上海天然气市场和液化天然气的现状与展望

2020-02-29曹振宁

上海节能 2020年2期

曹振宁

上海液化天然气有限责任公司

0 前言

2009年，上海能源供应体系自从引入液化天然气以来，进口液化天然气对全市天然气供应总量和来源多元化做出了重要贡献。2013年，液化天然气消费在全市天然气消费总量中占比达50%，液化天然气在天然气供应体系中发挥了越来越重要的作用。近年来，上海天然气市场发生了深刻变化，天然气需求增长放缓，从2012年的16．8%下降到2013年的9．9%，与2013年之前十多年的两位数增长形成了鲜明对比。

2013年，工业用气占比消费总量达到顶峰，随后下降。民用及商业用气的占比逆转了下降趋势，并回升到了50%的水平。发电用气占比开始超过工业用气占比。经济结构调整、能源节约、以及需求侧管理等诸多因素导致了天然气消费增长率的下降和用气结构的变化。这些变化给液化天然气的利用带来了深刻的影响。液化天然气由于具有可靠性和灵活性强的特点，在调峰领域的应用逐步加大。

1 天然气在能源市场中的角色

1.1 能源发展回顾

2000～2016年，上海能源消费发展有两个显著的特点（见图1）：随着经济的持续增长，上海能源消费增长较快，2000～2010年年均增长率达到了7%；当经济进入“新常态”——较低增长率和高质量增长，能源消费也相应放缓。2011～2015年能源消费年均增长率仅仅实现了1．3%。增长率的显著下降归因于多种因素，比如，经济结构调整、能源节约和需求侧管理[1]等。

图1 2000～2016年上海能源消费发展

提高天然气等清洁能源的利用，改善能源消费结构一直是上海能源发展五年规划的一项长期战略。能源发展“十五”到“十二五”规划，一个重复的主题是降低一次能源消费结构中煤炭的比例。实践中，每一个五年规划制定的目标都基本实现。例如，煤炭消费在一次能源结构中的比例从2000年的66%下降到了2015年的36%。清洁能源诸如天然气和市外来电替代了煤炭，在能源结构中的比例增加，促进了上海能源消费结构的显著改善（见图2）。

图2 能源消费总量中各种能源的比例（2000、2005、2010和2015年）

上海经济发展仍处于一个结构优化和升级的过程。《能源发展“十三五”规划》预计2016～2020年能源需求总量增长放缓，目标是一次能源消费总量在2020年控制在1．25亿tce以内，年增长率1．9%。改善能源消费结构继续成为一项重要的能源政策，计划降低煤炭在一次能源结构中的比例到33%，同时提高天然气的比例到12%或者更高。规划预计天然气消费在2020年达到100亿m3的规模。

1.2 天然气消费趋势

2001～2017年，上海天然气消费增长迅速，年均增长率达到了25%（见图3），消费总量从2001年的3．3亿m3增长到了2017年的83亿m3。在此期间，可以观察到两个明显的大发展，相应对应了2004年引进的西气东输管道气和2009年的进口液化天然气，显示了巨大的市场需求潜力。

但是，2013年以来天然气需求适度增长，年增长率维持在个位数。多个因素促使天然气消费增长的放缓。一是经济产业调整，很多高耗能工业迁出上海，从而降低了能源消费。二是近年来油价下降削弱了天然气与燃料油的价格竞争力，导致天然气需求的下降[2]。三是经过多年来强化的煤炭减量行动，散煤使用已基本消除或被天然气替代，进一步以天然气替代散煤的潜力下降[3]。2015年天然气消费量达到了77亿m3，远低于能源发展“十二五”规划中预计的2015年末达到100亿m3的目标。

图3 2000～2017年天然气消费发展（单位：十亿m3）

1.3 分行业天然气消费

在上海，天然气主要用于民用及商业、工业、以及电力三大领域。传统上，民用及商业领域是最大的消费用户，工业和电力行业分列第二和第三，占比大致相同（见图4）。

图4 2008～2017年天然气消费在分行业的比例

2008～2013年期间，三大行业的天然气消费比例虽然不同，但是总的趋势都呈现增长态势（见图4和图5）。民用及商业天然气消费占比从2008年的60%下降到2013年的48%，相应地工业（30%左右）和发电领域（25%）天然气消费占比有了增长。

2013年是天然气消费的分水岭。不论是从消费量还是从比例上看，工业领域天然气消费增长出现了停滞（见图4和图5）。除了因经济结构调整而导致能源消费总量放缓的因素外，天然气相对于替代能源价格优势的削弱，在工业领域天然气消费下降中起了重要作用。在工业领域，天然气直接与燃料油和煤炭竞争。国际油价的大幅下滑和相应较低的燃料油价格导致天然气对燃料油竞争力的下降[2]。当燃料油和煤炭需求恢复增长，从而导致天然气替代煤炭的步伐放缓。

图5 2008～2017年各行业天然气消费量（单位：十亿m3）

但是，民用及商业天然气消费逆转了下降趋势，在消费总量中的占比开始反弹。一个重要因素是居民煤改气的家庭数增加。2007～2017年，天然气用户数几乎增长了两倍[4]。在发电领域，天然气消费占比保持了同样水平。2017年，民用及商业领域依然是最大的天然气消费用户（51%），随后是电力（26%）和工业（23%）。

2 影响天然气需求的因素

本节分析驱动和约束天然气需求的各种因素，目的是提供一个未来数年天然气需求总体趋势的展望，以揭示液化天然气在未来天然气市场中所扮演的角色。

2.1 驱动和约束需求的因素

2.1.1 天然气价格

单独以价格因素分析上海天然气需求会带来很多问题。部分原因是天然气终端用户价格一直受政府管制。图6显示了2013～2017年工业天然气月度消费量和天然气价格之间的关系。可以看出，2014年第四季度工业天然气价格的上升似乎造成2015年天然气需求的下降。但是，当2015年第四季度天然气价格下调后，天然气需求在2016年上半年继续下滑。数据显示价格因素对需求的影响有限。

图6 2013～2017年工业天然气需求对价格的敏感性

类似的特点可以在民用气价格上观察到。出于社会稳定的考虑，民用气价格在过去很长一段时间里维持在较低的水平上[5]。民用气价格水平低于工业用气价格水平，显示工业用户的利润用以补贴居民用户。2014年，放松价格管制启动，民用气价格大幅增加了20%，并引入了阶梯定价机制[6]。尽管如此，以2016年为例，水、电、燃料方面的消费支出占家庭消费支出中的比重约2．5%，显示居民家庭对天然气价格有很强的可承受力。2008年以来，民用气消费量的增长（见图4）显示非价格因素在驱动天然气需求上起到了一定的作用。

2.1.2 城市燃气

在民用及商业领域，天然气主要用于加热目的，需要稳定而连续的供应。驱动天然气需求的主要因素有经济增长、用气人口比例、人均用气量以及气温。经过多年基础设施的不断发展，上海所有的区和县已经实现天然气管道覆盖。随着城市化进程的进一步加快，上海天然气管网公司计划在2020年底将天然气管道铺设到所有天然气未覆盖的郊区[7]。

展望不远的将来，鉴于能源政策中民用气的优先地位，民用气价格有可能在很长一段时间内维持在较低的水平上，这将刺激居民用气的需求。随着经济增长和天然气输配管线的进一步扩张，民用气需求预计继续增长。而且，随着工业型经济向服务型经济转变的进程，商业天然气预计需求保持增长。但应指出，如果民用及商业领域天然气需求占比较大，可能会给现有的天然气基础设施带来更大的压力，特别是在冬季用气高峰期间[8]。这反过来会要求进一步加强天然气供应的灵活性。

2.1.3 发电需求

为了进一步优化以煤炭机组为主的发电装机容量，能源发展规划一直鼓励天然气发电。从图7可以看出，燃气机组在总装机容量中占比持续增加，以替代煤炭机组和燃油机组。2015年，煤炭机组装机容量占比约62%，燃气机组29%，可再生能源机组占比9%。

图7 上海各种发电装机容量的演变（2005、2010和2015年）

尽管如此，2016年燃气机组发电量仅占总装机容量发电量的7%，显示燃气机组利用率较低。有调查显示，联合循环发电机组一年运行1500～1600t，而单循环机组的年利用率仅仅300t[9]。

其主要原因是相对于煤炭机组，燃气机组在经济上缺乏竞争力。部分原因是燃气机组与煤炭机组相比较高的投资成本[10]。更重要的是占发电成本较大比例的燃料成本相差较大。在同等条件下，天然气价格几乎是煤炭价格的三倍[9]。结果是运行燃气机组比煤炭机组经济上成本更高。

为了提高燃气机组的竞争力，政府出台了两部制电价，在上网电价之上增加了一个容量电价[11]。容量电价从根本上保证了天然气机组投资成本的回收。但是，燃气机组仅在峰荷期间具有成本竞争力。从某种意义上讲，如果燃气机组的经济性得到进一步的提升，燃气机组可以发挥更大的作用。

根据《能源发展“十三五”规划》，上海计划有序推进燃气电厂建设，装机容量从目前的590万kW增加到2020年的800万kW左右，鼓励调峰机组以应对预计不断扩大的电力需求峰谷差。对上海来讲，建设足够的燃气调峰机组是一个战略选择。

燃气机组虽然因补贴短期内有利于天然气需求的增长，但是政策驱动的需求长期是不可持续的，可能带来的后果是不确定性持续影响燃气机组的规模。如果燃气机组主要用于调峰，这反过来要求天然气供应体系具有更大的灵活性。

2.1.4 工业领域

在工业领域，天然气主要用作燃料。大型终端用户包括钢铁、化工以及规模较大的制造厂。天然气需求受工业产业结构调整和环境保护政策影响。根据《能源发展“十三五”规划》，上海将加快经济结构转型的进程，从重工业为主转向服务型经济。由此，大工业天然气需求可能进一步萎缩。

环保政策是刺激煤改气项目增长天然气需求的主要驱动因素。为了控制空气污染，上海早自2000年天然气刚刚引入时即开始启动工业锅炉散煤的清洁能源替代工作[1]。一系列政策和措施的颁布和实施，煤改气工程取得了显著进展[12][13][14]。2011～2015年，5 153台小型及低效的燃煤锅炉被改造成燃烧重油、或天然气、或者关停。工业天然气需求在天然气消费总量中的占比从3．8%增加到了7．6%[15]。上海市所有的工业燃煤锅炉改造完成后，大约400万t煤炭被清洁能源替代，占比全市90%以上所有的散煤[16]。

如图4所示，工业天然气需求在2013年出现饱和，而煤改气工程并没有遏止工业天然气需求停滞的趋势。新的环保政策要求在全面完成全市集中供热和热电联产锅炉的清洁能源替代或关停的基础上[17]，侧重于减少NO2和颗粒物的排放深化治理[18]，意味着工业天然气需求潜力需要继续挖掘。

2.2 季节性的影响

在上海，天然气需求受气温变化的影响表现出很强的季节性特点。在最冷的冬季（12月～次年2月），民用气需求是夏季需求的两到三倍（见图8）。例如，2015年7月，民用气需求在2亿m3左右，但在2006年1月，民用气需求增加到两倍多的5亿m3。

统计数据进一步显示，天然气需求的季节性呈现逐年增强的态势。这将给天然气供应体系带来更大的压力。冬高峰供需紧张时，燃气电厂和工业用户用气时常被限供以满足居民用气需求。在夏天，燃气机组经常启动以应对电力高峰时段的需求，这增加了电力调配的波动[19]。因此，天然气供应体系应具有更大的灵活性。

图8 2009年1月～2017年12月上海天然气需求季节性特点

3 天然气供应面临的挑战

3.1 多元化的供应体系

上海本地能源生产有限，严重依赖外来天然气。天然气供应多元化一直是上海能源发展的一项重要战略。上海经过多年发展，一个具有五大气源的多元化天然气供应体系已经建成，即西气东输、东海平湖气、川气东送、洋山接收站以及五号沟接收站。2017年，西气东输管道和洋山接收站各供应了45%的天然气，其它三个气源供应了剩余的10%（见图9）。

多元化的天然气供应体系，使上海得以有效地应对日益增长的天然气需求，避免了需求高峰时期的任何供应短缺。为了进一步增强天然气供应能力和多元化，上海市新的气源已在筹划之中。例如，2020年的中俄东线天然气管道和下个十年中期的洋山第二站线项目[7]，但是这些项目的进口量和投产时间仍不确定。如果中俄东线推迟投运，下个十年的中期上海需要更多依赖进口液化天然气。但进口量水平取决于如何应对这些供应的挑战。

图92009 ～2017年上海天然气供应来源

3.2 液化天然气的角色

液化天然气在实现供应多元化上发挥了重要作用，特别是保障了天然气的供应安全。液化天然气在应对用气高峰时段需求时，充分提供了系统急需的灵活性。如图10所示，在所有的供应来源中，管道气大部分时间供应波动较小，而液化天然气供应随着需求的变化而变化。

民用及商业用气比例的增加，可以预期用气高峰时段需求将继续增加，一个可行的应对措施是提高进口液化天然气在供应来源中的比例。考虑到近年来天然气需求的放缓，在预测进口量水平时应保持谨慎。在正常情况下，假设2020年天然气市场需求达到100亿m3的规模，管道气供应维持现有水平，液化天然气进口增量可能达到1～2百万t。