的清潔能源替代。

天然氣分布式供能系統(tǒng)（以下簡稱：DES－Distributed Energy System）通過熱（冷）電聯(lián)產(chǎn)，提高能源綜合利用效率，實現(xiàn)運營成本的最低化，非常適合部分工業(yè)企業(yè)用戶替代燃煤鍋爐使用，特別是4蒸噸/時以上、年利用時間在4000小時以上的燃煤鍋爐替代首選方案。

DES是一種新型的供能系統(tǒng)（圖1），其基本特點是：系統(tǒng)構建的基本原則是“以熱定電、熱電聯(lián)供、溫度對口、梯級利用”，系統(tǒng)能源綜合利用效率高；一次能源是天然氣等清潔能源；產(chǎn)品是復合能源，包括電能和熱（冷）能。分布式供能系統(tǒng)必須建設在用戶側，與低壓配電網(wǎng)連接，其生產(chǎn)的電能和熱能（包括冷能）就地消費，不占用高壓電網(wǎng)資源和基本不發(fā)生電能輸送損失。

圖1 天然氣分布式供能系統(tǒng)典型架構圖

DES比較傳統(tǒng)供能有如下優(yōu)勢：能源梯級利用，實現(xiàn)能源綜合利用效率大于70%；節(jié)能減排，相比傳統(tǒng)供能可以實現(xiàn)節(jié)能20%以上，減排溫室氣體40%以上；調(diào)峰削谷，一般隨用戶上下班起停，對電網(wǎng)具有調(diào)峰作用，能夠減小電網(wǎng)峰谷差；布置靈活，可以布置在建筑物的地下室和屋頂，有利于節(jié)約城市土地資源；提高能源安全系數(shù)，在大電網(wǎng)停電時，可以提供備用電力，提高用戶的供電可靠性；優(yōu)化能源系統(tǒng)，夏季能夠協(xié)調(diào)天然氣和電力的平衡供應，優(yōu)化能源系統(tǒng)的運行。由此，在發(fā)達國家已經(jīng)具有較大規(guī)模，我國政府也同樣予以大力提倡和支持。

DES按其用戶分類，可以分為民用性（下簡稱CDES：Civil Distributed Energy System）和工業(yè)性（下簡稱IDES：Industry Distributed Energy System）兩類。兩者的基本含義相同，而用能場所和特性有較大差別。迄今為止，本市的分布式供能項目多屬于民用性項目，以商業(yè)或者醫(yī)療機構為主要服務對象，以調(diào)節(jié)空氣溫度為主要目標。由于本市處于亞熱帶地區(qū)，空調(diào)在春秋季的負荷甚低，CDES系統(tǒng)容量配置受到很大限制。工業(yè)企業(yè)熱負荷一般比商業(yè)建筑大得多，IDES以滿足生產(chǎn)用熱（蒸汽或者熱水，少數(shù)有冷負荷）為主，負荷與氣候變化沒有密切關系，完全取決于產(chǎn)品生產(chǎn)是否飽滿，對于連續(xù)生產(chǎn)的工廠，一般裝機需求規(guī)模大，可以帶來更好的經(jīng)濟效益和節(jié)能減排效果。

IDES是DES發(fā)展的新階段，相比CDES，IDES的機組容量更大、系統(tǒng)效率更高、節(jié)能減排的社會效益和能源成本降低的企業(yè)經(jīng)濟效益更好，供能率（系統(tǒng)供給企業(yè)的能量占企業(yè)總用能量的份額）更高。迄今，本市CDES項目的供能率均為20%左右，而IDES項目的供能率將在80%以上。

在工業(yè)領域推廣DES項目建設有利于促進DES從政府推進為主的示范性發(fā)展到政府政策指導、企業(yè)推進為主的市場化發(fā)展；從社會節(jié)能減排效益為主到社會效益和企業(yè)經(jīng)濟效益共贏；項目裝機容量從民用型的千瓦級到工業(yè)型的兆瓦級發(fā)展。

IDES具有嚴格的建設條件，并非所有工業(yè)企業(yè)全部適宜建設。主要有以下幾點：

（1）前提條件——企業(yè)不違背本市產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整發(fā)展方向。不符合本市產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整方向的企業(yè)未來將面臨日益嚴峻的節(jié)能減排等壓力，面臨關?；蛘咄膺w，因此不建議這類企業(yè)發(fā)展分布式供能。

（2）必要條件——有連續(xù)穩(wěn)定的用熱（冷）需求。一般要求年供熱利用小時超過4000小時（一般為二班制或者三班制），熱負荷平穩(wěn)連續(xù)；

（3）充分條件——具備燃氣和電網(wǎng)接入條件，廠區(qū)內(nèi)具有安裝場地。

IDES的發(fā)展可分為兩個階段：一是工廠型項目，2015年前為集中建設階段；二是園區(qū)型項目，2017年前為集中建設階段。

本市建設IDES潛力甚大：預計工廠型的裝機容量可達300MW，園區(qū)型的裝機容量可達1300MW，到2017年底，合計裝機容量可達1600MW，占全市DES總量的90%，占上海市發(fā)電裝機容量比重將從目前的0.07%提升至5.9%。

IDES項目的能源綜合利用效率，可達75%以上。與傳統(tǒng)供能系統(tǒng)比較，節(jié)能率和二氧化碳減排率均大于25%，二氧化硫和顆粒污染物的排放接近于零。

IDES項目滿足能源綜合利用率75%且年利用時間大于4000小時等條件時，將具有良好的經(jīng)濟效益。相比用天然氣鍋爐供熱，其單位蒸汽成本將降低40%以上，投資回報年限將縮短至6年左右。

IDES對可靠性要求遠高于CDES?？煽啃院徒?jīng)濟性是IDES的兩條腿，缺一不可。須按照企業(yè)經(jīng)濟實力和生產(chǎn)特點，制定系統(tǒng)可用系數(shù)和非計劃停用次數(shù)的標準值。以全生命周期可靠性評估方法，推薦全生命周期可用率不小于84%。建議加強可靠性管理，當前特別要重視明確系統(tǒng)優(yōu)化模式和對設備售后服務質(zhì)量的要求。

IDES從工廠型到園區(qū)型發(fā)展的每個階段，都應按照自身特點選擇適合自身需求的自主型、介入型或者結合型等的運營模式，以達到預定目標。

原動機組國產(chǎn)化是IDES發(fā)展的必要前提。建議采取先本土化，后自主化，或自主化和本土化同步推進的國產(chǎn)化實施策略。國產(chǎn)化啟動已有長足進步，但是目前多頭布局，互不通氣，阻礙了國產(chǎn)化健康發(fā)展，建議政府有關部門研究引導，以求不失去歷史機遇。