一、當前中國能源戰略的核心是提高能效和保障供應

“十二五”第一年的2011年，GDP 按可比價格增長9.2%，但高耗能產業增長率更高：化學原料和制品14.7%、鋼材12.3%、10種有色金屬10.6%、水泥16.1%[1]。總能耗增長7.4%，達到了34.89億tce/a；能源彈性系數高達0.8，比“十一五”的0.576反倒高出了38.9%；能源強度僅下降了1.6%，而不是預期的3.2%。這說明除了產業轉型、科學發展的方針沒有切實貫徹之外，能效也沒有真正提高。有報導說為保增長，“十二五”規劃煤炭消耗“封頂”的上限已從38億噸提到了39億噸。中國完成“十二五”節能減碳任務的形勢嚴峻[2]。

由于歷史的原因，中國天然氣、核能和可再生能源在一次能源中的比率分別是4%和8%，遠低于世均的24%和12%，而煤則占70%，遠高于世均28%。在能源的終端利用中，中國耗費燃料的工業和建筑用能占總能耗80%，高于世均的60%多。這種“高碳”的能源產、用模式，其實是中國能源利用效率低于世均13個百分點（36.8% VS 50%）的最主要原因。然而正是全球化和世界能源的低碳轉型，給了中國在改變產業結構和能源結構的同時，跨越式地利用人類創造的各種先進能源技術，（主要依靠快速提高能效，而不是靠增加能耗總量）來保障經濟發展的歷史機遇。

正確處理發展與節能減排的關系已成為中國經濟可持續發展的關鍵。不顧碳排放的約束，繼續依賴傳統的燃煤CHP（熱電聯產）提供工業和建筑物燃料是不現實的。在當前的天然氣價格之下，按照傳統模式利用天然氣替代煤是企業所無法承受的。唯一的出路是充分利用天然氣大幅度提高能效替代煤的歷史機遇，以較少量的天然氣替代較多的煤。其技術途徑就是在新區全面推廣DES/CCHP（分布式冷熱電聯供能源系統）。如果把能源供應保障對于新區的作用比作吃飯，區域型DES就是高效而經濟地利用天然氣保障能源供應的“主菜”。而目前流行的一種看法是：DES就是小的、MW級的系統。代表這種觀點的天然氣規劃把三成用于調峰發電或CHP，近七成做民用燃料，分布式供能僅占2%。顯然不是主菜而是“飯前小吃”或“甜點”。不言而喻，其“主菜”還是傳統的模式，最多是天然氣CHP。執行這樣的規劃必然將面臨天然氣“用不起”，燃煤“壓不下來”，能效提高極其有限，天然氣下游市場很難拓展的尷尬局面。

本文將論述在向低碳過渡的起步時期，特別是“十二五”期間，發展天然氣分布式冷熱電聯供能源系統以及LNGV是中國能源戰略的核心。

二、從熱電聯產到冷熱電聯供的歷史進程[3][4][5]

“熱電聯產”（ Cogenerated Heat andPower, CHP）是從一次能源到終端利用領域的一項系統技術；產生于煤占世界一次能源60%以上的19到20世紀之交；來源于對燃煤蒸汽輪機（ST）占燃料能量1/3的大量低溫冷凝潛熱未能利用；另一方面燃料直接生產工業用蒸汽能耗很高的改進。于是采用提高背壓或者抽汽的方式，高壓蒸汽先發電，再抽出低壓蒸汽供熱。與單純發電和鍋爐供熱比較，燃料利用總效率大大提高。以“熱電比”為其性能指標。

“分布式供能系統”（Distributed EnergySystem，DES）和“冷熱電聯供”（CompoundSupply of Cold ,Heat & Power, CCHP），則是上世紀70年代后期，一次能源煤占第一的位置已被石油取代，天然氣快速發展，燃氣輪機（GT）、內燃機（IE）和熱泵等各種能源轉換、利用技術有了飛躍發展之時，由能源價格不斷上漲而推動發展起來的新一代能源系統技術。冷熱電聯供是分布式供能系統的主要特征，所以常稱分布式冷熱電聯供能源系統。其典型模式是在燃氣輪機/內燃機發電+余熱鍋爐/汽輪機—發電+抽汽的基礎上，運用包括熱泵等各種能源利用技術、各種組合方案構建的、滿足用戶所有冷、熱、電、汽終端需求的能源終端供應系統。經濟性和能源利用效率是其主要評價指標。

CHP是CCHP的基礎和初級階段。其目標止于“聯產”，而并不深究產出的蒸汽用地是否合理。CCHP對能量利用的認識則進了一大步；其目標是通過在整個系統安排科學地、優化地用能，實現從一次能源到終端利用全過程的最高能效和最大經濟效益。從“聯產”到“聯供”是一次能源到終端利用系統技術的一次重大的飛躍，絕不是可以隨便叫的“一字之差”。概括地可以表示為：

CCHP = CHP + 科學用能、系統優化。

CHP產生于煤為主的時代，DES/CCHP產生于天然氣為主要一次能源的時代。兩者相差幾十年。其實燃煤也能采用DES/CCHP，只不過以前還沒有深刻的認識和先進的技術。伴隨著人類開始向低碳能源轉型，DES/CCHP的主要一次能源也將逐漸由天然氣向核能和可再生能源轉化。但這是一個更長的歷史進程。后面還會論述DES/CCHP與一次能源轉型的關系。

三、能源生產和供應的集中與分散兩種途徑的辨析[6]

電力生產集中（大）還是分散（小）之爭已經持續了十幾年。隨著對電力的需求越來越大，電廠規模朝著高效率、低單位投資的大型化方向發展。超超臨界煤電和核電，單機組規模已達1GW，電站規模達到幾個GW。輸電線路遠達數千公里，大電網覆蓋上百萬平方公里的范圍。

1999年臺灣地震引起的大停電，2003年相繼發生的美、加東部大停電，意大利大停電等事故，引起了越來越多的對這種系統安全性的懷疑和爭論。為了保障供電的可靠性，發達國家紛紛在用電負荷中心建設幾十到上百MW 規模較小“分散式電源”（Decentralized Power Source，DPS），以保障大電網故障時的供電。規模較小的DPS單位造價比大機組高；但是它發出的電可以在10kV配電網內或T-接到鄰近10kV電網就地直供；不用升壓到500—800 kV遠程輸送、再降壓使用。因而總體上的經濟效益并不低于前者。照WADE的統計，在美國和歐洲，電網的投資為$1380/kW，高于電廠的投資$890/kW；全世界電網傳輸損失平均為9.6%，在負荷高峰時更達20%[4]。因此DPS就地直供電大大減少電網的投資、損耗和運行費用；不僅保障安全供電，而且經濟性好。

大與小的數量界限是相對的，不同的一次能源有不同的分野。例如，幾臺單機600MW---1GW構成的基荷煤電站是集中的，2臺300—350MW的CHP機組就是分散的。多臺380--400MW的9F級天然氣調峰電站是集中的，2—3臺100 MW左右（50—180MW, 例如GE的ML2500到9E）天然氣DES/CCHP能源站就是分散的。多臺幾十到幾百MW水輪機構成的GW級水電站是集中的，總量幾十MW的小水電站是分散的。幾十MW的光伏發電算集中的，KW級的住宅屋頂光伏算分散的。集中的風電場可達幾個GW，分散的可以是幾十MW。

與電力生產不同，大城市用戶空間布局密集的終端能源供應系統集中（大）好還是分散（小）好，是沒有爭議的。百MW級的集中供暖系統（Centralized Warming System，CWS）遠遠優于<10MW的小鍋爐和<0.1MW的戶式壁掛爐。日本10多年的總結肯定了商業中心區域供冷（DistrictCold System，DCS）效率比樓宇式中央空調或分體空調高10%以上。百t/h級的大工業鍋爐集中供蒸汽優于<10 t/h級的小鍋爐供汽。這都已是不爭的事實。大型設施的高效率，多種用戶負荷的同時系數小，以及多臺并聯系統中大部分單機均可滿負荷運行等優勢所節省的能耗、投資、占地和人工費用，遠超過輸送距離遠所增加的能耗和投資費用。這已是世界上共同的發展趨勢。

四、區域型分布式供能系統是分散發電與集中供冷熱蒸汽的結合[6] [7]

區域型分布式冷熱電聯供能源系統 （DistributedEnergy System with Compound Cold, Heatand Power, DES/CCHP）是最高效率的分布式供能系統，它實質上就是上述分散式發電DPS與集中式供冷、熱、汽、暖CWS, DCS等的結合。這種系統同樣可大可小。太小了就失去了集中式供冷熱暖CWS, DCS的優勢。太大了介質輸送過遠也不經濟。冷、熱、暖、汽都有各自的經濟輸送距離。按照建設部規范，DCS 5-12°C冷水輸送距離<1.5km，但是一個能源站可以帶幾個DCS。蒸汽和采暖熱水經濟輸送距離一般是8 --10 km。按此測算，最大的DES/CCHP可以覆蓋幾十 km2的范圍、數十萬人口；依照產業規模而定的電力裝機一般可達百 MW級。這種結合，集成了冷熱電汽高效、科學、梯級生產和就地直供兩方面的優勢，所以能夠達到最高的能效、最大的經濟效益。

五、中國“十二五”應當重點發展什么樣的DES/CCHP？

不同區域的大小、氣候、產業和經濟條件各不相同，對冷熱電汽的需求和比率關系也各不相同，并且隨季節而變化。所以每個區域的DES/CCHP都有其特殊性；需針對其特定的條件和需求制定優化的、柔性的結構和運行方案。

這種理想的、按照整個區域內冷熱電汽需求制定優化的聯供方案的情況，只有在新規劃的工業園區、或新城區時才能實現。處于工業化和城市化中期的中國“十二五”期間，恰恰好就有這樣的、幾乎是空前絕后的機遇。由于中國人口眾多，新區的工業、居住區、商業中心CBD三種功能區都是規劃在一起的；而且絕大多數居民都住在密集的住宅小區公寓樓里。這就提供了冷、暖、熱水、蒸汽多種負荷集成互補、能夠充分梯級利用能源的最好條件。何況中國并不是西方的“自由市場經濟”，政府完全可以在所有新區主導高效DES/CCHP項目的規劃和建設。

首先開創DES/CCHP的西方國家為什么大規模區域性的DES數量較少，而小型的居多呢?首先，西方的工業、居住區、CBD三種功能區是彼此分割的；住宅都是分散的、私人占有的“別墅”，難以集約化供能。因此他們的大型DES/CCHP只能分別用于新建的工業區或新規劃的CBD。其次，DES始于1970年代末，那時西方的城市和產業早已成熟定型；很少有當前中國這樣大批建新區的機會。于是只能“見縫插針”，有什么條件就建什么規模的項目。美國2000年的980個、總裝機4.9GW公共建筑DES項目中，用于新規劃CBD的平均裝機容量78 MW的區域性項目只有27個，卻占到了裝機容量的42.8%；近80%卻都是小于1MW的。例如一個麥當勞店的冷熱電需求約300kW。但是另外的1016個工業CCHP項目，總裝機45.5 達GW，平均裝機容量約45 MW，并不小。丹麥500萬人，國土面積5萬平方千米。有1/5人口的首都哥本哈根的絕大多數建筑也是5層的老房子。丹麥的集中式電源點從1985年至今保持在18個，但卻新建了數以百計的、顯然全都是小規模的天然氣DES/CCHP。

主張DES局限于“樓宇型”或“用戶型”的觀點援引的論據是美國等發達國家的DES/CCHP絕大部分都是小型、微型的；并且都能夠有很大的經濟效益。他們不解中國大部分“樓宇型”、“用戶型”DES/CCHP都賠錢，并把原因歸咎于發電不能上網。其實不然。以美國同中國來比較。兩國工人工資以本國貨幣計算，差不多都是幾千元/月。但美國發電和工業用天然氣價只有20-30 美分/m3，中國卻高達人民幣2-3￥/m3。另一方面，DES的核心設備— —天然氣燃氣輪機或內燃機在美國是用美元計價的，進口到中國后其人民幣價格就高了6-7倍。所以，同樣的系統構成在美國經濟效益良好，在中國就不行，盡管在中國其它設備和施工費用較低。至于發電上網，在中國天然氣價和設備價格下，聯合循環效率達到50%以上的9F機組上網售電都是虧損的，要靠0.2-0.3元/kWh不等的補貼才能運行。效率低、單位投資高數倍的小DES就更不用說了。有人嘗試DES孤網運行，發電自用、替代價格較高的網電。但是在一個有限的小區域內,做到DES/CCHP系統能夠隨著晝夜、四季冷、熱、汽特別是電的需求數量和比率的實時變化而達到供需平衡、并有可靠的保障，是極其困難的。因此，中國不能照抄國外的模式，必須依據國情探索自己的發展之路。DES是“矢”，解決中國嚴峻嚴峻的能源問題是“的”。充分利用中國極好的建設大型、高效DES的歷史機遇、“有的放矢”，發展怎樣的DES/CCHP其實無需爭論。沒有必要刻意模仿為了丹麥或美國之“的”而大部分采用的小型DES之“矢”。

至于在現有的老區，則可以根據各個城市具體的、不同的情況，從實際出發，以經濟性、能效最高為準則制訂各種小型DES/CCHP的方案。不必拘泥于一個“樓宇”或“用戶”。因為并沒有法律限制CCHP項目業主向周邊的其它“樓宇”或“用戶”供應冷、暖、熱水或蒸汽，只要能夠找到管線的路由，雙方都有經濟效益。并且擺脫“必須采用蒸汽吸收制冷”的思維定勢；DES/CCHP白天發電自用和制冷制熱、盡可能開拓外部市場；夜間停機改用網上低谷電制冷熱外供，加上系統匹配得好，和采用國產的天然氣內燃機，小DES/CCHP也可以贏利。

六、燃煤熱電聯產能否改造為冷熱電聯供？

燃煤CHP是上世紀早期采用的，實際上是DES/CCHP的“初級階段”。只要真正掌握“科學用能，系統優化”的理念和方法，就完全可以把原來“聯產”的蒸汽“高能低用”的狀況改造為“溫度對口，梯級利用”的CCHP。

例如，目前我國北方2臺300MW的CHP機組，抽1Mpa左右的蒸汽，規劃的供暖面積是1200萬m2。如果充分利用乏汽的冷凝潛熱，采用多級抽出低壓蒸汽、逐級加熱到100°C以上（溫度參數隨輸送距離優化），在供熱端用吸收熱泵式換熱器與三次供暖循環水換熱，供暖面積完全可以擴大到1800萬m2以上[7]。其實，熱力學第二定律指出，“科學用能，系統優化”、“溫度對口，梯級利用”的關鍵參數是各級換熱設備采用“最優傳熱溫差”。由于能源價格上漲速度遠遠快于設備價格上漲速度，因而相對應的“最優傳熱溫差”越來越小。例如，在目前的價格下，用板式換熱器潔凈的水—水換熱和汽—水換熱的“最優傳熱溫差”已為2-3°C（因不同材質、壓力等級和經濟條件而異）。可是目前大部分CHP項目抽汽加熱供暖循環水的傳熱溫差高達50—100°C，還是典型的“高能低用”。改造潛力是很大的[8]。

七、可再生能源、核能與分布式供能的關系及走勢[6]

前已述及，分布式供能系統的實質是分散式發電DPS與相對集中式供冷熱暖的結合。迄今世界使用的能源88%（中國是92%）是化石能源。其余是核能和可再生能源，其絕大部分都還是通過集中發電（核電、水電、風電等）而利用的。直接用于終端供能的（太陽能熱水器、光伏屋頂、沼氣炊事等）占比極小。

但是，隨著氣候變化促使人類向低碳能源轉型，可再生能源及核能在總能耗中的份額，到本世紀中葉就有可能達到40%左右；到本世紀末達到70-80%。相應地，可再生能源及核能在DES/CCHP項目中的比率肯定也將越來越高。

按照本文第3節的分析，可再生能源同樣有集中和分散利用兩種模式。不過由于科技進步加速，幾十年之后在DES/CCHP項目中分散利用的可再生能源技術將與現在大不相同。例如，以百MW級太陽能熱發電為基礎的DES/CCHP有可能在一個小城鎮就地直供冷熱電汽，就像現在的天然氣DES一樣。核能也可以分散利用，現在的核潛艇、核動力航空母艦就是一例。未來百MW級先進的核能DES/CCHP就地直供冷熱電汽未必沒有可能。直接利用的如：1-2類太陽能地區或風資源豐富地區的光伏屋頂發電、風電將直接與配電網聯接，供終端用電；被動式太陽能 + 蓄熱材料將把白天的太陽輻射保存到夜間釋放；高效蓄冷材料反之。順便說，未來終端用能技術將使總能效更高，在生活更舒適、生產規模更大的同時，能源需求反而減小。此外，未來大電網上的主力電源也將是可再生能源及核能，而不是化石能源了。但這個轉變過程是在幾十年內隨著科技進步而逐漸發生的。從概念出發，在當前可再生能源只占全中國總能耗8%情況下，不問地緣條件，刻意要求在DES/CCHP項目占20%的比率，是不切實際的。

八、當前提高中國能源效率的關鍵舉措[9]

迄今許多地方一直是把抓現有企業作為節能減排的重點。對新開發區域的關注點是招商引資和GDP的增長；嚴重忽略了新區GDP增長的能源保障是依靠天然氣DES/CCHP替代煤大幅度提高能效，并且拉動總能效提高。這是向低碳轉型的過渡時期，提高中國能源效率的關鍵舉措。落實到具體措施上是：

1、在“十一五”強調熱電聯產的基礎上，在“十二五”規劃建設的所有新區，與總體發展規劃配合協同，制訂好以高效滿足所有冷、熱、電、蒸汽終端需求為目標、以DES/CCHP為主要內容的區域能源規劃。必須跳出單純搞CHP所依托的供熱規劃的局限，而要以保障區域內電力供應可靠性和調峰為龍頭；實現DES/CCHP與電力系統的協調配合、互利共贏。使新區工業和建筑物能效至少達到70%以上。根據新區對GDP 貢獻的比率就可以推算出對全局能效的巨大拉動作用[2] [10] [12]。

2、現有的，特別是“十一五”期間規劃和建設的、不在大城市中心地區的2臺300–350 MW燃煤CHP項目，不論是單純供暖的還是工業的，在很多情況下都能夠按照上述科學用能、系統優化的理念和方法，輔以不同規模的天然氣機組，改造成CCHP的分布式供能系統，使能效顯著提高。

3、在現有老城區，如本文第4節所述，不必拘泥于一個“樓宇”或“用戶”，可從實際出發，因地制宜，規劃和建設規模為MW級左右，不上配電網售電、但可向周圍“樓宇”或“用戶”供應冷、熱的小型DES/CCHP。這在“十一五”期間規劃和建設的開發區比較容易實現。因為這些新區容積系數較小，道路綠化帶較寬，落實冷熱水管的路由并不困難。

4、此外，在占終端用能第三位的交通運輸耗能向低碳轉型的起步階段和過渡歷史時期，即2030年之前，采用壓縮天然氣、特別是LNG替代汽柴油，對提高能效和抑制石油對外依存度過快攀升具有重大戰略意義[13]。

在切實轉變經濟增長方式、優化產業結構的前提下，作好以上幾點，不僅能效可以較快提高，一次能源構成較順利優化轉型，而且CO2減排的目標也能夠順利完成。跳出傳統的能源技術的思維定勢，堅信科技進步是推動人類社會發展的第一生產力，就不會把節能減排同經濟發展對立起來，而能夠順應和推進科技進步的潮流，與時俱進，為中國在與世界同步向低碳轉型的歷史進程中崛起而貢獻力量。

參考文獻：

[1]、中國能源報，2012.1.16，2版

[2]、華賁,“十二五”節能減碳任務如何完成？[J]沈陽工程學院學報，2012.8（4），

[3]、華賁，低碳能源時代中國熱電聯產的發展趨勢，[J]沈陽工程學院學報，6（2），97-101.

[4]、華賁，從熱電聯產到天然氣冷熱電聯供，[J] 中外能源，2011 16 （11） 25--29

[5]、華賁，天然氣發電項目分類與審批辦法建議，[J]沈陽工程學院學報，2011.7（4），289—293

[6]、華賁，天然氣發電與分布式供能系統，[J] 中國電業；技術版 2011 （10），1 – 6

[7]、中國實用新型專利：一種梯級利用汽輪機潛熱高效熱泵供暖系統，ZL

[8]、華賁、仵浩、劉二恒，基于火用經濟評價的換熱器最優傳熱溫差，[J]化工進展， 2009.7(28)1142-1146

[9]、華賁，天然氣分布式供能與“十二五”區域能源規劃,[M] 華南理工大學出版社，2012 4

[10]、華賁，中國分布式能源發展機制創新的歷史機遇[J].中國電業；技術版，2010(2)，37-40.

[11]、華賁，區域分布式能源與智能電網安保調峰的戰略協同，[J] 中國電業；技術版 2011 （3），1 – 6

[12]、華賁，分布式能源與電網優化配置和供電可靠性，中國發電，2011.10,24-26

[13]、華賁，李亞軍，從戰略高度認識和推進天然氣交通運輸燃料替代，[J]天然氣工業，2012 32 （4）

（本文的一部分刊登于中國發電， 2012 （5）18-19.題名為“發展分布式供能是中國“十二五”能源戰略的核心”）