宋憲輝

(遼寧省交通建設(shè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

1 背景

相比于重油和柴油等傳統(tǒng)能源，天然氣能源最大的優(yōu)勢(shì)就是熱效率高、碳排放水平低、污染小且安全等級(jí)高。一般情況下，天然氣的著火溫度為657℃，密度、辛烷值、爆炸極限等技術(shù)指標(biāo)均比重油和柴油優(yōu)良，且比重小、易升空。因此，作為推進(jìn)公路建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排工作的有效手段，近幾年以天然氣為驅(qū)動(dòng)能源的瀝青混凝土拌合站在我國(guó)公路行業(yè)和遼寧省普通公路領(lǐng)域得到了逐步推廣，但由于受地形條件等因素所限，遼寧省高速公路建設(shè)領(lǐng)域尚未開(kāi)展同類設(shè)備的應(yīng)用。

結(jié)合鐵本高速公路創(chuàng)建綠色公路主體項(xiàng)目，我們對(duì)LNG瀝青混凝土拌合站應(yīng)用可行性進(jìn)行了研究。通過(guò)前期調(diào)查，國(guó)內(nèi)主要投入應(yīng)用的大部分為管道直供式，即通過(guò)設(shè)備改造實(shí)現(xiàn)拌合站與原有天然氣管網(wǎng)的直接連接。但由于受地域條件限制，管道直供式并不適合高速公路短期應(yīng)用的特點(diǎn)，而移動(dòng)式清潔能源拌合站則是研究的重點(diǎn)。通過(guò)研究，意在了解當(dāng)前天然氣能源拌合站的應(yīng)用狀況，總體掌握其在技術(shù)成熟性、風(fēng)險(xiǎn)性和經(jīng)濟(jì)性方面的實(shí)際情況，為下一階段確定綠色拌合站在遼寧省高速公路建設(shè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用政策與工程實(shí)踐決策提供參考。

2 技術(shù)原理分析

瀝青混凝土拌合站驅(qū)動(dòng)能源的調(diào)整是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)臨時(shí)性LNG存儲(chǔ)中心以及對(duì)傳統(tǒng)重油類拌合站骨料燃燒器和瀝青加熱燃燒器實(shí)施改造而實(shí)現(xiàn)的，臨時(shí)性氣源中心通過(guò)局域輸氣管道持續(xù)供給瀝青混合料生產(chǎn)所需能源。

圖1 LNG瀝青拌合站工作原理圖

3 技術(shù)環(huán)保效益分析

(1)能源燃燒性能比較

天然氣的燃燒熱值為重油的1.2倍。

表1 能源燃燒消耗對(duì)比表

以鐵本高速公路項(xiàng)目1個(gè)合同段為例，如更換天然氣能源，可減少重油能源消耗2100t，消耗天然氣能源1650t，減少能源消耗450t。

(2)環(huán)保效益比較

兩種能源燃燒產(chǎn)生的二氧化碳溫室氣體和氮氧化物等污染物的水平存在較大差異。

由表2分析可知，應(yīng)用天然氣拌合站在建設(shè)期內(nèi)消耗了清潔能源，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，且碳排放水平可降低24.8%，同時(shí)消除污染物排放，減排環(huán)保效益明顯。以鐵本高速公路項(xiàng)目1個(gè)合同段計(jì)算，可減少直接碳排放1680t。

表2 不同能源排放水平對(duì)比

4 應(yīng)用案例情況

通過(guò)調(diào)研了解，全國(guó)各地多個(gè)省份開(kāi)展了此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用。2011年內(nèi)蒙古在京藏高速公路呼包段改擴(kuò)建工程中應(yīng)用油氣兩用型的拌合站生產(chǎn)瀝青混合料28萬(wàn)噸，并詳細(xì)對(duì)比了天然氣拌合站與重油類拌合站的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，取得較好效果；2012年寧夏回族自治區(qū)的鹽池至中寧高速公路實(shí)施了瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點(diǎn)，并生產(chǎn)了近15萬(wàn)噸的瀝青混合料，應(yīng)用效果較好；2013年陜西太原西北環(huán)路面工程利用LNG天然氣拌合站生產(chǎn)瀝青混合料10萬(wàn)噸，應(yīng)用效果良好。2013年貴州思南至劍河高速公路項(xiàng)目進(jìn)行瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點(diǎn)，改造設(shè)備為進(jìn)口瑪連尼4000型拌合設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)安置了小型液化氣站，取得較好效果；2014年山東泰安市公路局對(duì)安邁進(jìn)口4000型瀝青混凝土拌合設(shè)備實(shí)施了“油改氣”工程，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的污染有害氣體排放指標(biāo)和生產(chǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證生產(chǎn)效益提升和節(jié)能減排效果均十分顯著。2015年吉林省鶴大高速公路實(shí)施了瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點(diǎn)。

結(jié)合能源價(jià)格態(tài)勢(shì)情況分析可知，在前幾年重油、柴油價(jià)格持續(xù)高位的情況下，全國(guó)各地公路建設(shè)領(lǐng)域紛紛推動(dòng)天然氣能源拌合站建設(shè)，并取得較好的應(yīng)用效果，天然能源在生產(chǎn)穩(wěn)定性、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益等方面的優(yōu)勢(shì)得到了充分發(fā)揮。

5 LNG拌合站的建設(shè)方式

實(shí)現(xiàn)LNG供應(yīng)瀝青拌合站主要包括現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)氣源中心建設(shè)與拌合機(jī)械新購(gòu)或改造。

5.1 氣源中心建設(shè)

氣源中心建設(shè)內(nèi)容有兩種方案：

第一種方案是僅安裝調(diào)壓設(shè)備，供氣以槽車(chē)輪換供應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)不設(shè)置臨時(shí)LNG低溫儲(chǔ)罐。這種方案最大的問(wèn)題是受槽車(chē)容積限制(一般為50m3)，倒換次數(shù)較建站模式多一倍，且存在一定的安全隱患，對(duì)能源供應(yīng)方和用戶可能造成不利影響。

第二種方案是建設(shè)LNG衛(wèi)星站，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置全套LNG低溫儲(chǔ)罐、調(diào)壓、加臭、氣化器等裝備。此方案較第一種方案安全性高，供給保障性更好，但造價(jià)高出50萬(wàn)元，且需要按照危化品程序辦理相關(guān)手續(xù)。

以鐵本高速公路項(xiàng)目一個(gè)路面標(biāo)段為例，如考慮5個(gè)月集中生產(chǎn)，每標(biāo)段瀝青混合料總量為30萬(wàn)噸，測(cè)算需氣態(tài)天然氣總量為216萬(wàn)立方米，折合LNG共3600m3，全線4個(gè)合同段共計(jì)需14400m3LNG，供應(yīng)量較大，建議采取第二種方案。

5.2 拌和機(jī)械新購(gòu)或改造

(1)新購(gòu)設(shè)備

據(jù)了解，按照燃料不同分類，目前市面上供應(yīng)的重油類、天然氣等獨(dú)立燃料類國(guó)產(chǎn)瀝青混凝土拌和設(shè)備價(jià)格在600萬(wàn)元至1000萬(wàn)元之間不等，而油氣兩用型拌和設(shè)備價(jià)格要高出50～100萬(wàn)元。

(2)原有設(shè)備改造安裝

由施工企業(yè)自行完成。為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)能源轉(zhuǎn)換，需要對(duì)設(shè)備部分組成構(gòu)件進(jìn)行改造，主要有以下幾個(gè)部件：

①干燥加熱滾筒系統(tǒng)(燃燒器)

需將燃燒器改造或更換為油氣兩用型燃燒器，預(yù)估改造費(fèi)用為30～50萬(wàn)元。

②瀝青導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)

需將其改造或更換為油氣兩用型燃燒器，改造同時(shí)增加管道連接，預(yù)估改造費(fèi)用為10～20萬(wàn)元。

圖2 瀝青拌合站設(shè)備

6 審批程序

按照目前國(guó)家LNG衛(wèi)星站建設(shè)前需要報(bào)請(qǐng)相關(guān)部門(mén)審批程序，經(jīng)座談了解，目前建設(shè)程序主要包含14個(gè)步驟(其中含程序辦理9項(xiàng))：

(1)可研申請(qǐng)；

(2)工程設(shè)計(jì)；

(3)環(huán)境評(píng)價(jià)；

(4)安全評(píng)估；

(5)立項(xiàng)申請(qǐng)；

(6)規(guī)劃許可申請(qǐng)；

(7)開(kāi)工前安全生產(chǎn)條件審查；

(8)施工圖審查；

(9)施工許可；

(10)站址選定；

(11)設(shè)備選型采購(gòu)；

(12)土建施工建站；

(13)設(shè)備安裝調(diào)試、人員培訓(xùn)；

(14)工程驗(yàn)收。

7 推進(jìn)模式

目前推進(jìn)的模式主要有兩種。一種是采用施工企業(yè)自行采購(gòu)設(shè)備、自選LNG供應(yīng)商模式。此模式適用于市場(chǎng)條件較為成熟、供應(yīng)商相對(duì)豐富的條件。另一種采用EPCO模式，即選擇一家能源供應(yīng)合作企業(yè)。能源供應(yīng)商免費(fèi)提供LNG衛(wèi)星站建站、管道設(shè)計(jì)與施工和運(yùn)營(yíng)服務(wù)，同時(shí)以出售LNG能源的方式收取能源使用費(fèi)用。

7.1 此類模式主要優(yōu)勢(shì)

(1)在框架協(xié)議保障和服務(wù)商有效協(xié)調(diào)的前提下，可有效解決前期建設(shè)面臨的審批手續(xù)辦理問(wèn)題，可保證為施工企業(yè)使用提供穩(wěn)定的氣源供給，適用于短期應(yīng)用，管理相對(duì)靈活。

(2)隨著運(yùn)營(yíng)期限的不斷延長(zhǎng)，待其設(shè)備和前期投入成本實(shí)現(xiàn)回收后，供應(yīng)的天然氣價(jià)格將有0.7～1元/m3的下調(diào)，對(duì)后期遼寧省高速公路應(yīng)用此類拌和設(shè)備的施工企業(yè)而言，能源使用投入將有所降低，具有一定的長(zhǎng)期效益。

7.2 缺點(diǎn)

(1)企業(yè)為快速收回成本(回收期一般為4年)，對(duì)回收期內(nèi)的瀝青混合料生產(chǎn)數(shù)量提出最低要求(不低于25萬(wàn)噸/站)。

(2)施工單位拌合站需要配合改造，且燃料節(jié)約的費(fèi)用優(yōu)勢(shì)需在4年后方可顯現(xiàn)。

(3)模式無(wú)法強(qiáng)制執(zhí)行，需通過(guò)低碳設(shè)備補(bǔ)貼基金方式進(jìn)行引導(dǎo)，推廣保障性不強(qiáng)。

8 投資與效益分析

8.1 能源使用投資

能源投資變化與天然氣和重油市場(chǎng)價(jià)格、能源供應(yīng)商設(shè)備前期投入等因素緊密相關(guān)。一般而言，能源供應(yīng)商每出售1m3天然氣，利潤(rùn)為1.3元。前期投入設(shè)備及管道鋪設(shè)等工作投資總計(jì)費(fèi)用約260萬(wàn)元。以鐵本高速公路1個(gè)合同段為例，共需消耗天然氣228萬(wàn)立方米，預(yù)計(jì)一個(gè)項(xiàng)目成本即可回收，相應(yīng)下一個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用設(shè)備時(shí)燃?xì)鈨r(jià)格將有一定幅度下降。

(1)能源供應(yīng)商收回設(shè)備投資前

表3 能源使用費(fèi)比較(收回投資前)

能源使用成本折算價(jià)差為14.05元/t，每公里路面增加能源使用費(fèi)12萬(wàn)元，每標(biāo)段增加為360萬(wàn)元。

(2)能源供應(yīng)商收回設(shè)備投資后

表4 能源使用費(fèi)比較(收回投資后)

收回投資后，LNG價(jià)格將有所下調(diào)，按照每立米下調(diào)0.7元考慮，能源使用成本折算價(jià)差由14.05元/t下降至8.7元/t，每公里路面增加能源使用費(fèi)7.4萬(wàn)元，每標(biāo)段增加222萬(wàn)元。

8.2 總體投資

以鐵本高速公路1個(gè)路面合同段(2臺(tái)4000型瀝青拌和設(shè)備)為例，以相對(duì)于重油類拌合站業(yè)主增加投資額為分析對(duì)象，基于EPCO管理模式下，按照新采購(gòu)拌合站和舊站改造兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益比較分析。

(1)方案一：新采購(gòu)油氣兩用型瀝青拌合站

本模式適用于強(qiáng)制性推行使用的條件，技術(shù)規(guī)范中明確提出應(yīng)用具有天然氣燃料功能的拌和設(shè)備，且設(shè)備供應(yīng)市場(chǎng)較為成熟，氣源供應(yīng)源頭眾多，自身運(yùn)營(yíng)管理相對(duì)成熟的項(xiàng)目。

表5 業(yè)主增加投入費(fèi)用情況(與重油站相比)

(2)方案二：改造原有瀝青拌合站模式

表6 業(yè)主增加投入費(fèi)用情況(與重油站相比)

從投資效益分析情況看，無(wú)論是新采購(gòu)還是改造實(shí)施，在前期投資方面相差不大，且均需要給施工企業(yè)巨額的能源調(diào)差費(fèi)補(bǔ)貼，對(duì)業(yè)主方的資金壓力較大。初步測(cè)算，在初期能源設(shè)備免費(fèi)使用的條件下，如重油價(jià)格持續(xù)低位，使用天然氣成本明顯高于重油，投資效益水平較差。如能持續(xù)推廣應(yīng)用，業(yè)主補(bǔ)貼金額將逐年減少。

9 結(jié)論

基于深入的研究分析，并結(jié)合以往各省成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)綜合分析來(lái)看，天然氣拌合站改造技術(shù)已較為成熟，在消除有害氣體、減少二氧化碳排放方面具有明顯效益。但由于目前重油能源價(jià)格處于低位狀況，而天然氣價(jià)格則是高位態(tài)勢(shì)，相比而言天然氣價(jià)格劣勢(shì)十分明顯，推動(dòng)節(jié)能減排工作將導(dǎo)致初始投資和能源使用成本大幅提升。由此看來(lái)，在現(xiàn)階段行業(yè)鼓勵(lì)推行清潔能源拌合站的背景下，暫不具備大規(guī)模強(qiáng)制推行的基礎(chǔ)條件。

與此同時(shí)，對(duì)于流動(dòng)臨時(shí)站點(diǎn)設(shè)置采用天然氣，在氣源和供應(yīng)上存在一定的不確定性，運(yùn)輸安全和時(shí)效性也受到地域的差異影響；雖有專業(yè)人員進(jìn)行操作，但對(duì)于身處深山、條件艱苦的施工現(xiàn)場(chǎng)，一旦出現(xiàn)不可預(yù)期的事故，相應(yīng)后續(xù)救援預(yù)案措施能力無(wú)法滿足。

如需以節(jié)能減排名義推行，建議靠近城區(qū)邊緣和交通便利的區(qū)域可以試探改造，遠(yuǎn)離地區(qū)不宜采用，采取“試點(diǎn)應(yīng)用+EPC模式管理+業(yè)主差額補(bǔ)貼”的方式引導(dǎo)施工企業(yè)應(yīng)用。