天然氣作為城市集中供熱熱源的可行性探究

陳淑靜

摘 要：燃煤熱電聯產是我國集中供暖的主要熱源，這種能源結構給大氣污染治理帶來極大挑戰。在該背景下，清潔能源取代傳統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：天然氣不能大規模應用于城市集中供熱;城市集中供熱應在以煤炭為主的基礎的前提上，逐步提高天然氣等清潔能源的比重。

關鍵詞：集中供熱;天然氣;供熱安全性

中圖分類號：TU995文獻標識碼：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，我國多地區頻繁出現嚴重的霧霾天氣，空氣中有毒污染物增加，尤其是京津冀地區，空氣污染指數已突破可吸入顆粒物濃度上限。該現象引起了全社會對環境保護的高度關注及對我國能源發展方式的深刻反思。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，從而嚴重影響人的身體健康。相關研究表明，PM2.5主要來源于能源行業，其中火電燃煤所產生的PM2.5約占全國PM2.5總量的36.1%[2]。因此，為降低能源行業的PM2.5污染排放，各方已經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減排上，只能“治標”而難以“治本”。為了從根本上降低能源行業PM2.5污染的排放，需要加快推進清潔能源代替煤炭方案的實施，以減少污染物的排放量，達到國家要求的環境標準[3]。天然氣作為一種清潔能源，在能源結構中的地位不斷上升，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 能源發展形式分析

我國能源結構的特點是“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]。傳統能源產能結構性過剩的問題依然突出，天然氣消費水平明顯偏低。因此，積極拓展天然氣消費市場，擴大天然氣消費規模，實施天然氣消費提升行動，是能源發展結構優化的主要任務。

根據《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，其中累計探明資源量20 200億t，預測資源量38 800億t。2002—2010年，全國煤炭產量由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13.5%，是改革開放以來增長最快的時期。2015年，煤炭產量達到37.5億t，比2010年增加3.2億t，年均增長1.5%。1981—2010年，我國煤炭消費量由6.1億t增加到33.3億t，2016年，世界煤炭消費量達到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儲存量5.4萬億m3，年均增長0.58萬億m3。中國天然氣的產量由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，年均增率達到5.7%。2000年之前，中國的天然氣消費水平較低：1990—1995年，天然氣消費年均增量為5億m3，年增長速度為3.1%;1995—2000年，天然氣消費速度略有增長，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構中的地位

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。將天然氣與煤炭統一換算，1t煤的熱量相當于730m3的天然氣。從儲量和消費量來看，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，由常規向復雜轉移，有淺層向深層推進”的特點，資源稟賦較差，有效勘探開發難度較大。此外，隨著開發歷程的逐步延伸，相當一部分氣田已進入中后期開發階段，氣藏地層壓力水平較低，采出程度較高，剩余氣分布認識難度加大。天然氣是綠色優質能源，其用途廣泛，應精細使用。天然氣供熱廠長期運行、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當優先供給城市居民生活用氣與工業生產用氣。隨著石油、天然氣資源的日漸短缺和潔凈煤技術的進一步發展，煤炭的重要性和地位還會逐漸提升。根據我國資源狀況和煤炭在能源生產及消費結構中的比例，以煤炭為主體的能源結構在相當長一段時間內不會改變[3]。因此，天然氣不能大規模應用于城市集中供熱。

2 天然氣用于集中供熱的成本分析

我國天然氣資源豐富，但與國外產氣國相比，氣田規模小，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，我國天然氣進口量逐年上升，到2015年，進口天然氣量已經占總需求量的31.7%，而到2020年將占44.4%。我國天然氣年消費量和需求量預測如表1和表2所示。

與石油不同，世界天然氣價格沒有全球統一的市場，也不存在統一的價格。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制和價格水平根據各國天然氣供應市場情況不同而存在明顯差異。我國進口天然氣價格建立在可獲國際天然氣資源價格的基礎上。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進口，主要來自中東和南亞地區。隨著天然氣資源的壟斷以及消費量的日益增加，天然氣價格的上漲將是長期趨勢，基本不可能回調。我國集中供熱能源以煤炭為主，根據建設部2016年的統計顯示，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成比例。

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

為了治理嚴重霧霾天氣，北京市政府采取了熱電聯產“煤改氣”，即使用大型燃氣熱電聯產全面替代大型燃煤熱電聯產的措施，在2016年實現了北京城五環以內的燃煤設施全部由四大燃氣熱點中心取代，并預計到2020年前實現所有郊區和縣全部無煤化，“煤改氣”替代量達到65億m3，基礎設施建設資金將超過500億元。

但是，將燃煤熱電聯產改成燃氣熱電聯產供熱，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”項目本身效率低下，制氣過程中會對環境造成污染，消耗大量水資源。北京市目前推行的熱電聯產“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峻。

3 天然氣用于集中供熱在輸送及使用環節的可行性研究

我國天然氣基礎設施建設滯后已成為制約天然氣應用的瓶頸，管線不足是一個明顯的制約因素，不但缺乏控制全國、聯絡主要氣區與經濟發達區的干線管網，也缺乏覆蓋用戶區的支線網絡。眾所周知，不能聯網的單管線長距離供氣存在相當大的安全隱患[8]，而另外值得注意的是，天然氣管網依然缺乏站在國家層面上的全面規劃。已有的初步規劃往往是由各公司提出的，互相之間缺乏有機配合，有的甚至相交叉。中、長距離輸氣管線的安全運行離不開各種類型的氣庫[9]，我國儲氣庫建設起步較晚，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量的3%，LNG接收站罐容占全國消費量的2.2%。全國儲氣能力在天然氣年消費量中占比不到6%，遠低于國外10%～14%的平均水平[10]。受天然氣市場發展階段限制，我國天然氣儲氣調峰能力落后于市場發展速度，一旦天然氣需求在短期內激增，必然造成供氣緊張。我國在2009年11月就曾出現過嚴重的氣荒情況，而近年來情況愈演愈烈。尤其是在我國天然氣利用結構中，城市燃氣比重較大，安全穩定供氣的要求較高，為了滿足戰略貯備和調峰的需要，我國需要建設相當規模的儲氣庫[11]。此外，目前我國集中供熱使用的一次能源以煤炭為主，使用大型燃氣熱電聯產全面替代大型燃煤熱電聯產，基礎設施及燃燒設備要全部更換，也需要投入大量的技術及資金支持。這也制約了天然氣大規模應用于城市集中供熱。

4 結語

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、技術等諸多方面的不足。大型城市的集中供熱熱源應多樣化，天然氣供熱起動快，宜用作熱負荷調峰，承擔采暖季供熱的尖峰負荷，每個采暖季只運行一個半月時間，燃煤熱電廠承擔采暖季供熱的基本負荷。若完全由天然氣供熱構成，一旦出現冬季連續寒冷天氣，各處用氣均告急，天然氣供應峰值迭加，極有可能造成因供氣不足而停運天然氣供熱廠的狀況[12]。燃煤熱電聯產是我國集中供暖的主要熱源，以煤炭為主體的能源結構在相當長一段時間內不會改變，應限制高硫分、高灰分煤炭的開采，研究推廣煤炭清潔燃燒利用技術，同時提高天然氣等清潔能源的比重。

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