我國天然氣發電前景分析

文 // 徐婷婷 雷嬌嬌 華電電力科學研究院

1 前言

近年來，天然氣發電已成為天然氣利用的首要選擇，從經濟和環境的因素考慮，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境要求的不斷提高，許多國家將選擇天然氣發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EIA預測，從2010～2040年，全球天然氣發電量占比將從22%增長至24%，其中經合組織國家天然氣發電量占比增幅較高，將從23.3%增長至30.3%。

隨著我國國民經濟高速發展和人民生活水平提高，能源需求與環境保護、節能減排之間的矛盾愈加突出，中國將迎來低碳能源的時代。作為一種優質、高效、清潔的低碳能源，天然氣發電不僅能夠替代煤炭、石油等傳統能源，還對風能、太陽能、核能等新的能源形式構成補充，對我國調整能源結構、促進節能減排具有重要的戰略意義。

2 未來我國氣電發展的有利因素

2000年以來，我國在天然氣發電方面取得了較大的發展。隨著國內一批燃氣電廠的竣工投產，燃氣裝機容量顯著增加。但隨著我國環保標準日趨完善、嚴格，對SO2、NOx和粉塵等污染物排放要求已經達到或超過發達國家的標準，天然氣作為一種清潔能源將會有較好的發展勢頭。

2.1 能源結構調整

近年來，隨著世界天然氣探明儲量與產量的迅速增長，21世紀初出現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構大變革。

能源結構的變化反映了社會經濟的進步，落后的能源結構必然不利于經濟的發展。調整能源結構，適量增加天然氣消費比重，不僅可以彌補煤炭供應缺口，而且可以優化能源利用方式，改善生態環境。

2.1.1 天然氣供應預測

我國《天然氣發展“十二五”規劃》提出：到2015年國產天然氣供應能力達到1760億立方米左右，探明頁巖氣地質儲量6000億立方米，可采儲量2000億立方米，頁巖氣產量65億立方米。

《規劃》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天然氣和進口天然氣）。

2013年GE全球戰略與分析機構預測，經濟發展、加速的城鎮化進程以及環保政策因素都將推高中國對天然氣的需求，未來天然氣供應來源情況如圖1所示。

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

圖1 中國天燃氣供應來源情況

2.1.2 天然氣需求預測

中石油經濟技術研究院發布的《2013年國內外油氣行業發展報告》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%。

《天然氣發展“十二五”規劃》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表數據顯示：2020～2030年將是中國天然氣產業快速發展的黃金時期，2030～2040年將是平穩發展期。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”期間國內天然氣供應維持緊平衡狀態。2015年之后受國內各地提出的氣化目標影響，天然氣使用規模將大大提高，總體上看2020～2030年國內天然氣供需缺口較大。

2.1.3 發電用天然氣消費預測

天然氣消費結構取決于各國的資源可得性、經濟結構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，進一步促進了天然氣在我國的消費。根據《2013年國內外油氣行業發展報告》，2000年以前我國天然氣消費以化工和工業燃料為主，占近80%。到2013年城市燃氣已成為第一大用氣領域，占消費總量比重為41%；發電用天然氣消費量約302億立方米，占消費總量比重為18%；工業和化工用氣比例下降到41%。

據EIA預測，世界大多數地區天然氣消費增長的主要驅動力是發電需求。預測2006～2030年期間，全球發電用氣的年均增長率將為2.1%，天然氣發電用氣在天然氣消費結構中的比重將從31%上升到35%。按照發電、民用、工業用氣各占1/3測算，預計2015年、2020年、2030年我國發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，《油氣管網設施公平開放監管辦法（試行）》、《北京市發展和改革委員會關于調整本市燃氣發電企業臨時結算上網電價的通知》、《上海市物價局關于疏導本市燃氣電價矛盾的通知》相繼出臺，預示著油氣管網放開、壟斷破除，天然氣發電市場化定價方向進一步明確。

2.2 電力需求增長及結構轉型需要

據《全國電力工業統計快報》數據顯示，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、發電量和用電量都遠低于一些發達國家，未來還有較大的增長空間。大力發展天然氣發電，既可以使電源結構趨于合理，也能補充我國電力供應不足，更好的保障我國電力的有效供給。從長遠看，隨著我國風電、太陽能發電等新能源發電技術的不斷成熟和大規模應用，天然氣發電將在新能源消納中主要承擔調峰的角色，對于解決新能源發電的間歇性，保證電網運行的安全性和穩定性，促進新能源的快速發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。根據國網公司《電力需求預測及負荷特性研究》專題報告及中電聯的相關預測，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

根據中電聯發布的《電力工業“十二五”規劃滾動研究綜述報告》及中國電力發展促進會的相關預測，未來全國電力總裝機和氣電裝機規模如表3所示。

表3 全國電力總裝機、氣電裝機規模預測

2.3 電力安全運行的要求

近些年來隨著經濟的發展，電網容量越來越大，晝夜電負荷峰谷差也越來越大，電網調峰任務十分繁重。同時，太陽能發電、風力發電等可再生能源的開發，以及熱電聯產、核電等大量基荷電源的出現，都給電網調峰電源提出了更高要求。

現代電力系統調峰毫無例外地采用綜合調峰手段，所謂綜合調峰即各分部電源都根據其運用特性適當承擔一定的調峰任務，例如具有調節特性的水電站、燃煤機組承擔的調峰（壓負荷）、抽水蓄能機組調峰、天然氣發電機組調峰。

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

2.4 節能減排的要求

天然氣發電作為一種清潔的發電方式，其大氣污染物組成則較為簡單，與燃煤發電相比具有較強的環保優勢，NOx、SO2、懸浮顆粒的排放強度也遠低于煤電機組，環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“十二五”規劃》指出：2015年比2010年減排SO2565萬噸、NOX248萬噸、CO26.55億噸；實現2020 年比2015年減排SO2584萬噸、NOx256萬噸、CO26.76億噸。由于天然氣發電在節能減排方面具有鮮明的優越性，因此提高天然氣發電比例是解決發電行業環境污染的重要出路之一。

2013年國務院頒布的《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。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、珠三角等區域。優化天然氣使用方式，新增天然氣應優先保障居民生活或用于替代燃煤；鼓勵發展天然氣分布式能源等高效利用項目，限制發展天然氣化工項目；有序發展天然氣調峰電站。

此外，與傳統的發電方式相比，天然氣發電占地面積小，發電效率高。現階段，我國F級燃機聯合循環凈效率超過55%，遠高于煤電機組。而且利用燃氣輪機聯合循環機組進行技術改造，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，原有電廠的大多數設備都能得到利用，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 結語

在相當長的時期內，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、復雜并且具有不穩定性：① 電力負荷的季節性變化越來越大；② 隨著電力總量增長，負荷峰谷矛盾越來越突出；③ 隨著全國城鎮化和電氣化水平不斷提高，部分地區的電網建設可能滯后于用電需求；④ 經濟升級帶來的產業梯度轉移，促進地區性電力負荷分布不平衡。因此，我國有必要在發展水電、核電等電源形式的同時，加快發展天然氣發電等調節性能好的清潔電源，以滿足負荷增長和調峰的需要。