关于工业领域发展分布式供能的几点思考

上海市节能协会工业领域分布式供能发展研究课题组 施明融 吴 亮 毕毓良

随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源资源消耗持续增加，大气污染防治压力不断加大。以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康。工业企业燃煤锅炉的使用是大气污染的重要成因之一。

针对日益恶化的大气环境，国务院于2013年9月印发《大气污染防治行动计划》，指出要加强工业企业大气污染综合治理：全面整治燃煤小锅炉，加快推进集中供热、“煤改气”和“煤改电”工程建设。上海市政府于11月出台了《关于进一步加大力度推进燃煤(重油)锅炉和窑炉清洁能源替代工作的实施意见》[以下简称：66号文]，明确到2015年底全市将通过“煤改电”和“煤改气”等技术完成2898台燃煤(重油)锅炉和窑炉的清洁能源替代。到2017年底，完成集中供热和热电联产锅炉的清洁能源替代。

天然气分布式供能系统（以下简称：DES－Distributed Energy System）通过热（冷）电联产，提高能源综合利用效率，实现运营成本的最低化，非常适合部分工业企业用户替代燃煤锅炉使用，特别是4蒸吨/时以上、年利用时间在4000小时以上的燃煤锅炉替代首选方案。

DES是一种新型的供能系统（图1），其基本特点是：系统构建的基本原则是“以热定电、热电联供、温度对口、梯级利用”，系统能源综合利用效率高；一次能源是天然气等清洁能源；产品是复合能源，包括电能和热（冷）能。分布式供能系统必须建设在用户侧，与低压配电网连接，其生产的电能和热能（包括冷能）就地消费，不占用高压电网资源和基本不发生电能输送损失。

图1 天然气分布式供能系统典型架构图

DES比较传统供能有如下优势：能源梯级利用，实现能源综合利用效率大于70%；节能减排，相比传统供能可以实现节能20%以上，减排温室气体40%以上；调峰削谷，一般随用户上下班起停，对电网具有调峰作用，能够减小电网峰谷差；布置灵活，可以布置在建筑物的地下室和屋顶，有利于节约城市土地资源；提高能源安全系数，在大电网停电时，可以提供备用电力，提高用户的供电可靠性；优化能源系统，夏季能够协调天然气和电力的平衡供应，优化能源系统的运行。由此，在发达国家已经具有较大规模，我国政府也同样予以大力提倡和支持。

DES按其用户分类，可以分为民用性（下简称CDES：Civil Distributed Energy System）和工业性（下简称IDES：Industry Distributed Energy System）两类。两者的基本含义相同，而用能场所和特性有较大差别。迄今为止，本市的分布式供能项目多属于民用性项目，以商业或者医疗机构为主要服务对象，以调节空气温度为主要目标。由于本市处于亚热带地区，空调在春秋季的负荷甚低，CDES系统容量配置受到很大限制。工业企业热负荷一般比商业建筑大得多，IDES以满足生产用热（蒸汽或者热水，少数有冷负荷）为主，负荷与气候变化没有密切关系，完全取决于产品生产是否饱满，对于连续生产的工厂，一般装机需求规模大，可以带来更好的经济效益和节能减排效果。

IDES是DES发展的新阶段，相比CDES，IDES的机组容量更大、系统效率更高、节能减排的社会效益和能源成本降低的企业经济效益更好，供能率（系统供给企业的能量占企业总用能量的份额）更高。迄今，本市CDES项目的供能率均为20%左右，而IDES项目的供能率将在80%以上。

在工业领域推广DES项目建设有利于促进DES从政府推进为主的示范性发展到政府政策指导、企业推进为主的市场化发展；从社会节能减排效益为主到社会效益和企业经济效益共赢；项目装机容量从民用型的千瓦级到工业型的兆瓦级发展。

IDES具有严格的建设条件，并非所有工业企业全部适宜建设。主要有以下几点：

（1）前提条件——企业不违背本市产业结构调整发展方向。不符合本市产业结构调整方向的企业未来将面临日益严峻的节能减排等压力，面临关停或者外迁，因此不建议这类企业发展分布式供能。

（2）必要条件——有连续稳定的用热（冷）需求。一般要求年供热利用小时超过4000小时（一般为二班制或者三班制），热负荷平稳连续；

（3）充分条件——具备燃气和电网接入条件，厂区内具有安装场地。

IDES的发展可分为两个阶段：一是工厂型项目，2015年前为集中建设阶段；二是园区型项目，2017年前为集中建设阶段。

本市建设IDES潜力甚大：预计工厂型的装机容量可达300MW，园区型的装机容量可达1300MW，到2017年底，合计装机容量可达1600MW，占全市DES总量的90%，占上海市发电装机容量比重将从目前的0.07%提升至5.9%。

IDES项目的能源综合利用效率，可达75%以上。与传统供能系统比较，节能率和二氧化碳减排率均大于25%，二氧化硫和颗粒污染物的排放接近于零。

IDES项目满足能源综合利用率75%且年利用时间大于4000小时等条件时，将具有良好的经济效益。相比用天然气锅炉供热，其单位蒸汽成本将降低40%以上，投资回报年限将缩短至6年左右。

IDES对可靠性要求远高于CDES。可靠性和经济性是IDES的两条腿，缺一不可。须按照企业经济实力和生产特点，制定系统可用系数和非计划停用次数的标准值。以全生命周期可靠性评估方法，推荐全生命周期可用率不小于84%。建议加强可靠性管理，当前特别要重视明确系统优化模式和对设备售后服务质量的要求。

IDES从工厂型到园区型发展的每个阶段，都应按照自身特点选择适合自身需求的自主型、介入型或者结合型等的运营模式，以达到预定目标。

原动机组国产化是IDES发展的必要前提。建议采取先本土化，后自主化，或自主化和本土化同步推进的国产化实施策略。国产化启动已有长足进步，但是目前多头布局，互不通气，阻碍了国产化健康发展，建议政府有关部门研究引导，以求不失去历史机遇。