陳淑靜

摘 要：燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)是我國集中供暖的主要熱源，這種能源結(jié)構(gòu)給大氣污染治理帶來極大挑戰(zhàn)。在該背景下，清潔能源取代傳統(tǒng)化石能源的需求愈加迫切。本文從天然氣作為城市集中供熱熱源的安全性、成本以及輸送及使用等方面探討天然氣作為城市集中供熱熱源的可行性。研究表明：天然氣不能大規(guī)模應(yīng)用于城市集中供熱;城市集中供熱應(yīng)在以煤炭為主的基礎(chǔ)的前提上，逐步提高天然氣等清潔能源的比重。

關(guān)鍵詞：集中供熱;天然氣;供熱安全性

中圖分類號：TU995文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：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

近年來，我國多地區(qū)頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重的霧霾天氣，空氣中有毒污染物增加，尤其是京津冀地區(qū)，空氣污染指數(shù)已突破可吸入顆粒物濃度上限。該現(xiàn)象引起了全社會對環(huán)境保護(hù)的高度關(guān)注及對我國能源發(fā)展方式的深刻反思。大氣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，從而嚴(yán)重影響人的身體健康。相關(guān)研究表明，PM2.5主要來源于能源行業(yè)，其中火電燃煤所產(chǎn)生的PM2.5約占全國PM2.5總量的36.1%[2]。因此，為降低能源行業(yè)的PM2.5污染排放，各方已經(jīng)提出了多種解決方案，但這些方案基本上都集中在末端污染物的技術(shù)減排上，只能“治標(biāo)”而難以“治本”。為了從根本上降低能源行業(yè)PM2.5污染的排放，需要加快推進(jìn)清潔能源代替煤炭方案的實(shí)施，以減少污染物的排放量，達(dá)到國家要求的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[3]。天然氣作為一種清潔能源，在能源結(jié)構(gòu)中的地位不斷上升，天然氣取代煤炭的呼聲越來越高。由此，本文主要探討天然氣作為城市集中供熱熱源的可行性。

1 天然氣作為城市集中供熱熱源的安全性

1.1 能源發(fā)展形式分析

我國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是“富煤貧油少氣”，一次能源以煤炭為主，大約占64%，石油次之，占18.1%，而天然氣所占份額最低，僅為5.9%[4]。傳統(tǒng)能源產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩的問題依然突出，天然氣消費(fèi)水平明顯偏低。因此，積極拓展天然氣消費(fèi)市場，擴(kuò)大天然氣消費(fèi)規(guī)模，實(shí)施天然氣消費(fèi)提升行動，是能源發(fā)展結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要任務(wù)。

根據(jù)《全國煤炭資源潛力評價》的初步成果，我國煤炭資源總儲量為59 100億t，其中累計(jì)探明資源量20 200億t，預(yù)測資源量38 800億t。2002—2010年，全國煤炭產(chǎn)量由15.5億t增加到34.3億t，年均增長2.09億t，年均增長高達(dá)13.5%，是改革開放以來增長最快的時期。2015年，煤炭產(chǎn)量達(dá)到37.5億t，比2010年增加3.2億t，年均增長1.5%。1981—2010年，我國煤炭消費(fèi)量由6.1億t增加到33.3億t，2016年，世界煤炭消費(fèi)量達(dá)到74.6億t，其中中國占50.6%。到2016年底，中國已探明天然氣地質(zhì)儲存量5.4萬億m3，年均增長0.58萬億m3。中國天然氣的產(chǎn)量由2010年的990.1億m3增長到2016年的1 384億m3，年均增長超過50億m3，年均增率達(dá)到5.7%。2000年之前，中國的天然氣消費(fèi)水平較低：1990—1995年，天然氣消費(fèi)年均增量為5億m3，年增長速度為3.1%;1995—2000年，天然氣消費(fèi)速度略有增長，年均增量為14億m3，年均增長量6.7%。2010年以來，天然氣消費(fèi)量由1 112億m3快速增長到2016年的2 103億m3[5]。

1.2 天然氣在我國能源結(jié)構(gòu)中的地位

天然氣是化石能源中較為清潔的能源，每燃燒1GJ天然氣，二氧化碳排放量為50.4g，低于燃燒1GJ煤炭的890g，也低于燃燒1GJ石油的70.6g。將天然氣與煤炭統(tǒng)一換算，1t煤的熱量相當(dāng)于730m3的天然氣。從儲量和消費(fèi)量來看，天然氣完全取代煤炭是不夠用的。中國天然氣探明儲量具有“由陸相向海相拓展，由常規(guī)向復(fù)雜轉(zhuǎn)移，有淺層向深層推進(jìn)”的特點(diǎn)，資源稟賦較差，有效勘探開發(fā)難度較大。此外，隨著開發(fā)歷程的逐步延伸，相當(dāng)一部分氣田已進(jìn)入中后期開發(fā)階段，氣藏地層壓力水平較低，采出程度較高，剩余氣分布認(rèn)識難度加大。天然氣是綠色優(yōu)質(zhì)能源，其用途廣泛，應(yīng)精細(xì)使用。天然氣供熱廠長期運(yùn)行、直接燃燒供熱，這是一種較低效的能源利用模式。有限的天然氣資源應(yīng)當(dāng)優(yōu)先供給城市居民生活用氣與工業(yè)生產(chǎn)用氣。隨著石油、天然氣資源的日漸短缺和潔凈煤技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，煤炭的重要性和地位還會逐漸提升。根據(jù)我國資源狀況和煤炭在能源生產(chǎn)及消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例，以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長一段時間內(nèi)不會改變[3]。因此，天然氣不能大規(guī)模應(yīng)用于城市集中供熱。

2 天然氣用于集中供熱的成本分析

我國天然氣資源豐富，但與國外產(chǎn)氣國相比，氣田規(guī)模小，儲存豐度低，開采成本高，氣價較高。隨著天然氣使用量不斷增加，2012年后，我國天然氣進(jìn)口量逐年上升，到2015年，進(jìn)口天然氣量已經(jīng)占總需求量的31.7%，而到2020年將占44.4%。我國天然氣年消費(fèi)量和需求量預(yù)測如表1和表2所示。

與石油不同，世界天然氣價格沒有全球統(tǒng)一的市場，也不存在統(tǒng)一的價格。目前，全球有三個具有代表性的市場，即北美、亞太和歐美，三大市場的天然氣價格機(jī)制和價格水平根據(jù)各國天然氣供應(yīng)市場情況不同而存在明顯差異。我國進(jìn)口天然氣價格建立在可獲國際天然氣資源價格的基礎(chǔ)上。我國利用國外天然氣來源：一是管道氣，主要來自中亞與俄羅斯;二是LNG進(jìn)口，主要來自中東和南亞地區(qū)。隨著天然氣資源的壟斷以及消費(fèi)量的日益增加，天然氣價格的上漲將是長期趨勢，基本不可能回調(diào)。我國集中供熱能源以煤炭為主，根據(jù)建設(shè)部2016年的統(tǒng)計(jì)顯示，目前全國供熱采暖耗能全年約為2.66億t煤。單位天然氣的價格約是煤炭的2.7倍，天然氣取代煤炭供暖，城市集中供熱的成本將大幅增加，難以承受[6]。以北京市為例，表3為北京市采暖熱源的構(gòu)成比例。

從表3可明顯看出，如果熱電聯(lián)產(chǎn)單位煤耗為1，則其余三種分別為熱電聯(lián)產(chǎn)供熱采暖的1.2、1.44和3倍，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱采暖的節(jié)能量是顯著的。

為了治理嚴(yán)重霧霾天氣，北京市政府采取了熱電聯(lián)產(chǎn)“煤改氣”，即使用大型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)全面替代大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的措施，在2016年實(shí)現(xiàn)了北京城五環(huán)以內(nèi)的燃煤設(shè)施全部由四大燃?xì)鉄狳c(diǎn)中心取代，并預(yù)計(jì)到2020年前實(shí)現(xiàn)所有郊區(qū)和縣全部無煤化，“煤改氣”替代量達(dá)到65億m3，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金將超過500億元。

但是，將燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)改成燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱，需要投入巨大的資源與能源，成本大幅度增加，且造成天然氣用氣矛盾。同時，提出的“煤制氣”項(xiàng)目本身效率低下，制氣過程中會對環(huán)境造成污染，消耗大量水資源。北京市目前推行的熱電聯(lián)產(chǎn)“煤改氣”措施并不能顯著降低PM2.5排放量，起到減排和緩解霧霾的作用，反而會大幅增加天然氣用量，造成用氣矛盾[7]。若全面推廣“煤改氣”，需要從國外大量進(jìn)口天然氣，國家能源安全受到威脅，能源形勢將會變得更加嚴(yán)峻。

3 天然氣用于集中供熱在輸送及使用環(huán)節(jié)的可行性研究

我國天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后已成為制約天然氣應(yīng)用的瓶頸，管線不足是一個明顯的制約因素，不但缺乏控制全國、聯(lián)絡(luò)主要?dú)鈪^(qū)與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)的干線管網(wǎng)，也缺乏覆蓋用戶區(qū)的支線網(wǎng)絡(luò)。眾所周知，不能聯(lián)網(wǎng)的單管線長距離供氣存在相當(dāng)大的安全隱患[8]，而另外值得注意的是，天然氣管網(wǎng)依然缺乏站在國家層面上的全面規(guī)劃。已有的初步規(guī)劃往往是由各公司提出的，互相之間缺乏有機(jī)配合，有的甚至相交叉。中、長距離輸氣管線的安全運(yùn)行離不開各種類型的氣庫[9]，我國儲氣庫建設(shè)起步較晚，截至2018年底，我國地下儲氣庫工作氣量僅為全國天然氣消費(fèi)量的3%，LNG接收站罐容占全國消費(fèi)量的2.2%。全國儲氣能力在天然氣年消費(fèi)量中占比不到6%，遠(yuǎn)低于國外10%～14%的平均水平[10]。受天然氣市場發(fā)展階段限制，我國天然氣儲氣調(diào)峰能力落后于市場發(fā)展速度，一旦天然氣需求在短期內(nèi)激增，必然造成供氣緊張。我國在2009年11月就曾出現(xiàn)過嚴(yán)重的氣荒情況，而近年來情況愈演愈烈。尤其是在我國天然氣利用結(jié)構(gòu)中，城市燃?xì)獗戎剌^大，安全穩(wěn)定供氣的要求較高，為了滿足戰(zhàn)略貯備和調(diào)峰的需要，我國需要建設(shè)相當(dāng)規(guī)模的儲氣庫[11]。此外，目前我國集中供熱使用的一次能源以煤炭為主，使用大型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)全面替代大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)，基礎(chǔ)設(shè)施及燃燒設(shè)備要全部更換，也需要投入大量的技術(shù)及資金支持。這也制約了天然氣大規(guī)模應(yīng)用于城市集中供熱。

4 結(jié)語

本文分析了天然氣取代煤炭作為集中供熱熱源時在總量、輸送、技術(shù)等諸多方面的不足。大型城市的集中供熱熱源應(yīng)多樣化，天然氣供熱起動快，宜用作熱負(fù)荷調(diào)峰，承擔(dān)采暖季供熱的尖峰負(fù)荷，每個采暖季只運(yùn)行一個半月時間，燃煤熱電廠承擔(dān)采暖季供熱的基本負(fù)荷。若完全由天然氣供熱構(gòu)成，一旦出現(xiàn)冬季連續(xù)寒冷天氣，各處用氣均告急，天然氣供應(yīng)峰值迭加，極有可能造成因供氣不足而停運(yùn)天然氣供熱廠的狀況[12]。燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)是我國集中供暖的主要熱源，以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長一段時間內(nèi)不會改變，應(yīng)限制高硫分、高灰分煤炭的開采，研究推廣煤炭清潔燃燒利用技術(shù)，同時提高天然氣等清潔能源的比重。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃曉虎，韓秀秀，李帥東，等.城市主要大氣污染物時空分布特征及其相關(guān)性[J].環(huán)境科學(xué)研究，2017（7）：1001-1011.

[2]莫華，朱法華，王圣，等.火電行業(yè)大氣污染物排放對PM2.5的貢獻(xiàn)及減排對策[J].電力信息與通信技術(shù)，2013（8）：1-6.

[3]國家統(tǒng)計(jì)局能源司.中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2018.

[4]國家發(fā)展改革委，國家能源局.能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃[R].2016.

[5]郭藝，李長清.我國天然氣戰(zhàn)略布局探析[J].能源評論，2011（6）：98-107.

[6]嚴(yán)緒朝.中國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和天然氣的戰(zhàn)略地位與作用[J].國際石油經(jīng)濟(jì)，2010（3）：62-67.

[7]李文超.北京農(nóng)村地區(qū)冬季清潔取暖政策與工作開展[J].建設(shè)科技，2017（18）：22-23.

[8]李宏勛，吳復(fù)旦.我國進(jìn)口天然氣供應(yīng)安全預(yù)警研究[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2018（4）：1-6.

[9]鄒才能，趙群，陳建軍，等.中國天然氣發(fā)展態(tài)勢及戰(zhàn)略預(yù)判[J].天然氣工業(yè)，2018（4）：1-11.

[10]潘月星，趙軍.中國液化天然氣（LNG）進(jìn)口貿(mào)易發(fā)展的新問題與新舉措[J].對外經(jīng)貿(mào)實(shí)務(wù)，2018（4）：48-51.

[11]SAVIC D A， WALTERS G A. Genetic Algorithms for Least-Cost Design of Water Distribution Networks[J]. Journal of Water Resources Planning & Management， 1997（2）：67-77.

[12]阮立軍，楊芊.我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)面臨的形勢和發(fā)展機(jī)會[J].煤炭加工與綜合利用，2018（2）：1-5.