楊永明 (能源情報研究中心)
一、天然氣發(fā)電市場概況
2018年，全球氣電裝機18億千瓦，占全球電源裝機的四分之一，其中北美、中東氣電裝機占比較高。北美氣電在21世紀初取代煤電成為第一大電源品種，2018年裝機占比高達41.2%。歐洲發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)較為均衡，氣電裝機占比為27.9%。中東發(fā)電以氣為主，2018年燃氣發(fā)電裝機占66.4%。
發(fā)電量方面，根據(jù)BP 2020年6月發(fā)布的第69版《世界能源統(tǒng)計年鑒》，2019年全球天然氣發(fā)電量為6297.9太瓦時，同比增長3.5%;在全球總發(fā)電量中占比23.3%，同比提高0.5個百分點。在各類電源發(fā)電量中，天然氣發(fā)電量排名第二，低于煤電，從增速上看，氣電是除可再生能源以外增長最快的電源類型。
具體到地區(qū)/國家層面，2019年全球天然氣發(fā)電量增量主要來自美國、中國和歐洲地區(qū)。其中，美國天然氣發(fā)電量1700.9太瓦時，同比增長121.6太瓦時，增幅7.7%;歐洲地區(qū)天然氣發(fā)電量768.1太瓦時，同比增長38.2太瓦時，增幅5.2%;中國天然氣發(fā)電量236.5太瓦時，同比增長21太瓦時，增幅9.7%。與2018年相比，中國天然氣發(fā)電量增長有所放緩。歐洲地區(qū)部分國家天然氣發(fā)電量的強勁增長受“煤改氣”帶動。在日本，2019年天然氣發(fā)電量362.4太瓦時，同比減少24.5太瓦時，降幅6.3%，主要原因是核能發(fā)電量增加和總體電力需求下降。
值得一提的是，2019年天然氣發(fā)電項目投資支出一改此前幾年下降的趨勢，上升到與2014～2015年相近的投資水平。IEA統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2019年全球獲得最終投資決定(FIT)的天然氣發(fā)電項目裝機超過55吉瓦。隨著越來越多的可再生能源項目上線，今后全球新建天然氣發(fā)電項目(特別是聯(lián)合循環(huán)電廠)更多的是為了滿足系統(tǒng)在靈活性、輔助服務(wù)等方面不斷增長的需求。
受新冠肺炎疫情全球蔓延影響，截至2020年6月初，全球主要天然氣市場都出現(xiàn)了不同程度的需求下降或增長放緩。IEA在其6月發(fā)布的《2020年天然氣報告》中指出，整個2020年，全球各個部門天然氣消費量都將下降，且發(fā)電部門所受影響最為嚴重。因疫情原因?qū)嵤┑牡貐^(qū)封鎖措施導致用電量減少，已經(jīng)對天然氣發(fā)電造成嚴重沖擊。受電力需求下降和可再生能源發(fā)電增長的雙重影響，天然氣發(fā)電在歐洲受到的沖擊尤其嚴重。在除中東以外的新興市場，天然氣發(fā)電在電力結(jié)構(gòu)中占比較低，受到的影響相對較小。IEA的最新預測顯示，2020年全球發(fā)電用天然氣需求將同比下降約7%，占全球天然氣需求下降的60%左右。
二、天然氣發(fā)電發(fā)展環(huán)境分析
(一)經(jīng)濟性
制約天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要因素是發(fā)電燃料成本高，影響到天然氣發(fā)電的優(yōu)勢。近年來，天然氣價格的下降趨勢使之與燃煤發(fā)電相比逐步具備了競爭力，這對亞洲的氣電發(fā)展至關(guān)重要，因為亞洲傳統(tǒng)上是全球天然氣價格最高的地區(qū)，且該地區(qū)的煤炭價格最低。2019年第一季度，日本和韓國天然氣發(fā)電的平準化度電成本(LCOE)已低于燃煤發(fā)電。在中國，天然氣發(fā)電的LCOE仍高于燃煤發(fā)電，但兩者之間的差距縮小(見圖3)。
數(shù)據(jù)來源：BNEF、Lazard、UT Austin、BCG analysis
圖3 各國天然氣發(fā)電與燃煤發(fā)電LCOE對比
在歐洲，碳排放權(quán)交易體系(ETS)中碳價在2018年初為每噸8歐元，到2018年底、2019年初已上漲至每噸20歐元以上。2019年，歐洲繼續(xù)依靠碳稅和碳價調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，碳價在整個年度上漲近70%，天然氣發(fā)電的環(huán)境價值體現(xiàn)得愈發(fā)明顯。低廉的天然氣價格加上高昂的碳價，使得地區(qū)天然氣發(fā)電的經(jīng)濟性超越燃煤發(fā)電。2019年，歐洲天然氣逐漸取代發(fā)電用煤，有力地拉動了地區(qū)天然氣發(fā)電量增長。
(二)技術(shù)方向
1.天然氣發(fā)電與新能源發(fā)電業(yè)務(wù)高度融合
盡管可再生能源等零碳能源被認定是未來的主力能源，但天然氣作為發(fā)電燃料依然有巨大的發(fā)展空間，仍可在低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮巨大作用。伴隨可再生能源裝機容量的大幅提升，電網(wǎng)負荷的峰谷差越來越大，需要有容量足夠且靈活啟停的電廠來調(diào)節(jié)電網(wǎng)負荷峰谷。同時，為了確保系統(tǒng)功率和負荷平衡，需要有容量足夠且負荷靈活的電廠來對電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)。未來，大量操作靈活的天然氣發(fā)電機組可以提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)，協(xié)助將可再生能源整合到能源系統(tǒng)中。
國際大石油公司在發(fā)展各項可再生能源發(fā)電業(yè)務(wù)的同時，也保留了發(fā)揮天然氣發(fā)電的優(yōu)勢選項，將天然氣發(fā)電與新能源發(fā)電業(yè)務(wù)高度融合。如BP公司成立的“天然氣與低碳板塊”，將供氣、氣電與可再生發(fā)電、儲能與充電、氫能和CCUS技術(shù)等業(yè)務(wù)整合。意大利埃尼集團尋求天然氣與可再生能源在發(fā)電業(yè)務(wù)上的協(xié)同效應。道達爾則在2017年就成立了“天然氣、可再生能源和電力部”，以充分挖掘天然氣、可再生能源等在電力價值鏈中的協(xié)同發(fā)展?jié)摿Α?/p>
2.碳減排技術(shù)是天然氣發(fā)電的重要技術(shù)選擇
碳減排技術(shù)是煤電未來發(fā)展的重要技術(shù)選擇，同樣也是天然氣發(fā)電未來發(fā)展的重要技術(shù)選擇，低碳技術(shù)的突破，可以為天然氣發(fā)電行業(yè)發(fā)展換取新的空間。與常規(guī)的碳捕集與封存(CCS)技術(shù)相比，碳捕集、利用和封存(CCUS)技術(shù)將捕集的二氧化碳廣泛應用于各種領(lǐng)域，從而實現(xiàn)其資源化利用，因此也更具有現(xiàn)實操作性。在能源領(lǐng)域，CCUS被認為是目前能實現(xiàn)化石能源低碳利用、未來能大規(guī)模減少溫室氣體排放的可行技術(shù)。IEA數(shù)據(jù)顯示，目前全球開發(fā)的16個CCUS項目中有5個涉及天然氣發(fā)電項目，其中包括美國于2020年4月宣布的一個天然氣發(fā)電廠計劃。盡管目前各國在運天然氣發(fā)電廠尚無大型CCUS項目，但是在IEA發(fā)布報告中的可持續(xù)發(fā)展情景，到2030年，全球配備CCUS項目的天然氣發(fā)電廠裝機將達到35吉瓦。
此外，值得一提的還有NET Power位于美國得克薩斯州的50兆瓦天然氣發(fā)電廠。該發(fā)電廠的技術(shù)價值在于徹底摒棄傳統(tǒng)的以水蒸氣為工作介質(zhì)的熱能循環(huán)過程，采用Allam循環(huán)技術(shù)，將二氧化碳作為工作介質(zhì)驅(qū)動專門設(shè)計的渦輪機。這是全球首座在不額外增加成本的情況下有效捕獲所有排放物的化石燃料電站。NET Power示范項目已于2018年開始運營。
(三)政策環(huán)境
近年來，全球二氧化碳排放量連創(chuàng)新高，面對氣候和環(huán)境壓力，各國對低碳發(fā)展愈發(fā)重視。相比電力清潔化比例已經(jīng)較高的歐美地區(qū)，以發(fā)展中國家居多的亞洲等地區(qū)天然氣消費水平相對較低，也更具有天然氣需求愿望。不少發(fā)展中國家均制定了有關(guān)促進天然氣發(fā)展的規(guī)劃和計劃。
另一方面，天然氣發(fā)電也面臨著不少挑戰(zhàn)。2019年11月，歐洲投資銀行宣布，為應對氣候變化挑戰(zhàn)，將在2021年底前停止為一切化石能源項目提供貸款，根據(jù)這一投資新政，包括天然氣發(fā)電項目在內(nèi)的絕大多數(shù)化石能源項目都將排除在融資范圍外，這意味著今后在歐洲天然氣發(fā)電項目融資將受阻。歐洲投資銀行也因此成為全球首個提出削減天然氣項目貸款的主要多邊金融機構(gòu)。這背后的邏輯不難理解，歐洲多數(shù)國家處于工業(yè)化后期，能源結(jié)構(gòu)特別是電氣化方面處于較高水平，清潔化比例較高，天然氣需求方面難以再有大的突破。并且根據(jù)歐盟中長期發(fā)展規(guī)劃，可再生能源才是未來的發(fā)展重點。
三、展望
天然氣發(fā)電具有減排效果，這使得天然氣作為一種靈活的過渡燃料逐漸取代發(fā)電用煤。在IEA發(fā)布的《2019年世界能源展望》的可持續(xù)發(fā)展情景(SDS)下，全球天然氣發(fā)電量將在本世紀20年代后期超過燃煤發(fā)電量，但IEA認為，如果天然氣發(fā)電行業(yè)不采用CCUS技術(shù)，此后天然氣發(fā)電量將穩(wěn)步下降。與此同時，作為天然氣的低碳替代品，可再生能源將在2030年前取代天然氣，加速引領(lǐng)全球發(fā)電量增長。到2040年，可再生能源發(fā)電將占全球電力供應的三分之二。
在2020年9月發(fā)布的《BP世界能源展望》(2020年版)中，BP表示，天然氣發(fā)電在能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型中，有如下兩項潛在的重要作用：一是在經(jīng)濟快速增長的發(fā)展中國家，這些國家可再生能源及其他非化石能源的增速不足以替代煤炭需求，天然氣的利用可以減少煤炭的使用;二是天然氣結(jié)合CCUS技術(shù)，可實現(xiàn)零碳或近零碳發(fā)電。在快速轉(zhuǎn)型情景(Rapid)和凈零情景(Net Zero)下，全球天然氣需求將分別在21世紀30年代中期和20年代中期達峰，且到2050年分別降至2018年水平和比2018年低三分之一，屆時結(jié)合CCUS的天然氣需求分別占到一次能源的8%～10%。
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