我国天然气发电前景分析

文 // 徐婷婷 雷娇娇 华电电力科学研究院

1 前言

近年来，天然气发电已成为天然气利用的首要选择，从经济和环境的因素考虑，有利于天然气消费的因素在不断增强。预计随着化石燃料价格增长以及环境要求的不断提高，许多国家将选择天然气发电来满足未来的电力需求，而不是选择更昂贵或碳排放密集型的电力来源。据EIA预测，从2010～2040年，全球天然气发电量占比将从22%增长至24%，其中经合组织国家天然气发电量占比增幅较高，将从23.3%增长至30.3%。

随着我国国民经济高速发展和人民生活水平提高，能源需求与环境保护、节能减排之间的矛盾愈加突出，中国将迎来低碳能源的时代。作为一种优质、高效、清洁的低碳能源，天然气发电不仅能够替代煤炭、石油等传统能源，还对风能、太阳能、核能等新的能源形式构成补充，对我国调整能源结构、促进节能减排具有重要的战略意义。

2 未来我国气电发展的有利因素

2000年以来，我国在天然气发电方面取得了较大的发展。随着国内一批燃气电厂的竣工投产，燃气装机容量显著增加。但随着我国环保标准日趋完善、严格，对SO2、NOx和粉尘等污染物排放要求已经达到或超过发达国家的标准，天然气作为一种清洁能源将会有较好的发展势头。

2.1 能源结构调整

近年来，随着世界天然气探明储量与产量的迅速增长，21世纪初出现以更清洁的天然气代替石油为主要能源的又一次能源消费结构大变革。

能源结构的变化反映了社会经济的进步，落后的能源结构必然不利于经济的发展。调整能源结构，适量增加天然气消费比重，不仅可以弥补煤炭供应缺口，而且可以优化能源利用方式，改善生态环境。

2.1.1 天然气供应预测

我国《天然气发展“十二五”规划》提出：到2015年国产天然气供应能力达到1760亿立方米左右，探明页岩气地质储量6000亿立方米，可采储量2000亿立方米，页岩气产量65亿立方米。

《规划》预计2015年我国天然气消费量为2300亿立方米左右，用气普及率将进一步提高，供应能力将超过2600亿立方米（包括煤层气、页岩气及煤制天然气等非常规天然气和进口天然气）。

2013年GE全球战略与分析机构预测，经济发展、加速的城镇化进程以及环保政策因素都将推高中国对天然气的需求，未来天然气供应来源情况如图1所示。

根据国家能源局公布的《我国中长期发电能力及电力需求发展预测》，未来随着勘探技术的进步以及页岩气开发条件的成熟，我国天然气产量将不断增长。预计2030年之前，天然气累计可探明地质储量12万亿立方米，产量年均增长100亿立方米，我国天然气产量将有望达到3000亿立方米，2050年天然气产量将达到3500亿立方米。再计及2000亿～2500亿立方米的进口规模，预计远景我国天然气供应能力将可达到5500亿～6000亿立方米。

图1 中国天燃气供应来源情况

2.1.2 天然气需求预测

中石油经济技术研究院发布的《2013年国内外油气行业发展报告》显示，2013年我国天然气表观消费量达1676亿立方米，占一次能源消费比重上升至5.9%。天然气进口量530亿立方米，同比增25%。天然气对外依存度首次突破30%，达到31.6%。

《天然气发展“十二五”规划》预计2015年我国天然气消费量为2300亿立方米左右，占一次能源消费总量的比重达到7.5%，用气普及率将进一步提高。

国土资源部在第三届中国国际液化天然气大会上发表数据显示：2020～2030年将是中国天然气产业快速发展的黄金时期，2030～2040年将是平稳发展期。预计2020年，我国天然气消费量将达到3500亿～3800亿立方米，2030年将达到5500亿～6000亿立方米，年均增长8%～9%。

表1 中国天然气供需总体情况平衡预测表

从表1可以看出，“十二五”期间国内天然气供应维持紧平衡状态。2015年之后受国内各地提出的气化目标影响，天然气使用规模将大大提高，总体上看2020～2030年国内天然气供需缺口较大。

2.1.3 发电用天然气消费预测

天然气消费结构取决于各国的资源可得性、经济结构以及与可替代能源的竞争水平等因素。近年来，我国铺建了多条天然气管线，基本覆盖了全国大部分地区，进一步促进了天然气在我国的消费。根据《2013年国内外油气行业发展报告》，2000年以前我国天然气消费以化工和工业燃料为主，占近80%。到2013年城市燃气已成为第一大用气领域，占消费总量比重为41%；发电用天然气消费量约302亿立方米，占消费总量比重为18%；工业和化工用气比例下降到41%。

据EIA预测，世界大多数地区天然气消费增长的主要驱动力是发电需求。预测2006～2030年期间，全球发电用气的年均增长率将为2.1%，天然气发电用气在天然气消费结构中的比重将从31%上升到35%。按照发电、民用、工业用气各占1/3测算，预计2015年、2020年、2030年我国发电用天然气总量约达到770、1170、1830亿立方米，将是目前的两倍以上。

日前，《油气管网设施公平开放监管办法（试行）》、《北京市发展和改革委员会关于调整本市燃气发电企业临时结算上网电价的通知》、《上海市物价局关于疏导本市燃气电价矛盾的通知》相继出台，预示着油气管网放开、垄断破除，天然气发电市场化定价方向进一步明确。

2.2 电力需求增长及结构转型需要

据《全国电力工业统计快报》数据显示，2013年我国电力消费量5.32万亿千瓦时，同比增长7.5%，增速较上年提高1.9个百分点，人均用电量达到3911千瓦时，全国电力消费增长平缓。但是，我国人均装机容量、发电量和用电量都远低于一些发达国家，未来还有较大的增长空间。大力发展天然气发电，既可以使电源结构趋于合理，也能补充我国电力供应不足，更好的保障我国电力的有效供给。从长远看，随着我国风电、太阳能发电等新能源发电技术的不断成熟和大规模应用，天然气发电将在新能源消纳中主要承担调峰的角色，对于解决新能源发电的间歇性，保证电网运行的安全性和稳定性，促进新能源的快速发展具有举足轻重的作用。

2.2.1 电力需求预测

“十二五”期间，我国电力需求仍将保持较快增长，但较“十一五”期间年均增速有所回落。根据国网公司《电力需求预测及负荷特性研究》专题报告及中电联的相关预测，未来全国电力需求量如表2所示。预计2015年，全国全社会用电量将达到5.97万亿千瓦时，“十二五”期间年均增长8.4%，较“十一五”期间年均增速回落1.6个百分点。人均用电量将稳步提高，2015年达到4260千瓦时/人年。2020、2030年全国全社会用电量将分别达到8.1和11.9万亿千瓦时。

表2 全国电力需求预测

2.2.2 电力装机预测

根据中电联发布的《电力工业“十二五”规划滚动研究综述报告》及中国电力发展促进会的相关预测，未来全国电力总装机和气电装机规模如表3所示。

表3 全国电力总装机、气电装机规模预测

2.3 电力安全运行的要求

近些年来随着经济的发展，电网容量越来越大，昼夜电负荷峰谷差也越来越大，电网调峰任务十分繁重。同时，太阳能发电、风力发电等可再生能源的开发，以及热电联产、核电等大量基荷电源的出现，都给电网调峰电源提出了更高要求。

现代电力系统调峰毫无例外地采用综合调峰手段，所谓综合调峰即各分部电源都根据其运用特性适当承担一定的调峰任务，例如具有调节特性的水电站、燃煤机组承担的调峰（压负荷）、抽水蓄能机组调峰、天然气发电机组调峰。

天然气发电机组具备运行起停灵活、启动成功率高、调峰范围广，以及投资低、建设周期短、占地面积少等优点，存在着良好的调峰性能，比常规蒸汽轮机发电和水力发电更适合作调峰机组。不仅可以弥补我国现有电网适应负荷变化能力差的不足，还可以提高电网经济安全运行水平，对优化我国电力运行方式十分有利。

2.4 节能减排的要求

天然气发电作为一种清洁的发电方式，其大气污染物组成则较为简单，与燃煤发电相比具有较强的环保优势，NOx、SO2、悬浮颗粒的排放强度也远低于煤电机组，环境价值远高于同类煤电机组。图2～图4分别为文献中计算得到的单位发电量主要污染物排放量，可以看出同容量的燃气机组NOx排放量仅为燃煤机组的15%（均未加装脱硝装置）；燃气电厂SO2排放量较之燃煤机组少；同容量的燃气机组CO2排放量仅为燃煤机组的38%～40%；粉尘颗粒排放量可以忽略不计。

图2 200～600MW燃煤机组与E 级、F 级燃气机组的NOx排放量

图3 200～600MW燃煤机组与E 级、F 级燃气机组的SO2排放量

图4 200～600MW燃煤机组与E 级、F 级燃气机组的CO2排放量

《电力工业“十二五”规划》指出：2015年比2010年减排SO2565万吨、NOX248万吨、CO26.55亿吨；实现2020 年比2015年减排SO2584万吨、NOx256万吨、CO26.76亿吨。由于天然气发电在节能减排方面具有鲜明的优越性，因此提高天然气发电比例是解决发电行业环境污染的重要出路之一。

2013年国务院颁布的《大气污染防治行动计划》中也指出：加大天然气、煤制天然气、煤层气供应。到2015年，新增天然气干线管输送能力1500亿立方米以上，覆盖京津冀、长三角、珠三角等区域。优化天然气使用方式，新增天然气应优先保障居民生活或用于替代燃煤；鼓励发展天然气分布式能源等高效利用项目，限制发展天然气化工项目；有序发展天然气调峰电站。

此外，与传统的发电方式相比，天然气发电占地面积小，发电效率高。现阶段，我国F级燃机联合循环净效率超过55%，远高于煤电机组。而且利用燃气轮机联合循环机组进行技术改造，可使机组容量提高到500MW上下， 进入大机组行列，效率可达到或超过常规大容量燃煤机组。同时对中小型燃煤机组进行改造不需要占用新的厂址，原有电厂的大多数设备都能得到利用，与新建电厂相比费用低廉（表4）。

表4 各种电站形式投资成本与利用率比较

3 结语

在相当长的时期内，一方面电力需求将保持较快的增长速度，另一方面电力负荷也多变、复杂并且具有不稳定性：① 电力负荷的季节性变化越来越大；② 随着电力总量增长，负荷峰谷矛盾越来越突出；③ 随着全国城镇化和电气化水平不断提高，部分地区的电网建设可能滞后于用电需求；④ 经济升级带来的产业梯度转移，促进地区性电力负荷分布不平衡。因此，我国有必要在发展水电、核电等电源形式的同时，加快发展天然气发电等调节性能好的清洁电源，以满足负荷增长和调峰的需要。