1 北京地區(qū)能源利用現(xiàn)狀

1.1 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
 

北京地區(qū)石油用量占比與美國(guó)(37.1%)、歐盟(36.5%)等國(guó)家和地區(qū)相近。煤炭占比較高。對(duì)于清潔能源，北京地區(qū)近幾年的利用穩(wěn)步上漲，2012年天然氣利用占比近17%，與技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比，如美國(guó)(29.6%)、日本(22.0%)、歐盟(23.9%)等，尚存在一定差距，但同我國(guó)(4.7%)整體情況對(duì)比，北京市對(duì)于清潔能源的利用占比較高。預(yù)計(jì)至2015年，北京地區(qū)天然氣供應(yīng)量將達(dá)到180億m3，對(duì)其合理應(yīng)用對(duì)于環(huán)境保護(hù)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整至關(guān)重要。

1.2 人均能耗量和單位GDP 能耗量現(xiàn)狀
 

北京地區(qū)人均能耗量略高于全國(guó)水平和世均水平，但明顯低于發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本等；但單位GDP能耗量是世均水平的 1.7 倍，是美國(guó)的 2.1 倍，是日本的3.8 倍，能源利用率較低(見(jiàn)圖2、3)。

2010年我國(guó)天然氣進(jìn)口量約占總量的18%，2012年天然氣對(duì)外依存度已高達(dá)30%；石油方面，對(duì)外依存度已達(dá)10%，據(jù)《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃2008～2015》預(yù)測(cè)，2020年，石油對(duì)外依存度將上升至60%。如此嚴(yán)峻的能源形勢(shì)，考驗(yàn)著我國(guó)的能源安全，同時(shí)較低的能源利用效率也將進(jìn)一步挑戰(zhàn)能源供應(yīng)企業(yè)的保障能力。
 

1.3 電力消費(fèi)現(xiàn)狀
 

近幾年，北京市地區(qū)的電力消費(fèi)總量穩(wěn)步增長(zhǎng)，本市供給率占比約30%。2012 年用電瞬時(shí)高峰月出現(xiàn)在8 月，瞬時(shí)高峰量為1 581.5 萬(wàn)kW，12 月瞬時(shí)用電量緊隨其后，為1 574.1 萬(wàn)kW，冬夏用電呈現(xiàn)“雙高峰”趨勢(shì)。用電負(fù)荷低谷出現(xiàn)在4 月，為1 017.1 萬(wàn)kW。最大峰谷差為1.55：1。尖峰負(fù)荷量占至平均負(fù)荷量約18%，此部分尖峰負(fù)荷多由電空調(diào)等設(shè)備引起，尖峰負(fù)荷的需求大大提高了電網(wǎng)的投資，并在一定程度上增加了電網(wǎng)的安全運(yùn)行隱患。

1.4 天然氣消費(fèi)現(xiàn)狀
 

2012年北京地區(qū)天然氣消費(fèi)量為92.1m3，其中90%以上由北京燃?xì)饧瘓F(tuán)提供，其中采暖用氣高達(dá)47%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012 年用氣高峰月出現(xiàn)在12月，用氣量為17.2 億m3，低谷月2 月僅為2 億m3。最大日用氣量峰谷差達(dá)到13.8：1。巨大的峰谷差，不僅降低了燃?xì)夤芫W(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，更增加了管網(wǎng)安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)(見(jiàn)圖5)。

夏季大量電空調(diào)的使用使得電力負(fù)荷激增，此時(shí)，恰逢天然氣使用的低谷期，因此，發(fā)展夏季負(fù)荷無(wú)疑對(duì)電力、燃?xì)饩蟹e極影響。天然氣分布式能源夏季消耗天然氣提供電力負(fù)荷和冷負(fù)荷，一方面可以減少電網(wǎng)送電壓力，一方面可以削減電空調(diào)的使用而帶來(lái)的電力負(fù)荷激增，同時(shí)，還可以提高燃?xì)夤芫W(wǎng)使用率，一舉多得，是在夏季調(diào)節(jié)能源使用結(jié)構(gòu)的有效手段，達(dá)到對(duì)電網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)削峰填谷的作用(見(jiàn)圖6)。

2 天然氣分布式能源在北京地區(qū)發(fā)展的現(xiàn)狀分析
 

2.1 政策導(dǎo)向逐漸明朗
 

上海地區(qū)早在2008年對(duì)天然氣分布式能源即發(fā)布了燃?xì)鈨r(jià)格優(yōu)惠、初投資補(bǔ)貼等政策，隨著國(guó)家對(duì)分布式能源的鼓勵(lì)力度逐漸加大，北京地區(qū)也在積極準(zhǔn)備本市對(duì)于天然氣分布式能源的各種鼓勵(lì)政策，并且即將發(fā)布，其中也包含了對(duì)于燃?xì)鈨r(jià)格、電力投資、初投資、各種稅收等多項(xiàng)利好政策。鼓勵(lì)政策的發(fā)布無(wú)疑將對(duì)天然氣分布式能源在北京市的發(fā)展注入一劑強(qiáng)心針，大大增強(qiáng)該行業(yè)的發(fā)展信心與積極性。
 

2.2 具備一定的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備
 

北京早在2003年便逐步建成了一批天然氣分布式能源項(xiàng)目，雖然有些項(xiàng)目由于并網(wǎng)、運(yùn)維復(fù)雜、設(shè)計(jì)裝機(jī)過(guò)大等原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，但也為該行業(yè)的發(fā)展積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)、管理、運(yùn)行人才。整體來(lái)講，已具備了一定的行業(yè)發(fā)展雛形。
 

2.3 示范項(xiàng)目逐步建成即將投產(chǎn)
 

2012年國(guó)家四部委聯(lián)合發(fā)布了我國(guó)首批分布式能源示范項(xiàng)目，并明確表明中央財(cái)政將對(duì)首批示范項(xiàng)目給予適當(dāng)支持。北京燃?xì)饧瘓F(tuán)下屬全資子公司投資的“北京燃?xì)庵袊?guó)石油科技創(chuàng)新基地(A-29地塊)能源中心項(xiàng)目”便在其列，且截至目前該項(xiàng)目建設(shè)已接近尾聲，各項(xiàng)工作穩(wěn)步進(jìn)行，即將進(jìn)行調(diào)試工作，并計(jì)劃于2014年正式投入運(yùn)行。
 

3 北京地區(qū)發(fā)展天然氣分布式能源的劣勢(shì)分析

3.1 地區(qū)性環(huán)保壓力較大
 

2012年北京地區(qū)作為第一批城市已開(kāi)始執(zhí)行新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。同年，國(guó)務(wù)院正式批復(fù)《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》，明確提出“到2015年，空氣中PM10、SO2、NO2、PM2.5 年均濃度分別下降10%、10%、7%、5%”的目標(biāo)。
 

天然氣分布式能源利用“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的原理，大大提高了對(duì)一次能源的利用率，綜合能源利用率達(dá)70%以上，在節(jié)約能源的基礎(chǔ)上(節(jié)能率普遍為20%～30%)，減少了污染物的排放，與燃煤分產(chǎn)系統(tǒng)相比，CO2 減排量達(dá)50%，SO2 和固體廢棄物排放幾乎為零，減少NOx排放量達(dá)80%。但目前北京70%左右的電力由外埠引入，污染物排放至外埠地區(qū)，從而導(dǎo)致天然氣分布式能源雖從全局而言節(jié)約一次能源、減少污染物排放，但僅就北京而言卻增加了局部污染物排放，從而使得本身節(jié)能減排的天然氣分布式能源項(xiàng)目在北京地區(qū)的發(fā)展受到了地區(qū)性環(huán)保壓力帶來(lái)的影響。
 

3.2 投資、機(jī)房占地高于傳統(tǒng)供能系統(tǒng)
 

天然氣分布式能源與以往傳統(tǒng)能源供給系統(tǒng)不同，在提供冷熱源的同時(shí)還向用戶輸出電力，從而使得其投資和機(jī)房占地均高于傳統(tǒng)能源系統(tǒng)。一般以電制冷、鍋爐形式供應(yīng)建筑冷熱需求的投資為150～180 元/m2，而天然氣分布式能源的投資往往可以達(dá)到350～450元/m2。較高的投資使得許多企業(yè)望而卻步。

2013年，新的《固定往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(討論稿) 將氮氧化物最高允許排放濃度降低至75 mg/m3，對(duì)于目前一線內(nèi)燃機(jī)品牌也只能做到250 mg/m3 排放濃度，這一要求無(wú)疑是極其嚴(yán)格的。天然氣分布式能源使用的發(fā)電機(jī)形式以內(nèi)燃機(jī)為主，隨著氮氧化物排放濃度的降低，勢(shì)必需增加脫硝裝置的投資，導(dǎo)致天然氣分布式能源的整體經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步下降。且由于設(shè)備的增加會(huì)導(dǎo)致機(jī)房面積的增加，在寸土寸金的北京，這也無(wú)疑降低了投資者和使用者的信心與積極性。
 

4 北京地區(qū)發(fā)展天然氣分布式能源的優(yōu)勢(shì)分析
 

4.1 調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加清潔能源高效利用
 

4.1.1天然氣分布式能源冬季節(jié)能減排、提高優(yōu)質(zhì)能源利用效率優(yōu)勢(shì)顯著
 

如圖7所示，對(duì)于天然氣分布式能源，其綜合熱效率通?？蛇_(dá)85%，若按發(fā)電效率40%、可利用余熱回收效率45%、換熱效率90%計(jì)算，則產(chǎn)生7.8kW·h電、7.9 kW·h熱所需的一次能源天然氣為2 m3。

對(duì)于傳統(tǒng)分產(chǎn)系統(tǒng)，按電廠55%發(fā)電效率、10%線損計(jì)算，產(chǎn)生7.8kW·h電需天然氣1.6 m3。按鍋爐效率90%計(jì)算，產(chǎn)生7.9 kW·h熱需天然氣0.9 m3。

由此可以看出，冬季時(shí)，天然氣分布式能源產(chǎn)生同等電、熱時(shí)，比傳統(tǒng)分產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能約20%。在提高能源利用效率的同時(shí)，還達(dá)到了顯著的減排效益。對(duì)于北京市進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高人均能源擁有量的利用效率、降低能耗強(qiáng)度起到了積極作用。
 

4.1.2天然氣分布式能源夏季優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、提高管網(wǎng)安全運(yùn)行效益顯著
 

與前文測(cè)算條件相同，夏季時(shí)，電制冷效率按5計(jì)算，則天然氣分布式能源1 m3天然氣可產(chǎn)生冷量共計(jì)23.9 kW·h ，傳統(tǒng)分產(chǎn)系統(tǒng)可產(chǎn)生冷量24.1 kW·h，利用效率基本相同，天然氣分布式能源效率略低于分產(chǎn)系統(tǒng)0.8%。

但目前北京市夏季燃?xì)夤芫W(wǎng)利用率極低，且電力峰值較高，因此，夏季采用天然氣分布式能源可以很好地達(dá)到削峰填谷的作用。通常天然氣分布式能源發(fā)電可保證建筑基本電力負(fù)荷需求，由此可降低電網(wǎng)峰值10%～20%，同時(shí)，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)利用率，既提高了電力、燃?xì)夤芫W(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，又增加了安全運(yùn)行的可靠性。加大了清潔能源的利用，在不增加能源消耗的同時(shí)，優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)，提高管網(wǎng)的安全運(yùn)行的效益顯著。
 

4.2 示范效應(yīng)顯著，響應(yīng)“三個(gè)北京”建設(shè)，帶動(dòng)行業(yè)快速發(fā)展
 

北京作為中國(guó)的首都，不僅是政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心，也應(yīng)該是處處起著表率作用的“首善之都”。從國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，能源供應(yīng)方式由集中到集中與分散相結(jié)合勢(shì)必為發(fā)展趨勢(shì)，而天然氣分布式能源對(duì)一次能源的梯級(jí)利用理念無(wú)疑是供能方式的最佳選擇，也即是未來(lái)能源利用的方向。
我國(guó)目前發(fā)電設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距，相關(guān)的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)等技術(shù)積累也較為薄弱，北京地區(qū)對(duì)天然氣分布式能源的大力推廣定將成為全國(guó)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的風(fēng)向標(biāo)，其示范效應(yīng)是其他地區(qū)無(wú)法比擬的。
 

4.3 優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目集中，有利于行業(yè)健康發(fā)展、技術(shù)積累進(jìn)步
 

天然氣分布式能源適用于有穩(wěn)定冷熱負(fù)荷需求的大型公共建筑，如數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、綜合型商業(yè)辦公樓等。北京地區(qū)經(jīng)濟(jì)較全國(guó)處于領(lǐng)先水平，此類建筑較為集中，有利于天然氣分布式能源的推廣和應(yīng)用。且由于北京地區(qū)匯集較多的大專院校和科研單位，技術(shù)實(shí)力較其他地區(qū)也更為雄厚。加之北京地區(qū)對(duì)新能源、新技術(shù)的利用也較為重視。各種條件使得北京地
區(qū)推廣天然氣分布式能源更具優(yōu)勢(shì)，也更利于技術(shù)的積累與進(jìn)步，從而更加有利于行業(yè)的健康、快速發(fā)展。
 

5 北京地區(qū)發(fā)展天然氣分布式能源展望

5.1 節(jié)能減排著眼于全球，天然氣分布式能源將獲更大發(fā)展空間
 

全球性大氣污染會(huì)對(duì)整個(gè)人類生存帶來(lái)威脅，而僅就局部地區(qū)污染進(jìn)行治理顯然是割裂了事物之間的普遍聯(lián)系，是不符合可持續(xù)性發(fā)展要求的。天然氣分布式能源不僅對(duì)一次能源的利用率高，且能有效地調(diào)節(jié)電網(wǎng)與氣網(wǎng)的峰谷差，降低能耗強(qiáng)度，符合可持續(xù)性發(fā)展需求。
 

5.2 政策支持下，天然氣分布式能源將具有良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力
 

對(duì)于某天然氣分布式能源項(xiàng)目，燃?xì)鈨r(jià)格上漲前(2.28 元/m3) 項(xiàng)目收益率可達(dá)8%，燃?xì)鈨r(jià)格上漲至2.67 元/m3 后，收益率大幅下降。當(dāng)能源價(jià)格相應(yīng)順出，燃?xì)鈨r(jià)格實(shí)行0.2 元/m3 補(bǔ)貼，發(fā)電機(jī)初投資按2 000 元/kW 進(jìn)行補(bǔ)貼，并考慮脫硝帶來(lái)的投資后，項(xiàng)目的收益率將有不同程度的浮動(dòng)。幾種政策影響下，項(xiàng)目收益率情況如圖9 所示。
由此可見(jiàn)，當(dāng)相關(guān)鼓勵(lì)政策得到實(shí)施后，天然氣分布式能源將具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大大提高。

5.3 行業(yè)發(fā)展帶動(dòng)成本下降，先進(jìn)用能方式逐漸取代低效用能方式
 

伴隨著政策的扶持，天然氣分布式能源在我國(guó)的不斷推廣，積累的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)將不斷豐富，設(shè)備制造能力也將獲得進(jìn)一步提升，從而使得天然氣分布式能源的成本得到壓縮，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，最終可實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有政策補(bǔ)貼的情況下，憑借市場(chǎng)的調(diào)節(jié)作用達(dá)到項(xiàng)目的良好發(fā)展，進(jìn)而取代以往低效率、高能耗的不合理能源利用方式。
 

6 結(jié)語(yǔ)

天然氣分布式能源通過(guò)對(duì)能源的梯級(jí)利用，大大提高了一次能源利用率，是改變我國(guó)低效率、高能耗、高污染的能源利用現(xiàn)狀的有效方式。在該項(xiàng)技術(shù)的起步推廣階段，雖遇到來(lái)自經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面的阻礙，但通過(guò)政策扶持來(lái)推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展，做到提前規(guī)劃、合理布局，其在能源領(lǐng)域的潛力不可估量。