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1、中国低碳碳能源格格局中的的天然气气华贲华南理工工大学天天然气利用研究究中心摘要：哥本哈根根会议开开启了世世界走向向低碳能能源的新新时代。控控制温升升不超过过2C要求把把能源消消耗产生生的CO2控制在100亿tCOO2/a。这将导导致目前前石油、煤煤、天然然气、核核能与可可再生能能源在总总能耗构构成中的的比率逆逆转，和和终端用用能模式式巨变。20220-220500年中国国天然气气将在工工业燃料料、商住住和民用用能源、调调峰发电电、交通几几大领域域占据主主导或重重要地位位，并在在冷热电电联供分分布式能能源系统统和C/LLNGVV技术领领域自主主创新，领先于世界。中国非常规天然气资源丰富、开发前景
2、看好，自给率可达70%。2020-2030年中国天然气消费规模将达到400-600 bcm/a，并对亚洲天然气市场发生积极、正面的影响。关键词：低碳能能源格局局天然气冷热电电联供 LLNGVV 市场场规模资源和和供应保保障亚洲市市场格局局前言：气气候变化化、碳减减排约限限下的世世界能源源构成格格局1-3工业化以以来的150年间，地地表大气气中CO2的浓度度增加了了35%，增加加部分的的80%来自于于化石能能源的使使用；而而其中的的80%由工业业化的OECCD国家所所排放。20世纪90年代以以来，占占世界总总人口近近半的“新兴国国家”掀起了了工业化化高潮，导导致了世世界能源源消耗的的加速增增长，
3、和和新一轮轮以 COO2为主的的温室气气体浓度度的快速速增加，并将将导致地地表温度度的加速速上升、冰冰山融化化、海平平面上升升，灾害害天气增增加和生生态环境境的破坏坏。气候变化化已成为为世界各各国面临临的最紧紧迫问题题。20009年12月的哥哥本哈根根会议以以世界192个国家家的声音音，肯定定了会议议前夕国国际能源源署（IEA）提出的“450情景方方案”的三个个具体目目标中的的两个，即即：全球球平均气气温不应应比工业业化开始始前高出出2摄氏度度；这要要求全球球排放量量减到19990年（209亿吨CO2当量）的的一半。为此发达国家应当减少至少80%温室气体排放量，发展中国家的温室气体排放量应当比
4、“通常情况下”低15%-30%。至于第三个目标，即碳排放的峰值年和减排到1990年排放的一半的时限，以及发达国家以资金和技术支持发展中国家减排的具体安排，留待2010年末的墨西哥会议解决。文献11-33研究了了能耗、一一次能源源构成和和应用碳碳捕获和和封存（Carrbonn Caaptuure andd seequeestaatioon,CCCS）技术术三者与与CO2排放之之间的制制约关系系，并推推算出了了在上述述减排目目标和进进程下世世界能耗耗和一次次能源构构成变化化的走势势。见图图1。一、低碳碳经济下下从一次次能源到到终端利利用的变变化趋势势1、 后工业化化/低碳时代代终端用用能走势势未来
5、的220-440年间，伴伴随着世世界因气气候变化化的挑战战而进入入由科技进步引引领的低低碳经济济增长时时期。但但世界各各国的发发展是不不平衡的的；10亿人口口的OECCD国家已已经进入入后工业业化阶段段、人均均能耗逐逐渐降低低时，有30多亿人口“新兴国国家”也步入入工业化化阶段。这使得得人类利利用能源源总量继继续增长长；工业业、商住住、交通通三领域域耗能均均衡增加加；科技进进步促进进总能效效将由目目前的50%提高到到55%以上；高质量量的、与与自然和和谐的舒舒适生活活所对应应的人均均能耗，将将比现在在大大减减少；见见表1。图1 22005520550世界界（左）和和中国（右右）一次次能源构构成
6、的变变化趋势势表1 人人均GDP达到1万美元元的时间间和能耗耗国家美国英国日本韩国新兴国家家年代1960019700198001990020200-500能耗teec/pp.a864.13.92.52、 2020020550年一次次能源终端利利用的图图景文献44、5探讨了了从一次次能源到到终端利利用路线线的变化化。占总总能耗约约7成的工工业和商商住用能能将主要要由天然然气冷热热电联供供分布式式能源系系统+可再生生能源+智能电电网提供供；而交交通用能能则呈现现多元化化的局面面；卡车、部分分公交车车将改用用高效、廉廉价、低低排放的的LNG；除高铁铁、地铁铁外、智智能电网网所推进进的插电电式汽车车将
7、替代代大部分分私家车车；第二二代生物物燃油将将成为航航空燃料料的主力；非粮乙乙醇、煤煤基DME等将替代大部分汽汽油；IIEA估计20030年，生生物燃料料将占全全球运输输业的9.33%，20550年将达达到25%8。太阳能能制氢气气/燃料电电池车也也将在20年后实实现商业业化应用用。而有有机化工工原料将将是石油油、煤、生物质三家角逐的局面。见图2（太阳能制氢燃料电池车未标出）。3、 低碳约束束和科技技进步改改变和决决定一切切决定未来来世界的的发展的的，一是是人类可可持续发发展必须须遵从的的碳排放放硬约束束；二是是不断的的科技进进步使人类能够够利用新新能源、提提高能效效、不断断创新生生产和生生活
8、方式式。图2所描绘绘的全是是目前正正在研发发、完全全可以预预期其成成果的技技术路径径。商住用能品粮DES/CCHP天然气电核、再生能工业用能智能电网电BI0电煤交通用能气化多联产轻烃、石油油有机化工加工图2 低低碳时代代一次能能源到终终端利用用的新格局局二、中国国发展天天然气冷冷热电联联供能源源系统的的历史机机遇和创创新前景景1、冷热热电联供供能源系系统是化化石能源源用于工工业和商商住的必必然选择择占世界总总能耗70%左右的的工业和和商住建建筑物耗耗能中，大大部分都都是低品品位的热热能。占占工业能能耗大多多数的过过程工业业耗能热热/电比在5以上，大大部分在在4000C以下；建筑耗耗能的80%的
9、温位位与环境境温度只只差10-30C。按照照热力学学第二定定律，化化石能源源的化学学能转换换为电力力的效率率不可能能为1000%，必定定有一部部分以较较低温位位的热量量的形式式传递到到环境。热热电联产(CHHP)正是运运用这个个规律，同同时产电电和热，因因而提高高能源转转换效率率的。但是传传统CHP的热电电比取决决于特定定的技术术，不能能适应各各种终端端用户变变化的需需求。发发达国家家近30年来发发展的分布式式冷热电电联供系系统（Disstriibutted Eneergyy Syysteem / Coombiinedd Coold, Heeat andd Poowerr，DESS /CCCH
10、PP），集成各各种热机机、热泵泵、吸收收制冷、可可再生能能源技术术，实现现化石能能源“吃干榨榨净”的高效效、梯级级利用。用用于需要要蒸汽、热热和空调调制冷的的工业和和商住耗耗能，一一次能源源的终端端利用效效率可达达70%以上，甚甚至超过过90%。可以说说，只要要人类还还使用化化石能源源和生物物质能，CHP和 DEES/CCCHPP就是科科学用能能的必由由之路；永远不不会过时时。进入入本世纪纪以来，发达国国家正在在进一步步加深这这些措施施，丹麦麦全国DESS/CCCHP产生的的电力已已经超过过50%，美国20000年已定定下20220年达到29%的目标标。有分分析称这这是未来来美国完完成减排排指
11、标的的最重要途途径。2、煤CCCS利用和和可再生生能源不不能解决决中国未未来20年的低低碳能源源需求中国迄今今一直认认为自己己的能源源禀赋是是“富煤、缺缺油、少少气”，因而而在近20年经济济起飞、能能源需求求高速增增长的历历史阶段段，主要要依靠超超速开发发本国的的煤炭资资源。至至今煤耗耗已近30亿t/a，占世世界42%，占总总能耗70%。由此此导致严严重的环环境污染，CO2排放量已已达62亿 t CO22/a，占世界21%，人均均排放也也已超过过世均。中国未来10-20年完成工业化和城镇化的这个历史时期，即使算上能效提高因素，总能耗也还需要持续增长。“以煤为主”的能源战略还能继续多久？安全、运
12、输、污染等问题不说，为使CO2减排与哥本哈根协议的步调一致所必须采用的CCS技术需要大量的资金而且本身也耗能。按照IEA的估计，到2020年CCS应用只能占到煤耗的10%，成本30欧元/t。这是否能够经济地支持中国“以煤为主”的能源战略？尚待探讨。可再生能源利用成本降低和在总能耗中的比率增大，也是一个漫长的历史进程；以4-5%/a的速度增长，达到40-50%的份额也需要40年的时间（见图1）。总之，这两条低碳能源发展之路，都不能解决中国今后20年实现低碳工业化和城镇化的问题。这是中国在未来20年内面临的极大挑战。3、天然然气替代代煤作为为中国工工业和城城市能源源的历史史任务、难难点和出出路未来
13、200年中国国低碳能源源发展的的最主要途途径是发发展天然然气DEES /CCHHP替代代煤用于于工业和和商住能能源。理理由有三三：第一一，天然然气DEES /CCHHP的能源利利用效率率是燃煤煤的2倍。天然然气占一一次能源源的比率率，世均均是24%，中国国则不到到4%，这也是中中国的能能效低于于世均13个百分分点的主主要原因因3。采用DESS/CCCHP把把天然气气在一次次能源中中的比率率提高到15-20%，可使使中国能能效提高高到世均均水平；第二，天天然气DDES /CCCHP的CO2排放仅仅为煤的的1/4；减排排的成本本远远低低于煤CCS；第三，未未来10年，在在进口天天然气和和LNG占一
14、定定比率、但价格格较高的的条件下下，单纯纯以天然然气替代代煤供热热和发电电，用户户都难以以承受。天然气DES /CCHP因其高利用效率，可使终端供电、冷、热水、蒸汽的成本大幅度降低，原来烧煤的用户能够承担。所以这是未来10-20年中国实现低碳工业化和城镇化的唯一出路和战略保障。4、DEES/CCCHPP在中国国国情下下的创新新机遇5、6DES/CCHHP决不是是简单理理解的0.22MPaa抽汽加加热1200C热水供供暖，蒸蒸汽吸收收制冷供供712C冷水这这样概念念化的组组合。它它是基于于科学用用能，即即“高热高高用、低低热低用用，温度度对口、梯梯级利用用”的思想想，严格格按照热热力学第第二定律
15、律和火用用经济学学理论，采采用系统统工程方方法，在在对各种种冷热电电用户86550 hh/a变变负荷统统计分析析的基础上上，采用用各种燃燃气作功功发电技技术、各各种制冷冷技术、热热泵技术术、再生生能源利利用技术术，以及及强化传传热技术术，集成成建模和和优化求求解而得得到的，在在经济效效益、能能效、碳减排三三个方面面都比较较好的组组合方案案。是现代系系统科学学、信息息科学、管管理科学学与各种种能源转转换、传传递科学学和技术术的集成成。DES/CCHHP也不不是局限限于微燃燃机的1MW以下的的小型系系统。美美国20000年统计计表明，数数量占78.6%的770个平均装装机1MMW的分布布式能源源站的容容量占全全美的10.3%，而数数量占2.88%、平均均容量78.1MWW的27座大型型能源站站占总装装机容量量的42.8%。中国国的DES系统规规模更应应当按照照中国国国情来规规划。与1000多年来来陆续工工业化的的OECCD国家不不同，人口口众多而而且密集集的中国国的国情情特点一一是在几几十年内内集中建建设新城城镇和新新工业园区；二是中中国城市市，工业业区、商商业中心心、居住住区的布布局和耗耗能模式式与西方方大不相相同。
