经济导刊
分享:

“双碳”目标下我国天然气发电发展路径

李鹏 杨朋朋 朱春萍 张冲 乐珊 来源: 2023.01.11 13:50:58


 

在对俄制裁措施不断加码的当下,欧盟却在遭遇能源供给体系脆弱性的反噬,寻求能源独立路径已成为欧盟诸国的“第一议题”。从2022518日审议通过Repower EU计划,到913日通过的欧盟可再生能源法案,再到美国近期就能源安全和气候投资3690亿美元的拨款,对清洁能源不断“追加”投资,预示着新一轮能源科技竞赛的“白热化”,对各国能源低碳转型的路径选择发起挑战。天然气较高的对外依存度是我国能源安全的“软肋”,能否跨越对天然气的路径依赖,实现从以煤为主到新能源接棒,是我国实现能源革命的关键。

“双碳”目标下天然气在我国能源转型中的作用

在能源和电力系统安全上,由于欧美环境要求高,且在很长一段时间内天然气供给没有出现大的问题,形成了以较为清洁和灵活的天然气为调节电源,与新能源协同发展的局面。天然气发电的杠杆作用,对于欧美特别是欧盟区域内的新能源规模化发展,起到了重要的保障作用。

此次乌克兰危机对欧盟的能源供给造成极大冲击,为保障能源供应安全,欧洲各国开始采取有效措施,减少对俄罗斯天然气的依赖,包括加快推动终端用能电气化和重启部分煤电项目。欧盟委员会审议通过Repower EU计划,提出将欧盟2030年可再生能源占比的总体目标从40%上调至45%,到2030年光伏累计装机量达到600GW,争取在2027年前实现能源独立。913日,欧盟议会通过了可再生能源发展法案。同时,欧盟正在筹集近3000亿欧元,将95%用于加快和扩大清洁能源转型,其中可再生能源投资860亿欧元,氢能投资270亿欧元,电网投资290亿欧元,节能和热泵领域投资560亿欧元;天然气与LNG投资100亿欧元,石油投资在15亿至20亿欧元之间。为抢占科技制高点,改善能源消费结构,从2021年下半年开始,欧盟也在大力推动新能源汽车产业链的建设。欧盟如果能顺利渡过近2-3年的“困难期”,将大幅减少对于俄罗斯油气的依赖程度,全面转向以电能为主的终端用能结构,最终实现能源独立。

美国在能源安全和气候变化上加大了投资力度。816日,美国《2022年通胀削减法案》正式生效,立法拨款3690亿美元用于能源安全和气候投资,重点覆盖太阳能电池板、风力涡轮机、电池、电动汽车以及关键矿物等清洁能源制造业,旨在2030年将碳排放量减少40%。这是美国有史以来最大规模的气候投资法案。

能源安全与一个国家的资源禀赋密切相关。我国油气资源禀赋不佳,且未来增产增储的潜力不大,目前我国油气对外依存度较高。2021年,我国石油对外依存度高达72%,天然气对外依存度高达45%,这是我国能源安全的“软肋”。2021年,我国天然气探明储量突破6.5万亿立方米;天然气产量达到2053亿立方米,比上年增长8.2%;天然气表观消费量3726亿立方米,同比增长12.7%(其中城市燃气、工业燃料、发电、化工消费量占比分别为38%33%19%11%)。我国LNG进口量大幅提升至7763万吨(约1084亿立方米,约占天然气进口总量的65%),并超越日本一跃成为全球最大的LNG进口国,其中2021年从美国进口的LNG约为2020年的3倍左右。为保障我国能源安全,要通过逐步推动交通领域电气化减少对于石油和天然气的需求,降低对于进口油气的依赖。

截至2021年年底,我国气电装机约10859万千瓦,占总装机容量4.56%,利用小时数约2814小时,发电量约3055亿千瓦时,约占全社会用电量的3.68%。鉴于目前我国天然气资源禀赋不足,且气电发展规模占比不高,我国的能源安全应该建立在煤炭的高效清洁利用的基础上。盲目扩大天然气发电的应用规模,将加剧我国天然气的对外依存度。目前,我国先进高参数煤电机组经过灵活性改造之后,调峰深度可达90%,基本与单循环天然气调峰电站相当。同时,相同容量的煤电、气电机组,煤电的度电成本更低。碳中和场景下,灵活性煤电+CCUS有可能成为我国电力系统稳定运行的“压舱石”。基于我国天然气储量和产量来测算未来天然气发电规模,刚性需求将建立在国内天然气供给的基础上,超过国内供给能力的天然气消费要有预案,并且要逐步应用国内的技术和资源替代。

 新型电力系统中天然气发电的发展路径

我国天然气发电的战略定位

为实现“双碳”目标,我国需要立足基本国情,强化能源保供,持续优化能源结构。未来,我国能源供给侧中,煤炭、石油、天然气、新能源的地位和作用将发生深刻调整和系统转型。

从资源禀赋出发,我国必须构建和强化以煤为主的能源供应体系,煤炭将发挥保障国家能源安全长远战略储备和压舱石的作用;石油将发挥保障国家应急能源安全的作用,并逐步实现煤炭从燃料向原料的角色转变。

天然气发电作为新型电力系统构建过程中过渡补充电源,要建立在国内天然气供给的基础上,为新能源发展提供辅助调节和支撑。同时,未来能源的安全和保供压力应当尽量避免把调节能力或者电力来源建立在没有气源保障的天然气发电项目上,要尽快推进替代进口天然气的能源转型。

我国天然气发电发展目标与路径

天然气发电虽是提供系统灵活性的重要来源,但其发展受到资源禀赋、能源安全、经济成本、碳排放等多重因素制约,未来在我国的增长空间有限。结合基本国情和新能源产业全球领先优势,超越发达国家采取的由煤电-天然气发电-新能源发电的低碳转型发展路径,直接由煤电跨越至以新能源为主体的新型电力系统,引领全球能源和电力清洁发展。气电在能源转型中与新能源形成良性互补,成为提高新能源消纳能力的支撑性电源和调剂性电源,应因地制宜、适当有序发展。预计到2030年、2060年,我国气电装机容量将分别约为2.2亿千瓦、3亿千瓦。我国天然气发电各阶段发展路径如下:

一是尽早达峰阶段(2020年~2030年)。我国用电负荷冬夏双峰特征将更加突出,新能源在电力系统中占比持续提高,电力供需紧平衡日益加重,电力调峰难度日益加大。气电在支撑电力系统安全稳定运行、服务可再生能源大规模发展、助力实现“双碳”目标等方面,将发挥不可替代的作用。作为2030年前气电发展的主要方向,调峰电源在满足清洁低碳发展转型需求的同时,与风、光、水进行多能互补,促进风、光等新能源就地消纳和远距离输送,为未来进一步发展做好技术和政策上的准备。预计到2030年,全国天然气发电装机容量约2.2亿千瓦左右。

二是快速减排阶段(2030年~2050年)。该阶段是实现“双碳”目标最为关键的阶段。风、光等新能源迅猛发展,逐步构建以风、光直流并网为核心和“煤电+CCUS”为核心的交直流混联大电网,积极推进分布式新能源微电网和局域网的建设,构建交直流混联大电网与微电网协同互济的新格局。这一阶段,天然气发电主要根据国内天然气生产供给的基础,作为快速减排阶段的调节性和支持性电源,主要用来辅助调节和支撑新能源稳定运行。预计2050年全国天然气发电装机容量约3亿千瓦左右。

三是全面中和阶段(2050年~2060年)。鉴于我国天然气资源禀赋不足,在页岩气等没有取得突破的前提下,天然气主要用于保障民生。快速减排阶段建设的超过国内天然气供给能力的天然气发电装机需要进行升级改造,加强科学技术研发,构建“绿电油气”产业生态,应用生物质燃气发电、液氨发电、天然气掺氢、纯氢燃机等方式逐步替代天然气,“天然气发电+CCUS”将主要承担基础能源保障和长周期储能的作用。预计2060年天然气发电装机容量约3亿千瓦。

我国发展天然气发电建议

在国际市场天然气、电力、油品短缺问题愈演愈烈,全球能源价格加快上涨的同时,近两年我国部分区域局部时段也出现了能源供需偏紧问题。我们要正视转型期能源安全面临的挑战,立足国内保障供应安全,进一步增强我国能源持续稳定供应能力,更好地把能源的饭碗端在自己手里。

一是进一步明确气电定位,做好国家与地方统筹衔接。综合考虑我国资源禀赋、技术优势和所面临的复杂国际局势,需要尽快解决能源安全和技术“卡脖子”问题。建议国家层面从“双碳”发展和能源安全角度,深入研究并明确新型电力系统中天然气发电的发展定位、发展规模、实施路径等,逐步减少我国对于天然气的依赖,尽早实现能源独立,尽快推进能够替代进口天然气的能源品种发展。各地区应结合区域能源资源禀赋、电力系统特点和环境保护要求等,统筹优化各类能源规划,做好地方与国家规划的衔接。从长远看,天然气电站作为基荷运行既不经济,也不利于保障我国能源安全,建议能源主管部门专题研究天然气电站作为纯调峰电站运行的政策机制。

二是协调保障气源,降低天然气发电成本。进一步深化天然气产供储销体系建设,不断推进天然气价格市场化改革,理顺天然气产业链上中下游价格传导,提高天然气保障能力;建议仿照煤电企业和发电企业的模式,引导发电企业与天然气上游企业合作,通过签订长期购销合同、互相参股等方式,在实现燃气直供、减少中间交易环节的同时,获取稳定的天然气供应量和价格。拓展气电在环保价值和调节性能方面的正外部性收益。鼓励地方政府结合地区发展需要,完善辅助服务机制,因地制宜出台“两部制”电价等政策,确保气电项目能够保本微利运行。

三是加强技术研发,探索燃(掺)氢燃机示范。建议加大对天然气发电核心技术的研发攻关力度,推动发电企业与装备制造企业联合攻关和产学研深度协作,尽快突破相关核心技术,推动设备国产化和维修本地化,降低天然气发电机组单位投资成本和长期维护费用。加强以氢为燃料的发电供热燃机机组研发,打通风、光电-氢能-电热的技术路线,实现风光电能的大规模、长周期存储和利用。通过大规模发展可再生能源制氢,以绿氢和绿电全面替代天然气发电,助力构建新型电力系统,并逐步减少我国对油气的进口依赖,保障国家能源安全。

四是优化产业布局,推动天然气与新能源融合发展。根据初步估算,2020-2030年,我国东中部和西部北部气电装机规模比例以8:2为宜。建议充分发挥天然气发电的灵活清洁优势,综合考虑电力电量缺口和调节能力不足问题,因地制宜推动天然气发电与新能源耦合供电协同发展,不断提高新能源消纳能力,促进能源清洁低碳转型。首先,在长三角、珠三角、京津冀等经济发达地区,结合新能源布局和特高压输电通道分布情况,鼓励依托 LNG 接收站、天然气干线等选址合理建设高效天然气调峰电站,提高区域新能源消纳能力。其次,在冷热、电力负荷需求较大的城市核心区域或工业园区,通过发展冷热电三联供分布式能源电站,提高区域用能效率。第三,在天然气资源丰富、新能源发电较多的三北地区,开展风光气(火/水)储一体化项目的建设,优化风光出力特性,提升输电通道的利用效率和受端消纳能力。

(编辑 季节)



*  李鹏,中信改革发展研究基金会资深研究员,国家电力投资集团公司战略规划部副主任;杨朋朋、朱春萍,山东电力工程咨询院有限公司;张冲,中国电力国际发展有限公司;乐珊,国家电力投资集团有限公司。

相关阅读

热门话题

关注医改,没有健康哪有小康

2009年启动的新一轮医疗改革,明确医改的目的是维护人民健康权益,要建立覆盖城乡居民的基本医...

查看更多

新常态下装备制造业路在何方

2015年4月22日,由中信改革发展研究基金会牵头,邀请行业内部分重点企业领导人和管理部门&...

查看更多

>

2024年01期

总期号:296期

2023年12期

总期号:295期

2023年11期

总期号:294期