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國電環境保護研究院常務副院長 劉志坦
今年是“十三五”規劃收官之年，恰逢全球新冠肺炎疫情蔓延，對全球政治經濟及我國的經濟社會發展帶來了重大影響。面對不確定性加劇的新形勢，編制能源行業“十四五”規劃工作將面臨更多的新挑戰、新變局。然而實現清潔低碳轉型依舊是能源發展不可動搖的前進方向，加大節能減排力度依舊是能源發展必須堅持的重要措施，建設美麗中國依舊是能源發展持之以恒的奮斗目標。 對于未來能源需求增長，世界許多知名機構預測：可再生能源和天然氣將成為滿足未來全球能源需求增長的主要來源。低碳化、多元化、分散化、數字化和全球化將是未來能源發展的主要方向。天然氣是順應上述能源發展趨勢的重要驅動力量。我國氣電產業經過30余年的發展，已逐步成為我國能源格局中不容忽視的力量。但是我國氣電產業的發展仍然不充分、不平衡，且在低碳、環保、靈活、高效方面的價值未得到充分發揮。“十四五”規劃形成在即，有必要站在全球能源發展大趨勢的背景下重新思考氣電在能源體系中的作用和定位。 我國天然氣發電現狀及面臨的挑戰 隨著我國天然氣產業的持續發展和資源環境約束日益加劇，我國氣電逐步發展壯大，至2019年底我國氣電裝機容量已突破9000萬千瓦，在我國能源結構調整和經濟發展方式轉型進程中發揮著愈來愈重要的作用。 自2010年以來，氣電產業雖然經歷了天然氣供應階段性緊張、氣價上揚、電力需求增速放緩等不利因素的影響，但整體仍發展較快。氣電裝機容量自2010年至今已增長240%。但由于同期風電、光伏發電的迅猛發展，使得氣電在總裝機容量的比重增長并不明顯，特別近5年基本維持在4.3%~4.5%。但氣電在火電裝機的比重卻保持了較為明顯的增長態勢，由2010年的4.1%增長為2019年的8.7%，表明氣電作為低碳清潔能源在我國能源結構調整和低碳轉型中地位越來越重要。 受資源條件、管線建設以及經濟發展水平的限制，目前我國氣電機組分布很不均衡，主要集中在珠三角、長三角和京津地區。廣東省是目前氣電裝機容量最大的省份，華東地區是燃氣輪機最集中的地區。截至2019年底，廣東省在運天然氣發電裝機容量達2199萬千瓦，根據《廣東省能源發展“十三五”規劃》，到2020年，氣電裝機要達到2300萬千瓦。2019年底，江蘇省氣電裝機總容量為1610萬千瓦，在2019年3月印發的《江蘇省環境基礎設施三年建設方案（2018~2020年）》中提出，到2020年，全省天然氣發電裝機規模達到2000萬千瓦，煤炭消費總量比2016 年減少3200萬噸。 我國氣電裝機容量中以五大發電集團的機組為主，約占全國總裝機容量的50%。其中中國華電集團有限公司、中國華能集團有限公司裝機規模較大，截至2019年分別達到1509萬千瓦和1042萬千瓦（分別占氣電總裝機的16.7%、11.5%）。中國海洋石油集團有限公司依托上游天然氣產業的優勢，擁有846萬千瓦裝機。 燃氣發電行業存在的問題 一是燃料成本偏高嚴重影響氣電市場競爭力和可持續發展能力。天然氣成本占氣電企業總成本的80%左右。我國天然氣價格長期以來一直偏高，導致氣電機組的上網電價長期處于高位，電價競爭力較差。為了應對較高的燃料成本，多地政府通過采取兩部制電價、直接給予財政補貼等方式來加以疏導，但隨著燃氣機組裝機容量的不斷提升，價格疏導的壓力也越來越大，進一步擴大天然氣發電規模難度增大。 二是對氣電產業發展的重要性認識不足，使其發展缺乏科學的統籌規劃。氣電特別是熱電聯產以及冷熱電三聯供既是天然氣高效利用的重要方式，又是調整能源結構、改善區域環境質量的有效措施。 三是運行方式不科學且缺少相應補償機制。燃氣機組為電網調峰調頻作出了貢獻，但啟停頻繁會影響設備壽命，縮短設備檢修周期，增加設備更換頻次。部分地區未充分考慮燃氣機組調峰調頻成本，未獲相應補償或補償成本偏低，其調峰的價值未得到充分反映。 四是未完全掌握燃氣輪機核心技術，制約產業發展。目前我國尚缺少燃氣輪機燃燒室、高溫透平葉片等關鍵熱部件自主設計和制造能力，不僅制約設備國產化水平，而且使得機組投產后核心部件的運行維護被供應商壟斷，檢修維護費用居高不下，從而影響企業生產成本，也在一定程度上制約了氣電在國內的發展。 五是我國天然氣對外依存度逐步加大，影響投資者信心。目前我國已探明的常規天然氣儲量不夠豐富，人均水平偏低。頁巖氣等非常規天然氣儲量雖然豐富，但開發程度還有限，產量增長還存在不確定性，短期內在天然氣產量中占比不會太高。近些年來我國進口天然氣比重逐步提升，對外依存度逐步加大。2019年對外依存度達到43%，能源供應安全存在一定風險。此外，天然氣需求存在季節性不平衡，特別是在冬季民生用氣和發電用氣之間存在矛盾，這些都是制約天然氣發電產業發展的基礎因素。 明確氣電產業在能源體系中的作用 在電力“十四五”規劃編制中，對氣電的地位及其作用應該有更明確的規劃和目標。為使規劃更加科學，符合氣電產業發展的內在特性和未來能源發展規律，在規劃前首先應充分認識氣電產業特性，解決其在發展中的問題，即消除一個顧慮、改善一個短板、發揮一個應用和明確一個定位。 第一，“消除一個顧慮”，即打消對天然氣供應是否能得到充分保障的顧慮，這是氣電可持續發展的重要基礎。長期以來，行業人士對發展氣電沒有信心的根本原因就是他們始終認為我國是“富煤貧油少氣”的國家，天然氣資源不豐富，因此不建議大力發展天然氣發電。實際情況并非如此。首先從資源角度看，根據《BP世界能源統計年鑒2019》，截至2018年底我國常規天然氣探明儲量為6.1萬億立方米，居世界第七位。我國頁巖氣等非常規天然氣儲量豐富，且近年來產量持續增長，2019年產量達到154億立方米。隨著技術的不斷進步，2030年頁巖氣產量將突破1000億立方米。近幾年隨著我國天然氣勘探開采力度加大，其產量也在逐步上升。2019年天然氣產量為1736億立方米，增長9.8%，連續三年增產超過100億立方米，其中致密砂巖氣、頁巖氣和煤層氣等非常規天然氣產量占比超過30%，增長23.6%，拉動全部天然氣產量增長6.9%。其次從全球天然氣市場來看，目前到“十四五”期間，全球天然氣供應處于寬松的局面，全球液化天然氣（LNG）產能過剩。這些因素都有利于保障氣電的資源供應。 第二，“改善一個短板”，即提升氣電機組的經濟性，這是氣電發展的問題關鍵。長期以來，由于燃料價格偏高，導致氣電機組在經濟性上無法與其他發電形式競爭。為了改善這一短板，應從以下幾方面入手：一是應加大上游天然氣資源的勘探開采力度，提高國內天然氣供應比例；二是構建多元化的天然氣進口格局，控制進口天然氣成本；三是充分利用天然氣市場化改革的契機，大力推動大中型燃氣電廠直購天然氣，減少中間環節層層加價，降低發電企業成本；四是加大科技創新力度，提升燃氣輪機自主化和國產化水平，進一步降低運維成本；五是充分發揮氣電機組啟停靈活的優勢，實現在電力市場中的競爭優勢。 第三，“發揮一個應用”，即充分發揮氣電在未來電力系統中靈活性電源的作用，這是氣電發展的一個重要方向。隨著風電等間歇性電源在電網中比重越來越大，電網對于具有快速調峰能力的靈活性電源需求越來越迫切。燃氣輪機具有啟停速度快、升降負荷能力強、建設成本低、周期短和選址靈活等特點，非常適宜在間歇性電源比重較大的電網中作為靈活性電源配置，實現與風電光伏等新能源的協同發展。 第四，“明確一個定位”，即明確發展氣電是能源轉型進程中，從高碳能源向低碳能源、最終向無碳能源轉型過程中不可跨越的階段和最佳過渡能源。人類使用化石能源的進程就是逐步從固體能源到液體能源，最終過渡到氣體能源。天然氣是優質高效的清潔化石能源，氣電也是應用最為成熟的技術，它可與核能和可再生能源形成良性互補，是實現能源結構轉型和推進低碳清潔發展的現實選擇。 氣電產業“十四五”發展展望 當前，氣電已經成為全球天然氣利用的第一選擇。氣電因其獨特的啟停靈活性優勢，成為最受電網歡迎的調峰電源。在減排政策驅動下，美歐等很多國家更是將氣電列為主要電源。為了深入貫徹“四個革命、一個合作”能源安全新戰略，推進天然氣發電產業發展，促進我國能源結構優化和發展清潔化，建議能源“十四五”規劃中應進一步明確氣電的地位，保持戰略定力，在粵港澳大灣區、長三角和京津冀等重點地區合理布局，有序發展氣電項目，改善對燃氣熱電聯產項目發展不利的政策，共同營造氣電發展的良好環境，進而推動我國清潔能源實現高質量發展。 第一，氣電發展有利于我國逐步將天然氣培育成為現代清潔能源體系的主體能源之一。“十四五”期間，全球LNG建設過剩，全球天然氣處于寬松局面。此外隨著我國天然氣勘探開采力度加大和多元化進口體系將逐步建立，以及應急儲備體系的不斷完善，天然氣供應緊張局面將得到改善。因此如果不發展氣電，天然氣占一次能源比重無法提升，進口天然氣的消納也可能出現問題。 第二，氣電發展有利于推動我國高端裝備制造水平和創新能力的提升。當前，我國燃氣輪機國產化正處于關鍵時期。預計“十四五”時期國家“兩機”重大專項等將取得重大突破，這也將進一步推進我國高端裝備制造水平，徹底解決“卡脖子”問題。氣電的發展將為我國國產燃機的推廣應用提供廣闊舞臺。 第三，氣電發展有利于我國能源結構調整和節能減排。隨著碳排放達峰壓力的日益加大，進一步實現煤炭減量、有效減少碳排放具有重要現實意義。此外，在北方氣源有保障、經濟承受能力較強的省會和中心城市適度發展燃氣熱電聯產項目，也有助于實現煤炭減量和清潔供熱，不斷提升城市環境質量，為全社會帶來更多環保紅利。 第四，氣電發展有利于可再生能源發展和電網安全。隨著風電等間歇性電源比重持續增加，如何消納新能源并保障電網安全性是電網以及電力行業面臨的日益突出的矛盾。雖然煤電也可進行靈活性改造，但改造后會帶來能效的下降以及保持環保排放水平的壓力，有序發展燃氣調峰電站可以促進可再生能源發展，有效解決其消納矛盾。 “十四五”期間將是發展氣電的戰略“窗口期”，預計到2025年“十四五”規劃期結束時，我國氣電裝機容量將會突破1.5億千瓦，占總裝機容量的6%左右。結合我國氣電發展現狀和重要意義，預計“十四五”期間氣電發展將會呈現以下主要趨勢。 從發展區域看，建設布局燃機的區域將更加廣泛，發達地區項目競爭日益激烈。目前北京、上海等地大型燃機項目已趨飽和，基本沒有發展空間。江蘇、廣東等沿海省份經濟發達的城市中心、工業園區的優質項目資源點已基本被占，燃機項目布局基本定型，新布局燃機項目時條件更加嚴苛，因而發展空間受限，造成項目競爭日趨激烈，開發難度不斷加大。但隨著二十世紀90年代初建設的一批位于城市及近郊的煤電機組，特別是供熱機組陸續進入淘汰期，這些電廠將有可能改建為燃氣供熱或調峰機組。隨著環保約束力度加強特別是煤炭消費負增長，以及俄羅斯天然氣的引進和中俄東線天然氣等管線建設，河北、山東和東北等省份地區將成為新的發展區域，上述區域的省會和重點城市將會建設一批以供熱為主要目的熱電聯產項目。 從技術發展看，首先隨著燃機技術的不斷進步和設備造價的逐步下降，作為調峰和民用供熱機組，H級燃機的數量將逐步增加，但尚不會成為主流。與此同時，隨著能源結構調整以及售電側改革，以解決工業園區基礎能源供應為目的，6F級（10萬千瓦級）及更小級別的中小型燃機會更受青睞，大型化與小型化相結合的特征和趨勢會更加突出。其次，隨著氫產業的不斷成熟及燃氣輪機摻燒氫氣技術的持續進步，氣電產業與氫能技術的結合將成為可能。此外隨著機群數量增多以及業主對燃機運檢工作的逐步熟悉，選擇第三方檢修的業主將會增多，氣電維修成本將會大幅下降。 從環保要求看，燃氣電廠加裝SCR（選擇性催化還原）脫硝系統會成為趨勢。隨著燃氣電廠數量的增多以及燃煤機組全面完成超低排放改造，環保部門及公眾對燃氣電廠的環保水平將會更加關注，燃機的污染物排放標準將會進一步趨嚴，其氮氧化物排放限值將會進一步降低。繼北京、天津、深圳等城市后，江蘇等燃氣機組裝機容量較大的省份將會陸續出臺更為嚴格的地方排放標準，因此燃氣電廠在低氮燃燒基礎上加裝SCR脫硝系統將會成為趨勢。 從氣源供應看，隨著氣源多元化和天然氣管網體制改革，天然氣電廠多氣源供應和氣源市場化會成為趨勢。一些氣電裝機規模較大的企業將會向上游延伸產業鏈，通過建設或控制部分氣源或LNG接收站以保障燃料供應，管道天然氣不再是唯一的選擇。與此同時，擁有上游天然氣資源的企業將會進入到氣電產業。此外，隨著非常規天然氣的加快發展，使用這些氣源的電廠將會增多，因而氣電企業對燃料成分及熱值變化的關注程度也會逐漸加強。 來源：中國電業
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