人均GDP1萬美元的能源需求

　　縱觀世界各國經濟發展歷程，人均GDP從1000美元至1萬美元是能源需求增長最快的階段；而從1萬至3萬美元對于能源的需求則基本沒有變化。英國、法國和德國都是在1980年前后實現人均GDP1萬美元，此后能源需求幾乎停止上漲，甚至隨著技術發展和產業結構調整，能源需求還有所下降。所以，我國未來最大的挑戰就是如何面對人均GDP達到1萬美元的能源需求。

　　目前，我國人均GDP已達到1000美元，按照預定的經濟發展目標，我國將在2020年全面實現小康，2050年達到中等發達國家的水平，人均GDP達到10000美元，若按PPP核算方法將達到25000美元。

　　如果按照美國的能耗標準，當我國經濟發展到人均GDP1萬美元時，每人每年將消耗8.24噸標準油，屆時我國將達到15億人口，需要

　　怎么辦？唯一的出路就是依靠科學技術來解決中國發展面臨的能源和環境難題。

　　科學用能強調優化配置

　　中國科學院技術委員會主任徐建中院士在總結歸納了國內外專家對如何解決中國能源問題有關建議后，根據科學發展觀，提出以“科學用能”來應對中國面臨的能源挑戰。這一建議得到兩院院士和能源專家們的普遍支持，認為這是對能源利用方式的技術進步、資源配置的優化和管理體系的創新提出了一個與時俱進的新目標。已故的著名工程熱物理學家、中國科學院主席團執行主席吳仲華院士，早在1980年8月14日中央書記處舉辦的科學技術知識講座報告中就預見性地提出了“依靠科學技術解決中國能源問題”的理論，徐建中院士將這一觀點根據24年以來的科學和技術進步的成果和趨勢進行了系統的發展。

　　“科學用能”主要包涵三個層面：科學使用能源，科學配置能源和科學管理能源。這一觀點強調“科學技術是第一生產力”，鼓勵采用先進的技術提高包括能源在內的各種資源的綜合利用效率，通過“分配得當、各得所需、溫度對口、梯級利用”的方式優化配置資源，建立“能源需求側管理(DSM)”、“合同能源管理(EMC)”、“能源服務公司(ESCO)”、“綜合資源規劃(IRP)”，以及環境排放和資源利用的各種交易機制等多種符合市場經濟規則的管理運營機制，來有效解決中國發展中的能源與環境瓶頸，實現社會和經濟的可持續發展目標。

　　在人類信息整合能力不足時，只有通過規模經濟來降低成本，增加效率。實施“大工廠、大生產、大消費、大耗散”的大工業戰略或稱重

　　電力工業就是最好的一個例子，傳統上我們認為“大電廠、大電網、超高壓”是效率最高的方式，但是這是在轉換端來判斷問題，而且在“電”這個單一行業條件下分析的結果；如果在需求側進行綜合資源對比分析，可能結論未必如此。大電廠與小電廠比較當然發電效率是高的，但是由于燃料運輸、排放限制、土地資源的制約，大電廠只能遠離城市，首先發電之后的余熱無法加以利用，其次輸變電和配電又要增加電網和線路的損失，到了終端用戶的實際資源利用效率必然大打折扣。建設輸電走廊和變電站也需要消耗大量土地資源，發電之后的灰渣因為遠離城市無法制成建筑材料再加以利用。

　　此外，城市不僅需要電力，同時還會需要熱力，為解決需求不得不再建設熱力廠，將寶貴的資源轉換成為低品位的能量進行利用，增加了各種資源的耗散和浪費。因此，在需求側建立能源梯級利用設施被認為是解決問題的更有效的方法。1978年，美國為此修改的《公共事業法》允許這一類能夠達到更高能效的用戶熱電聯產設施并網發電。隨之，歐洲、日本都相繼不斷修改法律，使他們的法律體系和政府的管理機制能夠順應這一時代的發展趨勢。

　　熱電聯產節能優勢明顯

　　一、燃煤熱電聯產與燃煤熱電分產比較

　　根據(原)國家發展計劃委員會、(原)國家經濟貿易委員會、建設部和國家環保總局聯合下發的《關于發展熱電聯產的規定》中的要求，總熱效率45%、單機容量50MW以下機組其熱電比應大于100%。

　　2001年全國平均發電煤耗為355g/kWh，平均發電效率為34.61%，其中300MW 機組效率為37.15%，600MW 機組效率為38.15%。

　　分散小鍋爐長期以來平均效率一直不到50%，近年來，由于集中供熱發展迅速，鍋爐容量有所增大，一些熱力廠也從老式鏈條鍋爐改為效率更高的煤粉爐和循環流化床鍋爐，平均效率提高到接近60%。

　　如果我們采用“燃料等量法”，即：1公斤標準煤發電，1公斤標準煤供熱，對比2公斤標準煤熱電聯產進行比較，得到以下結論——以國內廣泛采用的C12單抽式供熱蒸汽輪機機組，供熱機組按照1268號文件規定的最低限度為條件，對應全國平均標準發電/供熱煤耗進行比較，熱電聯產綜合節能效率為2.53%。

　　實際上1268號文件規定的限度是很低的考核指標，在運行中絕大部分熱電廠也都超過了這一限度。按照國內C12機組的經濟工況指標，發電效率22.26%，供熱效率37.77%，綜合效率超過60%。與600MW熱電分產比較，熱電綜合效率提高21.22%，兩公斤煤在熱電聯產中可節約相當424.5克標準煤。

　　根據上述計算，燃煤熱電聯產比燃煤熱電分產更加節能，即使是以效率比較低的12MW容量的C12機組與600MW大型發電機組比較，優勢也非常明顯。此外，600MW大型發電機組遠離用電負荷，升壓，高壓輸送，層層降壓，效率損失巨大。而熱電廠容量小，靠近用電負荷，效率損失很小，其實際節能效益更加廣泛。

　　二、天然氣熱電聯產與天然氣熱電分產比較

　　天然氣熱電聯產主要有兩種方式，一為燃氣輪機——蒸汽輪機聯合循環熱電聯產，一為燃氣輪機前置循環熱電聯產。前者是由燃氣輪機先利用天然氣發電，將余熱煙氣送入余熱鍋爐轉換蒸汽，再推動蒸汽輪機發電，將乏汽抽出用于供熱；后者是將燃氣輪機煙氣直接生產供熱蒸汽，沒有中間蒸汽輪機。

　　在中國，絕大多城市不符合燃氣輪機的最佳自然條件，實際效率將明顯降低。如：STAG109E聯合循環發電機組的理論效率可達53%，而深圳南山電廠一套S109E聯合循環系統原來的效率只有42%，經改造蒸汽輪機后的實際運行效率也僅提升到44%。大型聯合循環發電系統的蒸汽輪機要達到滿負荷需要1小時或者更長的時間，所以GE公司STAG109FA機組的實際年運行平均效率不可能超過55%，即使將來透平進口溫度超過1500℃的9H機組的最佳理論點發電效率超過60%，其實際年運行平均效率也不大可能超過55%。

　　天然氣鍋爐制造公司均聲稱其熱效率超過90%，可是根據運行的實際情況，能夠超過85%已經是寥寥無幾，

　　采用“燃料等量法”，即：1立方米天然氣發電，1立方米天然氣供熱，與2立方米天然氣熱電聯產進行比較，結果如下：即使是最先進的熱電分產技術和最大型的燃氣輪機聯合循環系統，與中等規模的相對比較落后的聯合循環熱電聯產技術比較，基本沒有什么節能優勢。在中國這個嚴重缺乏優質能源的國家，大力發展大型聯合循環發電是不明智的和缺乏科學考慮的。

　　聯合循環熱電聯產與聯合循環發電相比較具有明顯的優勢，而前置循環熱電聯產的優勢更加突出。以12MW級容量的SOLAR公司大力神130機組為例，平均應用發電效率32.4%，供熱效率45.19%，與GE公司S109FA機組比較，節能效率增加12%以上，熱電分產顯然是一種浪費能源的選擇。

　　熱電聯產是丹麥最重要經驗

　　作為一個高緯度寒帶地區的國家，人均GDP超過3萬美元，而人均能耗只有3.4噸標準油，而且認為還可以再降低20%，這就是丹麥。丹麥人不僅創造了安徒生童話，也創造了一個可持續發展的新童話，成為全世界的楷模。

　　同樣是GDP超過3萬美元的國家，丹麥是如何將人均能耗將到3.4噸標準油的？其中最關鍵的技術就是大力發展熱電聯產。在丹麥，國家積極鼓勵發展熱電聯產，通過制定高能效標準來遏制發展單純的火力發電機組。在丹麥實現了嚴格的能源環境稅收機制，對于能效不達標的發電系統征收0.1丹麥克朗/kWh的稅款，對于達到標準的電力免稅，對于可再生能源和超低排放電力，從該項稅收直接進行補貼。這一政策的出臺最終導致全國沒有一個火電廠不供熱，沒有一個工業鍋爐不發電，全國的能源利用效率超過60%，特別是火力發電系統。

　　中國若能將丹麥作為典范，實行有效提高能效的政策，同時考慮到丹麥可挖的潛力以及氣溫因素，中國最終有可能在人均能耗2.5噸標準油時即可實現人均GDP1萬美元的目標，將總能耗降至37.5億噸標準油。這些能源中應該有25%來自石油，因為石油產品在能源系統中的作用是其他能源無法替代的；15%～20%來自核電；15%～20%來自水電和可再生能源，其余約40%的能源需求還需依賴煤炭，約為15億噸標準油，相當30億噸原煤。其實，這并非是一個“目標”，而是全球資源和環境能夠給予中國可持續發展的最大空間。

　　電力并不能解決人類生產生活的全部需求，在工業生產中需要大量蒸汽，在日常生活中需要熱水、采暖或制冷，這些都可以依靠熱力來解決。如果全部用電力來解決，不但不經濟，而且浪費資源。如何既能滿足生產生活需要，又能提高能源的綜合利用效率？答案就是前面提到的科學用能16字方針，將高品位的能量用于發電，發電后的低品位蒸汽用于工業生產或制冷，將汽輪發電機冷凝器的廢熱用于供暖和供應生活用水。

　　所以，發展熱電聯產乃大勢所趨。