人均GDP1万美元的能源需求

　　纵观世界各国经济发展历程，人均GDP从1000美元至1万美元是能源需求增长最快的阶段；而从1万至3万美元对于能源的需求则基本没有变化。英国、法国和德国都是在1980年前后实现人均GDP1万美元，此后能源需求几乎停止上涨，甚至随着技术发展和产业结构调整，能源需求还有所下降。所以，我国未来最大的挑战就是如何面对人均GDP达到1万美元的能源需求。

　　目前，我国人均GDP已达到1000美元，按照预定的经济发展目标，我国将在2020年全面实现小康，2050年达到中等发达国家的水平，人均GDP达到10000美元，若按PPP核算方法将达到25000美元。

　　如果按照美国的能耗标准，当我国经济发展到人均GDP1万美元时，每人每年将消耗8.24吨标准油，届时我国将达到15亿人口，需要

能源约合123.58亿吨标准油，折合250亿吨标准煤；如按照英、法、德、日等国的能耗标准，每人每年将消耗4吨标准油，每年仍需60亿吨标准油，折合120亿吨标准煤。

　　怎么办？唯一的出路就是依靠科学技术来解决中国发展面临的能源和环境难题。

　　科学用能强调优化配置

　　中国科学院技术委员会主任徐建中院士在总结归纳了国内外专家对如何解决中国能源问题有关建议后，根据科学发展观，提出以“科学用能”来应对中国面临的能源挑战。这一建议得到两院院士和能源专家们的普遍支持，认为这是对能源利用方式的技术进步、资源配置的优化和管理体系的创新提出了一个与时俱进的新目标。已故的著名工程热物理学家、中国科学院主席团执行主席吴仲华院士，早在1980年8月14日中央书记处举办的科学技术知识讲座报告中就预见性地提出了“依靠科学技术解决中国能源问题”的理论，徐建中院士将这一观点根据24年以来的科学和技术进步的成果和趋势进行了系统的发展。

　　“科学用能”主要包涵三个层面：科学使用能源，科学配置能源和科学管理能源。这一观点强调“科学技术是第一生产力”，鼓励采用先进的技术提高包括能源在内的各种资源的综合利用效率，通过“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的方式优化配置资源，建立“能源需求侧管理(DSM)”、“合同能源管理(EMC)”、“能源服务公司(ESCO)”、“综合资源规划(IRP)”，以及环境排放和资源利用的各种交易机制等多种符合市场经济规则的管理运营机制，来有效解决中国发展中的能源与环境瓶颈，实现社会和经济的可持续发展目标。

　　在人类信息整合能力不足时，只有通过规模经济来降低成本，增加效率。实施“大工厂、大生产、大消费、大耗散”的大工业战略或称重

化工业战略。当信息技术发展之后，我们可以越发清楚地了解生产销售和最终使用的全部过程，监控整个生产——消费链，从原料的开发，到产品的制造，从消费者的使用，到使用后的资源再利用。人们发现在大多数情况下，规模未必能够带来真正的效益，反而增加更多的资源耗散和环境、资金代价，加速了熵的增加。

　　电力工业就是最好的一个例子，传统上我们认为“大电厂、大电网、超高压”是效率最高的方式，但是这是在转换端来判断问题，而且在“电”这个单一行业条件下分析的结果；如果在需求侧进行综合资源对比分析，可能结论未必如此。大电厂与小电厂比较当然发电效率是高的，但是由于燃料运输、排放限制、土地资源的制约，大电厂只能远离城市，首先发电之后的余热无法加以利用，其次输变电和配电又要增加电网和线路的损失，到了终端用户的实际资源利用效率必然大打折扣。建设输电走廊和变电站也需要消耗大量土地资源，发电之后的灰渣因为远离城市无法制成建筑材料再加以利用。

　　此外，城市不仅需要电力，同时还会需要热力，为解决需求不得不再建设热力厂，将宝贵的资源转换成为低品位的能量进行利用，增加了各种资源的耗散和浪费。因此，在需求侧建立能源梯级利用设施被认为是解决问题的更有效的方法。1978年，美国为此修改的《公共事业法》允许这一类能够达到更高能效的用户热电联产设施并网发电。随之，欧洲、日本都相继不断修改法律，使他们的法律体系和政府的管理机制能够顺应这一时代的发展趋势。

　　热电联产节能优势明显

　　一、燃煤热电联产与燃煤热电分产比较

　　根据(原)国家发展计划委员会、(原)国家经济贸易委员会、建设部和国家环保总局联合下发的《关于发展热电联产的规定》中的要求，总热效率45%、单机容量50MW以下机组其热电比应大于100%。

　　2001年全国平均发电煤耗为355g/kWh，平均发电效率为34.61%，其中300MW 机组效率为37.15%，600MW 机组效率为38.15%。

　　分散小锅炉长期以来平均效率一直不到50%，近年来，由于集中供热发展迅速，锅炉容量有所增大，一些热力厂也从老式链条锅炉改为效率更高的煤粉炉和循环流化床锅炉，平均效率提高到接近60%。

　　如果我们采用“燃料等量法”，即：1公斤标准煤发电，1公斤标准煤供热，对比2公斤标准煤热电联产进行比较，得到以下结论——以国内广泛采用的C12单抽式供热蒸汽轮机机组，供热机组按照1268号文件规定的最低限度为条件，对应全国平均标准发电/供热煤耗进行比较，热电联产综合节能效率为2.53%。

　　实际上1268号文件规定的限度是很低的考核指标，在运行中绝大部分热电厂也都超过了这一限度。按照国内C12机组的经济工况指标，发电效率22.26%，供热效率37.77%，综合效率超过60%。与600MW热电分产比较，热电综合效率提高21.22%，两公斤煤在热电联产中可节约相当424.5克标准煤。

　　根据上述计算，燃煤热电联产比燃煤热电分产更加节能，即使是以效率比较低的12MW容量的C12机组与600MW大型发电机组比较，优势也非常明显。此外，600MW大型发电机组远离用电负荷，升压，高压输送，层层降压，效率损失巨大。而热电厂容量小，靠近用电负荷，效率损失很小，其实际节能效益更加广泛。

　　二、天然气热电联产与天然气热电分产比较

　　天然气热电联产主要有两种方式，一为燃气轮机——蒸汽轮机联合循环热电联产，一为燃气轮机前置循环热电联产。前者是由燃气轮机先利用天然气发电，将余热烟气送入余热锅炉转换蒸汽，再推动蒸汽轮机发电，将乏汽抽出用于供热；后者是将燃气轮机烟气直接生产供热蒸汽，没有中间蒸汽轮机。

　　在中国，绝大多城市不符合燃气轮机的最佳自然条件，实际效率将明显降低。如：STAG109E联合循环发电机组的理论效率可达53%，而深圳南山电厂一套S109E联合循环系统原来的效率只有42%，经改造蒸汽轮机后的实际运行效率也仅提升到44%。大型联合循环发电系统的蒸汽轮机要达到满负荷需要1小时或者更长的时间，所以GE公司STAG109FA机组的实际年运行平均效率不可能超过55%，即使将来透平进口温度超过1500℃的9H机组的最佳理论点发电效率超过60%，其实际年运行平均效率也不大可能超过55%。

　　天然气锅炉制造公司均声称其热效率超过90%，可是根据运行的实际情况，能够超过85%已经是寥寥无几，

清华大学3台20t/h天然气锅炉，实际使用效率不到80%。大量事实证明，天然气锅炉平均利用效率不会超过85%。

　　采用“燃料等量法”，即：1立方米天然气发电，1立方米天然气供热，与2立方米天然气热电联产进行比较，结果如下：即使是最先进的热电分产技术和最大型的燃气轮机联合循环系统，与中等规模的相对比较落后的联合循环热电联产技术比较，基本没有什么节能优势。在中国这个严重缺乏优质能源的国家，大力发展大型联合循环发电是不明智的和缺乏科学考虑的。

　　联合循环热电联产与联合循环发电相比较具有明显的优势，而前置循环热电联产的优势更加突出。以12MW级容量的SOLAR公司大力神130机组为例，平均应用发电效率32.4%，供热效率45.19%，与GE公司S109FA机组比较，节能效率增加12%以上，热电分产显然是一种浪费能源的选择。

　　热电联产是丹麦最重要经验

　　作为一个高纬度寒带地区的国家，人均GDP超过3万美元，而人均能耗只有3.4吨标准油，而且认为还可以再降低20%，这就是丹麦。丹麦人不仅创造了安徒生童话，也创造了一个可持续发展的新童话，成为全世界的楷模。

　　同样是GDP超过3万美元的国家，丹麦是如何将人均能耗将到3.4吨标准油的？其中最关键的技术就是大力发展热电联产。在丹麦，国家积极鼓励发展热电联产，通过制定高能效标准来遏制发展单纯的火力发电机组。在丹麦实现了严格的能源环境税收机制，对于能效不达标的发电系统征收0.1丹麦克朗/kWh的税款，对于达到标准的电力免税，对于可再生能源和超低排放电力，从该项税收直接进行补贴。这一政策的出台最终导致全国没有一个火电厂不供热，没有一个工业锅炉不发电，全国的能源利用效率超过60%，特别是火力发电系统。

　　中国若能将丹麦作为典范，实行有效提高能效的政策，同时考虑到丹麦可挖的潜力以及气温因素，中国最终有可能在人均能耗2.5吨标准油时即可实现人均GDP1万美元的目标，将总能耗降至37.5亿吨标准油。这些能源中应该有25%来自石油，因为石油产品在能源系统中的作用是其他能源无法替代的；15%～20%来自核电；15%～20%来自水电和可再生能源，其余约40%的能源需求还需依赖煤炭，约为15亿吨标准油，相当30亿吨原煤。其实，这并非是一个“目标”，而是全球资源和环境能够给予中国可持续发展的最大空间。

　　电力并不能解决人类生产生活的全部需求，在工业生产中需要大量蒸汽，在日常生活中需要热水、采暖或制冷，这些都可以依靠热力来解决。如果全部用电力来解决，不但不经济，而且浪费资源。如何既能满足生产生活需要，又能提高能源的综合利用效率？答案就是前面提到的科学用能16字方针，将高品位的能量用于发电，发电后的低品位蒸汽用于工业生产或制冷，将汽轮发电机冷凝器的废热用于供暖和供应生活用水。

　　所以，发展热电联产乃大势所趋。