中美双方在北京发布了应对气候变化的联合声明,宣布两国各自2020年后应对气候变化行动目标。中国首次正式提出2030年中国碳排放达到峰值并努力早日达峰,并计划到2030年非化石
能源占一次能源消费比重提高到20%左右。
中美气候协定的出台,为中国设定了一个较高的非化石能源发展目标,给新一轮能源结构转型带来了极大的挑战。
事实上,中国能源消费结构正在朝着低碳化的方向发展。2013年,中国煤炭和石油消费量双双创出新低,能源结构在进一步改善。2013年,煤炭在中国一次能源消费结构中的比重仅为67.5%,创历史新低;石油比重为17.8%,创造了1991年以来的最低值。而在过去十年间,天然气占中国能源消费结构的比重翻了一番,达到5.1%。在未来的一段时间内,天然气将作为我国调整能源结构最为倚重的能源形式之一。
天然气已经开始在中国能源消费结构中大展拳脚,其需求量正以每年8%的速度增长。2025年中国的天然气市场将是当前规模的2.5倍。
天然气从区域性和边缘燃料转变为全球能源版图的焦点。伴随着跨国天然气管道的落地、海上LNG进口拓展以及中国页岩气开发不断取得的进展,未来天然气在中国供应将会得到可靠地保障,而怎么高效利用这种清洁能源成为了目前业内最为关注的话题。
为何是分布式?
天然气分布式技术将成为兴起的天然气时代最突出的受益者。据中国科学院工程热物理研究所院士徐建中介绍,中国能源效率低下,有惊人的浪费。“能源效率约为36%,比发达国家低约10%,产品能耗与国际先进水平有较大差距。因而,科学用能非常必要,而科学用能的典范和重要途径——就是将供能系统建在用户附近,就地消纳。
分布式能源系统的应用正符合科学用能要求。
在GE发布的《分布式能源白皮书》中做了这样的描述,分布式能源是指在使用点或附近发电。分布式能源技术可以是固定式(一般指电气应用)或移动式(海上和机车应用)。可用马力(hp)或发电容量(kW或 MW)来测量分布式能源系统的潜在输出。
正是由于小而灵活的特性,分布式能源系统的优点也较为突出。首先,它们可快速安装,最快可在几天或几个月内完成,而传统大型电站的建设时间则要长得多。当有未满足的能源需求而且必须快速增加供应时,这种快速部署特性变得尤为适用。在发生自然灾害需要恢复电力供应,或处于能源系统不稳定的情况下,分布式能源的快速构建特性也变得非常重要。
其次,分布式能源技术体积小巧,能够按需而建,并可以随着需求的增加而逐渐增加供应。因此对于一次性采购、建设以及运营成本的要求较低。相比之下,大型电站的建设则需要大规模资金投入,并且建成之后,规模也不能随意调整。在一些缺乏支持大型项目资金的发展中国家,如果使用分布式能源技术,则不需要为基础设施的建设投入大笔资金。
第三,分布式能源系统通常都部署在用户附近,可独立地输出电、热和冷等能量形式。各电站之间相互联网,使电、热和冷等在整个大区域内灵活调配,使能源利用率达到最高。同时各电站独立运行,供电的可靠性大大地提高,减少发生大规模供电事故的可能性。这些都是传统输配电方式无法实现的。
区别于由大规模电力系统发电、远距离输送的用电方式,分布式能源系统主要是适用于以下三类用户:一是同时需要电与热的终端用户(例如酒店、大型商业综合体等)。分布式发电能够大幅提高能源利用效率80%以上,远远高于我国目前的能源效率。并且相比较于传统燃煤发电,利用天然气这种清洁能源,可以减少环境污染。二是需要可靠电力的终端用户(大型数据中心,医院,机场等)。独立电源保证电力供应,而GE航改型燃机从启动到满负荷仅需要10分钟,而这种灵活启停的发电设备也是城市调峰的选择之一。此外,在偏远地区(如山区,独立海岛),分布式能源系统可以利用生物质气和沼气等其他气源,保证基础电网没有覆盖的区域正常、高效供电。
纵观电力系统发展史,分散化的发展潮流势不可挡。自从托马斯爱迪生于 1882 年建立第一座电厂以来,今天越来越多地使用分布式能源技术,以在使用点或附近提供电力和机械能源。分布式能源技术可以创建一个分散的能源系统,通过分布式发电机满足整个网络中的就地能源需求。
这一高效的用能方式也受到政策的强力支持。在国家出台的“十二五”规划中明确提出“优先发展大中城市、工业园区热电联产机组”及“促进分布式能源系统的推广应用”等战略目标。《国家能源局关于对〈发展天然气分布式能源的指导意见〉征求意见的函》中指出,“十二五”初期我国拟建设1000个天然气分布式能源项目等。
在政策的推动下以及天然气气源不断拓展下,分布式能源系统的应用已经成为不可忽视的一种用能方式。
GE的机会
在即将建成的中国内地第一个迪斯尼乐园——上海迪斯尼度假区。不论是美轮美奂的灯光还是惊险刺激的游玩项目,所需要的电力、冷、热甚至压缩空气都是由一个集中的分布式能源系统来提供,这个系统也被称为“绿色动力芯”。该分布式能源中心的一期工程将采用五台GE 4.4兆瓦J624颜巴赫机组,提供冷、热、电和压缩空气,整体能源效率高达85%,实现度假区运营的环保高效。同时,富余的电力将并入地区电网。
而类似迪斯尼这样的由分布式能源系统高效率供能的项目正在中国遍地开花。特别是对一些关键部门,可靠的电力供应更为迫切。目前,国内某些地区尤其是东南沿海城市的数据中心产业,夏季往往会面临电力短缺的情况。受供电局“让电于民”政策的影响,一些数据中心在用电高峰时段可能需要拉闸限电,这极大影响了数据中心的持续运营,并给数据中心带来了成本上的压力。
据GE分布式能源亚太区市场拓展总监沈祺俊介绍,除了限电的情况,数据中心在扩容的过程中也可能遭遇电力瓶颈问题。“当地变电站往往可以满足数据中心一期、二期的供电需求,然而当建设到三期、四期的时候,变电站可能就无法满足电力需求。”
正是遭遇上述瓶颈,分布式能源系统在数据中心的应用也愈加广泛。
在北京昌平的中石油数据中心,也是由分布式能源提供100%的电与冷,双回路市电作为备用电力使用,替代了柴油机组备电的功能。这是中国唯一已经建成的完全采用分布式能源供电、供冷的数据中心,也是GE分布式能源解决方案应用到国内数据中心的一个典型案例。
在中国,典型的分布式能源应用以航改型、工业轻型燃机驱动的联合循环、热电联供为主,辐射邻近的工业园区、新区,提供电和工业、采暖用蒸汽,或者以楼宇综合体为供应单元,用燃气内燃机和吸收式制冷机组驱动的冷热电三联供形式,供应楼宇综合体需要的电、生活热水和空调冷却水。
相对于分布式能源市场的其他竞争对手,通用电气的一个突出竞争优势就在于能够提供最完整的产品线。GE不但可以提供从200千瓦到100兆瓦的发电设备,如内燃机、航改机等,还可以根据客户的用电量和日常运作情况,为客户量身定制分布式能源解决方案。
而为了加快设备的本地化以及成本的进一步降低,GE还在中国找到了最好的合作伙伴——中国华电集团公司。作为中国最大的发电集团的之一,华电在分布式能源领域涉猎很早,在国内投资多个分布式能源项目。2011年8月,中国华电集团与GE公司针对于分布式能源行业成立合资公司——华电通用轻型燃机设备有限公司。10月24日,合资公司组装生产的首台航改型燃气轮机发电机组顺利下线,标志着中国分布式能源产业在技术和产品领域取得了重要进展。
伴随着越来越多的项目落地,分布式能源的市场也将迎来新的爆发。根据GE《分布式能源白皮书》,2012 年,分布式能源技术的投资达到1500亿美元,包括在全球电气、电力、机械传动和推进应用领域的燃气轮机、往复式发动机和太阳能光伏产品。到2020年,分布式能源技术的投资将从 1500 亿美元增加到 2060 亿美元。这也就是意味着分布式的“黄金时代”即将到来。