集中供应方式
1、热电联供(CHP)
CHP是热电联供的集中供热(电)方式,天然气能源转化效率高,但在中国应用还不太广泛。在美国住户终端的天然气消费中,采暖占69%、热水占24%、烹调炊事占5%、干衣占2%;在商业终端的天然气消费中,采暖占40%、热水占19%、烹调炊事占8%,其他33%主要是热电联供的CHP[10]。中国城市的大部分建筑目前冬季多采用煤炭热力(热水或蒸汽)能源进行热水供暖,夏季采用蒸汽能源,溴化锂制冷方式供冷,许多新建居民区则是各户采用壁挂天然气炉自行采暖,能源使用效率低下(100m2的住户每个采暖季用300m3),像北京首都国际机场那样采用CHP的非常少。为了提高天然气能源的热利用效率,应该在政府的统一规划下建立城市的热力供应体系,在有天然气供应的大、中城市分区建设CHP热电联供站。
在我国2009年的29.6×108t原煤消费中,除了21.2×108t原煤应用于中间转换加工行业(主要是发电、供热、炼焦、制气四大部门)以外,有6.8×108t原煤应用于工业企业(尤其是中小企业)锅炉供热和产汽。有条件的企业如果改为CHP供热,有可能节省1×108~×108t原煤。
2、冷热电联供
分布式冷热电联供(DES/CCHP)是通过各种一次能源转换技术的综合集成,在一个区域内同时提供电、热、冷多种终端能源,实现能源的梯级、高效利用,在国外已经得到初步应用。国内由于天然气价格高且供应不足,尚未得到应用。
DES/CCHP的直接经济效益在于能源的梯级、循环、高效利用及避免多次转换,减少了传输损失,是在CCHP周边就地直供电、冷水和热水,还可以改善城市大气环境和平衡电网峰谷差。DES/CCHP的效益与天然气价格关联密切,2007年核算时,在天然气价格2.5元/m3、直供电价格0.8元/(kW·h)、区域供冷价格0.46元/(kW·h)的条件下,10MW的DES/CCHP投资回收期为10年[13]。需要评估区域的冷热电负荷需求和时间分布以及气、电价格比,才能最终确定项目的经济性。DES/CCHP建设离不开政府在规划、政策方面的支持,如果仅由房地产商去决定小区的冷热电供应,DES/CCHP难以实现。
节约天然气的分散供应方式
1、太阳能供热(电)
利用太阳能供应家庭热水的技术在中国应用已经非常广泛,应该进一步在商业和企业推广.纳入建筑物节能的要求,这样可大量减少建筑物对煤炭和天然气能源的使用量。对于居住比较分散的、难以集中供热的地区(如农村、山区、牧区等),小规模的太阳能供热(电)可节省化石能源的消耗。
2、热泵供热(电)
热泵技术根据热源的不同分为地源热泵、空气源热泵、太阳能热泵、水源热泵、土壤源热泵等。家庭用热能是空气源热泵,耗用很少的电能,吸收空气中的大量低温热能,运行时蒸发器从空气源的环境热能中吸收热量以蒸发传热工质,传热工质蒸气经过压缩机压缩后压力和温度上升,高温蒸气在通过特制的环形管冷凝器冷凝成液体时,将释放的热量传给储水箱中的水,冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器,然后再被蒸发,如此循环往复。空气源热泵比目前常规的空调热效率提高5倍以上,可用于家庭产生热水、空调、采暖等。由于电力来自于可以采用CCS回收二氧化碳的大型发电厂,推广热泵使家庭多消费电能、少消费天然气,显然有利于减少二氧化碳排放。但由于设备价格比较昂贵,目前仅在欧洲一些发达国家得到应用。
提高建筑物节能非常关键
据美国能源部统计,在美国2006年的能耗中,建筑物消耗的能源最多,占39%(其中住户建筑占21%,商业建筑占18%);工业能耗占33%;运输能耗占28%[14]。建筑物能耗主要来自于消费天然气和电力,其中住户建筑的能耗详细构成比例为:采暖通风和空调(HVAC)占35%,照明18%,热水10%,电器和计算机10%,冰箱6%,烹调炊事3%,其他18%[15];商业建筑能耗详细构成比例为:采暖通风和空调(HVAC)占32%,照明25%,热水6%,电器和计算机12%,冰箱4%,烹调炊事2%,其他19%t[6]。
住户建筑物耗能排放的温室气体(以二氧化碳为代表)占全美国温室气体排放总量的17%,是一个不可小视的惊人数目,其中一多半来自采暖通风和空调(HVAC)[17]。因此建筑节能中采暖通风和空调是节能减排的重点,如采用太阳能供热、增加墙体厚度、采用低散热建筑材料等。
中国目前拥有约400×108m2的建筑面积,如果2050年的城镇化人口是10亿人,按最近人口普查户均3.0人、人均居住面积70m2、户居住面积210m2计,城镇居住面积为700×108m2,加上300×108m2的商住面积,共1000×108m2建筑面积。如果有25%的商住建筑(250×108m2)采用节能设计和建造,按图4的家庭供热量取每户冬季(节能设计后)因实施建筑节能节省15GJ供热量,城市加农村按1.2亿户计算,可节省热能近1.8×1018J。按照1.0×108m2天然气热值相当于3.78×1015J换算,2050年中国家庭和商住建筑节能相当于476×108m3天然气,是一个十分惊人的数字,应该把建筑物节能作为减少天然气消费的重点。