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澳大利亚天然气分布式能源发展对中国的启示

http://study.bjx.com.cn/      发布日期:2015/7/10 15:35:22
 

分布式供能系统是一种新型的供能方式,指在用户端或靠近用户现场独立输出电、热(冷)能的系统。该系统既能发电,又能利用余热制冷、供暖、供应热水,使用的一次能源一般是天然气、沼气及其他某些可再生能源等清洁能源。美日、欧盟等国已将发展分布式供能作为能源安全、节能和能源经济发展的重要战略,世界能源供应方式发展的一个重要方向。十多年来,我国上海等城市和地区在单一用户的宾馆、医院、工业及园区开展了一系列分布式供能实践。

2011年10月,国家发展改革委、财政部、住建部、国家能源局联合颁发了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》,明确提出未来5-10年我国发展天然气分布式能源的任务目标。

澳大利亚是天然气利用和出口大国,近年来也对天然气分布式能源发展开展研究和实践。2011年7-8月,笔者赴澳大利亚参加国家能源局组织的中澳天然气技术伙伴关系基金培训班学习,本文基于在澳学习调研情况,重点就澳大利亚发电方式和燃料特征进行介绍,梳理了澳大利亚业内对天然气分布式能源发展前景和经济性分析判断的相关研究观点,以及未来发展存在的市场壁垒和改革设想。结合笔者近年实践提出相关建议,以期为上海等地区及全国分布式能源未来发展提供借鉴。

1、澳大利亚天然气分布式能源的发展潜力

近年来,澳大利亚一直在应对全球气候变化方面做出积极的努力,争论的焦点集中在如何建立激励低碳经济投资的市场机制上,澳大利亚碳排放交易方案(ETS)和碳税政策一直备受争议,2011年11月8日,澳大利亚通过碳税法案,碳税法将从2012年7月1日起全面实施。政府的目标是:到2020年,澳大利亚的碳排放减少5%,到2050年减少80%。

尽管如此,澳大利亚业内人士分析要确保澳大利亚经济有效地实现减排目标,行之有效的技术措施仍需在探索中。洁净煤、碳捕捉及封存(CCS)技术,还都不能以商业规模运行。除了风能,大部分可再生能源都因成本过高难以吸引大量投资,但风能的不稳定性又意味着它不能承担基荷。核能的发展则始终被如何清除、储存放射性废料困扰。在需求侧管理方面,能源效率的提升始终是个难题。尽管这些措施在未来的低碳经济路线图上都能够占据一席之地,但是很难预测他们的最终效果究竟如何。那么当前在商业和技术上均可行的选择是什么?有两项选择正为澳大利亚所关注:一是大规模的风电场,二是燃气发电。这是基于三方面原因:

一是因为澳大利亚发电燃料依然严重依赖于煤炭。近年来,澳大利亚电力消费持续快速增长,发电用能已经占到一次能源消费总量的44%,在终端能源消费方面,电力占到了24%。澳大利亚的电厂总装机容量中,燃煤电厂占52.5%,天然气发电厂占24.4%,水力发电占13.1%,风力发电占8.5%。各个州的发展状况差别很大:新南威尔士州是燃煤电厂比例最高的州,昆士兰州和维多利亚州也有很多燃煤电厂,西澳和南澳的燃气电厂比燃煤电厂多。塔斯马尼亚州的情况最好,没有燃煤电厂,主要依靠水力发电。总体而言,发电燃料大部分为煤炭,91.8%的发电量来自于化石燃料,只有8.2%来自可再生能源。

二是用天然气替代燃煤发电可大大减少碳排放。因此,目前澳大利亚天然气用于发电和分布式能源系统趋势显现,特别是在西澳和南澳。未来先进的燃气轮机技术将会应用到新的天然气电厂,旧的燃气轮机逐步关闭。澳大利亚加大了在燃气轮机领域的投资以鼓励技术创新,未来六年将有7.8亿美元的投资用于新型的燃气电厂,此次澳大利亚的碳排放税方案得以通过,新的燃气电厂投资有可能加大,分布式能源将得到更加重视。

三是澳洲的天然气资源储备非常丰富。按照目前水平的生产,澳大利亚有63年的常规天然气以及额外100年的煤层气储备。相比之下,澳大利亚只有90年的黑色煤炭储量。澳洲探明的天然气储量在30年里增长了三倍,大约90%的常规天然气位于澳大利亚西北部,而大部分煤层气位于新南威尔士州和昆士兰州。天然气发电目前占澳大利亚电力的16%,而黑煤发电则占到了54%、褐煤发电占23%。据此,现有的天然气资源储量足以取代部份煤炭发电。澳方认为可通过天然气实现与风能互补,利用天然气的发电技术提供基荷,使天然气发电和大型风电场相结合是实现减碳的有效途径。

诚然,要实现这一途径依然还有诸多问题需要研究。特别是大力发展可直接在用户端使用、高效利用能源的分布式能源系统。在维多利亚州,分布式供能系统已经在医院使用了多年;在新南威尔士州,已为众多的城市建筑安装了分布式供能系统。通过热电联产或热电冷联产的方式,利用废热制热或制冷技术来提高能源系统效率。国际经验表明,分布式能源系统可以提供相当大份额的电力和热供应,但目前澳大利亚等效份额仅是5%左右。未来如何发展?市场竞争力是一个关键因素。还有一个前提条件就是当地有足够的天然气供应来支撑由煤向天然气发电或分布式能源系统的转变。

澳大利亚有三个主要天然气生产中心。最大的中心位于西澳(占总额的64%),主要生产供应满足西澳和出口需求,其次为东南澳大利亚(占总额的34%),主要满足新南威尔士州、维多利亚州、昆士兰州、南澳和塔斯马尼亚州的市场需求。北部中心主要用于出口和北领地的市场需求。基于这种情况,天然气取代煤发电的适宜地点是在国家电力市场所包含的州(包括新南威尔士、昆士兰、南澳、塔斯马尼亚和维多利亚),这些地区电力需求相对集中,煤炭现在提供82%的电力。

应该说,澳大利亚已经具有较强的天然气基础设施,优先选取资源合适、可替代煤炭量大、电力及冷(热)需求集中的地区先期发展发展分布式能源有很大的潜力。但近年来的实践也表明,缺乏激励机制的电力市场依然可能阻碍分布式能源在澳大利亚的发展。

2、澳大利亚分布式能源发展面临的挑战

既然天然气资源和发电技术都如此成熟可靠,为什么澳大利亚从传统能源到天然气分布式能源的转换步伐还不够大?综合业内研究有四大观点:

一是认为天然气只是一种调峰燃料,而煤则是最适合的基荷燃料。

这种观点的成因是天然气电厂与燃煤电厂相比有较高的运行成本。主要原因是,电力行业一直遵循集中发电的模式,由少量远离用户的大型发电机组集中发电,然后由大电网将电能输送到用户端。如果将分布式能源系统不能提供基荷的假设去除,这一经济模式将完全改变。将集中式发电和分布式供能相结合,将会更经济并能显著减少排放。同时,用于分布式供能系统的燃气发电机可以制造得非常小,甚至小到只有1kW。一个1MW的燃气发电机的大小只相当于一个集装箱大小。如果将这些机组系统安装在写字楼、学校和医院,将能够满足自身需求甚至可以有剩余电能送回电网,同时可利用现有的燃气管网供应燃气。

为验证这一建议的经济性,澳方对以下五种电力生产模式进行了经济对比:集中式黑煤发电、集中式褐煤发电、集中式天然气发电(联合循环燃气轮机或CCGT)、分布式天然气发电、分布式天然气发电+热冷联供。对每一种模式,成本主要由4个部分组成:电厂的一次性投资、运营成本(固定和可变)、运输成本和一个可能的碳排放成本。同时还要考虑运输过程及输配电网络中的损耗成本。

澳方研究分析表明:(1)就一次性投资而言,大型集中式发电厂的单位投资高于小型燃气发电系统。(2)就运营成本的各种要素包括:燃料、操作和维护。煤电厂的非燃料运营成本略低于集中式天然气发电,远低于分布式天然气冷热电联供系统和分布式天然气发电系统。(3)电力输配系统的成本差异是显而易见的,集中式大型发电的平均输、配电成本是0.59澳元/kW.h,而分布式能源的输配电成本则为零。(4)集中式发电模式在电力传输和分配过程中有损耗,为满足用户的实际需求必须生产出额外的电源以备输配损耗,发电和运输成本大约增加10%左右,意味着要额外的碳消耗。如集中式黑煤发电排放800kg/MW.hCO2,而分布式天然气发电+热冷联供只有360kg/MW.h,下降幅度为60%。如假设CO2排放的价格为20澳元/t,其结果是导致集中式褐煤发电的CO2排放成本是分布式能源的1.5倍。

结合上所述,澳大利亚不同发电模式的成本排序如下:(1)集中式天然气发电,(2)煤炭发电,(3)分布式天然气发电,(4)分布式天然气发电+热冷联供模式最经济,因为废热可回收生产供热供冷取代进一步耗电。因此,天然气分布式能源在澳大利亚经济上很具吸引力,而且还能大幅度减少温室气体的排放。

二是认为本地电力公司对新的分布式能源系统并网没有动力。

本地电力公司常常要求提供一系列的技术评估以确保他们的职员在安装和维护新系统?的安全。通常倾向于抑制分布式能源系统的数量,电力公司担心每接入一个新的发电系统就相当于永久性的损失一个客户,从而减少电力公司的收入。

本地电力公司及其他上游电力公司还表现出对小型发电系统及对电网供电安全影响的关注。但这个观点业内人士大多不认可,因为小型分布式电源的增加最终会提高整体电力供应安全,而不是减少系统安全。但结果是,现有的本地电力公司没有动力来协助新发电系统并网。他们很可能尽其所能地让分布式电源的投运既昂贵又耗时,没有兴趣帮助潜在的竞争对手提供准入方便。澳洲能源市场委员会(AEMC)在一个相对保守的陈述中说,“电力公司完全没有动力去降低分布式能源系统的并网费用”。因此,AEMC建议电力公司为所有辖区内的小型分布式能源系统提供一个单独的标准化的接入服务。

为此,业内专家建议给现有电网公司提供激励措施,确保他们有共同的利益来发展分布式能源系统。同时也提出,电力公司如果能实现分布式能源系统的快速并网应获得政府奖励(因为创造了社会价值),如果阻碍政府就应该进行处罚。

三是认为现行电力价格机制在某种程度上挫伤了分布式能源系统发展的积极性。

主要在于并不是分布式供能系统所有发出的电量都可以卖到市场价格。除了首府领地(ACT)外的其他各州和地区,分布式能源系统只有卖回电网的那部分电量获得了市场价格。由于分布式能源系统内部消耗的电量没有任何补偿,无形中他们生产的这部分电量就只得到了一个低于市场价值的价格,这样一来实际削弱了经济上的投资回报,也减少了安装分布式能源系统的动力。

同时,目前电力的定价并不真实反映由于日负荷和季节负荷波动带来的实际成本。电力需求最大的时候是一年当中最冷和最热的那几天,一般晚上比白天高。在用电高峰时候的电力生产成本就会上升,而且输配电网络往往会超负荷运行。

按照经济学观点,定价应该反映出季节性需求所导致的成本变动,这将会有双重效果。一方面由于价格的上升抑制高峰期的需求,同时它还将刺激电力供应,特别是分布式能源系统可以从高峰期生产供电当中获得更高的利润,使电网负荷在高峰期将有所降低,减少了仅仅是为了保证满足高峰季节期需要而扩大产能所需的巨大花费。

四是认为信息不对称和政府不对称补贴扭曲了市场价格体系。

目前,最适于采用分布式能源系统的一般是小型工业企业、医院、学校、大学、多层商业大楼和公寓街区。但这些单位的管理者并没有意识到分布式能源系统所带来的机会。用户在获取所用电力的成本、需求和排放等方面的信息非常有限,所以很难分析判断到底是应该自己发电还是从电网购电。

一些业内专家认为,政府对现有发电企业乃至整个电力供应系统提供的公共补贴进一步扭曲了市场。这些补贴包括直接支付的,以及减免税费、提高贷款等隐形方式。如发电企业以低于市场的价格获得冷却用水。而政府对输电及配电公司的投资资本收益率保证使得输配电网络的提前超量发展。

同时,电力价格在澳大利亚相对低廉的一个主要原因还因为几项隐性补贴,使整个市场更有利于在役的发电机。第一种隐形补贴就是相对于出口煤炭的价格优惠,大多数燃煤发电厂都是属于坑口电站,煤的成本比出口煤价优惠几倍之多。这就意味着通过使用煤炭发电,澳洲政府每年都对电企补贴了几十亿澳元。第二个隐性补贴是燃煤发电机组可以在大大低于市场价格的条件下大量使用淡水。

此外,从理论上来说二氧化碳排放量是一种社会成本,这些排放对环境的影响现在已经很清楚,但由于发电机组并不直接承担这一成本,就没有经济激励手段促使他们减少温室气体的排放,这是能源市场设计的弱点。因此,?经济价值的忽视、外部环境影响是采用分布式能源系统的另一个障碍。

3、澳大利亚分布式能源政策措施制订思路

综合来说,澳大利亚业内专家认为,制订政策要基于三个出发点:

一是发展分布式能源系统不仅可以提高系统效率,而且可以促进经济的增长。

二是一个能源市场的新设计可以在提供廉价电力和减少碳排放的同时创造就业机会。现代电力工业已不是劳动密集型,在澳大利亚只雇用了不超过35000人,在澳方的研究中,创造就业具有很强的社会价值,这就使创造就业成为所有经济发展政策中的重要考量。

三是分布式能源系统将导致更激烈的竞争,可以使那些“超常利润”更公平地回馈给纳税人及消费者。澳方认为,在目前的市场机制下,许多在役的企业受到了免于开放竞争的保护。

无论从经济学还是从公平性角度看,能源市场的设计无疑是十分重要的。为了使得澳大利亚过渡到低碳经济社会,必须保证市场的公平竞争,以确保低碳能源如天然气分布式能源和风力发电不会因为蹩脚的市场设计而被挤出市场。为此,澳方专家认为政策措施要包括以下五方面:

(1)碳的价格在发电市场起到至关重要的作用。它将帮助澳大利亚降低其总体碳排放量,它会使发电领域的资产配置在更准确的反映生产成本方面更有效。因此,为所有的能源技术提供一个公平竞争的机会就是要价格无一例外地覆盖所有发电燃料。与前一点相关的是,必须避免对现有煤燃料发电机组的过度补偿,支付补偿实际上是给予一个隐形的碳税折扣(甚至免税)。

(2)水的价格也是同等重要的。生产过程中用水必须用市场价格来购买。如果我们以收取墨尔本居民支付淡水的价格同样收取维多利亚州的褐煤发电机组用水,那么维多利亚的电力将不再那么廉价。从发电用水总额来看,燃煤发电机组实际每年享受到了约3亿澳元的补贴。水的定价政策应要求,如果生产商不循环使用水,那么他们应该为用水支付市场价格,并且这些价格应该是透明的。

(3)零售商的激励机制。监管机构要建立对电网公司接入新电源过程的奖励/惩罚方案机制。澳大利亚各州和领地政府应该制定以预订的价格收购全部分布式能源系统所发电量的机制。到目前为止,首府领地就是一个典范。上网电价通常应该固定在使投资能够在一段时间内得到回报的水平。分布式能源系统因为不能受益于(隐形)补贴而应该获得较高的合同电价。

(4)政府可通过采购政策来促进分布式能源发展。澳大利亚社会住房保障计划新建和翻修住宅,这些社区修建设计当中就涉及社区公共服务设施,可将分布式能源纳入计划中。同时,建立公/私能源联合公司将进一步促进分布式能源的发展。通过安装和维护天然气分布式能源系统为住宅公寓楼、商业办公楼和工业企业提供全面的能源服务。

(5)区间电价和智能电表。在公共服务中,价格因负荷峰谷而不同,这一方法被称为区间定价,大部分澳大利亚电力公司已经在某种形式上使用区间定价了。作为这个定价方法的补充,我们为在高峰期发电的分布式能源支付更高的上网电价。这将刺激大家在高峰期积极供能,并可能鼓励更多的分布式能源系统进入市场。

为确保生产者和消费者都能积极回应这些价格信号,我们应该推出的智能电表,这样的智能电表将能够实时向消费者(生产商)他们使用多少电力(产生)和他们付出(收到)相关的价格。维多利亚州已经开始这一进程,宣布了从2009年9月开始4年内为220万个家庭、30万家企业安装智能电表的计划。

4、对中国的启示

分布式能源是体现节能、减排、安全、灵活多重优点的能源发展方式,是实现节能减排目标的重要途径,也是电力产业发展的重要方向。我国分布式能源发展刚刚起步,发展空间很大。国家“十二五”规划纲要和国家关于发展天然气分布式能源指导意见明确提出,要促进分布式能源系统的推广应用,这需要从市场、政策等方面加大对分布式能源项目的扶持力度。

一是亟需切实有效的鼓励和补贴政策。要基于《关于发展天然气分布式能源指导意见》,加快出台天然气分布式能源市场一直期待的在资金补贴、电量销售、投资方电网设施产权、天然气发电标杆上网电价等一系列政策支持细则。

二是建立统一规划和协调机制。分布式能源的大规模发展,有赖于城市天然气管网的成熟发展,以及电网对分布式能源系统并网的有力支持。因此,分布式能源的规划应与天然气资源及供应规划、电网发展规划相协调,将分布式能源发展纳入电网规划以及区域规划之中,有效地降低分布式能源的并网成本。这样才能保证分布式能源系统燃料的稳定供应,将对电网的负面影响降到最低限度,并发挥调峰等积极作用。另外,分布式能源系统的站址选取等也应与城市的总体发展规划相协调。

三是推进能源服务市场的多元化发展。特别是吸引电力企业和燃气企业参与分布式能源市场。对于电力企业,发展分布式能源技术同样也是他们的一个巨大的新的利益空间,因为分布式能源技术同样也可以优化整合电力的需求,提高电力的可靠性,改善电力公司的垄断经营形象,为他们增加非垄断性盈利扩展空间。从燃气资源供应商的角度看,合理利用天然气,持续稳定的用气结构,从而降低燃气供应成本,利用资源供应优势,创造产品的多元化的格局,延长企业的价值链。通过用户、燃气企业、电力企业的整合,实现最有效地将各种能源配置到最优化。将分布式能源发展中最敏感的并网因素、气价因素,转换成能源企业的共同利益,对于先期分布式能源市场的培育非常有益。

综上所述,要推动我国分布式能源发展,当务之急是从市场、政策体制层面入手,综合考虑各方利益,尽快完善保障分布式能源发展的政策法规,同时制定具备可操作性的配套政策,推进分布式能源系统有序、健康发展。


  
来自:国际燃气网

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