以冷熱電聯供為特色的分布式能源系統(DES/CCHP),是在上世紀70年代后期，伴隨著“石油危機”后世界天然氣的快速發展而開發、應用并已趨于成熟的技術。在OECD國家已有相當的規模，目前已占這些國家發電量的14%—40%，對其近30年來能效的提高起了重要的作用。在氣候變化---碳減排的促進下，這些國家都在進一步加速DES/CCHP的發展和應用，并把它作為實現低碳發展的最重要途徑之一，到2020年實現加倍的增長[1]。

由于我國在天然氣利用方面比發達國家晚了30年，迄今仍然堅持“以煤為主”的能源戰略思維，所以雖然十年之前就開始引進DES/CCHP理念和技術，并已在北京、上海、廣州、重慶等幾個大城市陸續建設了幾十個DES/CCHP項目，但是多數項目還停留在照抄西方國家DES模式的階段，規模不大、負荷單一，并且總量很小，在國家能源戰略層面上的影響微乎其微。這是同中國天然氣發展速度遲緩，迄今只占總能耗4%、遠低于世界平均總能耗的24%分不開的。

中國能夠依靠“以煤為主”的思路走入低碳時代，與世界各國一起實現2050年CO2減排到1990年排放量的一半的目標嗎[2]？還是應當把發展符合中國國情的、集成創新的天然氣DES/CCHP作為實現提高能效、完成低碳時代工業化和城市化的、最重要的近期（到2020—2030年）戰略舉措來看待？這是本文提出并進行討論的問題。這個討論的幾個基本原則是：1、立足于中國在2030年完成工業化和城市化的歷史任務的目標；2、不能離開氣候變化對世界低碳產業發展的共同約束；3、科技進步是實現可持續發展的最強大力量；4、把能源終端利用需求與一次能源構成和轉換結合起來研究和討論；5、同時考慮經濟性、能效、碳減排三個判據。

以下就是從完成上述戰略目標出發，審視和討論天然氣DES/CCHP的幾個要點：一、提高工業能效----用天然氣代替煤這一傳統工業燃料；途徑：用工業園區DES/CCHP替代分散的小鍋爐[3]文獻[4]分析了中國近期到2020年低碳發展的最重要途徑，即優化產業結構和盡快提高能效。中國要在2020-2030年完成工業化，工業占總能耗50%左右的局面還會維持若干年。所以提高工業能效具有決定性作用。與2002年的美國工業終端能效80%相比，2007年中國工業終端能效只有48.6%。主要原因在于煤在美國工業能耗中只占9%，而在中國則占62%[4]。

中國有52萬多臺分散的鍋爐，92%容量不到10t/h，85%燃煤，大部分熱效率不到70%。簡單地用天然氣替代煤來作為小鍋爐燃料，即使熱效率達到90%，能效也不過提高28%，而且用戶在經濟上難以承受。

提高中國工業能效的關鍵，是在“工業入園區”

的集約化科學發展模式下，以工業園區DES/CCHP替代分散的小鍋爐，天然氣先在燃氣輪機和蒸汽輪機中發電，再抽出低壓蒸汽供工業用，同時將更低品位的余熱用于建筑物采暖、生活熱水等。此舉可使各種終端能源供應價格大幅度降低，能效成倍提高[3、4]。

二、提高占總能耗30%的商住能效[5]與100多年來陸續工業化的OECD國家不同，人口眾多而且密集的中國的國情特點一是在幾十年內集中建設新城鎮和新工業園區；二是中國城市的工業、商業中心、居住三種功能區的布局和耗能模式與西方大不相同。這使得中國決不能照搬西方的工業DES、公共建筑DES分別規劃的模式。中國必須在采用先進技術和借鑒西方國家DES/CCHP經驗基礎上，依照國情，自主創新，創立中國自己的城市終端用能模式和DES/CCHP系統。其特點有：1、在多數地區和項目中，有可能把工業園區供能和建筑物能耗占80%的采暖、空調、熱水能耗和占14%的用電在一起集成優化配置，實現比西方更高的能源利用效率；2、抓住歷史機遇，與工業化和城鎮化的進展同步建設DES/CCHP；3、在政府主導的經濟體制下，依據不同特點建設一批示范項目，統一規劃、逐步推廣。

中國地域廣闊，各城市的氣候和產業特點各不相同，DES/CCHP大致可有下列幾種類型：北方以集中供暖為主型，在滿足大部分城市居民冬季供暖的需求基礎上，開拓非采暖季冷熱水用戶；南方以區域供冷為主型，以滿足城市商業、行政中心區公共建筑集中供冷需求為主要負荷，以向附近住區建筑物居民提供生活熱水來提高能源利用效率；還有大型聯合循環調峰機組用于離散制造業園區、附近的城市居民商住區，也可以兼供冷熱水；以及大城市規劃新區和新規劃中小城鎮。如上所述，所有這些類型在多數情況下都有與工業和商住用能集成的機會。

三、發展雙向互動、移峰填谷、保障供應安全的智能電網[6]智能電網是IT產業與能源產業結合的革命。它主要是通過終端傳感器將用戶之間、用戶和電網公司之間形成即時連接的網絡互動，從而實現數據讀取的實時性（real-time）、高速性（high-speed）、雙向性（two-way）的效果，整體性地優化電網的運行和管理、自動實現分時電價，提高電網的綜合效率。智能電網要求在負荷中心發展大批分散式電源（DecenturalizedElectricitySource），用以減少電網輸配負擔、保障供電安全。DES/CCHP是智能電網天然的合作伙伴。在智能電網時代的中國，DES不僅能夠保障大電網的安全，而且具有強大的調峰功能。因為大部分離散制造業工業園區和商住區的主要負荷都在白天；有了電網公司的參與，DES機組白天除了供冷供熱外，電力也可以在區域內就地直供，多于外送部分才升壓到220kV并網；夜間DES機組可以停機，采用廉價的低谷電制冷。這種“中國模式”的DES/CCHP能夠達到最高的能效；可使DES的經濟性大大改善同時，也使原來用于工業和商住能源的天然氣也在DES得模式下具有了調峰的功能。這就使能使天然氣用于調峰的發電總量成倍增加，詳見下節和表1。到2020年上述工業和商住用能與發電調峰結合所耗用的2700億m3/a天然氣，可發電1萬億kWh/a，占總發電量14.4%，其中絕大部分可有調峰功能；加上DES/CCHP夜間用電網低谷電制冷；便可基本上解決中國電網晝夜調峰問題。可喜的是最近電網公司已經開始與大型園區分布式冷熱電聯供項目接觸，洽談參與投資建設和運營。這種合作共贏的機制將會給中國智能電網技術的普及應用帶來示范性的推動效益。

討論：1、天然氣年發電時數4500h/a是按本文論述的晝夜調峰模式估算的，其余按目前我國平均實際數據——來源：中國機電工程學會熱電聯產專委會。

2、估算的2020年天然氣DES/CCHP模式比傳統模式裝機容量少0.6億kW、發電量小0.3萬億kWh/a，是因為DES/CCHP模式在發電的同時，可以利用低溫余熱供應生活熱水；不僅節省燃料，而且節省商住用電。按2020年能耗40億tce/a估算：設商住用能占30%，12億tce/a，其中的15%，1.8億tce/a用于生活熱水。若其中40%用電熱水器，而新建城區采用CCHP集約化供應熱水，能夠占其中的一半，即0.5×0.4×1.8億tce/a×8140=0.3億kWh/a的原用于生活熱水的電耗可被節省下來(1tce=8141kWh)。

3、對比2020年的DES規劃與國電規劃可見，兩者在水、核、新能源發電方面完全一樣；不同的就是2010--2015—2020期間，電力增長主要依靠煤，還是主要依靠天然氣DES？前者依靠增加4.6億kW的煤電裝機和近2.24萬億kWh/a的發電量支撐這10年的經濟發展；而后者的思路是：煤電裝機少增1.76億kW，發電量少增0.84萬億kWh/a，⑴、靠提高煤電效率增加發電0.4萬億kWh/a；⑵、靠增加與工業和商住終端用能集成的天然氣DES/CCHP裝機多增加1.2億kW、多發電0.55萬億kWh/a，并使發電和工業、商住用能效率大幅度提高。

到2020年，在負荷中心建設的DES/CCHP發電量達到1萬億kWh/a，與按照傳統模式天然氣聯合循環發電的國電規劃依靠建設“堅強”的大電網、“西電東送”的戰略比較，可以節省5500億kWh/a的長距離輸電設施的投資建設費用。若按照6,000元/kW的單位投資、輸電線路全年8650h/a滿負荷輸電計算，也要3800億元人民幣。按輸變電損耗按7%計算，減少損耗385億kWh/a，相當于4個200萬kW的基荷燃煤電站4865h/a運行全年的發電量。減少這些損失，也就等于節省了這4個電站的投資。按單位投資4500元/kW計算，為4×200×4500=360億元人民幣。兩項合計節省輸電投資4160億元。

而從發電設施投資來看，由于分布式發電比率增加，燃煤電站裝機容量從9.81億kW減少到8.05億kW，減少了1.76億kW；加上長輸損耗減少的0.08億，投資減少1.84×4500=8280億元。而如果側重發展大型DES的戰略，單位投資大約3700元/kW；那么，2.2億kW裝機容量的DES發電設施的總投資不過2.2×3700=8140元。

另一方面，減少燃煤發電1萬億kWh/a，按煤耗360kgce/kWh計，相當于可以節省3.6億tce/a的標煤，折合動力煤5億t/a；按每噸煤投資300元計，又可以節省煤礦建設投資1500億元，以及相應的煤炭運輸設施建設費用。

五、提高能效、減少對煤炭的過度依賴隨著大批新城區和新工業園區的建設和改造而快速發展氣、電、冷、熱集成就地直供的、有調峰功能的天然氣DES/CCHP，是21世紀特殊歷史機遇下中國的獨創。加上普遍采用乏汽和排煙廢熱為主加熱生活熱水向居民集中供應，總能源利用效率可達90%以上。

到2020年，中國天然氣總耗量將在4000億立方米/年左右。市場研究表明，除了約1300億立方米用于居民炊事、交通燃料和工業原料外；其余2700億m3/a天然氣，如果按傳統模式分別用于發電、工業燃料、采暖等商住能源，只能發電4500億kWh/a;而若都按照上述模式用于與電網調峰相結合的工業、商住DES/CCHP，就能在滿足同樣的蒸汽、冷、暖、熱水終端需求的同時，發電1萬億kWh/a。比原來用煤的能源利用效率提高1倍。粗略估算，2700億天然氣（按熱值折3.47億tce/a）可替代折標煤6.94億tce/a的動力煤9.7億t/a。僅此就可使全國總能效升高6.8個百分點。加上LNGV、煤氣化多聯產、超超臨界等等其它措施，使總能效提高接近目前的世界平均水平（50%），是很有可能的。

進一步分析煤炭平衡狀況：2007年全國總耗煤26.6億t/a。按照中國電機工程學會熱電專委會的資料，2007年全國發電3.255萬億kWh/a；其中煤電占77.7%，2.53萬億kWh/a。按平均供電煤耗361gce/kWh計算，耗動力煤12.7億t/a。按照國電規劃，2015年發電4.17萬億kWh/a。但屆時通過大力發展蒸汽參數高達700。C的超超臨界發電技術、發展CHP和淘汰小機組，全國平均供電煤耗有望降低50g/kWh，降到310g/kWh。則全國發電耗煤為：4.17×310=12.9億tce/a，折動力煤18.1億t/a。

到2020年發電4.77萬億kWh/a；則全國發電耗煤為：4.77×310=14.8億tce/a，折動力煤20.7億t/a。再加上水泥、煉焦、工業和采暖用煤，屆時全國總煤耗將達36—38億t/a。這是目前權威專家普遍的看法[9]。

而按照上述DES規劃，天然氣DES/CCHP、發電與工業和商住用一次能源相集成，比傳統燃煤情況少耗煤,9.7億t/a；便可使中國煤碳增長壓力大大減輕。

配合工業園區和新城區同步建設幾千個總裝機容量上億千瓦的天然氣DES/CCHP需要5-10年的時間。煤電結構優化調整也需要時間。因此最近幾年燃煤還會在2009年30億t/a的基礎上增加。但隨著上述進展，就有可能使2020年中國的煤炭消耗總量降回到30億t/a的水平。這對于在保證工業化和城市化持續發展的同時抑制煤碳過度增加和控制CO2排放總量，具有重大意義[10]。

六、控制和逐步減排CO2我國對世界承諾到2020年碳強度比2005年降低40—45%。從2005年碳強度κ2.7tCO2/萬元開始推算2020年時的CO2排放量：降45%時：κ=1.49，CO2排放101億tCO2/a，人均7.21tCO2/p.a；降40%時：κ=1.62，CO2排放110億tceO2/a，人均7.86tCO2/p.a，這意味著，中國的CO2排放量將占IEA提出的“450情景方案”2020年世界排放量307億tCO2/a的33%--36%。這將使中國面臨巨大的政治壓力[8]。

如上所述，從工業燃料、商住能源、發電三個方面采用DES/CCHP總共可以替代燃煤9.7億t/a，相應地，可以減排CO2D達19億tCO2/a；并使能源利用效率提高到50%左右。加上優化產業結構、提高建筑物和交通能效等方面的貢獻；到2020年中國的CO2總排放量有可能回落到74億tCO2/a左右，占307億tCO2/a的24%。對世界的低碳、可持續發展做出突出的貢獻[10]。

七、繼續和完成中國工業化、城市化的能源供應保障從現在到2020年，是中國繼續并完成工業化和城市化的關鍵十年。此前的十年，中國GDP、工業增加值、總能耗的年增長率分別達到11%、15%和9%。今后十年的年增長率必須放緩到7%、10%和3%，才能達到低碳、可持續的目標。即使如此，每年凈增加的能源消耗，也必須在1億tce/a以上。靠哪種一次能源來滿足這個增長的需求呢？首先，要排除2009年對外依存度已達53.14%的石油。其次，可再生能源即使以11.5%的年率增長，年均凈增值也不到0.5億tce/a；何況，它們大部分是用于發電的，不可能作為工業和采暖的燃料。繼續完全依靠煤，則無法提高能效和減排CO2。因此，只能是采取“煤氣并舉，由煤轉氣”的戰略。如果從2010到2020的10年間，中國平均每年增加天然氣供應300億m3/a（折合近0.4億tce/a），到2020年達到4000億m3/a以上，并且通過上述DES/CCHP途徑用于工業和商住，使利用效率成倍提高，就有可能替代按照傳統模式每年增加消耗的0.8億tce/a的煤炭。從2011到2020年，隨著采用DES/CCHP的天然氣持續增長，中國煤炭每年新增的消耗量將會逐年減少，直至停止，并轉為逐年降低。頂峰時間取決于DES/CCHP發展力度，大致在2015年左右。

八、天然氣上、下游市場開拓和一次能源結構轉型在理論上，各級政府和企業都知道低碳發展、優化一次能源結構的大趨勢。但在實際行動上，就在哥本哈根會議之后的2010年，各地新發展的工業園區仍然紛紛申報建設2×300MW燃煤熱電聯產(CHP)機組。傳統的“以煤為主”能源發展模式依舊。近幾年來天然氣生產和消耗量每年凈增不到100億m3/a。占一次能源僅4%的中國天然氣產業，上游油氣開發企業擔心成百億m3/a的長輸管道天然氣賣不出去；下游工業和商住天然氣用戶擔心供應缺乏保障，價格過高、承受不起。近幾年來天然氣生產和消耗量每年凈增不到100億m3/a；形成“麻桿打狼，兩頭害怕”的僵局。這是與中國面臨的、在低碳能源格局下實現工業化的要求極不相稱的。個中的癥結之一，是決策層遲遲沒有下決心理順天然氣產業發展的市場和定價機制[11]。為什么下不了決心？恐怕是“兩個都怕”的心理在主導。如果從戰略高度看清天然氣DES/CCHP在中國發展既有上述極好的機遇，又有極大的經濟、節能和減排效益，是打開上述僵局之鎖的唯一鑰匙，也是促進天然氣產業鏈上、中、下游均衡、快速、健康發展，推動中國加速一次能源結構轉型的動力，決心就很容易下了。

九、低碳能源路線的投入產出經濟分析比較前面第四節已經比較了傳統和DES兩條電力發展路線的投入產出數據。最近的多個文獻已經論證，中國不缺少天然氣資源，能源資源稟賦不是“富煤、少氣”。只是傳統和習慣思維遮住了視線。我國最近新一輪評價的常規天然氣資源量已達56萬億m3，探明儲量平均以4000到4500億m3/a的速度增長。可保障2010年產量超過1000億m3/a，2020年2000億m3/a[12]。我國非常規天然氣資源總量是常規天然氣資源量的5.01倍，加上常規天然氣，中國的天然氣可采儲量足夠支撐中國150年的文明進程。中國頁巖氣主要資源地之一，在南方海相志留紀和寒武紀地層，與美國已經取得頁巖氣突破的地層基本類似，大致在靠近沿海的貴州、湖北、安徽、江蘇、浙江一帶。省去了長距離輸送費用，這里1m3的價值相當于西部的1.2—1.3m3。最近中美兩國簽署了《美國國務院和中國國家能源局關于中美頁巖氣資源工作行動計劃》，并已經劃出江蘇、遼寧兩處實驗區，成立頁巖氣合作工作組[13--15]。只要把天然氣問題放到戰略高度來認識，發揮在700MW水輪發動機、超臨界發電、汽車和高鐵等領域所展現出來的“中國速度”，未來10年，中國非常規天然氣應至少能以美國速度（4年達到898億m3/a）的一半快速增長；十年之后至少達到1000億m3/a。加上常規天然氣、煤層氣，和進口管輸氣及LNG，2020年達到4000億m3/a，應當是能夠保障的。

中國常規天然氣開發的單位投資費用為2至2.2億元/億m3天然氣產能，折合1555-1710元/tce。

煤碳開發的單位投資費用約為300元/t煤碳產能；折合420元/tce。就是說，電力發展走分布式發電路線節省下來的煤炭開發投資1500億元，加上電力、電網部分節省下來的140+4160=4300億元，合計約5800億元，用于天然氣的開發，可開發常規天然氣產能5800億元/2-2.2億元/億m3=2636～2900億m3；5800億元/2-2.2億元/億m3=2636～2900億2億元/億m3=2636～2900億遠超過所有國產新增天然氣開發的投資費用。而且在上述比較中還沒有涉及燃煤產生的CO2的撲集、封存費用。可見，天然氣DES/CCHP路線在社會總投資方面也是低于“以煤為主”路線的。

十、適合于中國的分布式能源系統規模潛力分析按照上述分析，到2020年，中國需要建設裝機容量總共220GW的DES/CCHP系統，按年運行時數4500h/a計，年發電量1萬億kWh/a。按照第一、二節中介紹的不同類型估算，大致有下列幾檔：前3類屬于幾十平方千米的新開發工業區或綜合工商住區，是發展分布式冷熱電聯供能源系統的主力；占總裝機容量的82%。在南方地區以過程工業用蒸汽、離散制造工業廠房和商業公共建筑空調、居民用生活熱水三類負荷的集成為主；如正在規劃的珠海橫琴新區冷熱電聯供能源站、深圳觀瀾中部組團能源站、深圳光明新區調峰電站、清遠順德（英德）產業轉移園能源站，以及以中山民眾鎮沙仔化工工業園、南朗鎮/“華南中藥城”、東莞東興CCHP/東城工業園等為代表的新發展城鎮的能源供應企業，都屬于這三類（參見華南理工大學，《光明新區冷熱電聯供與中水回用專項規劃》，《佛山順德（英德）產業轉移工業園節能規劃》等研究報告）。到2020年僅在珠三角地區的發展潛力至少有上百個、總容量可達幾十兆瓦。在北方地區，以超大城市中心區集中供暖+公共建筑空調，居民生活熱水三類負荷的集成為主的前三類項目，目前正在開拓若干典型的示范項目；估計也會有數百個項目，裝機容量近百兆瓦。在長江流域的許多新城區目前正在編制的規劃表明，大部分適合于冷、熱、電、汽都需要的3、4類項目。

前4類總共1000多個項目，總容量可達200GW，占90%以上。第6類總共1萬個，總容量卻只有4.5GW，占2%。可見，以最小的經濟代價、最大的經濟效益解決中國的能效和碳減排問題為戰略目標來看待和發展分布式能源系統，必須著眼于大型的項目。充分發揮中國以地方政府為主導的社會主義市場經濟的特色，充分配合新一輪工業化和城市化建設高潮，集中建設一批大規模的DES/CCHP項目，具有極其重要的戰略意義。這是西方自由市場經濟機制所不可能實行的。制約因素不是技術和資金，而是各級政府的能源戰略觀念，對天然氣DES/CCHP的認識，和相應的政策支撐、各項規劃保證。

目前，各級政府正在規劃十二五科學發展之際，一大批工業園區、新城區、新城鎮正在規劃。大、中型集成工業/商住負荷的DES/CCHP項目商機恐怕遠不止1000個。上述珠三角地區正在規劃的，和正在江、浙和京、津地區規劃的一批大、中型項目，便是明證。以廣東省發改委核準的中電投珠海“橫琴冷熱電聯供能源站”項目為例。該項目與今年4月國務院批準橫琴新區揭牌慶典同日剪彩，發電機組和區域供冷系統可行性研究均已通過評審，正式報批，已列入2010年橫琴四大重點建設項目。一期2臺9F機組2012年底就將投運，作為橫琴島一期包括十字門CBD和澳門大學在內的25km2工業、商住區各種終端利用能源的供應商；遠期再增加幾臺9F機組，服務全島100km2，并有可能擴展到整個澳門地區。南方電網已經開始洽談參與合作建設運營的機制。無錫太湖新城，金華西經濟開發區、天津濱海新區等一批低碳能源規劃項目也都策劃中。

認識到DES/CCHP對中國提高能效、節能減排的重大戰略意義，是中國走向低碳發展的關鍵。也是理清當前各方人士對中國碳減排的承諾眾說紛紜、莫衷一是，前路迷茫、險不可測的局面的指路牌。當前，對DES/CCHP的認識和討論應當盡快跳出抽象定義、文字概念，照搬國外項目，以及設備商家利益的局限。從中國低碳發展的戰略高度，在項目實踐中進一步科學地深入剖析、認識和創新，指引中國天然氣DESCCHP走上快速發展之路。

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