關于工業領域發展分布式供能的幾點思考

上海市節能協會工業領域分布式供能發展研究課題組 施明融 吳 亮 畢毓良

隨著我國工業化、城鎮化的深入推進，能源資源消耗持續增加，大氣污染防治壓力不斷加大。以可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區域性大氣環境問題日益突出，損害人民群眾身體健康。工業企業燃煤鍋爐的使用是大氣污染的重要成因之一。

針對日益惡化的大氣環境，國務院于2013年9月印發《大氣污染防治行動計劃》，指出要加強工業企業大氣污染綜合治理：全面整治燃煤小鍋爐，加快推進集中供熱、“煤改氣”和“煤改電”工程建設。上海市政府于11月出臺了《關于進一步加大力度推進燃煤(重油)鍋爐和窯爐清潔能源替代工作的實施意見》[以下簡稱：66號文]，明確到2015年底全市將通過“煤改電”和“煤改氣”等技術完成2898臺燃煤(重油)鍋爐和窯爐的清潔能源替代。到2017年底，完成集中供熱和熱電聯產鍋爐的清潔能源替代。

天然氣分布式供能系統（以下簡稱：DES－Distributed Energy System）通過熱（冷）電聯產，提高能源綜合利用效率，實現運營成本的最低化，非常適合部分工業企業用戶替代燃煤鍋爐使用，特別是4蒸噸/時以上、年利用時間在4000小時以上的燃煤鍋爐替代首選方案。

DES是一種新型的供能系統（圖1），其基本特點是：系統構建的基本原則是“以熱定電、熱電聯供、溫度對口、梯級利用”，系統能源綜合利用效率高；一次能源是天然氣等清潔能源；產品是復合能源，包括電能和熱（冷）能。分布式供能系統必須建設在用戶側，與低壓配電網連接，其生產的電能和熱能（包括冷能）就地消費，不占用高壓電網資源和基本不發生電能輸送損失。

圖1 天然氣分布式供能系統典型架構圖

DES比較傳統供能有如下優勢：能源梯級利用，實現能源綜合利用效率大于70%；節能減排，相比傳統供能可以實現節能20%以上，減排溫室氣體40%以上；調峰削谷，一般隨用戶上下班起停，對電網具有調峰作用，能夠減小電網峰谷差；布置靈活，可以布置在建筑物的地下室和屋頂，有利于節約城市土地資源；提高能源安全系數，在大電網停電時，可以提供備用電力，提高用戶的供電可靠性；優化能源系統，夏季能夠協調天然氣和電力的平衡供應，優化能源系統的運行。由此，在發達國家已經具有較大規模，我國政府也同樣予以大力提倡和支持。

DES按其用戶分類，可以分為民用性（下簡稱CDES：Civil Distributed Energy System）和工業性（下簡稱IDES：Industry Distributed Energy System）兩類。兩者的基本含義相同，而用能場所和特性有較大差別。迄今為止，本市的分布式供能項目多屬于民用性項目，以商業或者醫療機構為主要服務對象，以調節空氣溫度為主要目標。由于本市處于亞熱帶地區，空調在春秋季的負荷甚低，CDES系統容量配置受到很大限制。工業企業熱負荷一般比商業建筑大得多，IDES以滿足生產用熱（蒸汽或者熱水，少數有冷負荷）為主，負荷與氣候變化沒有密切關系，完全取決于產品生產是否飽滿，對于連續生產的工廠，一般裝機需求規模大，可以帶來更好的經濟效益和節能減排效果。

IDES是DES發展的新階段，相比CDES，IDES的機組容量更大、系統效率更高、節能減排的社會效益和能源成本降低的企業經濟效益更好，供能率（系統供給企業的能量占企業總用能量的份額）更高。迄今，本市CDES項目的供能率均為20%左右，而IDES項目的供能率將在80%以上。

在工業領域推廣DES項目建設有利于促進DES從政府推進為主的示范性發展到政府政策指導、企業推進為主的市場化發展；從社會節能減排效益為主到社會效益和企業經濟效益共贏；項目裝機容量從民用型的千瓦級到工業型的兆瓦級發展。

IDES具有嚴格的建設條件，并非所有工業企業全部適宜建設。主要有以下幾點：

（1）前提條件——企業不違背本市產業結構調整發展方向。不符合本市產業結構調整方向的企業未來將面臨日益嚴峻的節能減排等壓力，面臨關停或者外遷，因此不建議這類企業發展分布式供能。

（2）必要條件——有連續穩定的用熱（冷）需求。一般要求年供熱利用小時超過4000小時（一般為二班制或者三班制），熱負荷平穩連續；

（3）充分條件——具備燃氣和電網接入條件，廠區內具有安裝場地。

IDES的發展可分為兩個階段：一是工廠型項目，2015年前為集中建設階段；二是園區型項目，2017年前為集中建設階段。

本市建設IDES潛力甚大：預計工廠型的裝機容量可達300MW，園區型的裝機容量可達1300MW，到2017年底，合計裝機容量可達1600MW，占全市DES總量的90%，占上海市發電裝機容量比重將從目前的0.07%提升至5.9%。

IDES項目的能源綜合利用效率，可達75%以上。與傳統供能系統比較，節能率和二氧化碳減排率均大于25%，二氧化硫和顆粒污染物的排放接近于零。

IDES項目滿足能源綜合利用率75%且年利用時間大于4000小時等條件時，將具有良好的經濟效益。相比用天然氣鍋爐供熱，其單位蒸汽成本將降低40%以上，投資回報年限將縮短至6年左右。

IDES對可靠性要求遠高于CDES。可靠性和經濟性是IDES的兩條腿，缺一不可。須按照企業經濟實力和生產特點，制定系統可用系數和非計劃停用次數的標準值。以全生命周期可靠性評估方法，推薦全生命周期可用率不小于84%。建議加強可靠性管理，當前特別要重視明確系統優化模式和對設備售后服務質量的要求。

IDES從工廠型到園區型發展的每個階段，都應按照自身特點選擇適合自身需求的自主型、介入型或者結合型等的運營模式，以達到預定目標。

原動機組國產化是IDES發展的必要前提。建議采取先本土化，后自主化，或自主化和本土化同步推進的國產化實施策略。國產化啟動已有長足進步，但是目前多頭布局，互不通氣，阻礙了國產化健康發展，建議政府有關部門研究引導，以求不失去歷史機遇。