我国气电产业“十四五”发展之思考
来源：《中国电业》 时间：2020-12-17 15:18
国电环境保护研究院常务副院长 刘志坦
今年是“十三五”规划收官之年，恰逢全球新冠肺炎疫情蔓延，对全球政治经济及我国的经济社会发展带来了重大影响。面对不确定性加剧的新形势，编制能源行业“十四五”规划工作将面临更多的新挑战、新变局。然而实现清洁低碳转型依旧是能源发展不可动摇的前进方向，加大节能减排力度依旧是能源发展必须坚持的重要措施，建设美丽中国依旧是能源发展持之以恒的奋斗目标。
对于未来能源需求增长，世界许多知名机构预测：可再生能源和天然气将成为满足未来全球能源需求增长的主要来源。低碳化、多元化、分散化、数字化和全球化将是未来能源发展的主要方向。天然气是顺应上述能源发展趋势的重要驱动力量。我国气电产业经过30余年的发展，已逐步成为我国能源格局中不容忽视的力量。但是我国气电产业的发展仍然不充分、不平衡，且在低碳、环保、灵活、高效方面的价值未得到充分发挥。“十四五”规划形成在即，有必要站在全球能源发展大趋势的背景下重新思考气电在能源体系中的作用和定位。
我国天然气发电现状及面临的挑战
随着我国天然气产业的持续发展和资源环境约束日益加剧，我国气电逐步发展壮大，至2019年底我国气电装机容量已突破9000万千瓦，在我国能源结构调整和经济发展方式转型进程中发挥着愈来愈重要的作用。
自2010年以来，气电产业虽然经历了天然气供应阶段性紧张、气价上扬、电力需求增速放缓等不利因素的影响，但整体仍发展较快。气电装机容量自2010年至今已增长240%。但由于同期风电、光伏发电的迅猛发展，使得气电在总装机容量的比重增长并不明显，特别近5年基本维持在4.3%~4.5%。但气电在火电装机的比重却保持了较为明显的增长态势，由2010年的4.1%增长为2019年的8.7%，表明气电作为低碳清洁能源在我国能源结构调整和低碳转型中地位越来越重要。
受资源条件、管线建设以及经济发展水平的限制，目前我国气电机组分布很不均衡，主要集中在珠三角、长三角和京津地区。广东省是目前气电装机容量最大的省份，华东地区是燃气轮机最集中的地区。截至2019年底，广东省在运天然气发电装机容量达2199万千瓦，根据《广东省能源发展“十三五”规划》，到2020年，气电装机要达到2300万千瓦。2019年底，江苏省气电装机总容量为1610万千瓦，在2019年3月印发的《江苏省环境基础设施三年建设方案（2018~2020年）》中提出，到2020年，全省天然气发电装机规模达到2000万千瓦，煤炭消费总量比2016 年减少3200万吨。
我国气电装机容量中以五大发电集团的机组为主，约占全国总装机容量的50%。其中中国华电集团有限公司、中国华能集团有限公司装机规模较大，截至2019年分别达到1509万千瓦和1042万千瓦（分别占气电总装机的16.7%、11.5%）。中国海洋石油集团有限公司依托上游天然气产业的优势，拥有846万千瓦装机。
燃气发电行业存在的问题
一是燃料成本偏高严重影响气电市场竞争力和可持续发展能力。天然气成本占气电企业总成本的80%左右。我国天然气价格长期以来一直偏高，导致气电机组的上网电价长期处于高位，电价竞争力较差。为了应对较高的燃料成本，多地政府通过采取两部制电价、直接给予财政补贴等方式来加以疏导，但随着燃气机组装机容量的不断提升，价格疏导的压力也越来越大，进一步扩大天然气发电规模难度增大。
二是对气电产业发展的重要性认识不足，使其发展缺乏科学的统筹规划。气电特别是热电联产以及冷热电三联供既是天然气高效利用的重要方式，又是调整能源结构、改善区域环境质量的有效措施。
三是运行方式不科学且缺少相应补偿机制。燃气机组为电网调峰调频作出了贡献，但启停频繁会影响设备寿命，缩短设备检修周期，增加设备更换频次。部分地区未充分考虑燃气机组调峰调频成本，未获相应补偿或补偿成本偏低，其调峰的价值未得到充分反映。
四是未完全掌握燃气轮机核心技术，制约产业发展。目前我国尚缺少燃气轮机燃烧室、高温透平叶片等关键热部件自主设计和制造能力，不仅制约设备国产化水平，而且使得机组投产后核心部件的运行维护被供应商垄断，检修维护费用居高不下，从而影响企业生产成本，也在一定程度上制约了气电在国内的发展。
五是我国天然气对外依存度逐步加大，影响投资者信心。目前我国已探明的常规天然气储量不够丰富，人均水平偏低。页岩气等非常规天然气储量虽然丰富，但开发程度还有限，产量增长还存在不确定性，短期内在天然气产量中占比不会太高。近些年来我国进口天然气比重逐步提升，对外依存度逐步加大。2019年对外依存度达到43%，能源供应安全存在一定风险。此外，天然气需求存在季节性不平衡，特别是在冬季民生用气和发电用气之间存在矛盾，这些都是制约天然气发电产业发展的基础因素。
明确气电产业在能源体系中的作用
在电力“十四五”规划编制中，对气电的地位及其作用应该有更明确的规划和目标。为使规划更加科学，符合气电产业发展的内在特性和未来能源发展规律，在规划前首先应充分认识气电产业特性，解决其在发展中的问题，即消除一个顾虑、改善一个短板、发挥一个应用和明确一个定位。
第一，“消除一个顾虑”，即打消对天然气供应是否能得到充分保障的顾虑，这是气电可持续发展的重要基础。长期以来，行业人士对发展气电没有信心的根本原因就是他们始终认为我国是“富煤贫油少气”的国家，天然气资源不丰富，因此不建议大力发展天然气发电。实际情况并非如此。首先从资源角度看，根据《BP世界能源统计年鉴2019》，截至2018年底我国常规天然气探明储量为6.1万亿立方米，居世界第七位。我国页岩气等非常规天然气储量丰富，且近年来产量持续增长，2019年产量达到154亿立方米。随着技术的不断进步，2030年页岩气产量将突破1000亿立方米。近几年随着我国天然气勘探开采力度加大，其产量也在逐步上升。2019年天然气产量为1736亿立方米，增长9.8%，连续三年增产超过100亿立方米，其中致密砂岩气、页岩气和煤层气等非常规天然气产量占比超过30%，增长23.6%，拉动全部天然气产量增长6.9%。其次从全球天然气市场来看，目前到“十四五”期间，全球天然气供应处于宽松的局面，全球液化天然气（LNG）产能过剩。这些因素都有利于保障气电的资源供应。
第二，“改善一个短板”，即提升气电机组的经济性，这是气电发展的问题关键。长期以来，由于燃料价格偏高，导致气电机组在经济性上无法与其他发电形式竞争。为了改善这一短板，应从以下几方面入手：一是应加大上游天然气资源的勘探开采力度，提高国内天然气供应比例；二是构建多元化的天然气进口格局，控制进口天然气成本；三是充分利用天然气市场化改革的契机，大力推动大中型燃气电厂直购天然气，减少中间环节层层加价，降低发电企业成本；四是加大科技创新力度，提升燃气轮机自主化和国产化水平，进一步降低运维成本；五是充分发挥气电机组启停灵活的优势，实现在电力市场中的竞争优势。
第三，“发挥一个应用”，即充分发挥气电在未来电力系统中灵活性电源的作用，这是气电发展的一个重要方向。随着风电等间歇性电源在电网中比重越来越大，电网对于具有快速调峰能力的灵活性电源需求越来越迫切。燃气轮机具有启停速度快、升降负荷能力强、建设成本低、周期短和选址灵活等特点，非常适宜在间歇性电源比重较大的电网中作为灵活性电源配置，实现与风电光伏等新能源的协同发展。
第四，“明确一个定位”，即明确发展气电是能源转型进程中，从高碳能源向低碳能源、最终向无碳能源转型过程中不可跨越的阶段和最佳过渡能源。人类使用化石能源的进程就是逐步从固体能源到液体能源，最终过渡到气体能源。天然气是优质高效的清洁化石能源，气电也是应用最为成熟的技术，它可与核能和可再生能源形成良性互补，是实现能源结构转型和推进低碳清洁发展的现实选择。
气电产业“十四五”发展展望
当前，气电已经成为全球天然气利用的第一选择。气电因其独特的启停灵活性优势，成为最受电网欢迎的调峰电源。在减排政策驱动下，美欧等很多国家更是将气电列为主要电源。为了深入贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略，推进天然气发电产业发展，促进我国能源结构优化和发展清洁化，建议能源“十四五”规划中应进一步明确气电的地位，保持战略定力，在粤港澳大湾区、长三角和京津冀等重点地区合理布局，有序发展气电项目，改善对燃气热电联产项目发展不利的政策，共同营造气电发展的良好环境，进而推动我国清洁能源实现高质量发展。
第一，气电发展有利于我国逐步将天然气培育成为现代清洁能源体系的主体能源之一。“十四五”期间，全球LNG建设过剩，全球天然气处于宽松局面。此外随着我国天然气勘探开采力度加大和多元化进口体系将逐步建立，以及应急储备体系的不断完善，天然气供应紧张局面将得到改善。因此如果不发展气电，天然气占一次能源比重无法提升，进口天然气的消纳也可能出现问题。
第二，气电发展有利于推动我国高端装备制造水平和创新能力的提升。当前，我国燃气轮机国产化正处于关键时期。预计“十四五”时期国家“两机”重大专项等将取得重大突破，这也将进一步推进我国高端装备制造水平，彻底解决“卡脖子”问题。气电的发展将为我国国产燃机的推广应用提供广阔舞台。
第三，气电发展有利于我国能源结构调整和节能减排。随着碳排放达峰压力的日益加大，进一步实现煤炭减量、有效减少碳排放具有重要现实意义。此外，在北方气源有保障、经济承受能力较强的省会和中心城市适度发展燃气热电联产项目，也有助于实现煤炭减量和清洁供热，不断提升城市环境质量，为全社会带来更多环保红利。
第四，气电发展有利于可再生能源发展和电网安全。随着风电等间歇性电源比重持续增加，如何消纳新能源并保障电网安全性是电网以及电力行业面临的日益突出的矛盾。虽然煤电也可进行灵活性改造，但改造后会带来能效的下降以及保持环保排放水平的压力，有序发展燃气调峰电站可以促进可再生能源发展，有效解决其消纳矛盾。
“十四五”期间将是发展气电的战略“窗口期”，预计到2025年“十四五”规划期结束时，我国气电装机容量将会突破1.5亿千瓦，占总装机容量的6%左右。结合我国气电发展现状和重要意义，预计“十四五”期间气电发展将会呈现以下主要趋势。
从发展区域看，建设布局燃机的区域将更加广泛，发达地区项目竞争日益激烈。目前北京、上海等地大型燃机项目已趋饱和，基本没有发展空间。江苏、广东等沿海省份经济发达的城市中心、工业园区的优质项目资源点已基本被占，燃机项目布局基本定型，新布局燃机项目时条件更加严苛，因而发展空间受限，造成项目竞争日趋激烈，开发难度不断加大。但随着二十世纪90年代初建设的一批位于城市及近郊的煤电机组，特别是供热机组陆续进入淘汰期，这些电厂将有可能改建为燃气供热或调峰机组。随着环保约束力度加强特别是煤炭消费负增长，以及俄罗斯天然气的引进和中俄东线天然气等管线建设，河北、山东和东北等省份地区将成为新的发展区域，上述区域的省会和重点城市将会建设一批以供热为主要目的热电联产项目。
从技术发展看，首先随着燃机技术的不断进步和设备造价的逐步下降，作为调峰和民用供热机组，H级燃机的数量将逐步增加，但尚不会成为主流。与此同时，随着能源结构调整以及售电侧改革，以解决工业园区基础能源供应为目的，6F级（10万千瓦级）及更小级别的中小型燃机会更受青睐，大型化与小型化相结合的特征和趋势会更加突出。其次，随着氢产业的不断成熟及燃气轮机掺烧氢气技术的持续进步，气电产业与氢能技术的结合将成为可能。此外随着机群数量增多以及业主对燃机运检工作的逐步熟悉，选择第三方检修的业主将会增多，气电维修成本将会大幅下降。
从环保要求看，燃气电厂加装SCR（选择性催化还原）脱硝系统会成为趋势。随着燃气电厂数量的增多以及燃煤机组全面完成超低排放改造，环保部门及公众对燃气电厂的环保水平将会更加关注，燃机的污染物排放标准将会进一步趋严，其氮氧化物排放限值将会进一步降低。继北京、天津、深圳等城市后，江苏等燃气机组装机容量较大的省份将会陆续出台更为严格的地方排放标准，因此燃气电厂在低氮燃烧基础上加装SCR脱硝系统将会成为趋势。
从气源供应看，随着气源多元化和天然气管网体制改革，天然气电厂多气源供应和气源市场化会成为趋势。一些气电装机规模较大的企业将会向上游延伸产业链，通过建设或控制部分气源或LNG接收站以保障燃料供应，管道天然气不再是唯一的选择。与此同时，拥有上游天然气资源的企业将会进入到气电产业。此外，随着非常规天然气的加快发展，使用这些气源的电厂将会增多，因而气电企业对燃料成分及热值变化的关注程度也会逐渐加强。
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