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我國發展天然氣熱電聯產是大勢所趨
作者:管理員    發布于:2020-03-13 17:28:51    文字:【】【】【

導讀:天然氣熱電聯產是目前能源綜合利用效率最高、且環保低碳的一種能源利用方式。但受目前國內的行業政策及產業配套不夠完善等因素的影響,天然氣熱電聯產行業發展存在一些制約因素,因此也引起了一些人的疑慮。如何看待天然氣熱電聯產,來聽聽企業大咖的觀點。

近期,是否應在國內發展天然氣熱電聯產成為業內爭鳴與社會輿論的熱點,個別學者認為我國不應再發展天然氣熱電聯產,而筆者認為,天然氣熱電聯產與煤電相比具有節能高效、環保低碳、節約資源等諸多優勢,與可再生能源(風電、光伏發電等)相比,則具有更好的調度靈活性與供給穩定性。無論是從能源結構調整和經濟轉型的宏觀角度,還是從清潔低碳標準日益提高的城市用能終端的微觀角度來看,天然氣熱電聯產都是未來能源發展的重要方向,應成為天然氣利用的主要形式之一。

隨著國民經濟的快速發展,許多工業企業除了電力以外,也需要大量的熱力產品,以滿足生產過程的用能需求,而天然氣熱電聯產正是目前能源綜合利用效率最高、且環保低碳的一種能源利用方式。但受目前國內的行業政策及產業配套不夠完善等因素的影響,天然氣熱電聯產行業發展存在一些制約因素,因此也引起了一些人的疑慮。筆者就此進行淺析,與大家共同探討。

疑慮一:發展天然氣熱電聯產會影響能源安全嗎?

1、天然氣來源多元化

天然氣熱電聯產使用的氣源有國內自產氣,也有進口氣,且進口氣戰略方向很多:有從西北地區入境的中亞天然氣,有從云南入境的緬甸天然氣,有從東北地區入境的俄羅斯天然氣,還有海運來的進口LNG。氣源多元化,促進了相關產業及配套設施的逐步完善,可以更好地保障天然氣供應。

2、天然氣熱電聯產項目是氣網、電網安全運行的重要保障

天然氣熱電聯產項目具有雙調峰功能,可保障電網、氣網安全運行。一方面,燃氣輪機的調峰性能優越,在啟停速率和低負荷運行深度調峰等方面均優于煤電。天然氣熱電聯產項目可以深入負荷中心,滿足潮流分布等電網調峰需求,保障電網運行安全。另一方面,天然氣熱電聯產項目對氣網也具有調峰作用。天然氣的特點是不易儲存,壓力過高或過低都會影響氣網運行安全,天然氣熱電聯產項目相當于動態的儲氣設施,可以根據氣源氣量的供應以及管網的安全運行壓力,快速響應,及時增加或減少用氣量,更好地保障氣網安全穩定運行。

疑慮二:我國發展天然氣以減少煤炭消耗的方向對不對?

1、我國煤炭進口逐年遞增,但污染治理迫在眉睫

雖然我國煤炭資源儲量較為豐富,但同時也是煤炭消費大國,煤炭消費占一次能源消費總量的70%,僅靠國內煤炭產量遠遠無法滿足需求。自2009年起,我國已成為煤炭凈進口國,進口量從2009年的0.4億噸上升到2018年的2.8億噸,以平均每年約23%的速度大幅增長。如今我國已成為煤炭進口大國,進口煤炭來源從印尼、澳大利亞、越南等國發展到加拿大、美國、南非等33個國家。特別是我國華東和華南等地區產煤非常有限,高度依賴進口煤炭,而進口煤的波動也直接影響了這些地區的產能。

同時,燃燒煤炭造成的環境污染問題日益凸顯,我國二氧化硫排放總量的90%、氮氧化物排放總量的67%、煙塵排放總量的70%和人為源大氣汞排放總量的40%均來自于燃煤,因此,以更清潔高效的天然氣代替煤炭的部分產能,減輕環保壓力勢在必行。

2、天然氣熱電聯產有助于解決空氣污染問題

我國對燃煤發電機組的排放要求越來越嚴格,但由于需投入大量資金實施超低排放改造,生產運營成本增高。實施超低排放改造后,僅是改善了煤電機組的常規大氣污染物的排放,脫硫廢水及報廢后的脫硝催化劑等固廢的處置問題還沒有得到妥善的解決。而且,近年來煤電機組煙氣排放中的可凝結顆粒物對環境的影響也引起了業界的高度重視。而天然氣熱電聯產機組排放要求比燃煤發電機組更為嚴格,即使未經處理的煙氣,污染物含量也低于燃煤發電機組排放值,能減少近100%的二氧化硫和粉塵排放量,減少60%的二氧化碳和50%的氮氧化合物排放量,有助于減少酸雨形成,舒緩地球溫室效應,從根本上改善環境質量。

近年來,京津冀、長三角、珠三角等區域通過對燃煤電廠、燃煤鍋爐和工業窯爐的污染治理與改造,已經有效降低了有害污染物排放。氣候變化、環境保護、治理大氣污染同根同源,霧霾使人們對環境保護、空氣污染治理的重要性有了深刻的切身體會,也為氣候變化等問題的解決贏得了方方面面的支持。北京相比中國其他城市在霧霾解決問題上先行一步,選擇天然氣發電供熱作為實現這個目標的重要途徑之一,因為利用天然氣能高效控制空氣污染,是解決可再生能源間歇性、實現廣泛部署的理想補充能源。

3、發展天然氣熱電聯產可優化能源結構

國務院《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》中提出堅持“節約、清潔、安全”的戰略方針,加快構建清潔、高效、安全、可持續的現代能源體系。重點實施四大戰略:節約優先戰略、立足國內戰略、綠色低碳戰略和創新驅動戰略。其中,綠色低碳戰略,要求著力優化能源結構,把發展清潔低碳能源作為調整能源結構的主攻方向。堅持發展非化石能源與化石能源高效清潔利用并舉,逐步降低煤炭消費比重,提高天然氣消費比重,到2020年,天然氣消費比重達到10%以上,煤炭消費比重控制在62%以內。

目前,我國能源結構仍以煤炭為主,低碳、清潔的天然氣尚未得到充分利用。根據國家能源局印發的《2018年能源工作指導意見》,目前天然氣僅占中國一次能源消耗總量的7.5%,比世界平均水平低了近16個百分點。而從全球能源消費來看,煤炭、石油、天然氣等主要一次能源的消費比例較為均衡。

亞洲其他國家也在積極加快天然氣利用:印度計劃在2024年之前逐步淘汰舊的燃煤發電廠,并將其燃煤發電廠改造成燃氣電廠;泰國正在投資建設新的天然氣管道和液化天然氣接收站,努力將天然氣在其能源結構中的份額保持在50%左右。毫無疑問,天然氣是優化能源供給、實現經濟可持續發展必不可少的組成部分。

疑慮三:天然氣資源稀缺嗎?

1、我國天然氣資源儲量豐富

根據英國石油公司(BP)統計數據,截至2018年底,全球已探明天然氣儲量為196.9萬億立方米。中國已探明天然氣儲存量呈現穩定增長趨勢,中國常規天然氣資源量大約為56萬億立方米,截至2018年底可開采的資源量為6.1萬億立方米。從天然氣產量來看,2018年中國天然氣產量1615億立方米,排名世界第六。另外,我國非常規天然氣儲量豐富,頁巖氣資源儲量全球第一。目前非常規天然氣開發程度較低,但隨著技術進步和石油天然氣體制改革的不斷深入,開發低滲透、深層、深水、火山巖等領域大量的品位低、難動用資源的經濟性將逐步顯現,非常規天然氣資源潛力將不斷釋放。美國之所以能實現天然氣凈出口,就是因為在頁巖氣開采方面取得了技術突破。目前,中石化在頁巖氣開采方面已經具備了比較成熟的技術。相信這些技術會在未來幾年迅速推廣開來,天然氣產量將會得到爆發式的增長。

2、國際市場氣源充足

在國際LNG市場,美國的液化能力正在快速釋放,已成為全球最大的天然氣生產國,并在2017年成為天然氣凈出口國。中石油經濟技術研究院2019年初發布的《2018年國內外油氣行業發展報告》顯示,去年全球LNG出口增量主要來自澳大利亞和美國。其中,澳大利亞出口量為6861萬噸,同比增長21.7%;美國出口量為2105萬噸,同比增長高達63.2%。在2019年5月,國家能源局和美國能源部在我國舉辦了中美兩國天然氣行業的合作論壇,促進兩國的天然氣貿易。除了美國,目前的產氣大國卡塔爾、俄羅斯、加拿大、澳大利亞、印尼等都在投資建設定位于出口的液化廠,全球天然氣供應已呈現寬松的態勢。

疑慮四:天然氣價格高不高?

目前,制約天然氣熱電聯產的主要因素是國內天然氣價格較高。

近年來全球LNG市場需求總量持續較大幅度增長,由2014年的2.39億噸大幅提升至2017年的2.9億噸。2017年我國實行“煤改氣”政策,加上國內的天然氣配套設施不完善等原因,LNG進口價格在2017年下半年大幅上漲。但在國際市場上,LNG現貨價格一直處于較低水平,由于國內天然氣市場尚未完全放開,儲氣設施不完善,造成用戶端價格遠高于天然氣的國際現貨市場價格。2019年以來,國際市場LNG現貨價格持續走低,近期到岸價僅為4.4美元/百萬英熱(折合人民幣1.5元/立方米),遠低于同期國內LNG接收站的掛牌價格及管道氣門站價格。

隨著亞洲地區部分消費國市場需求出現階段性放緩,國內LNG接收站等配套設施逐步完善,以及今后數年內國內外一大批LNG液化站、接收站的建設投運,全球LNG市場在一段時間內將維持供給寬松局面, LNG價格將趨于合理。

另外,我們不能單以價格來比較煤炭與天然氣的經濟性,煤炭雖然價格較低,但廢棄物更多,環保壓力更大,且后續在治理環境方面需付出更大的代價。作為優質高效、綠色清潔的低碳能源,天然氣在降低燃煤帶來的環境污染與社會成本方面有著巨大的價值和優勢。

筆者觀點:發展天然氣熱電聯產項目應成為天然氣利用的重要方向

隨著技術創新與改革政策的不斷推進,中國能源行業正經歷著一場前所未有的變革,向著多元化、清潔化、數字化和市場化的方向轉型。天然氣在中國的推廣與發展,具備豐富的應用場景和顯著的系統性優勢,天然氣熱電聯產應成為天然氣的重要利用形式。相比燃煤機組,筆者認為,天然氣熱電聯產還具有以下顯著優勢:

1、天然氣發電是發達國家發電的重要組成

我國在天然氣發電方面仍處于起步階段,但目前美國、日本、韓國和歐洲等發達國家已經將天然氣發電作為主要能源之一,天然氣發電裝機容量占比越來越高,其中美國42%、英國42%、韓國27%。

據美國能源信息署(EIA) 數據統計,自2015年初以來,美國約有4000萬千瓦的燃煤發電機組退役。在同一時期,美國天然氣聯合循環凈容量增長了約3000萬千瓦。截至2019年1月,美國天然氣聯合循環電廠裝機容量為26400萬千瓦,而燃煤發電廠的發電裝機為24300萬千瓦。2019年5月,美國凈發電量為3316億千瓦時,同比下降2.4%。其中,煤炭發電量為737億千瓦時,同比下降13.6%,煤炭發電自2018年12月以來連續6個月保持下降趨勢;天然氣發電量為1174億千瓦時,同比增長1.1%。隨著越來越多的天然氣聯合循環電廠投用,煤電廠繼續退役,在可預見的未來,天然氣發電仍然是美國最基本的供能方式。

2、天然氣熱電聯產極大地提高了能源利用率

燃煤發電機組中,超超臨界參數機組循環效率為45%左右;超超臨界二次再熱機組的循環效率為48%左右。而采用微孔預混技術的GE 9HA燃機,其DLN2.6e燃燒系統實現了微孔預混和全預混燃燒,ISO工況下聯合循環效率可達63%,并且能夠有效降低氮氧化物的排放。若以聯合循環+供熱方式運行,綜合能源利用方式則效率更高:浙江某藥業能源站設計2臺12.9兆瓦+7.95兆瓦燃氣發電機組,供熱量61.22噸/小時,廠用電率為4%,單循環燃機效率34.5%(相當于超高壓參數的煤電機組循環效率),熱(冷)電比146.91%,整體能源利用熱效率高達82%。

以9HA.01燃氣聯合循環機組與660MW超超臨界煤電機組對比,考慮供暖抽汽使綜合效率達到最大化時,兩種技術的發電、供熱如下(按等容量折算):

從上圖可以看出,燃氣聯合循環熱電聯產的效率比煤電要優越很多,在燃燒同等熱值燃料的情況下,損失只有煤電的一半不到,高品質的能源“電”的產出率是煤電的157%,供熱量是煤電的83%(以上數據以9HA.01與66萬超超臨界煤電的最大抽汽供暖能力時的熱平衡計算)。

3、天然氣熱電聯產更適合作為城市中心能源點

目前國內熱電聯產機組主要分為燃煤熱電聯產機組、天然氣熱電聯產機組及生物質熱電聯產機組。其中,生物質熱電機組由于燃料來源和燃料質量不穩定,不適合廣泛地推廣應用;燃煤機組目前是熱電聯產機組的主流,但燃煤機組對環境污染較大,負荷調節性能差,且系統結構復雜,在更加注重節能減排和能源供給安全的今天,已無法滿足社會的發展需要,不應作為唯一的熱電聯產選項。

天然氣熱電聯產機組發電耗水僅為燃煤機組三分之一,占地面積較燃煤機組少一半以上,無需設置煤場、灰場等存在較大粉塵污染的附屬設施,系統結構簡單、設備自動化程度高,運行穩定性及安全性也大大提高。顯然,天然氣熱電聯產機組更適合作為城市中心能源點。

本文來源:中能網

本文作者:王世宏(協鑫智慧能源執行總裁)

 

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