我國天然氣發(fā)電前景分析

文 // 徐婷婷 雷嬌嬌 華電電力科學研究院

1 前言

近年來，天然氣發(fā)電已成為天然氣利用的首要選擇，從經(jīng)濟和環(huán)境的因素考慮，有利于天然氣消費的因素在不斷增強。預計隨著化石燃料價格增長以及環(huán)境要求的不斷提高，許多國家將選擇天然氣發(fā)電來滿足未來的電力需求，而不是選擇更昂貴或碳排放密集型的電力來源。據(jù)EIA預測，從2010～2040年，全球天然氣發(fā)電量占比將從22%增長至24%，其中經(jīng)合組織國家天然氣發(fā)電量占比增幅較高，將從23.3%增長至30.3%。

隨著我國國民經(jīng)濟高速發(fā)展和人民生活水平提高，能源需求與環(huán)境保護、節(jié)能減排之間的矛盾愈加突出，中國將迎來低碳能源的時代。作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的低碳能源，天然氣發(fā)電不僅能夠替代煤炭、石油等傳統(tǒng)能源，還對風能、太陽能、核能等新的能源形式構(gòu)成補充，對我國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進節(jié)能減排具有重要的戰(zhàn)略意義。

2 未來我國氣電發(fā)展的有利因素

2000年以來，我國在天然氣發(fā)電方面取得了較大的發(fā)展。隨著國內(nèi)一批燃氣電廠的竣工投產(chǎn)，燃氣裝機容量顯著增加。但隨著我國環(huán)保標準日趨完善、嚴格，對SO2、NOx和粉塵等污染物排放要求已經(jīng)達到或超過發(fā)達國家的標準，天然氣作為一種清潔能源將會有較好的發(fā)展勢頭。

2.1 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整

近年來，隨著世界天然氣探明儲量與產(chǎn)量的迅速增長，21世紀初出現(xiàn)以更清潔的天然氣代替石油為主要能源的又一次能源消費結(jié)構(gòu)大變革。

能源結(jié)構(gòu)的變化反映了社會經(jīng)濟的進步，落后的能源結(jié)構(gòu)必然不利于經(jīng)濟的發(fā)展。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，適量增加天然氣消費比重，不僅可以彌補煤炭供應(yīng)缺口，而且可以優(yōu)化能源利用方式，改善生態(tài)環(huán)境。

2.1.1 天然氣供應(yīng)預測

我國《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出：到2015年國產(chǎn)天然氣供應(yīng)能力達到1760億立方米左右，探明頁巖氣地質(zhì)儲量6000億立方米，可采儲量2000億立方米，頁巖氣產(chǎn)量65億立方米。

《規(guī)劃》預計2015年我國天然氣消費量為2300億立方米左右，用氣普及率將進一步提高，供應(yīng)能力將超過2600億立方米（包括煤層氣、頁巖氣及煤制天然氣等非常規(guī)天然氣和進口天然氣）。

2013年GE全球戰(zhàn)略與分析機構(gòu)預測，經(jīng)濟發(fā)展、加速的城鎮(zhèn)化進程以及環(huán)保政策因素都將推高中國對天然氣的需求，未來天然氣供應(yīng)來源情況如圖1所示。

根據(jù)國家能源局公布的《我國中長期發(fā)電能力及電力需求發(fā)展預測》，未來隨著勘探技術(shù)的進步以及頁巖氣開發(fā)條件的成熟，我國天然氣產(chǎn)量將不斷增長。預計2030年之前，天然氣累計可探明地質(zhì)儲量12萬億立方米，產(chǎn)量年均增長100億立方米，我國天然氣產(chǎn)量將有望達到3000億立方米，2050年天然氣產(chǎn)量將達到3500億立方米。再計及2000億～2500億立方米的進口規(guī)模，預計遠景我國天然氣供應(yīng)能力將可達到5500億～6000億立方米。

圖1 中國天燃氣供應(yīng)來源情況

2.1.2 天然氣需求預測

中石油經(jīng)濟技術(shù)研究院發(fā)布的《2013年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》顯示，2013年我國天然氣表觀消費量達1676億立方米，占一次能源消費比重上升至5.9%。天然氣進口量530億立方米，同比增25%。天然氣對外依存度首次突破30%，達到31.6%。

《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》預計2015年我國天然氣消費量為2300億立方米左右，占一次能源消費總量的比重達到7.5%，用氣普及率將進一步提高。

國土資源部在第三屆中國國際液化天然氣大會上發(fā)表數(shù)據(jù)顯示：2020～2030年將是中國天然氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的黃金時期，2030～2040年將是平穩(wěn)發(fā)展期。預計2020年，我國天然氣消費量將達到3500億～3800億立方米，2030年將達到5500億～6000億立方米，年均增長8%～9%。

表1 中國天然氣供需總體情況平衡預測表

從表1可以看出，“十二五”期間國內(nèi)天然氣供應(yīng)維持緊平衡狀態(tài)。2015年之后受國內(nèi)各地提出的氣化目標影響，天然氣使用規(guī)模將大大提高，總體上看2020～2030年國內(nèi)天然氣供需缺口較大。

2.1.3 發(fā)電用天然氣消費預測

天然氣消費結(jié)構(gòu)取決于各國的資源可得性、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)以及與可替代能源的競爭水平等因素。近年來，我國鋪建了多條天然氣管線，基本覆蓋了全國大部分地區(qū)，進一步促進了天然氣在我國的消費。根據(jù)《2013年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》，2000年以前我國天然氣消費以化工和工業(yè)燃料為主，占近80%。到2013年城市燃氣已成為第一大用氣領(lǐng)域，占消費總量比重為41%；發(fā)電用天然氣消費量約302億立方米，占消費總量比重為18%；工業(yè)和化工用氣比例下降到41%。

據(jù)EIA預測，世界大多數(shù)地區(qū)天然氣消費增長的主要驅(qū)動力是發(fā)電需求。預測2006～2030年期間，全球發(fā)電用氣的年均增長率將為2.1%，天然氣發(fā)電用氣在天然氣消費結(jié)構(gòu)中的比重將從31%上升到35%。按照發(fā)電、民用、工業(yè)用氣各占1/3測算，預計2015年、2020年、2030年我國發(fā)電用天然氣總量約達到770、1170、1830億立方米，將是目前的兩倍以上。

日前，《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法（試行）》、《北京市發(fā)展和改革委員會關(guān)于調(diào)整本市燃氣發(fā)電企業(yè)臨時結(jié)算上網(wǎng)電價的通知》、《上海市物價局關(guān)于疏導本市燃氣電價矛盾的通知》相繼出臺，預示著油氣管網(wǎng)放開、壟斷破除，天然氣發(fā)電市場化定價方向進一步明確。

2.2 電力需求增長及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需要

據(jù)《全國電力工業(yè)統(tǒng)計快報》數(shù)據(jù)顯示，2013年我國電力消費量5.32萬億千瓦時，同比增長7.5%，增速較上年提高1.9個百分點，人均用電量達到3911千瓦時，全國電力消費增長平緩。但是，我國人均裝機容量、發(fā)電量和用電量都遠低于一些發(fā)達國家，未來還有較大的增長空間。大力發(fā)展天然氣發(fā)電，既可以使電源結(jié)構(gòu)趨于合理，也能補充我國電力供應(yīng)不足，更好的保障我國電力的有效供給。從長遠看，隨著我國風電、太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)的不斷成熟和大規(guī)模應(yīng)用，天然氣發(fā)電將在新能源消納中主要承擔調(diào)峰的角色，對于解決新能源發(fā)電的間歇性，保證電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，促進新能源的快速發(fā)展具有舉足輕重的作用。

2.2.1 電力需求預測

“十二五”期間，我國電力需求仍將保持較快增長，但較“十一五”期間年均增速有所回落。根據(jù)國網(wǎng)公司《電力需求預測及負荷特性研究》專題報告及中電聯(lián)的相關(guān)預測，未來全國電力需求量如表2所示。預計2015年，全國全社會用電量將達到5.97萬億千瓦時，“十二五”期間年均增長8.4%，較“十一五”期間年均增速回落1.6個百分點。人均用電量將穩(wěn)步提高，2015年達到4260千瓦時/人年。2020、2030年全國全社會用電量將分別達到8.1和11.9萬億千瓦時。

表2 全國電力需求預測

2.2.2 電力裝機預測

根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的《電力工業(yè)“十二五”規(guī)劃滾動研究綜述報告》及中國電力發(fā)展促進會的相關(guān)預測，未來全國電力總裝機和氣電裝機規(guī)模如表3所示。

表3 全國電力總裝機、氣電裝機規(guī)模預測

2.3 電力安全運行的要求

近些年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)容量越來越大，晝夜電負荷峰谷差也越來越大，電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)十分繁重。同時，太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等可再生能源的開發(fā)，以及熱電聯(lián)產(chǎn)、核電等大量基荷電源的出現(xiàn)，都給電網(wǎng)調(diào)峰電源提出了更高要求。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)調(diào)峰毫無例外地采用綜合調(diào)峰手段，所謂綜合調(diào)峰即各分部電源都根據(jù)其運用特性適當承擔一定的調(diào)峰任務(wù)，例如具有調(diào)節(jié)特性的水電站、燃煤機組承擔的調(diào)峰（壓負荷）、抽水蓄能機組調(diào)峰、天然氣發(fā)電機組調(diào)峰。

天然氣發(fā)電機組具備運行起停靈活、啟動成功率高、調(diào)峰范圍廣，以及投資低、建設(shè)周期短、占地面積少等優(yōu)點，存在著良好的調(diào)峰性能，比常規(guī)蒸汽輪機發(fā)電和水力發(fā)電更適合作調(diào)峰機組。不僅可以彌補我國現(xiàn)有電網(wǎng)適應(yīng)負荷變化能力差的不足，還可以提高電網(wǎng)經(jīng)濟安全運行水平，對優(yōu)化我國電力運行方式十分有利。

2.4 節(jié)能減排的要求

天然氣發(fā)電作為一種清潔的發(fā)電方式，其大氣污染物組成則較為簡單，與燃煤發(fā)電相比具有較強的環(huán)保優(yōu)勢，NOx、SO2、懸浮顆粒的排放強度也遠低于煤電機組，環(huán)境價值遠高于同類煤電機組。圖2～圖4分別為文獻中計算得到的單位發(fā)電量主要污染物排放量，可以看出同容量的燃氣機組NOx排放量僅為燃煤機組的15%（均未加裝脫硝裝置）；燃氣電廠SO2排放量較之燃煤機組少；同容量的燃氣機組CO2排放量僅為燃煤機組的38%～40%；粉塵顆粒排放量可以忽略不計。

圖2 200～600MW燃煤機組與E 級、F 級燃氣機組的NOx排放量

圖3 200～600MW燃煤機組與E 級、F 級燃氣機組的SO2排放量

圖4 200～600MW燃煤機組與E 級、F 級燃氣機組的CO2排放量

《電力工業(yè)“十二五”規(guī)劃》指出：2015年比2010年減排SO2565萬噸、NOX248萬噸、CO26.55億噸；實現(xiàn)2020 年比2015年減排SO2584萬噸、NOx256萬噸、CO26.76億噸。由于天然氣發(fā)電在節(jié)能減排方面具有鮮明的優(yōu)越性，因此提高天然氣發(fā)電比例是解決發(fā)電行業(yè)環(huán)境污染的重要出路之一。

2013年國務(wù)院頒布的《大氣污染防治行動計劃》中也指出：加大天然氣、煤制天然氣、煤層氣供應(yīng)。到2015年，新增天然氣干線管輸送能力1500億立方米以上，覆蓋京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域。優(yōu)化天然氣使用方式，新增天然氣應(yīng)優(yōu)先保障居民生活或用于替代燃煤；鼓勵發(fā)展天然氣分布式能源等高效利用項目，限制發(fā)展天然氣化工項目；有序發(fā)展天然氣調(diào)峰電站。

此外，與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，天然氣發(fā)電占地面積小，發(fā)電效率高。現(xiàn)階段，我國F級燃機聯(lián)合循環(huán)凈效率超過55%，遠高于煤電機組。而且利用燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組進行技術(shù)改造，可使機組容量提高到500MW上下， 進入大機組行列，效率可達到或超過常規(guī)大容量燃煤機組。同時對中小型燃煤機組進行改造不需要占用新的廠址，原有電廠的大多數(shù)設(shè)備都能得到利用，與新建電廠相比費用低廉（表4）。

表4 各種電站形式投資成本與利用率比較

3 結(jié)語

在相當長的時期內(nèi)，一方面電力需求將保持較快的增長速度，另一方面電力負荷也多變、復雜并且具有不穩(wěn)定性：① 電力負荷的季節(jié)性變化越來越大；② 隨著電力總量增長，負荷峰谷矛盾越來越突出；③ 隨著全國城鎮(zhèn)化和電氣化水平不斷提高，部分地區(qū)的電網(wǎng)建設(shè)可能滯后于用電需求；④ 經(jīng)濟升級帶來的產(chǎn)業(yè)梯度轉(zhuǎn)移，促進地區(qū)性電力負荷分布不平衡。因此，我國有必要在發(fā)展水電、核電等電源形式的同時，加快發(fā)展天然氣發(fā)電等調(diào)節(jié)性能好的清潔電源，以滿足負荷增長和調(diào)峰的需要。