天然气作为城市集中供热热源的可行性探究

陈淑静

摘 要：燃煤热电联产是我国集中供暖的主要热源，这种能源结构给大气污染治理带来极大挑战。在该背景下，清洁能源取代传统化石能源的需求愈加迫切。本文从天然气作为城市集中供热热源的安全性、成本以及输送及使用等方面探讨天然气作为城市集中供热热源的可行性。研究表明：天然气不能大规模应用于城市集中供热;城市集中供熱应在以煤炭为主的基础的前提上，逐步提高天然气等清洁能源的比重。

关键词：集中供热;天然气;供热安全性

中图分类号：TU995文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）16-0137-03

Abstract： Coal-fired cogeneration is the main heat source of central heating in China. This energy structure brings great challenges to air pollution control. In this context， the need for clean energy to replace traditional fossil energy is becoming increasingly urgent. This paper discussed the feasibility of using natural gas as a heat source for urban central heating from the aspects of safety， cost， transportation and use of natural gas as a heat source for urban central heating. The research shows that natural gas can not be used in large-scale urban central heating; urban central heating should gradually increase the proportion of clean energy such as natural gas on the premise of coal as the main basis.

Keywords： district heating;natural gas;heating safety

近年来，我国多地区频繁出现严重的雾霾天气，空气中有毒污染物增加，尤其是京津冀地区，空气污染指数已突破可吸入颗粒物浓度上限。该现象引起了全社会对环境保护的高度关注及对我国能源发展方式的深刻反思。大气中的污染物主要包括PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2等[1]，其中，PM2.5可直接被吸入肺中，从而严重影响人的身体健康。相关研究表明，PM2.5主要来源于能源行业，其中火电燃煤所产生的PM2.5约占全国PM2.5总量的36.1%[2]。因此，为降低能源行业的PM2.5污染排放，各方已经提出了多种解决方案，但这些方案基本上都集中在末端污染物的技术减排上，只能“治标”而难以“治本”。为了从根本上降低能源行业PM2.5污染的排放，需要加快推进清洁能源代替煤炭方案的实施，以减少污染物的排放量，达到国家要求的环境标准[3]。天然气作为一种清洁能源，在能源结构中的地位不断上升，天然气取代煤炭的呼声越来越高。由此，本文主要探讨天然气作为城市集中供热热源的可行性。

1 天然气作为城市集中供热热源的安全性

1.1 能源发展形式分析

我国能源结构的特点是“富煤贫油少气”，一次能源以煤炭为主，大约占64%，石油次之，占18.1%，而天然气所占份额最低，仅为5.9%[4]。传统能源产能结构性过剩的问题依然突出，天然气消费水平明显偏低。因此，积极拓展天然气消费市场，扩大天然气消费规模，实施天然气消费提升行动，是能源发展结构优化的主要任务。

根据《全国煤炭资源潜力评价》的初步成果，我国煤炭资源总储量为59 100亿t，其中累计探明资源量20 200亿t，预测资源量38 800亿t。2002—2010年，全国煤炭产量由15.5亿t增加到34.3亿t，年均增长2.09亿t，年均增长高达13.5%，是改革开放以来增长最快的时期。2015年，煤炭产量达到37.5亿t，比2010年增加3.2亿t，年均增长1.5%。1981—2010年，我国煤炭消费量由6.1亿t增加到33.3亿t，2016年，世界煤炭消费量达到74.6亿t，其中中国占50.6%。到2016年底，中国已探明天然气地质储存量5.4万亿m3，年均增长0.58万亿m3。中国天然气的产量由2010年的990.1亿m3增长到2016年的1 384亿m3，年均增长超过50亿m3，年均增率达到5.7%。2000年之前，中国的天然气消费水平较低：1990—1995年，天然气消费年均增量为5亿m3，年增长速度为3.1%;1995—2000年，天然气消费速度略有增长，年均增量为14亿m3，年均增长量6.7%。2010年以来，天然气消费量由1 112亿m3快速增长到2016年的2 103亿m3[5]。

1.2 天然气在我国能源结构中的地位

天然气是化石能源中较为清洁的能源，每燃烧1GJ天然气，二氧化碳排放量为50.4g，低于燃烧1GJ煤炭的890g，也低于燃烧1GJ石油的70.6g。将天然气与煤炭统一换算，1t煤的热量相当于730m3的天然气。从储量和消费量来看，天然气完全取代煤炭是不够用的。中国天然气探明储量具有“由陆相向海相拓展，由常规向复杂转移，有浅层向深层推进”的特点，资源禀赋较差，有效勘探开发难度较大。此外，随着开发历程的逐步延伸，相当一部分气田已进入中后期开发阶段，气藏地层压力水平较低，采出程度较高，剩余气分布认识难度加大。天然气是绿色优质能源，其用途广泛，应精细使用。天然气供热厂长期运行、直接燃烧供热，这是一种较低效的能源利用模式。有限的天然气资源应当优先供给城市居民生活用气与工业生产用气。随着石油、天然气资源的日渐短缺和洁净煤技术的进一步发展，煤炭的重要性和地位还会逐渐提升。根据我国资源状况和煤炭在能源生产及消费结构中的比例，以煤炭为主体的能源结构在相当长一段时间内不会改变[3]。因此，天然气不能大规模应用于城市集中供热。

2 天然气用于集中供热的成本分析

我国天然气资源丰富，但与国外产气国相比，气田规模小，储存丰度低，开采成本高，气价较高。随着天然气使用量不断增加，2012年后，我国天然气进口量逐年上升，到2015年，进口天然气量已经占总需求量的31.7%，而到2020年将占44.4%。我国天然气年消費量和需求量预测如表1和表2所示。

与石油不同，世界天然气价格没有全球统一的市场，也不存在统一的价格。目前，全球有三个具有代表性的市场，即北美、亚太和欧美，三大市场的天然气价格机制和价格水平根据各国天然气供应市场情况不同而存在明显差异。我国进口天然气价格建立在可获国际天然气资源价格的基础上。我国利用国外天然气来源：一是管道气，主要来自中亚与俄罗斯;二是LNG进口，主要来自中东和南亚地区。随着天然气资源的垄断以及消费量的日益增加，天然气价格的上涨将是长期趋势，基本不可能回调。我国集中供热能源以煤炭为主，根据建设部2016年的统计显示，目前全国供热采暖耗能全年约为2.66亿t煤。单位天然气的价格约是煤炭的2.7倍，天然气取代煤炭供暖，城市集中供热的成本将大幅增加，难以承受[6]。以北京市为例，表3为北京市采暖热源的构成比例。

从表3可明显看出，如果热电联产单位煤耗为1，则其余三种分别为热电联产供热采暖的1.2、1.44和3倍，热电联产供热采暖的节能量是显著的。

为了治理严重雾霾天气，北京市政府采取了热电联产“煤改气”，即使用大型燃气热电联产全面替代大型燃煤热电联产的措施，在2016年实现了北京城五环以内的燃煤设施全部由四大燃气热点中心取代，并预计到2020年前实现所有郊区和县全部无煤化，“煤改气”替代量达到65亿m3，基础设施建设资金将超过500亿元。

但是，将燃煤热电联产改成燃气热电联产供热，需要投入巨大的资源与能源，成本大幅度增加，且造成天然气用气矛盾。同时，提出的“煤制气”项目本身效率低下，制气过程中会对环境造成污染，消耗大量水资源。北京市目前推行的热电联产“煤改气”措施并不能显著降低PM2.5排放量，起到减排和缓解雾霾的作用，反而会大幅增加天然气用量，造成用气矛盾[7]。若全面推广“煤改气”，需要从国外大量进口天然气，国家能源安全受到威胁，能源形势将会变得更加严峻。

3 天然气用于集中供热在输送及使用环节的可行性研究

我国天然气基础设施建设滞后已成为制约天然气应用的瓶颈，管线不足是一个明显的制约因素，不但缺乏控制全国、联络主要气区与经济发达区的干线管网，也缺乏覆盖用户区的支线网络。众所周知，不能联网的单管线长距离供气存在相当大的安全隐患[8]，而另外值得注意的是，天然气管网依然缺乏站在国家层面上的全面规划。已有的初步规划往往是由各公司提出的，互相之间缺乏有机配合，有的甚至相交叉。中、长距离输气管线的安全运行离不开各种类型的气库[9]，我国储气库建设起步较晚，截至2018年底，我国地下储气库工作气量仅为全国天然气消费量的3%，LNG接收站罐容占全国消费量的2.2%。全国储气能力在天然气年消费量中占比不到6%，远低于国外10%～14%的平均水平[10]。受天然气市场发展阶段限制，我国天然气储气调峰能力落后于市场发展速度，一旦天然气需求在短期内激增，必然造成供气紧张。我国在2009年11月就曾出现过严重的气荒情况，而近年来情况愈演愈烈。尤其是在我国天然气利用结构中，城市燃气比重较大，安全稳定供气的要求较高，为了满足战略贮备和调峰的需要，我国需要建设相当规模的储气库[11]。此外，目前我国集中供热使用的一次能源以煤炭为主，使用大型燃气热电联产全面替代大型燃煤热电联产，基础设施及燃烧设备要全部更换，也需要投入大量的技术及资金支持。这也制约了天然气大规模应用于城市集中供热。

4 结语

本文分析了天然气取代煤炭作为集中供热热源时在总量、输送、技术等诸多方面的不足。大型城市的集中供热热源应多样化，天然气供热起动快，宜用作热负荷调峰，承担采暖季供热的尖峰负荷，每个采暖季只运行一个半月时间，燃煤热电厂承担采暖季供热的基本负荷。若完全由天然气供热构成，一旦出现冬季连续寒冷天气，各处用气均告急，天然气供应峰值迭加，极有可能造成因供气不足而停运天然气供热厂的状况[12]。燃煤热电联产是我国集中供暖的主要热源，以煤炭为主体的能源结构在相当长一段时间内不会改变，应限制高硫分、高灰分煤炭的开采，研究推广煤炭清洁燃烧利用技术，同时提高天然气等清洁能源的比重。

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