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北京发展中、小型燃气透平发电机组，进行电、热（冷）联供
是解决大气污染合理利用天然气的重要途径

国家计委原局长、教授级高工王海
2000年9月于北京

    一、北京市大气污染问题的症结
    北京市大气污染的症结在于产业结构和能源结构不合理，重工业比重过大，能源消费中用煤比重过高，占70％左右。据有关资料北京目前大气污染中90％的二氧化硫和80％的可吸入颗粒物是由燃煤产生的，是燃煤型的大气污染。北京市大气污染超标以冬季采暖季节最为严重／其中每年采暖燃用600一700万吨煤，是最大污染源，从治理北京市大气污染环境任务来说，这应是我们主攻的目标。而用高效能清洁燃料天然气代替煤作燃料，改善北京市能源消费结构，应该是一个较为有效的办法。

    二、从天然气资源条件来看，增加对北京市天然气的供应呈可能的。
    主要的根据是近年来我国陕甘宁盆地天然气资源量有很大的突硷。陕甘宁所在的鄂尔多斯盆地，是我国第二大沉积盆地。盆地理论天然气资源总量为4．18万亿M³，截止1998年底己获得天然气探明储量3100亿M³，控制储量1200亿M³，预测储量3000多亿M³。因此长庆石油勘探局的同志提出2000年天然气探明加控制储量达到5000亿M³， 2010年目标为10000亿M³。天然气采出率一般为70％左右，如果天然气合理开发强度按2％计算，则长庆气田天然气产量2000年和2010年有可能分别达到100亿M³和200亿M³，而且可以服务35年。设想一半左右供应首都北京，即2000年2010年向北京分别供应50亿M³和100M³，从资源条件看是有可能的。
西部大开发，国家己决定启动“西气东输”工程，从新疆至上海天然气长输管道与长庆气田在陕北靖边柏汇合，输气规模为200亿M³／年，可以作为北京供气的后备气源。这样对大然气可否长期供应北京市的问题，应该说是可以放心的。

    三、影响北京天绒气扩大规模应用主要制约是经济问题
    现在陕京管道气供应北京市门站的价格是0.99元／M³，折成等热值的煤炭价格约为660元／吨，而北京地区原煤的价格不到200元／吨，即天然气价格是煤的3-3.5倍。北京市大然气目前供应价格为民用1.4元／M³，工业用1.4一1.8元／M³，比煤要高出更多。这就给大规模利用天然气，以气代煤的工作带来困难。虽然北京市政府作出积极推广使用清洁燃料天然气和禁止使用高硫煤的决定，并提出“加快无煤区建设”和“改造区域采暖锅炉”等具体措施。在实施中遇到的最大难题就是费用大幅度增加。据介绍方庄、左家庄2个集中供热锅炉房，共有24台，40吨／时的低压锅炉，改用大然气仅锅炉本体改造费用达1亿元，每年燃料费按采暖季4个月计算达1名亿元，为原来燃煤所需燃料费（按低硫煤250元／T计算） 3800 万元的4．7倍。增加这样庞大的费用开支，政府和百姓都雄以承受，因此可以说，这样的煤改气工程经济上是不可行的。
    其次，如何解决均衡用气，也是制约天然气大规模利用的一个问题。据介绍北京冬季现在规划日需天然气己达到580万M³，己超过长输管线年供气17一18亿M’能力，而夏季日需天然气仅为140一150万M’，相当年供气5亿M³左右，冬夏二季峰谷相差3倍以上，这就给天然气供应带来很大困难。天然气工业的上、中游建设都是投资密集型产业，要求气田生产及长输管线服从用户负荷进行大幅度调峰，是不经济的，技术上也有一些困难，至于建设地下储气库或地面储击系统进行调峰，这些都需要巨大的开支，而且调幅也是有局限的，有一个技术经济合理的问题。

    四、发展燃气透平热电’冷‘合理利用天然气最好的选择
    天然气是高效率清洁能源，气体燃烧时可产生高温气流，用来推动叶片作功发电，排出的高温废气回收余热后以供居民采暖。我们可以把燃气透平机组的燃烧室视为锅炉，所不同的是天然气在燃烧室瞬间燃烧产主1100℃以上的高温燃气，进入燃气透平中膨胀做功发电，排出的500℃-600℃高温度气再进行余热回收，产生蒸汽进行汽轮机发电或直接供暖，这后部分与常规烧锅炉作用相似。由于采用燃气透平热电联合生产，能量得到梯级合理利用，可以得到经济价值较高的电力，达到节约能源，增加电力，改善环境的目的。
    清华大学叶大均、李宇红等人曾进行计算，北京现行供热价格为18元／炉·季，供热时间为120天（2880小时），供热能量为0．21GJ／M²·小时，则相应的热价是29．76元／U。如用天然气直接代煤烧锅炉，天然气热值8400大卡／M³（35．2MJ/M³），锅炉效率按90％计算，热网管道损失按5％，每惭天然气供热收入仅为0．89元，北京市每度电实际售价为0．41元，如采用燃气联合循环发电机组，热电效率为85％，其中发电效率40％，供热效率45％，扣除厂用电2％，管网热损5％，计算每烧1M³天然气可发电3．7KWh，收入1．51元，有效供热14．08M²，可收入0．44元，合计收入1．95元，高于目前的天然气的进价价格（1．4元／M³），是前者天然气直接烧锅炉收入的219％，增加1倍以上，可以取得较好的经济效益。
    现在北京夏季降温采用窗式空调很多，耗电很大，用电高峰高出200万干瓦以上，加剧了电力运行的困难。如果有条件将原有的冬季供汽（热水）取暖系统，在夏季使用蒸汽采用溴化狸蒸发制冷技术，既可使热电厂热负荷全年更趋于平衡，提高热电厂经济性，又可降低制冷成本（热电联产的集中制冷成本约为直燃机吸收制冷成本的60％，分体空调的42％左右）。
    清华大学提出绿色能源工程项目，初步意见在清华大学校园内装机2 x 5万干瓦（燃机）联合燃气热电机组，可以供热200万M²，供冷90万M²，发电5．6亿度／年，年耗天然气约1．7亿M³，总投资估算为15亿元人民币，单位于瓦造价4100元左右。
    另外北京首创集团、东方·能源发展公司1999年6月曾提出首都蓝天热能系统工程设想，拟建设规模为5。6万千瓦燃气联合循环发电机组20个，年用天然气18亿M³，可以解决4000万M²居住面积取暖，取代相当一部分烧煤锅炉，还首都一片蓝大，并建议在清华大学、北京西客站、海淀上地实创热力厂进行试点。
    国际上燃气透平热电联产技术十分成熟，而且发展很快。根据1988年12月对美国能源综合利用考察的报告（团长是中国国际工程咨询公司蒋兆祖先生），美国自1980年至1987年建设各种热电站1728座，装机4494万千瓦，其中1986、1987年每年装机投产都在1000万千瓦以上，预计今后若干年仍然会保持这种增长势头。这些热电站的特点是：
    1、从燃料构成看，以天然气燃料为主，占同期所建热电站数目的73％，发电容量的60％。
    2、从热电站容量构成看，以中、小型为主。热电站平均容量为2．6万千瓦，其中燃用天然气为2．1万千瓦。考察团曾见到休斯敦莱斯大学热电站装机容量仅3100千瓦。
    总之，发展燃气透平热电联产机组的优点是：
    （1）这是节能的重要措施，节约能源近一半。
    热电联产热能利用效率可以达到75一90％，其中发电效率30一40％，供热效率45一50％；而常规冷凝式发电机组由于必不可少的冷端损失，发电效率仅为30一40％，热损失达60一70％。直接燃烧天然气锅炉，锅炉效率可以高达85一90％，但要生产同样数量的电力和热力，几乎比热电联产多消耗近一半的一次能源。
    （2）天然气有效能得到利用，能量得到梯级合理利用，增加了发电，也增加了收入。
    （3）热电可以互补以平衡用气，减少天然气调峰投入。
    （4）有条件发展夏季采中制冷，减少使用窗式空调带来的城市热岛效应，并可以一年四季大量供应生活热水，提高居民生活质量。
    （5）由于机热组效率主要取决于燃气进入透平的初温（T1），因而与机组容量大小关系不大，可以选择多种中，小型燃气透干机组，规模灵活。

    五、实现首都蓝天工程还需要政府政策的大力扶持
    我们认为选择中、刁、型燃气透平发电机组，进行、热（冷）联产，是解决首都大气污染扩大合理利用天然气的重要途径，但目前工作进展不快，各方面关系协调困雄，还需要政府宏观上政策的大力支持。
    1、首先电力部门要积极参与，可以投资建设或欢迎其他方面投资，推动此项热电产业的发展。
    美国在卡特总统时代，1978年公布了“公共设施修正法”，其中对热电联产机组发出的电力，电网必需收购，并且电网还要有保证容量，一旦热电联产机组停发后，电网要迅速补充供应电力。这样用户就没有后顾之忧。由于政府明确规定，对热电联产机组得以大量发展，一方面国氛也节约了大量能源，另一方面居民得到了实惠。
    2、天然气供应的价格政策对发电要优惠。
    在国外，天然气的价格是居民最高，顺次而下为商业、工业、门站、发电。供应发电的天然气价格最低，而北京市现在电力视为工业（1．4一1．8元／M^3），高于民用及门站的天然气供应价格，这样使发电成本增高，难以合理扩大利用天然气。
    3、由于天然气发电是清洁能源利用，改善了环境，国家要给一些优惠扶持政策，例如在税收、电价等，要使投资者有适当的利润。
    4、争驭使用日本环保优惠低息贷款。
    1997年9月日本前首相桥本先生访问中国时，宣布了关于环保特别日元贷款，其贷款年利率为0.75%，偿还期限为40年（还款期30年、宽限期10年），并开始在1998年对中国第四批日元贷款中实施。这种贷款，如果考虑通货自然贬值，基本不付利息，相当过去国素拨款搞项目投资。首都为了改善城市大气污染，发展天然气燃气透平电、热（冷）联供，可以争取这种贷款解决项目资金投入及改善项目经济效益等。
    总之，我们要根据江泽民主席“关于三个代表”的重要论述指示精神，对一些代表先进的生产力，有利于人民利益的事业，要克服一些困难去努力实现。