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专家论坛->“西气东输”-城市天然气发展机遇与前景
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“西气东输”-城市天然气发展机遇与前景
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    黄震

    上海交通大学

天然气“西气东输”是国家实施西部大开发的重要举措,西气东输是指新疆塔里木—上海长江三角洲的输气工程。管道全长4000公里,途径新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、上海9个省区,整个工程的投资规模高达1400亿元。按计划,2004年初“西气”将到达上海。
国家耗资巨大的“西气东输”工程能否将西部地区潜在的资源优势转化为现实的经济优势,发挥预期的良好经济与社会效益,关键在于是否能在下游培育起足够规模的稳定市场。东部地区的天然气消费市场,是西气东送工程的必要条件。由于目前我国利用天然气的基础设施尚不完备,有些地方甚至是零。与其他能源不同,利用天然气的先决条件是要对基础设施建设投入大量资金,有专家把天然气说成为"富贵气"。按现在的情况计算,一个地方要用1立方米的天然气,它需要在基础设施上初始投入至少5-8元,如果塔里木要给其沿线100亿立方米天然气,当地沿线就得先拿出500-800亿元来建基础设施。在大规模投建天然气基础设施的同时,工作难度更大的是开拓天然气消费市场。
目前我国天然气利用还处在起步阶段,天然气的利用范围无疑主要立足在经济发达、人口稠密、承受能力强的地区,以及一些环境污染比较严重的重点城市。以上海为龙头的长江三角洲地区能否迅速将天然气消费市场培育起来,在“西气”天然气资源到达时对其进行充分的利用,是关系到这项国家重大工程能否产生最大效益的关键因素。根据天然气发展规划,今后若干年上海市年用气量为:2010年70亿立方米,2020年120亿立方米。由于天然气难于储存的特性,天然气付费采用“照付不议”方式,即不管是否消费掉,都必须按照合同约定付款,因此,“西气东输”给上海带来了严峻的挑战。目前天然气的应用基本采用“以气代煤”,由于天然气与煤的很大价格差,不能解决天然气经济帐的问题,上海天然气利用的突破口在何方?在天然气利用上,要有新的观念,新的思维,必须在天然气高效和清洁上做文章。

  

1.突破传统电力建设的框框,发展分布式能源供给系统
随着上海市经济的快速发展,电力负荷日与季节性峰谷差日益增大,严重影响了电力供给的安全和电力工业的健康发展。1990年用电的尖峰负荷为410.7万千瓦,用电峰谷差为145.4万千瓦,占最高用电负荷的35.4%,到2001年电尖峰负荷为1111.3万千瓦,日最大峰谷差480.3万千瓦,占最高用电负荷的43.2%。到2002年电尖峰负荷增加到1235.1万千瓦,日最大峰谷差543.9万千瓦,占最高用电负荷的44.0%。上海市区的季节负荷峰谷差增长幅度比日负荷峰谷差更大。引起用电峰谷差逐年剧增的主要原因是制冷空调的用电量增加,由于人民生活水平的提高和办公工作环境与国际接轨,城市建筑广泛采用采暖和制冷设备、建筑用能迅速上升。据统计2000年夏季电力最高负荷中空调用电负荷为390万千瓦,占37.2%,2003年夏季电力最高负荷已突破1360万千瓦,其中空调用电负荷达到一半,所以可以这么说,上海现在电力的巨大压力主要来自空调用电。为了满足空调高峰时期用电,政府需在为每台1千瓦的家用空调上投资3~4万元的电力设备。
在另一方面,华东电网发电利用小时数逐年下降,在电网低谷时, 发电能力大量过剩,要靠停掉机组或依靠常规火电机组变工况运行来进行机组调峰,不得不以牺牲常规火电机组一定的寿命和经济性以及增加电网的运行成本来换取电网的安全。根据华东电网的长期发展规划,预计到2005年峰谷差将达2150万千瓦;到2010年峰谷差将达3120万千瓦。针对华东电网调峰能力严重不足,华东电网设想在未来15年内再建设近500万千瓦的抽水蓄能电站,但即使这些电站完全峻工投运,也难以解决如此大的峰谷差。
同时上海市的燃气需求负荷特性又正好与电力的情况相反。燃气消费量也随着季节的变化成现出明显的峰谷特征,但夏季平均日供应量相反仅为冬季的60~70%左右。可见,电力和燃气巨大峰谷差的存在给电力公司和燃气公司的正常生产和供应都造成很大的困难。
解决电力与燃气峰谷不平衡的有效办法是,利用西气东输带来的机遇,突破传统电力建设的框框,大力发展分布式能源供给系统,削峰填谷,同时形成巨大天然气消费市场,建立城市新的能电业。
1.1发展分布式天然气电热冷联供
电热冷联供,可以实现规模化的能源梯级合理利用,能源利用效率可以达到70%-90%,而目前一般火力发电系统的能源利用效率为30-47%。电热冷联供系统具有能源利用率高、模块化、分散式、距离近的特点, 因此电热冷联供输配电损耗低,无需建设配电站,热电比可改变,土建安装成本低,安全可靠性高,环境保护压力小。
根据国外发达国家的经验,电热冷联供是高效率大容量地使用天然气的有效途径,不仅可将燃煤的供热厂改建成燃气的热电联产厂,而且可将一些商业、旅馆饭店、医院及养老保健设施集中的区域建成分散型的热电联供区。目前BCHP已经成为国际能源机构(IEA)热泵研究专题的推荐技术,将其应用于建筑能量利用系统不仅可以明显提高一次能源利用效率,充分实现天然气这种优质能源的梯级利用,而且能有效地避免用电高峰负荷。在主要工业国家,热电联供已占较大比例,在1997年,丹麦占的比例最高,达到40%;其次是芬兰占34.5%;荷兰占30%;德国14.5%。美国占6%;近年来据报道日本的热电联供也发展迅速。
分布式电热冷联供的关键设备是小型和微型燃气轮机、燃气内燃机和余热(直燃)溴化锂制冷机。我国应加强对热冷联供的关键设备和系统配置的研发,加强对分布式电热冷联供运行经济与环境性能和电力上网政策的研究,在宾馆、商场、车站、机场、大型楼宇、住宅小区等开展示范推广。

1.2 发展燃气燃气空调
改变长期以来使用电力驱动空调的习惯,利用西气资源,大力发展燃气空调,是减小电力负荷峰谷差,扩大天然气消费市场的最有效途径。燃气空调机组主要有燃气机热泵机组(GHP)和直燃式吸收式制冷机组。燃气机热泵的工作原理是以天然气为燃料的内燃机来驱动热泵系统的压缩机,从实现热泵的逆向热力循环, 把低温位热能输送到高温位供给使用。为提高能源利用效率,系统产生的废热还可回收,在供热工况时,GHP除吸收空气热量外,还可吸收发动机排气热量,此外发动机废热还可用于生产热水或蒸汽。机组在不同的温度条件下分别向室内提供冷量或热量,冬季供暖、供热水的总热效率可达150~170%。
天然气直燃式吸收式制冷机组的热能来自天然气的直接燃烧,吸收剂通常为溴化锂。这一类型的燃气空调技术已比较成熟,并已得到广泛的应用,在中国也已有远大、双良等具有较大规模的专业生产厂家。
燃气空调特别是燃气机热泵是一项十分有前途的技术,在国外已有相当的发展。日本与欧美国家已有大量应用实例。上海交通大学目前正在进行燃气机热泵相关技术研发与示范工作。

2.发展燃气汽车,改善城市大气质量
随着上海经济的高速发展和汽车保有量的高速增长,城市机动车有害排放已成为城市大气环境的主要污染源。上海城市高楼林立、街道狭小,汽车尾气污染物进入大气之后,废气不易扩散,机动车尾气排放高度接近人的呼吸带高度,对道路两旁的行人及居民危害很大。由于机动车污染的局地区域性很强,往往出现每天的大气空气质量日报处于良好水平,而在一些交通繁忙道路上,空气质量并不好。市民呼吸道疾病发病率居高不下,因此上海机动车尾气污染治理刻不容缓。
上海现有出租车4.2万辆、公交车1.8万辆。城市公交汽车和出租车由于行驶里程多,运行又集中于市区,据有关单位统计上海内环线内道路上出租车和公交车占总交通流量的50%以上,其中重型柴油大客车和汽油车因汽缸容量大、排污量大,氮氧化物排放的贡献占70%,因而城市公交汽车和出租车是城市机动车尾气污染治理的重中之重。
天然气汽车与传统的汽油车相比,CO、HC排放量大幅度降低,无铅化物排放;与柴油车相比,没有颗粒物排放。由于天然气汽车具有优良的排放性能,因而被誉为“绿色汽车”。目前,天然气汽车的推广和应用被很多大城市列为大气环境污染治理的重要措施,而正在实施的国家“西气东输”工程更为天然气汽车提供了更加广阔的发展空间。
上海目前拥有天然气公交车约400辆、加气站3座,其中天然气/柴油双燃料汽车数量占多数,根据上海制定的“十五”期间公交车推广使用天然气汽车计划,计划“十五”末天然气汽车达到3000辆、加气站达12座, 到2010年天然气汽车将达到7000辆, 目前上海已被列入“国家清洁汽车行动计划”天然气汽车示范城市。但从我国的天然气汽车现状与发展速度看,目前制约天然气汽车的发展主要瓶颈:一是天然气价格;二是天然气汽车技术的开发。目前我国开发的天然气发动机主要是天然气/柴油双燃料发动机,存在燃料替代率低、系统复杂、汽车尾气排放改善不明显的缺点。而技术先进的天然气单燃料发动机目前基本靠国外进口,如奔驰公司、康明斯公司等。因此积极开发具有自主知识产权的单一燃料电控天然气发动机,同时根据国内沿海地区(包括上海)LNG接受站建设计划,研发技术含量更高的LNG汽车及其系统,争取形成相关的天然气发动机与汽车产业, 具有重要意义。清洁代用燃料汽车的推广,它牵涉到汽车和发动机的生产,加气站的建设等,在国外都是政府行为。希望政府积极制定倾斜政策,在财力物力上支持、扶植和促进清洁天然气燃料汽车的发展。

3.城市天然气相关政策
如果以常规的思路和技术,用天然气作为大规模发电或用作化工原料,在价格上是难以承受的。如何在上海用好“昂贵”的天然气,开拓天然气市场,是一个系统工程,需要各方面的深入研究,制定详细的规划,政策, 做大量的技术预研,攻关和产业化工作。首先要对天然气价格、税收和融资政策进行研究, 政府从能源安全和环境保护角度,提倡使用天然气,但用户更关心它的价格,如何处理好政府与用户关注差异,非常重要。
3.1天然气气价
气价,即经济利益是天然气市场开拓的核心问题和指挥棒,常规的天然气技术和“以气代煤” 在价格上缺乏竞争力,因此制定合理的天然气气价是促进天然气发展的关键。
天然气价格的制定应通盘考虑经济、社会、环境效益等多方面因素,特别是能源结构优化与环境保护问题,要充分发挥天然气的高效、清洁作用。考虑价格问题要有二个原则;,
一是制定分类、分量、分层次、分时的价格标准,同时考虑使用天然气的不同行业对价格的不同承受能力和使用天然气的实际成本(包括管道),对不同用户制定不同售价,从高压管网直接取气的大工业均衡用气户气价要低一些;可中断用户气价要优惠;不均衡用户、商业用户和民用气价可高一些。夏季负荷用户价格要优惠,即可缓解天然气季节性峰谷差,又可减轻电力部门夏季用电高峰的压力。
二是天然气价格的优惠政策应与在环境保护、城市能源结构优化上的贡献挂钩。如机动车尾气排放高度接近人的呼吸带高度,对市民的危害很大,由于天然气汽车良好的排放特性,可彻底消除公交车冒黑烟问题。作为绿色燃料低排放汽车,天然气对于大气环境保护的重要贡献应在其价格中有所体现。 同时应考虑到公交行业的公益性和对天然气价格的实际承受能力, 因此车用天然气的应最优惠。分布式天然气供能系统,由于其在减少电力系统尖峰负荷、缩小电力和燃气系统季节性和时段性峰谷差的特殊贡献,天然气气价应予优惠。在日本,政府为鼓励发展低排放天然气汽车、燃气热泵和电热冷联供,车用天然气气价只是民用气价的一半,燃气热泵和电热冷联供用气价优惠25%。
3.2 相关环境政策
天然气消费市场的培育,还需要国家环境政策的扶植。长期以来,人们的观念上“环境资源”意识还很淡薄。譬如电厂烟囱冒黑烟、驾驶一辆排放超标汽车在市区兜风,要花掉多少环境资源?这可能会被认为是一个很可笑的问题。因此生态环境资源往往被认为是免费的,可以随意无偿占用,低估环境资源价值是生态环境日趋恶化的根本原因。从现代经济学的角度看,生态环境就是一种资源,具有其独特经济价值。国外发达国家采用课征环境税的办法,把对环境的污染计入成本,将污染引起的外部成本内部化、由污染者承担,来缓解或消除人对环境的危害,同时聚集资金加强环境建设,最终达到保护和改善环境的目的,在国外可把污染大户罚得倾家荡产,谁不能达标排放就请它关门、破产。
为何国外用天然气发电还能赚钱?关键还是中国对环保惩罚的法规和执行力度还远远不够。我们在环境保护上目前实行排污收费制度,但收费项目不全,收费标准过低。从现行排污费实施情况来看,由于收费标准低等原因,对排污企业根本不具威慑力,企业宁肯缴纳排污费也不愿治理污染,排污收费制度事实上己成为排污合法化的途径。
因此建议大幅提高排污收费标准和改革收费办法,并逐步向环境税过渡。使污染重的常规燃煤发电厂比污染小的先进燃气发电厂付出更多的排污税。排放高的柴油车比排放低的天然气车付出更多的排污税。这既是对损害大气环境的一种补偿,也可以促进企业加快能源结构调整的步伐,鼓励使用清洁能源。同时严格执行国家节能法,制定单位产品能耗限额,对能耗超限额产品进行“关,停,罚”。 在政策与税收政策向清洁高效能源倾斜。用市场机制来促进能源清洁高效利用。这样一来天然气燃料的竞争力就显示出来了,市场就能培育起来。

面对国家实施西气东输这一重大机遇,要加快城市的能源结构优化调整和大气污染治理步伐,建议在天然气利用上,要充分发挥天然气的高效、清洁作用,突破传统电力建设的框框,大力发展分布式能源供给系统,建立城市新的能电业;大力发展天然气汽车,改善城市机动车尾气污染,为城市的可持续发展提供绿色动力。

    参考文献略



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