四川盆地天然氣發(fā)電的困惑與希望

西南石油大學石油與天然氣工程學院 陳彥州

2020年四川省全社會用電量達到了2865.2億千瓦時、同比增長8.7%，增速位居國家電網(wǎng)供區(qū)省份第一。7月、10月、11月、12月四個月單月增長均超過15%，其中12月的用電量猛增，同比增長19.93%，最大用電負荷超過了4200萬千瓦時。巨大的負荷壓力使得四川所有的熱力電站均滿負荷運行，這時川渝地區(qū)天然氣發(fā)電站卻因燃料短缺而不得不停運，造成了極大的經(jīng)濟損失和國家資源的浪費。

天然氣發(fā)電機組的核心是燃氣輪機組直接利用氣體或液體燃料燃燒，推動輪機旋轉(zhuǎn)進而帶動發(fā)電機發(fā)電的機組，相較于傳統(tǒng)燃煤發(fā)電機組優(yōu)勢明顯，燃氣輪機發(fā)電效率高（發(fā)電效率45%～50%，一些大型機組甚至可超過55%，而燃煤機組的發(fā)電效率最高只有35%）、啟動快、自動化程度高（可實現(xiàn)無人發(fā)電、啟動時間僅有3～15分鐘）、燃料適應(yīng)性強、對環(huán)境污染小?？墒褂枚喾N氣體、液態(tài)燃料，排放幾乎無污染，單位發(fā)電碳排放強度比傳統(tǒng)煤電大幅下降等優(yōu)勢。四川省電源裝機中水電裝機比重大，但水電整體調(diào)節(jié)性能差，同時四川負荷峰谷差大，部分年份豐水期棄水較大而枯水期電源出力又大幅減小，供電能力顯著下降。為解決上述問題，宜在四川電網(wǎng)建設(shè)有較好調(diào)峰性能、可在豐水期為四川電網(wǎng)調(diào)峰，減少水電棄水、同時枯水期又可帶基荷運行的燃氣發(fā)電機組。

美國等西方天然氣豐富的國家廣泛使用這種發(fā)電機組。但由于我國總體是一個貧油、少氣、多煤的國家，熱力發(fā)電機組多為燃煤機組，天然氣發(fā)電機組的使用在我國并不廣泛。相對于全國其他地方，四川盆地擁有儲量豐富的天然氣資源，近年來國家對非常規(guī)天然氣資源的大力開發(fā)，使川渝地區(qū)推廣使用燃氣輪機發(fā)電成為可能。但由于四川天然氣管網(wǎng)要保障北方冬季供暖的需求，每到冬季四川天然氣發(fā)電站氣源頻頻告急，然而四川天然氣發(fā)電站到了冬季真的是供氣短缺嗎？

天然氣開發(fā)生產(chǎn)與配套的儲送能力存在矛盾調(diào)峰壓力巨大

四川盆地截至目前已累計探明天然氣儲量為36900億立方米，可開采資源量為1.1萬億立方米，2020年天然氣年產(chǎn)量超過565億立方米，位居全國第一。根據(jù)中石油最新的油氣資源評估結(jié)果表明，四川盆地天然氣儲備資源量位居全國第一，探明率僅有10%，勘探與開發(fā)潛力十分巨大。

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院對四川天然氣進行了產(chǎn)量預(yù)測，利用翁氏模型、Weibull模型、灰色模型等三種預(yù)測模型及其改進型，對未來四川天然氣產(chǎn)量進行了預(yù)測。預(yù)計2030年四川的年產(chǎn)氣量將達到786～856億立方米之間，預(yù)測產(chǎn)量峰值時間出現(xiàn)在2047或2051年之間，峰值產(chǎn)量將達到1453.28～1750.38億立方米/年之間。也就是說未來十年四川天然氣產(chǎn)量將增長100%，未來30年將增長400%。

與四川盆地天然產(chǎn)量爆發(fā)式增長相對應(yīng)的卻是四川天然氣管道與儲氣庫建設(shè)的嚴重滯后?，F(xiàn)今川渝天然氣出川管線僅有三條：中貴線（設(shè)計輸氣量為150億立方米/年）；忠武輸氣管道（目前輸氣能力僅為50億立方米/年）；“川氣東送”工程（輸氣能力也僅為150億立方米/年）。川渝地區(qū)三條管線對外輸氣量合計350億立方米/年。而在儲氣方面，四川僅有一座相國寺儲氣庫，其儲氣量僅為36億立方米。2017年底以來國家發(fā)改委、國家能源局多次提出川渝地區(qū)要加快儲氣調(diào)峰設(shè)施的建設(shè)。2018年上半年根據(jù)國家發(fā)改委已出臺的《關(guān)于統(tǒng)籌規(guī)劃做好儲氣設(shè)施建設(shè)運行的通知》，中石油公司已提出建設(shè)西南地區(qū)儲氣庫調(diào)峰樞紐，擬由西南油氣田公司在川渝地區(qū)分3個階段新建8座儲氣庫，調(diào)峰能力超過210億立方米/年。

總的來說，四川盆地目前有565億立方米的天然氣年產(chǎn)量，其中川渝地區(qū)本身消耗350億立方米/年，對外輸送超過200億立方米/年。川渝地區(qū)未來10年內(nèi)將有350億方的對外輸送能力和210億立方米的儲氣能力。但面對將超過800億立方米的年產(chǎn)量，可預(yù)見是四川天然氣產(chǎn)量將會在一兩年內(nèi)超過川渝地區(qū)管網(wǎng)輸氣與儲存能力的極限，川渝地區(qū)輸氣管網(wǎng)將長期處于嚴重超負荷運行狀態(tài)。

盡管四川管網(wǎng)對外天然氣輸送能力達到了350立方米/年，但由于對外輸送需求主要集中在冬季，使冬季管網(wǎng)輸送壓力巨大。因此造成川渝地區(qū)天然氣電站幾乎無氣可用的根本原因，除因被北方冬季供暖造成的天然氣的缺口外，其中一個原因便是儲氣庫過少，以及輸氣管網(wǎng)冬季輸送壓力大造成的調(diào)配能力低下，使得川渝地區(qū)油氣公司對耗氣量巨大的天然氣發(fā)電機組的氣源供應(yīng)愛莫能助。導(dǎo)致這種川渝天然氣發(fā)電冬季供氣緊張的原因，除管網(wǎng)系統(tǒng)和儲氣設(shè)施建設(shè)不完善外，還有發(fā)電廠在選址過程中存在不足，僅認為電廠只要設(shè)置在氣田附近形成“坑口”電站，那么天然氣的來源和價格都不會存在問題。然而在實際實施中，天然氣管網(wǎng)的缺點與四川天然氣存儲設(shè)施的不足對發(fā)電企業(yè)的供氣造成了嚴重影響。在春夏秋季北方無需供暖，大型氣田的天然氣完全可滿足天然氣電站的需求。到了冬季，由于盆地內(nèi)各大氣田為保證北方供暖會把大量天然氣送出川去，單個氣田剩余產(chǎn)量不足以滿足天然氣電站的冬季需求。而電站又遠離各個主要的供氣和儲氣站點，難以獲得其他儲備氣源的補充。

電油合作雙贏 共謀天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

因為四川冬季天然氣供應(yīng)相對緊張，再加上燃氣發(fā)電機組本身耗氣量巨大，所以單一的氣田或普通的地方燃氣公司并沒有足夠能力保證燃氣發(fā)電機組充足的氣源。面對此種情況，發(fā)電企業(yè)應(yīng)與國家大型石油企業(yè)深度合作。在電力企業(yè)方面，天然氣電站的選址在滿足負荷需求的同時，應(yīng)盡可能靠近大型供氣站與儲氣庫等氣源設(shè)施。而在石油企業(yè)方面，在建設(shè)供氣站和儲氣設(shè)施時，除滿足西氣東輸和中心城市的需求外，也應(yīng)充分考慮天然氣電站這種“用氣大戶”的需求進行選址，提前做好天然氣儲存與資源的合理調(diào)配，加快儲氣庫及輸氣管道擴容的建設(shè)。

2020年四川省發(fā)改委印發(fā)《四川省深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價形成機制改革實施方案》的通知（川發(fā)改價格〔2020〕316號），基準價為0.4012元/千瓦時。浮動幅度范圍為上浮不超過10%、下浮原則上不超過15%。而在2019年四川省根據(jù)國家發(fā)展改革委《關(guān)于調(diào)整天然氣跨省管道運輸價格的通知》(發(fā)改價格〔2019〕561號)、《關(guān)于調(diào)整天然氣基準門站價格的通知》，降低了本省天然氣基準門站價格水平，由每立方米1.54元降低為每立方米1.53元。

每標準立方天燃氣熱值為35.59MJ，一度電的熱值為3.6MJ，因此一立方米天然氣的能量相當于9.88度電。由于大型燃氣發(fā)電機的發(fā)電效率為50～60%，那么每立方米天然氣大約可發(fā)電5度。也就是說在現(xiàn)行天然氣門站價格每立方米1.53元的基礎(chǔ)上再增加專用管道成本費用或額外增加管輸費約每立方米0.05元，四川燃氣輪機發(fā)電燃料成本約為1.58/5=0.32元每度，而電站燃料成本約占生產(chǎn)成本的70%，即發(fā)電成本為0.457元每度；且根據(jù)供氣形勢，冬季天然氣價格會上浮10%，發(fā)電成本進一步增加。因此燃氣發(fā)電機組在四川省現(xiàn)行政策下較傳統(tǒng)火電機組并不具備價格優(yōu)勢。

四川盆地非常規(guī)天然氣單口井平均成本為5500萬元（美國為4000萬元人民幣），以長寧某區(qū)塊為列，其單井平均總可開采量為9100萬方，如不計時間成本其開發(fā)成本為0.57元/方。但由于非常規(guī)天然氣單井產(chǎn)量遞減較快，單井前兩年是否盈利至關(guān)重要，因此其天然氣綜合開發(fā)成本約為0.9元左右。而這一成本會隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和規(guī)?；瘧?yīng)用進一步降低。所以如果石油企業(yè)深入?yún)⑴c天然氣發(fā)電項目的建設(shè)，可使用更低價格的天然氣，其利潤會更高。

同時針對天然氣價格偏高方面，建議發(fā)電企業(yè)積極爭取政府支持，推動四川實行燃氣發(fā)電兩部制電價，即容量電價+電量電價的模式，這一模式在發(fā)達國家及國內(nèi)沿海發(fā)達地區(qū)已普遍實行；同時加強與石油企業(yè)共同合作，抓住國家建設(shè)成渝雙城經(jīng)濟圈及川渝統(tǒng)籌推進地區(qū)天然氣資源勘探開發(fā)、打造“氣大慶”的歷史機遇，推動落實資源地優(yōu)惠氣價政策落地，發(fā)展深度合作，不僅可實現(xiàn)管網(wǎng)電網(wǎng)“雙調(diào)峰”、保證發(fā)電企業(yè)的天然氣來源，也可增加石油企業(yè)對天然氣產(chǎn)業(yè)鏈進一步延伸，以提高雙方企業(yè)的經(jīng)濟效益。

在四川盆地因勢利導(dǎo)開發(fā)利用天燃氣發(fā)電是未來趨勢

隨著四川盆地天然氣資源的加速開發(fā)，未來四川天然氣產(chǎn)量會快速增長，對四川天然氣管道和儲氣庫需求進一步增大。由于燃氣輪機機組本身污染小、能源利用率高（可實行發(fā)電、制熱、制冷三聯(lián)供與燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等），還可實現(xiàn)電網(wǎng)和管網(wǎng)雙調(diào)峰、建設(shè)周期短、占地面積小、可靠近中心城市等優(yōu)特點。因此可以預(yù)見的是，未來10年天然氣發(fā)電在四川盆地將會迎來一個良好的發(fā)展機遇。但天然氣發(fā)電仍會面臨諸如價格偏高、冬季氣源緊張等諸多因素的挑戰(zhàn)與困惑。特別是天然氣氣源冬季短缺問題已成為天然氣發(fā)電發(fā)展的主要瓶頸。為應(yīng)對上述難點和困惑提出以下解決建議方案。

針對提高發(fā)電綜合效益方面，建議采取以下應(yīng)對措施提高產(chǎn)出效益，相對降低成本：

靠近中心城市建立天然氣發(fā)電站。由于燃氣機組占地面積小、對環(huán)境污染小等特點，燃氣發(fā)電廠可盡量靠近中心城市而不會對城市環(huán)保造成影響。因此天然氣發(fā)電機組可解決大城市附近既需節(jié)能減排、又需大型發(fā)電站作為電網(wǎng)電源支撐點的問題，如此可保證電廠多發(fā)穩(wěn)發(fā)、確保電廠的經(jīng)濟效益。同時由于中心城市周邊又具有較為完善的管網(wǎng)和儲氣系統(tǒng)，能快速穩(wěn)定地調(diào)集氣源，保證燃氣電廠在冬季不間斷地持續(xù)穩(wěn)發(fā)。

在燃氣輪機附近建立大型集中式冷凍庫。燃氣機組本身可通過尾氣推動壓縮機制冷，因此建議將電廠設(shè)立在大型物流中心附近，并在電廠就近設(shè)立集中的冷凍庫。這樣的冷凍庫既可節(jié)約大量電能，也解決了冷介質(zhì)長距離傳輸后制冷效果不佳的問題。同時可減輕凍貨物流及儲存成本，進一步提高電廠的經(jīng)濟效益，降低成本。

在冬季可利用燃氣輪機尾熱給城市集中供熱，為國家節(jié)約供熱資源。隨著生活品質(zhì)的不斷提高，南方地區(qū)冬季取暖的需求不斷上升。電站尾熱集中供暖可節(jié)約大量電能，高效地利用和節(jié)省國家能源，做到取暖省能和電站增效的雙贏。冬季氣源緊張等問題相關(guān)建議如下。

設(shè)立大型儲氣庫。燃氣電廠天然氣消耗量較大，在其附近需有大型儲氣庫為其提供穩(wěn)定的天然氣氣源，再加上中心城市對天然氣的大量需求，因此在天然氣電廠附近設(shè)立大型儲氣庫，既可起到穩(wěn)定支撐中心城市對天然氣的需求，又可保障燃氣電廠穩(wěn)定的天然氣來源；建立多種燃料源。由于四川天然氣要保證冬季北方供暖，冬季天然氣來源極為緊張，因此使用替代燃料是必不可少的。燃氣發(fā)電機組本身可使用好幾種液體或氣體燃料，因此冬季燃氣電廠轉(zhuǎn)換使用無醇燃料油、無醇水性燃料、以及醇基燃料等新型環(huán)保生物質(zhì)燃料，其都具有價格低廉、熱值高、無污染、可再生等特點。

采用多個中型機組并聯(lián)運行。面對冬季的四川天然氣源緊張這一問題，不建議發(fā)電廠采用過于大型的發(fā)電機組，應(yīng)采用多個中型機組并聯(lián)，既可在冬季氣源緊張的情況下使用中型機組低功耗運行、節(jié)約使用天然氣，又可在夏季氣源充足且電網(wǎng)用電負荷較高時實行多個機組滿負荷運行以滿足供電需求，實現(xiàn)了管網(wǎng)電網(wǎng)雙調(diào)峰，科學合理地調(diào)配提高了國家資源的利用率；發(fā)電企業(yè)與石油企業(yè)進一步加強合作。四川天然氣冬季氣源短缺并非是無氣可用，而是四川天然氣管網(wǎng)需保證北方冬季供暖的超負荷運行，使得管網(wǎng)無法有效進行資源調(diào)配。發(fā)電企業(yè)與國家大型石油企業(yè)深度合作，提前進行天然氣資源分配，隨著四川省“氣大慶”戰(zhàn)略的實施、天然氣產(chǎn)量的不斷提高，再配套大型儲氣庫，將完全有能力在冬季保障燃氣機組的氣源供應(yīng)。

隨著國家在西部發(fā)展成渝雙城經(jīng)濟圈戰(zhàn)略的不斷推進，以及一系列如5G 通訊、大規(guī)模電動汽車充能、大數(shù)據(jù)等高耗能新興產(chǎn)業(yè)的進一步普及，成渝地區(qū)的用電量將進入一個前所未有的高速發(fā)展階段，在“十四五”期間，根據(jù)電力行業(yè)的分析，川渝地區(qū)將面臨缺電的局面，需要新建發(fā)電裝機滿足社會用電需求。隨著四川在“十三五”期間建設(shè)國家清潔能源示范省的不斷完善，成渝中心城市污染與霧霾問題得以緩解；國家做出2030年碳達峰、2060年實現(xiàn)碳中和的承諾，全力建立綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系，傳統(tǒng)火電將受到更大的限制。

由于四川電網(wǎng)水電過多、火電過少，導(dǎo)致盆地電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)性失衡，使得川渝電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力不足越發(fā)嚴重。而燃氣發(fā)電廠與用傳統(tǒng)火電相比不會受到國家環(huán)保政策的限制，又有污染小、占地少，見效快，多功能（電熱冷三聯(lián)供）、調(diào)峰快等優(yōu)勢，既可解決中心城市等大型負荷需要電源支撐點的問題，又可緩解城市污染等問題。另一方面，四川石油企業(yè)大量開發(fā)天然氣卻長期面臨儲氣庫存及管道輸送能力不足的問題。燃氣發(fā)電機組同樣可以緩解石油企業(yè)儲運壓力，實現(xiàn)電網(wǎng)管網(wǎng)“雙調(diào)峰”，幫助石油企業(yè)在天然氣開發(fā)方面投入的資金快速回籠，進一步提高天然氣的利潤與價值，使發(fā)電企業(yè)與油氣企業(yè)實現(xiàn)利益雙贏。因此可以預(yù)見的是，未來10年天然氣發(fā)電在四川盆地大有作為和希望。