世界天然氣資源利用比例

利用方式

直接發(fā)電

能源工業(yè)自用

工業(yè)燃料

民用燃料

化工原料

所占比例

26%

14%

29%

26%

5

注：熱電聯(lián)供部分包括在工業(yè)和民用燃料之中

世界公認(rèn)天然氣是電力工業(yè)的最佳燃料。天然氣燃料電池雖然是最理想的發(fā)電裝置，但目前的技術(shù)水平還不能形成規(guī)模化生產(chǎn)能力，無法滿足人類的需求。所以，燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)是目前較理想的發(fā)電裝置，其優(yōu)勢在于：

發(fā)電效率高：例如瑞士ABB公司 KA26-1 型，容量368MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在ISO功況下的發(fā)電效率已經(jīng)達(dá)到58.5%，美國GE公司正在研制的STAG109G聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率已經(jīng)直逼60%，而燃煤火電廠的最高效率一直停留在42% 以下；

節(jié)約用水：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的蒸汽輪機(jī)僅占總?cè)萘康?/3，所以用水一般為燃煤火電的1/3，由于凝汽負(fù)壓部分的發(fā)電量在全系統(tǒng)中十分有限，國際上已廣泛采用空氣冷卻方式，用水量近乎為零。此外，甲烷（CH4）中的氫和空氣中的氧燃燒還原成二氧化碳和水，每燃燒1立方米天然氣理論可回收約1.53公斤水，每公斤L(fēng)PG理論可回收2.2公斤水，足以滿足電廠自身的用水。節(jié)水對于嚴(yán)重缺水的華北、山東和西北地區(qū)是重要的優(yōu)勢條件；

占地節(jié)省：由于沒有煤和灰的堆放，又可使用空冷系統(tǒng)，電廠占地大大節(jié)省，占地僅為燃煤火電廠的10-30%，節(jié)約了大量的土地資源，這對地少人多的中國也非常重要的；

造價低廉：按照國際標(biāo)準(zhǔn)，大型聯(lián)合循環(huán)電廠的工程總包交鑰匙的單位千瓦造價為300-500美元，大型燃煤電廠加裝脫硫設(shè)施的造價為900-1，000美元；

建設(shè)期短：燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)發(fā)電的建設(shè)周期為8-10個月，聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電的建設(shè)周期為16-20個月，而燃煤火電廠需要24-36個月。這一優(yōu)勢可使市場預(yù)測周期縮短，避免出現(xiàn)向今天發(fā)電能力過剩的局面；

設(shè)備靈活：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的設(shè)備調(diào)節(jié)靈活性大大優(yōu)于煤電和核電設(shè)施，它具有起停迅速，出力調(diào)節(jié)變化范圍較大的優(yōu)勢，就技術(shù)而言其出力調(diào)節(jié)范圍可從0-110%，建設(shè)燃機(jī)電廠對于我國日益加劇的用電峰谷差壓力有一定的緩解作用；

環(huán)境代價低：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的全壽命周期的環(huán)境代價是目前主流發(fā)電工藝中最低廉的，它沒有燃煤火電廠的多元污染，沒有水電站的移民和淹沒農(nóng)田問題以及自然生態(tài)的負(fù)面影響，沒有核電站的運行風(fēng)險和反應(yīng)堆退役后的存放難題。

500MW級燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠與燃煤火電廠排放對比

燃煤火電廠（噸/年） 聯(lián)合循環(huán)電廠（噸/年） 燃?xì)?燃煤排放比（%） 二氧化硫 8，043 6.4 0 氮氧化物 5，056 896 19 二氧化碳 2，942，375 1，145，808 39 灰 125，000 0 0 渣 350，000 0 0 可吸入微粒 428 19.4 4.5

燃煤火電廠（噸/年）

聯(lián)合循環(huán)電廠（噸/年）

燃?xì)?燃煤排放比（%）

二氧化硫

8，043

6.4

0

氮氧化物

5，056

896

19

二氧化碳

2，942，375

1，145，808

39

灰

125，000

0

0

渣

350，000

0

0

可吸入微粒

428

19.4

4.5

注：根據(jù)《中國電力9五規(guī)劃》

盡管燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠有如此眾多的優(yōu)勢，但是它也受到了管道天然氣和液化天然氣特殊性的明顯制約。因而，在我國是否大規(guī)模建設(shè)此類性質(zhì)的純發(fā)電廠和管道天然氣為燃料的調(diào)峰電廠仍須持慎重態(tài)度。

首先，在我國一些主管部門和電力系統(tǒng)中對以管道天然氣和液化天然氣為燃料的燃機(jī)電廠的認(rèn)識存在一些誤區(qū)。

以管道天然氣為燃料的純以調(diào)峰為任務(wù)的大型燃機(jī)電廠在全世界是極少見的，即使參與調(diào)峰任務(wù)，一般也是在連續(xù)運行的狀況下提供部分調(diào)峰容量，或擔(dān)任系統(tǒng)的中級調(diào)峰任務(wù)。原因之一是電網(wǎng)的晚峰與居民用氣的晚峰明顯重疊，必將出現(xiàn)搶峰爭氣，對于天然氣管網(wǎng)的安全供氣構(gòu)成威脅。如果建罐蓄氣調(diào)節(jié)，顯然不如使用液態(tài)燃料方便合算；原因之二是我國電網(wǎng)大多呈季節(jié)性冬夏雙峰特征，一般冬夏與春秋的峰差在10-30%之間，而天然氣管網(wǎng)也因采暖制冷出現(xiàn)幾乎完全相同的季峰特征，這是建罐蓄氣根本無法解決的，實際上此類調(diào)峰電廠冬季可能出現(xiàn)根本無氣可用的尷尬局面，不如直接發(fā)展使用液態(tài)燃料的燃機(jī)調(diào)峰電廠；

以液化天然氣為燃料的燃機(jī)電廠的調(diào)節(jié)靈活性大大優(yōu)于管道天然氣，但該類電廠應(yīng)盡可能靠近液化天然氣接收站，最好作為接收站的附屬設(shè)施運行。由于液化天然氣系統(tǒng)受到運輸船期的局限，在液化天然氣運輸船抵達(dá)之前必須清空儲罐庫容，該類電廠將不得不進(jìn)行周期性反調(diào)峰，電網(wǎng)必須充分考慮這一因素；

天然氣作為燃料必然遠(yuǎn)高于煤炭和鈾，但是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的效率高、造價低，如果能盡量保持設(shè)備滿負(fù)荷運行和減少起停，使其保持高效率和低運行成本；發(fā)揮環(huán)境代價低可靠近用電負(fù)荷中心，從而減少電網(wǎng)投資和線網(wǎng)損的優(yōu)勢，將足以克服燃料成本高帶來的障礙，使電價保持競爭能力；

由于天然氣燃機(jī)電廠突出的環(huán)保優(yōu)勢，使其為整體電力行業(yè)承擔(dān)了社會義務(wù)，并為其他項目騰出了大量環(huán)境容量空間。因此，它不應(yīng)與環(huán)境污染嚴(yán)重的燃煤電廠實行“同網(wǎng)、同質(zhì)、同價”和“競價上網(wǎng)”，否則將顯失公平，并背離基本的社會道義。環(huán)境價值應(yīng)該在電力“質(zhì)”的含義中體現(xiàn)，實際電價應(yīng)該在用戶點核算；

其次，盡管我國的天然氣資源有一定潛力，從周邊國家進(jìn)口天然氣也有一定的條件，但我國人口眾多，人均可利用的資源量不能算豐富。目前，主要面臨的問題并不是缺電，而是城市嚴(yán)重的環(huán)境污染急待治理。因此，大量建設(shè)以天然氣為燃料的燃機(jī)發(fā)電廠是不切實際、不符合社會道義的。只有在近氣田或有自屬管輸氣條件的地方，如能夠合理解決不與管網(wǎng)爭氣問題，可以根據(jù)情況適當(dāng)發(fā)展天然氣直接發(fā)電和調(diào)峰。

將天然氣單純作為居民生活燃料和工業(yè)燃料，不僅是資源的嚴(yán)重浪費。同時，也造成燃?xì)獬杀具^高企業(yè)無法承受，管網(wǎng)用氣不穩(wěn)定，冬夏季季峰差過大，被迫增加管網(wǎng)的調(diào)峰配套投資，從而陷入進(jìn)一步增大供氣成本的惡性循環(huán)。根據(jù)發(fā)達(dá)國家發(fā)展天然氣20年來的經(jīng)驗，發(fā)展燃機(jī)熱電廠是解決問題最有效的手段。

燃機(jī)熱電廠：實際上燃?xì)廨啓C(jī)使用最廣泛的行業(yè)是熱電聯(lián)供，美國1980-1987七年間建設(shè)了1，728座熱電廠，其中73%是天然氣燃機(jī)熱電廠。燃機(jī)熱電的裝機(jī)方式主要分兩類：A、燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供：該方式主要是將燃機(jī)的熱煙氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換蒸汽，由蒸汽輪機(jī)發(fā)電后抽汽供熱。其特點是電、熱調(diào)節(jié)靈活，發(fā)電量較大，火用的有效利用率高，但熱電比較小；B、燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)供：由燃機(jī)直接帶供熱鍋爐供熱。特點是熱效率高，熱電比大，但相對發(fā)電量少，調(diào)節(jié)靈活性較差。其供熱主要靠鍋爐補(bǔ)燃進(jìn)行調(diào)節(jié)。 GE STAG 106B 功效比較 項目 單位 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán) 發(fā)電 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供抽凝機(jī) 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供背壓機(jī) 燃機(jī)熱電聯(lián)供（非補(bǔ)燃） 燃機(jī)熱電聯(lián)供（補(bǔ)燃） 燃料耗量 GJ/h 439.3 439.3 439.3 439.3 678.1 燃機(jī)出力 KW 37700 37700 37700 37700 37700 蒸汽機(jī)出力 KW 17000 10350 6000 總發(fā)電效率 % 44.8 39.38 35.81 31 20 供熱量 T/h 50 82.5 93 194 供熱熱值 GJ/h 121.65 200.67 226.31 471.62 供熱效率 % 27.7 45.7 48 66.1 總熱效率 % 44.8 67.1 81.5 82.4 89.5

注：根據(jù)《GE聯(lián)合循環(huán)產(chǎn)品系列及性能》一書

燃機(jī)熱電的優(yōu)勢：除上述天然氣燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的優(yōu)勢均具備外，突出的特點是熱電綜合效率高、其環(huán)境效益和公共效益得以進(jìn)一步延伸、提高了能源利用率和保障系數(shù)。

從上表可見，燃機(jī)熱電廠熱效率大大高于發(fā)電廠，甚至高于燃?xì)忮仩t。它在供熱的同時將部分能量轉(zhuǎn)換為高價值的電能，提高了能量中火用的利用，從而提高了節(jié)能水平；

燃機(jī)熱電廠由于技術(shù)先進(jìn)污染極小，特別是氮氧化物單位排放量遠(yuǎn)低于燃煤和天然氣燃?xì)忮仩t。我國城市污染治理將面臨大量燃煤鍋爐的改造任務(wù)，使用燃機(jī)熱電技術(shù)改造應(yīng)是最佳方案； 氮氧化物排放比較 工藝方式 35t/h燃煤鍋爐 35t/h燃油鍋爐 35t/h燃?xì)忮仩t 40MW燃機(jī)熱電 Nox排放濃度 >400ppm >200ppm 150ppm 9-25ppm Nox排放量 117.26kg/h 58.63kg/h 43.97kg/h 12.75kg/h

工藝方式

35t/h燃煤鍋爐

35t/h燃油鍋爐

35t/h燃?xì)忮仩t

40MW燃機(jī)熱電

Nox排放濃度

>400ppm

>200ppm

150ppm

9-25ppm

Nox排放量

117.26kg/h

58.63kg/h

43.97kg/h

12.75kg/h

注：根據(jù)《首都藍(lán)天熱能系統(tǒng)工程》方案

燃機(jī)熱電廠容量較小，星羅棋布在城市之中，對于電網(wǎng)、氣網(wǎng)的安全運行將有積極作用。燃機(jī)熱電廠一般可采用雙燃料系統(tǒng)，在天然氣供應(yīng)出現(xiàn)問題時，可及時切換其他燃料，保障供熱、供電。

根據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗，通過天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的雙燃料燃機(jī)切換其他燃料，是解決管網(wǎng)調(diào)峰的最佳經(jīng)濟(jì)手段。在《首都藍(lán)天熱能系統(tǒng)工程》研究中，其經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步證實。一項投資，既解決環(huán)保，又解決天然氣的合理利用，減少了管網(wǎng)調(diào)峰投資和損耗，并解決了城市供熱系統(tǒng)的建設(shè)或改造資金，最終還實現(xiàn)了電力建設(shè)的增容，減少了電網(wǎng)輸變電投資和損耗，以及相對介紹了電網(wǎng)的調(diào)峰壓力，一舉多得。

發(fā)展燃機(jī)熱電要堅持適度規(guī)模：由于燃?xì)廨啓C(jī)的工藝原理，特別是熱電聯(lián)供的技術(shù)特性，小型機(jī)組和大型機(jī)組之間在熱電聯(lián)供熱時效率相差極小，這與過去燃煤電廠的概念根本不同。因此，在發(fā)展天然氣燃機(jī)熱電時，應(yīng)盡可能提高系統(tǒng)綜合熱效率，提高用戶端的實際能源利用效率，并以此作為技術(shù)經(jīng)濟(jì)和項目審核工作的核心。資源代價、環(huán)境代價與經(jīng)濟(jì)代價是相互相成的三極矛盾體。實現(xiàn)了節(jié)能，實際上就是實現(xiàn)了環(huán)保。只有堅持能源系統(tǒng)的適度規(guī)模，才能有效節(jié)能-降低了資源代價，從而達(dá)到環(huán)保目的-降低了環(huán)境代價，最終使經(jīng)濟(jì)代價變?yōu)槭袌觥翱沙惺堋薄?/p>

不同容量機(jī)組效率比較

Solar Taurus60 Solar Mars100 GE PG6541B PG7111EA 出力（MW） 5.2 11.1 38.34 82.3 發(fā)電效率 30.3% 32.45% 31.4% 32% 燃機(jī)熱電聯(lián)蒸汽量 12t/h 22t/h 93t/h 334 燃機(jī)熱電聯(lián)供效率 77% 77% 82.4% 82% 燃機(jī)熱電聯(lián)供補(bǔ)燃蒸汽量 29t/t 55t/t 194t/h 613t/h 燃機(jī)熱電聯(lián)供補(bǔ)燃效率 88% 88% 89.5% 89.4%

Solar Taurus60

Solar Mars100

GE PG6541B

PG7111EA

出力（MW）

5.2

11.1

38.34

82.3

發(fā)電效率

30.3%

32.45%

31.4%

32%

燃機(jī)熱電聯(lián)蒸汽量

12t/h

22t/h

93t/h

334

燃機(jī)熱電聯(lián)供效率

77%

77%

82.4%

82%

燃機(jī)熱電聯(lián)供補(bǔ)燃蒸汽量

29t/t

55t/t

194t/h

613t/h

燃機(jī)熱電聯(lián)供補(bǔ)燃效率

88%

88%

89.5%

89.4%

注：補(bǔ)燃至927°C。

綜上所述，將燃機(jī)熱電廠作為我國今后天然氣市場的主要利用方向，不僅是國家環(huán)境保護(hù)這一基本國策的要求，也是國家提高能源綜合利用效率這一長期產(chǎn)業(yè)政策的方向。對于合理使用天然氣，降低天然氣成本，提高城市供電安全保障，減少電力損耗都具有非常積極意義。

政策建議

根據(jù)各國發(fā)展天然氣的經(jīng)驗，推廣和合理使用天然氣是一個系統(tǒng)工程。各級政府和立法機(jī)構(gòu)應(yīng)該積極介入，及時通過立法程序予以支持和保護(hù)，平衡來自各利益集團(tuán)的矛盾，堅持以改善環(huán)境、節(jié)約資源、保護(hù)消費者利益、建立公平競爭機(jī)制為政策與立法最終目的。

下放電價審核機(jī)制，使至少地市級政府能夠根據(jù)本地區(qū)的環(huán)境狀況、實際購電成本、社會發(fā)展需求和經(jīng)濟(jì)承受能力來制定自己地區(qū)的銷售電價，以及平衡本地區(qū)的各類公用事業(yè)和公益性服務(wù)價格。與此同時，在同級地方人民代表大會建立價格審議和價格聽政機(jī)制。通過擴(kuò)大民主的方式，而不是計劃經(jīng)濟(jì)式的行政命令，采取一統(tǒng)價格的方式來解決問題。

制定《國家電力調(diào)度法》，對承擔(dān)社會公益性質(zhì)和環(huán)保型熱電廠實行優(yōu)先調(diào)度，保障天然氣熱電廠能夠得到合法、合理的平等競爭機(jī)會。

對于天然氣燃機(jī)熱電廠的過網(wǎng)費應(yīng)該實事求是地反映其低線損、網(wǎng)損的節(jié)能特性和可靠近負(fù)荷中心的環(huán)保優(yōu)勢，不能使用所謂“郵票法”將其與遙遠(yuǎn)的坑口燃煤火電廠實行“統(tǒng)一過網(wǎng)費”。

對于具有環(huán)保和節(jié)能性質(zhì)的熱電廠、企業(yè)自備熱電廠，特別是天然氣燃機(jī)熱電廠應(yīng)免收國家的0.02元/kWh 電力建設(shè)基金。

公共電網(wǎng)必須對自備天然氣燃機(jī)熱電廠提供安全供電保證，不得加收所謂容量備用費等，鼓勵發(fā)展適度規(guī)模、環(huán)保型、高效節(jié)能與綜合利用的能源體系。

天然氣公司應(yīng)實行季節(jié)性氣價和大用戶優(yōu)惠氣價，對有自保能力的燃?xì)庥脩艉蛯饩W(wǎng)能夠提供反調(diào)峰能力的用戶給予進(jìn)一步的價格優(yōu)惠。

適當(dāng)放寬燃機(jī)熱電廠使用柴油等液態(tài)燃料的限制，鼓勵燃機(jī)熱電廠采用雙燃料系統(tǒng)，承擔(dān)天然氣管網(wǎng)的調(diào)峰義務(wù)。

通過峰谷差電價等手段，鼓勵熱電廠采用補(bǔ)燃和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)工藝方式，提高熱電廠的電力負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，使其能夠根據(jù)電網(wǎng)實際用電負(fù)荷變換進(jìn)行調(diào)節(jié)運行，降低電網(wǎng)的峰谷負(fù)荷變化壓力。