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分布式燃气热电联产在“西气东输”市场中的应用(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/8 19:47:06   

  所属频道:  火力发电    关键词:  热电联产 分布式 燃气

西气东输工程是我国仅次于三峡的第二大能源工程。第一期工程陕西靖边到上海,利用鄂尔多斯天然气,每年输送天然气120亿立方米,计划从2001年始铺设,2003年3月全线贯通;第二期工程从新疆轮南到陕西靖边,实现利用塔里木天然气,2004年4月完工;第三期工程将供气能力增加到200亿立方米。最新的可行性研究报告确定的建设投资为1,424亿元,远期将进一步与俄罗斯、哈萨克斯坦和土库曼的天然气资源连接。主干管道西起新疆塔里木盆地的轮南气田,向东经甘肃、陕西、河南、安徽、江苏,最终到达上海市区,全长4,000公里,输气管直径1,016毫米,压力10Mpa,主要市场是长江三角洲地区。首站气价0.45元/立方米,平均气价1.327元,上海门站为1.35元,其他门站气价1.25元。

西气东输工程是我国仅次于三峡的第二大能源工程。第一期工程陕西靖边到上海,利用鄂尔多斯天然气,每年输送天然气120亿立方米,计划从2001年始铺设,2003年3月全线贯通;第二期工程从新疆轮南到陕西靖边,实现利用塔里木天然气,2004年4月完工;第三期工程将供气能力增加到200亿立方米。最新的可行性研究报告确定的建设投资为1,424亿元,远期将进一步与俄罗斯、哈萨克斯坦和土库曼的天然气资源连接。主干管道西起新疆塔里木盆地的轮南气田,向东经甘肃、陕西、河南、安徽、江苏,最终到达上海市区,全长4,000公里,输气管直径1,016毫米,压力10Mpa,主要市场是长江三角洲地区。首站气价0.45元/立方米,平均气价1.327元,上海门站为1.35元,其他门站气价1.25元。
西气东输的成败已不在于工程自身,天然气资源可确保供应20年,而下游市场能否合理使用天然气成为了问题的关键。西气东输的主要市场是我国的长江三角洲地区,包括上海、江苏、浙江。如何合理使用这些宝贵而又昂贵的资源,是摆在这一地区各级政府、企业面前的一个重大课题。
要完成这一课题,首先需要明确国家实施“西气东输”工程的目的究竟是什么?西气东输是我国实施可持续发展战略的重大组成部分,根本的目的是优化长江下游地区的能源结构,改善生态环境,加速这一地区的国际竞争能力,拉动全国经济的持续发展。
在西气东输工程中,特别要总结陕京天然气管线的深刻教训。陕京管线建设,由于经验不足,未能很好地协调上游勘探开发、中游管道建设和下游合理利用的关系,造成天然气使用方式的严重不合理,主要用在使用燃气锅炉冬季采暖,导致冬夏季峰谷差高达7倍,夏季容量不能利用。不合理的用气方式进一步导致气价的不合理,高昂的气价又使合理的用气项目无法实施,陷入难以自拔的恶性循环,造成用户、热力企业、热气公司、集输气公司和陕甘宁气田全线亏损。
在天然气利用中,到底何种方式最为合理?应该遵循什么样的原则?这是非常值得探讨的问题。根据现代能源观念,应尽可能提高广义“火用”的利用效率,它不仅包含物理概念上的火用的利用效率,同时也要提高包括社会“火用”和环境“火用”等广义火用的利用效率。要达到这一步,需要我们打破行业壁垒,在电力、热力、制冷、环境和社会效益之间寻求优化整合,树立全寿命周期的成本代价意识,在投资单位成本、功能综合成本、运行使用成本、环境治理代价和寿命后成本中进行优化整合。
效益规模的新理念
“规模效益”是我们在工业化中长久以来遵循的一个基本原则,在工业时代中,社会分工的细化,异化出了以产品划分行业的观念和制度,计划经济进一步强化了这种分工方式。在一个个相对独立的行业中,为了提高效率,实现单一产品的优化,只有追求不断地扩大提高生产规模,为实现大规模生产和销售,企业将不得不追求市场垄断。而垄断又必然滋生腐败,遏止新技术和合理工艺的发展,这是生存法则决定的。
管道天然气的利用技术有着与以往能源利用方式诸多不同的特点,除了环境污染小、资源利用效率高的特点外,输送的高效率和无损耗,能量转换方式的灵活和多元化,以及持续利用和成本的关系等,使我们在利用管道天然气资源中不得不改变传统能源利用的概念。必须树立全新的应用理念,从“规模效益”转向“效益规模”。
什么是“效益规模”?根据实际的各种能源产品的综合需求,以及一次能源的供应结构、环境容量空间和资金承受能力来确定一个适度的综合性的生产规模。
在单一产品下优化必然是越大越好,而多元化的优化整合往往是适量最好。
举一个例子,将天然气转换成为人们应用的实际能量。我们以制冷来说明问题。电力制换冷的COP为3,蒸汽为1.1,高温烟气余热为1.3。将以下设施的所有产能换算为冷,由于小型、微型分布在用户端的热电冷设施没有输送和换能损耗,其有效能源利用效率和能量产出效率略好于大型电厂和热电厂,更好于燃气锅炉、直燃机和锅炉-蒸汽溴化锂机组。
有效能源利用效率和能量产出效率类型

单位

大型燃机发电厂

大型燃机热电厂

中型燃机热电厂

小型燃机热电厂

小燃机热电装置

微燃机热电装置

直燃机

设备

 

GEStag109E

GEStag109E

GEStag106B

SolarTaurus60

SolarSaturn20

BowmanTG80

BZ100

燃耗量

KW

365400

365400

124364

16897

4917

571

2941

容量

KW

188400

160900

49820

5069

1181

80

0

发电效率

52

44

40

30

24

14

0

输变电损失率

12

12

8

3

0

0

0

有效电能利用

KW

165792

141592

45834

4917

1181

80

0

供热量

KW

0

48233

32156

8133

2508

425

2500

供热效率

0

13.20

25.86

47.77

51

75

85

输热损失率

0

12

8

5

0

0

0

有效热能利用

KW

0

42445

29584

7726

2508

425

2500

系统热效率

52

57

66

78

75

89

85

电力制冷COP

 

3

3

3

3

3

3

0

电能制冷量

KW

497376

424776

137503

14751

3543

240

0

热力制冷COP

 

0

1.1

1.1

1.1

1.3

1.3

1.3

热力制冷量

KW

0

46690

32542

8499

3260

553

3250

总制冷量

KW

497376

471466

170045

23250

6803

793

3250

制冷效率

136

129

137

138

138

139

110

上述各种转换方式中,大型设施用于变电站、输电线路和供热管网、换热站的投资巨大,在全系统造价上大大高于分布在用户端的热电冷设施。此外,中间环节损失巨大,管理层面的增加,中间环节增值税等因素,使大型能源设施的供能成本高于小型、微型分布能源设施,这是一个需要认识明确的问题,否则必将陷入极度的被动。能源用户为了竞争和生存,必将竭尽全力冲破阻力,选择一种对其最为有效的方式,这是不以人们意志为转移的趋势。市场这只无型的手将会建立一个全新的能源系统--第二代能源系统。
造价投入比较

类型

单位

大型燃机发电厂

大型燃机热电厂

中型燃机热电厂

小型燃机热电厂

小型燃机热电装置

微型燃机热电装置

设备

 

GEStag109E

GEStag109E

GEStag106B

SolarTaurus60

SolarSaturn20

BowmanTG80

发电容量

kW

188400

160900

49820

5069

1181

80

千瓦造价

元/kW

5500

7000

8000

9000

12000

10000

输变电造价

元/kW

4500

4500

3250

2500

0

0

供热管道造价分摊

元/kW

0

1000

750

500

0

0

换热千瓦造价分摊

元/kW

2000

0

0

0

0

0

总造价

元/kW

12000

12500

12000

12000

12000

10000

小型、微型分布式的热电联产的优势
第二代能源系统具有一系列技术、经济优势,是其他能源设施无法比拟的。
1、建设周期短:企业可以根据自己的需求及时安排自己量体裁衣的能源工程,微型热电联产可以在几周或几天内实现,小型热电联产项目可以在几个月内完成,随要随建。不会向大型项目一样出现市场脱节与不同步问题,并可以根据需求的发展随时增加和扩建;
2、节约投资:实现能源就地转换、就地供应,大大减少输电、变电、热力管网、换热站的投资,就小型、微型热电装置自身的单位千瓦造价和单位供能造价也不比大型热电厂高,用户无须承担不必要的投资负担;
3、节约资源:小型、微型热电装置的能源转换效率基本可以达到到性大型热电装置的效率,但由于是就地转换、就地供应,没有中间环节的损耗,其用户端能源利用效率大大提高,实现真正意义上的节能;
4、环保效果好:天然气本身就是环保燃料,但使用小型燃气轮机、微型燃气轮机、燃气外燃机和燃气内燃机热电联产的污染排放更低于其他利用形式,好于燃气锅炉、直燃机等方式。利用端效率高本身就可以减少排放二氧化碳25,而少量二氧化碳可以实现资源利用,真正达到零排放
各类燃气热电联产设备的氮氧化物排放比较

方式

宝曼微燃机

索拉小燃机

卡特内燃机

STM外燃机

燃料电池

燃气锅炉

排放值

25ppm

25ppm

〈150ppm

8ppm

0

>200ppm

5、使用小型、微型分布热电装置的各种能量价格基本为用户价格,没有中间环节的损耗、浪费、利润和增值税,用户可以大量节约能源支出,有利于降低成本,增加用户的竞争能力。

技术的可行性
目前在利用天然气中,小型燃气轮机、燃气内燃机技术已经极为成熟,甚至比大型燃气轮机还要成熟可靠。微型燃气轮机和外燃机正在全速进入市场,而且采取了使用较为传统的技术和计算机控制技术相结合的解决方案,可靠性已不是问题。燃料电池技术发展不断加速,预计在2005年将可提供多种成熟产品,最迟2010年将进入全面市场应用阶段。
一、小型燃气轮机:主要是15MW-400kW的采用涡流式技术的燃气轮机,标志性产品是美国索拉(Solar)公司星座系列和加拿大普拉特·惠特尼(P&W)公司的ST系列,前者为专门为地面应用设计的工业型燃机,后者为小型航空涡轮发动机的地面改型产品,或称为:轻型燃气轮机。
工业燃气轮机的特点是坚固可靠,应用极为广泛。可以作为固定电源或移动电源,可用于热电联产,也可与余热溴化锂机组组成热电冷联合循环系统,还可以直接提供工业动力或组合成动力热力联合循环,以及应用于交通动力设备等等。企业可以根据自己的用途和需求容量随意配置,有无厂房无所谓,电压等级随意选,起停调节和燃料切换全部可以自动控制,基本上是一个“傻瓜机”的设计,现场可以无人职守。
小型燃气轮机极为适合于工业和大型建筑的自备热电设施,可作为工厂的热电设施,当用电大用热少时,可以采用燃气轮机--背压机同轴联合循环;当用电小用热大时,可以采用余热锅炉补燃技术,能够适应各种需求变化。小型燃机可以适应天然气、液化石油气、煤制气、柴油等多种燃料,并可随时自动切换,确保能源供应安全。大修周期在3-4万小时,运行稳定可靠。调峰能力强,一般都可以在30的工况下稳定持续运行,机组能够自动跟踪频率,实现电网和自备电源的混合运行,燃机转速高达10000转/分,电力品质好于电网电力。
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来源:中国电站集控运行网
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