分布式供能是“十二五”能源战略重点

分布式供能是中国“十二五〞能源战略重点华贲华南理工大学天然气利用研讨中心2021年11月8日.北京2021中国天然气分布式能源国际顶峰论坛主要内容一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的开展三、CHP和CCHP的“大〞与“小〞的界定和选择根据四、自创国外、分析国情，辨明中国开展DES/CCHP之路五、区域型DES/CCHP是中国电力开展的需求六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力不能忽视七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的开展八、小结：当前进一步推进天然气分布式供能的着力点一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应控制地表温升不超越2°C全球CO2排放量到2020年达峰值，307/320亿tCO2/a;2030年降到240-260亿tCO2/a;到2050年那么降至100亿tCO2/a;左右〔1990年的一半〕但是，30亿人口的新兴国家工业化。IEA估计2030年世界能源需求将比2005年添加60%。一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应IEA：2021全世界碳排放总量已达306亿吨，人均4.37吨；2021年316亿吨，逼近2020年的控制目的320亿t/a.2021年中国排放CO267亿t/a，人均4.86吨，超越世均。2911年添加9%，达74亿吨占全世界总增量70%。2021年4月夏威夷监测站：CO2浓度已达394.97ppm.控制气候变化，减排CO2，是人类可继续开展的硬约束中国政府承诺：2020年碳强度降低40-45%，情势严峻。一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应产业构造、能源构造、能效决议能源强度ε和碳强度κ产业构造调整的关键是转变经济增长方式、落实科学开展提高能效：的转变:一次能源：煤70%向天然气、可再生能源转型传统先进：天然气DES/CCHP，能效>70%加快能源消费和利用方式一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应

“十二五〞能源规划与“十一五〞的比较一次能源煤石油天然气核能和新能源总计“十一五〞701848100(31)“十二五〞6517711100(41)规划耗费量3952600亿t/a亿t/a亿m3/a“十二五〞新增电煤5.7+煤化工耗煤6.3亿=12亿t/a，已超越“十二五〞净增煤耗7.5亿t/a的量。“十二五〞没有煤用作新区的燃料；石油增量不敷交通运输增长需求。工业和建筑物燃料只能靠天然气；交通运输也需气代油-6+6水、风、核—95%用于发电一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应2021年GDP按可比价钱增长9.2%。总能耗增7.35%34.89亿tce/a。能源弹性系数0.8，比“十一五〞的0.576高出38.9%。能源强度ε1.017，仅比2021年下降1.6%。高能耗、高污染行业的增长>GDP增长：化学原料和制品14.7%、钢材12.3%、10种有色金属10.6%、水泥16.1%“〞两个转变落实不够。停留在传统方式没有出路！---后4年必需完成整个5年义务.问题：1、下游市场用户如何用得起天然气？2、能源利用效率如何较大幅度？3、天然气电如何经济地上网？加快能源消费和利用方式一、当前中国能源战略目的重点是提高能效和保证供应表2021/2020年中国天然气消费构成统计和估计，单位：%用户类别发电和能源部门工业燃料建筑物燃料民用燃气工业原料运输燃料200920237202010202025251020515NGV燃料---汽柴油民用气---LPG工业原料---石油对天然气价钱的接受才干较强。发电和工业、建筑物燃料----煤价钱接受才干最弱，依托CCHP提高能效来改良。二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的开展二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的开展

1、摆脱热电联产的思想定势，树立冷热电联供的科学理念热电联产CHP是上世纪燃煤时代的能源技术，比分产是一大提高：CHP=发电上网+抽低压蒸汽目的：热电比但不论蒸汽能否高能低用。例：1MPa蒸汽供暖。天然气冷热电联供是气体能源时代、能源转换到终端利用的全过程大系统优化的技术。而迄今流行的思想定势：CCHP=CHP+蒸汽吸收制冷是过于简单化的了解二者的关系可以概括为：CCHP=CHP+科学用能、系统优化目的：能效70%2023/12/2811传统方式与分布式冷热电联供方式比较传统方式冷热电联供方式二、由热电联产向分布式冷热电联供能源系统的开展“分布式能源DES〞是英文“DistributedEnergySystem〞直译。它的中心特征是藉冷热电在负荷中心就地直供实现最高能效，因此必需建立在冷、热、汽、电负荷中心。按中心或本质特征应翻译成“分布式供能系统〞或“分布式冷热电联供能源系统〞，不拘于联产热电。能源：化石能源、可再生能源、工业余热均可；转换：燃气轮机、内燃机、燃料电池、锅炉；终端供应技术：直接换热、热泵、吸收或紧缩制冷目的：最高的能源利用效率，最低供能本钱，最少碳排放DES/CCHP的典型流程

“温度对口，梯级利用〞的科学用能、系统优化热泵采暖制冷生活热水电供蒸汽2023/12/2814工程实例：清远华侨工业园

25km2、12万人

1个能源站

3个区域供冷站〔在负荷中心〕，

假设干个热水供应站〔在酒店和住宅负荷中心1万人/个〕2023/12/28152023/12/2815预测2020年冷热电联供系统节能和减排目的供能形式电力工业蒸汽生活热水空调冷能年供应量126633.2万kWh72万t225.84万t33763.2万kWh总能耗常规分供59.3万吨标煤/aCCHP36.2万吨标煤/a；能效：48.8%CCHP节能量21.3万吨标煤/a；能效：77.5%CO2排放量常规分供156.71万t/aCCHP66.07万t/aCCHP减排量90.64万t/a三、CHP和CCHP的“大〞与“小〞的界定和选择根据三、CHP和CCHP的“大〞与“小〞的界定和选择根据能源转换设备的集中〔大〕与分散〔小〕是相对的一次能源基荷煤电天然气发电水电光伏发电风电集中单台0.5—1GW60—360MW百MW十MW几MW大电站假设干GW百MW几百—千MW-----GW分散小300—350MW十MW<50MWkWMW终端能源供应系统集中〔大〕与分散〔小〕那个好？没有争议。百MW级的集中供暖系统优于<10MW的小锅炉和<0.1MW的户式壁挂炉。百t/h级的大工业锅炉集中供蒸汽优于<10t/h级的小锅炉供汽。区域供冷DCS优于分体空调或中央空调。三、CHP和CCHP的“大〞与“小〞的界定和选择根据“分布式冷热电联供能源系统〞的经济规模不是越大越好，而是由就地直供的冷、热水和蒸汽的经济保送间隔决议按照一个能源站带几个DCS的方式,〔建立部规范：DCS的5-12°C冷水保送间隔<1.5km〕蒸汽和采暖热水的经济保送间隔8--10km10kV电力经济保送间隔2km,110kV以上远得多。区域型DES/CCHP可以覆盖几十km2的范围，根据人口和产业规模，电力装机可达百MW级。三、CHP和CCHP的“大〞与“小〞的界定和选择根据DES/CCHP的本质特征是“分布式冷热电联供能源系统〞规模大小不是DES的本质特征。但规模与效率亲密相关区域型DES/CCHP是较大型前置机组与高效城市集中供热/区域供冷的结合。效率和经济性优于MW级小系统。但不是任何地方和条件都可以构建较大的、区域型DES.西方国家1970年代在老城区建构DES受条件限制。1、城市功能区规划，2、冷热蒸汽管道路由，3、开发商的规划权限。所以数量上小型居多。当前中国开展区域型DES/CCHP的挑战和机遇30年快速开展构成的600多个城市面临土地和人口困局，在工业化、城市化中期进一步科学开展之路是在近郊规划建立假设干新工业区或新城区。全国上千个新区是2021—2020大部分增量经济所在之地人多地少的中国，新区工业、商业中心和住宅三种功能区集成布置，使冷、热、电、汽等终端耗能有能够实现大规模的分布式天然气高效联供DES/CCHP。经过大幅度提高能效，实现天然气代煤，保证天然气下游市场拓展，和经济开展的能源供应；也降低了气电本钱。这是中国能源系统集成创新的历史性机遇。区域型DES实例：〔1〕深圳光明新区2×9FDES/CCHP21345电厂选址2021年光明新区居住人口约为80万，156平方公里按照光明新区的规划，到2020年新增居住用地.1公顷，规划综合医院10处，建筑多个星级宾馆集中供生活热水的经济供应半径可达10km，2021年主要供应半径5km内的光明高新区,光明中心区,公明中心区,将石效力区,玉田效力区，满足30万人需求〔2〕珠海横琴新区冷热电联供能源站

向26KM2、25万人的横琴岛商住、工业、旅游区和澳门大学提供综合能源供应效力。

与传统方式比较能效提高61%达80.1%，CO2排放降低57%澳门大学横琴冷热电联供能源站2023/12/2823株洲职教城

规划建立内容：

13.9km2，

2020年22-28万人;

1个能源站

5个区域供冷站

假设干个热水供应站〔在酒店和住宅负荷中心，1万人左右/个〕能源站能效从58.5%提高到81.8%近期北区开发地块近期南区开发地块60km250万人规划开发面积与8km2起步区规划区域九龙工业园(2)广州中新知识城2021—2030年能源规划2023/12/2825启动区总体开展规划：15.1km2，11万人;

建立用地1070万m2。

规划建立内容：

1个能源站,3--6台ML6000航改机组

4个区域供冷站〔在负荷中心〕

假设干个热水供应站〔在酒店和住宅负荷中心，约1万人/个〕四、自创国外、分析国情，辨明中国开展DES/CCHP之路自创国外、分析国情，辨明中国开展DES/CCHP之路

为什么美国商用建筑物DES/CCHP绝大部分都是小型的，但却有很大的经济效益，而中国迄今大部分“楼宇型〞、“用户型〞DES/CCHP都赔钱呢？中美两国工人工资以本国货币计算数额差不多。但美国天然气价只需20-30美分/m3，中国是人民币2-4￥/m3；每kWh电价在美国同每m3气价差不多，而在中国是气价的1/4左右。DES的中心设备—燃气轮机或内燃机---在美国是用美圆计价的，进口到中国后其人民币价钱就高了6-7倍。中国开展DES的最大妨碍是天然气价钱与电价未完成方案经济向市场经济的转变。必需根据国情探求本人开展之路。系统方式装机〔MW〕容量比〔％〕系统数〔座〕数量比〔％〕平均装机〔MW〕结合循环211042.8272.878.1锅炉/蒸汽134127.2606.122.4燃气轮机93318.910410.69.0内燃机50610.377078.60.7其他360.7191.91.9总计49261009801005.0

2000美国商用DES/CCHP(总装机5GW)型式的比较另有1016座工业CHP/CCHP,总装机45.5GW,平均45MW2021年美国3738座CHP/CCHP中>100MW的198个，占座数的0.05%，占装机总量的65%。四、自创国外、分析国情，辨明中国开展DES/CCHP之路开展不同规模的分布式供能工程对全国能源效率的影响在“十二五〞期间增量经济主要所在的新区全面推行DES/CCHP1000个能效到达70%的DES/CCHP工程规模：1、平均规模到达100MW，总装机100GW,占全国总装机的7%(美国2000年程度)；使能效提高4-5个百分点。2、平均规模10MW，总装机容量10GW,占全国总装机的0.7%，对能效提高和保证供应作用无足轻重.新区规划分布式供能系统是提高增量经济能效的关键“十二五〞年增8.5%，2021年中国经济总量比2021年增长50%。增量经济15.7万亿元大部分将在上述新规划的区域---是转变经济增长方式，实现资源节约型、环境友好型，绿色、低碳，新的科学开展方式的主战场。许多新区能源规划按过去的水、电、气、油、煤数据外推，加上热电联产、热网规划。没有从一次能源到终端需求的冷、热、电、汽全过程的高效联供的分布式供能规划；提高能效非常有限。在新规划区开展区域型DES/CCHP的挑战和机遇区域型DES/CCHP的优势单位投资低多用户时、空集成互补，充分发扬联供高效大机组本身效率高，多台并联、负荷率高协同电网调峰，获得较高上网电价〔110-220kV)“十二五“在新区普遍推行DES/CCHP是经济开展能源保证的关键要素！四、自创国外、分析国情，辨明中国开展DES/CCHP之路

现有城区、工业区开展DES/CCHP的对策不拘于“楼宇型〞或“用户型〞框框的小型DES按照冷、热、汽负荷多种类、多时段互补，减少传热温差、能量梯级利用，尽能够选用高效、廉价设备等三个条件，就可以实现能效、经济性和碳减排三目的。能效>70%。选择一个冷热电负均荷较大的用户为投资主体，按照市场机制向临近用户拓展冷、热水或蒸汽的市场，规模以不向电网售电为度。管道路由的并非完全不可抑制。美国芝加哥10万RT的DCS是从2万RT的根底上逐渐扩展的四、自创国外、分析国情，辨明中国开展DES/CCHP之路

现有区域开展DES/CCHP的出路和支撑条件国产设备，减低单位投资。外国公司在华设厂技术转让国家补贴投资不如以天然气价钱和税收优惠支持。方法：到达70%能效的DES/CCHP不论大小，均按发电/大工业用户，享用较低天然气价，免增值税。关键：找准内部要素最适宜条件，做好系统优化规划。四、自创国外、分析国情，辨明中国开展DES/CCHP之路

改革天然气和电力体制和机制是开展DES外部条件目前天然气价钱与上网电价倒挂，不仅制约DES开展,更不利于天然气下游市场拓展。逐渐按照市场机制改革现有的天然气和电力的方案经济价钱体制；从根本上理顺有利于DES/CCHP开展的、符合经济规律的经济条件。日前公布的国家能源“十二五〞规划中强调：“完善DES上网电价构成机制和政策〞，曾经吹响了深化改革的号角。DES/CCHP大开展的新局面翘首可待。五、分布式供能是中国电力开展的需求

2023/12/2836五、分布式供能是中国电力开展的需求电力快速增长：2021总量7万亿kWh/a，人均5000kWn/a中国资源大部在西部；经济主要在东部。新增水电、陆风电、太阳能光、热发电，煤电70%在西部；输煤/输电比由20降为4----随向低碳转型西电东送加剧。带来的问题：1、2021年电力保送损失比世均高1.5%〔长输+地网〕2、东部电力负荷中心缺乏分散式就地直供电源3、供电可靠性堪忧，电网缺点对经济、社会生活影响宏大

2023/12/2837WindWindstorHydr..PeakGasHydro..PeakWindWindWindGasWindHydrostorCoalCoalCoalHydro&NeuclHydro&NeuclHydro&Neucl五、分布式供能是中国电力开展的需求当前中国电力格局和天然气DES/CCHP的机遇1、小煤电、油电调峰小油电调峰2、风、水配合调峰3、风、水、气配合调峰2023/12/2838五、分布式供能是中国电力开展的需求

DES/CCHP可以按16h/d方式运转区域型DES/CCHP完全可以按16h/d运转---协同电网调峰生活热水本来就是在18:00—24:00间集中运用的；无论16h/d还是24h/d消费都需求1天用量的储存设备；供冷和供暖热泵白天用DES电、夜间用低谷价网电；离散制造业所用蒸汽多半16h/d运转，与DES同步；需求夜间加班运转时，可启动辅助熄灭器。大型过程工业耗蒸汽量大、24h/d运转，可另外设置相应的24/d运转的机组。2023/12/2839五、分布式供能是中国电力开展的需求

当前中国电力格局和天然气DES/CCHP的机遇1、把原来发电、工业和建筑物燃料用的天然气集成起来经过CCHP高效利用，气电总量大大添加；2、可用航改型机组，防止了原来气电调峰的设备问题；3、冷热电联供效率提高，处理了气电调峰经济性问题；4、纯尖峰负荷用非径流水电和抽水蓄能，易于调度操作；5、弥补了白天风电出力小的缺乏是发电一次能源向可再生能源过度的重要手段五、分布式供能是中国电力开展的需求

CCHP以调峰换取可接受的上网电价目前国内天然气与煤的等热值比价大于2。燃煤发电尚有亏损，气电更难赢利。天然气DES/CCHP以调峰换取峰段/平段的电价是合理的；操作权在政府：电监局和物价局。按占总电量75%的大工业用电价钱制定全省一致的百MW级天然气DES上网电价：假设大工业峰段和平段的用电电价分别为Pp和Pe，那么天然气DES峰段和平段的上网电价定为Pp-α和Pe-α〔α<0.1〕。α是协调电网与发电企业利益的关键参数，由电监局和物价局测算定出，并根据经济条件变化而调整。2023/12/2841五、分布式供能是中国电力开展的需求

天然气腰、峰荷增大，减少煤电添加压力到2020年,天然气CCHP调峰电量有能够成倍增长〔添加0.55万亿kWh〕相应减少煤电负担，节省煤电装机1亿kW相应减少西部煤电东送负担，特高压电网建立费用和线损弥补白天风电出力的缺乏DES/CCHP系统中的DCS夜间改用低谷网电，双向调峰2023/12/2842五、分布式供能是中国电力开展的需求

负荷中心CCHP减少远程供电，供电可靠性大大加强已规划的案例新区电力自给率可达50%--100%；个别案例>100%，协助临近现有旧城区可靠供电；保证在大电网事故形状的供电和恢复时黑启动；机组10kV出线可以T接到同级变电站，就地直供减少10---110/220kV输变电损失。对保证新、老城区经济开展的能源供应意义艰苦。2023/12/28432050及以后：随着核能和可再生能源比率不断添加，煤电占比渐渐减小。带冷热联供的气电主要用于配合风、太阳能电和调峰。WindHydro..PeakWindWindWindGasWindHydrostorCoalCoalHydro&NeuclHydro&NeuclWindSolarWindHydrostorHydro..PeakGasSolarWindBatteryChargeBatteryCharge五、分布式供能是中国电力开展的需求向低碳能源时代的电力系统过度的重要途径2023/12/2844五、分布式供能与电力系统协同的重要意义

改善DES/CCHP工程经济性、拓展天然气市场供冷、暖、蒸汽、热水负荷分担了气价，减少发电本钱春秋季节没有或很少供冷热负荷，但也可以调峰和供热水；年运转时数可达4500h/a以上，进一步提高经济性工业、建筑物、发电用户都可以接受，天然气下游市场得以顺利拓展〔2021-2020年间中国天然气猛增〕六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力很大六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力很大

摆脱热电联产的思想定势，树立冷热电联供的科学理念目前2台300MW的CHP机组，抽1Mpa左右、温度的蒸汽，规划的供暖面积是1200万m2。假设充分利用乏汽的冷凝潜热，采用多级抽出低压蒸汽、逐级加热到100°C以上〔温度参数随保送间隔优化〕；在供热端用吸收热泵式换热器与三次供暖循环水换热；供暖面积完全可以扩展到1800万m2以上“科学用能〞、“温度对口〞的关键参数是各级换热设备采用“最优传热温差〞。由于能源价钱上涨速度远远快于设备价钱上涨速度，相对应的“最优传热温差〞越来越小。用板式换热器干净的水—水换热和汽—水换热的“最优传热温差〞⊿T已小到2-3°C。目前大部分CHP工程抽汽加热供暖循环水的⊿T高达50—100°C，“高能低用〞。优化潜力很大。普遍推行天然气DES/CCHP，中心：高能效

“温度对口，梯级利用〞的科学用能、系统优化B、高效供暖，η↑30%六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力很大1〕、电力尽能够就地直供，节省升、降压设备投资和损耗。2〕、不用1MPa蒸汽，而是利用汽轮机排汽的冷凝潜热，极低的抽汽加热、或热泵来消费供暖循环水和生活热水。科学用能的方案可使同样机组供暖面积添加50%北京市6.5亿m2供暖面积中只需1.5亿是CHP，冬季日耗天然气7000万m3/d。利用6环路以外远程燃煤电厂的废热+市区内天然气DES/CCHP，天然气日耗量可以减半。六、现有热电联产CHP改造为CCHP潜力很大现有燃煤CHP供暖机组，也完全可以向酒店、住宅小区、集体宿舍供应生活热水〔春秋都需求〕夏季向公共建筑〔商厦、酒店、机关、学校、医院等等〕供应空调冷水，替代中央空调在优化设计之下，供暖水循环回路管网，可用于空调冷水循环燃煤CHP机组按照CCHP理念改造，能效到达70%，应也可享用国家支持分布式供能的政策，包括上网电价和电力就地直供。七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的开展七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的开展可再生能源同样有集中和分散利用两种方式。由于科技提高加速，未来在DES/CCHP工程中分散利用的可再生能源技术将与如今大不一样。例如，以百MW级太阳能热发电为根底的DES/CCHP有能够在一个小城镇就地直供冷热电汽，如何如今的天然气DES。核能也可以分散利用，如今的核潜艇、核动力航空母舰就是一例。未来百MW级先进的核能DES/CCHP就地直供冷热电汽未必没有能够。分布式DES/CCHP30-40年后将由天然气为主转向可再生能源为主。七、分布式供能随着核能与可再生能源增长的开展随分散利用技术和机制将越来越完善，例如在智能电网架构下，屋顶光伏发电可以自动接入低压配电网，2030年以后的分布式就地供能系统中天然气占比会逐渐降低，可再生能源占比