上海吳涇第二發電有限責任公司 李向全
天然氣是一種輕質碳氫化合物的混合氣體,主要成分為甲烷,是一種優質、高效、低碳的清潔能源,廣泛應用于民用、發電、汽車、化工等領域。天然氣資源極其豐富,在能源轉型中,具有極其重要的作用。近年來,天然氣的需求量不斷持續增長,預計到本世紀中葉,全球天然氣的需求量將達到5.6萬億m3,其中40%的增量來自亞太地區。
我國常規天然氣資源豐富,常規天然氣地質資源量為52萬億m3,最終可采資源量約32萬億m3,發展潛力較大。根據中國自然資源部數據,2014-2018年,中國天然氣探明儲量不斷增長,2018年我國天然氣探明儲量達到5.79萬億m3,同比增長4.9%,增速較2017年上漲3.4%。
隨著我國對環保的重視,天然氣作為清潔能源已逐漸成為我國能源消費的重要組成部分,尤其是生活消費、汽車消費等方面的天然氣使用量突飛猛進。近年來,盡管我國天然氣的儲量和產量雙雙快速增長,但是產量的增長仍然跟不上需求的急速增長,導致產需不平衡的狀況加劇。另外用氣量存在季節性差異,即“旺季”和“淡季”之分明顯,因此進口天然氣已經成為中國天然氣來源的重要渠道之一,進口量逐年增加,至 2018年,我國天然氣對外依存度已經超過45%。
隨著我國天然氣基礎設施建設的推進,市場多元化局面基本成型,市場建設進展積極。同時,我國天然氣儲存、供應、運輸、銷售等環節已經形成一個完整的體系,結構也在不斷發生變化。
根據我國政府的公開承諾:2020年,非化石能源要達到一次能源消費量的 15%;單位 GDP的二氧化碳排放量,2020年要比 2005年降低 40%~45%。我國正開展“十四五”(2021-2025年)能源發展規劃的研究工作,其中一個重要任務是壯大清潔能源產業,為實現 2030年非化石能源占一次能源消費比重達到20%的目標奠定基礎。
隨著全社會節能減排和環境保護意識的普遍提高,天然氣因其清潔和高熱性而日益受到重視。我國天然氣行業從 2006年開始進入快速發展期。在天然氣的使用過程中,從使用地區來看,新疆、陜西、川渝地區以及沿海經濟發達省份的使用量比較高。從消費行業來看,制造業、電力/煤/水生產、交通運輸物流業和生活消費是天然氣主要消費行業,2018年消費占比分別為34.3%、19.2%、17.4%和16.6%,尤其是近10年來,天然氣發電、制造業、生活消費為天然氣使用的主要增長點,平均增速分別為17.1%、13.4%和11.3%。
雖然天然氣生產量、消費量以及天然氣占一次能源消費比例增長較快,但天然氣占一次能源消費比例仍較低。我國天然氣應用有廣闊的發展空間,以天然氣發電為例,我國燃氣發電裝機和發電量占比遠低于全球平均水平。隨著我國經濟的不斷發展和電力需求的持續增長,得益于我國天然氣行業的高速發展和能源供應能力的逐步提升,天然氣發電行業將大有可為。2012-2018年中國天然氣發電裝機容量及占比、2012-2018年中國天然氣發電量及占比分別如圖1和圖2所示。

圖1 2012-2018年中國天然氣發電裝機容量及占比

圖2 2012-2018年中國天然氣發電量及占比
從2006年起我國開始進口天然氣,到2018年我國天然氣的對外依存度已超 45%,2014-2019年中國天然氣進口數量及增速趨勢,如圖3所示。

圖3 2014-2019年中國天然氣進口數量及增速趨勢
為提高天然氣供應保障能力,我國還建設了多條天然氣進口通道。目前主要有以下幾條進口天然氣管道:
(1)中亞天然氣管道:主要氣源進口國為土庫曼斯坦、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等中亞國家。
(2)中俄天然氣管道:中俄兩國于 2014年簽訂相關備忘錄和購銷合同,2018年管道開始投入運營,分為俄羅斯東線和西線兩條線路。
(3)中緬天然氣管道:2013年投入運營,氣源主要來自于東南亞沿海地區。
隨著管道保障能力增加,以及國內需求增加,我國進口天然氣將保持大幅增長趨勢。氣源的多元化,也將使中國天然氣進口均價呈現下降趨勢。
由于中國對環境保護的日益重視,全社會節能減排和環境保護意識不斷提高,未來天然氣在一次能源中的比重將越來越大。中國天然氣市場的發展前景,具有以下幾種趨勢。
得益于天然氣產量以及儲量的高速雙增長,進入 21世紀,我國天然氣產業駛入發展快車道,天然氣消費量快速增長。我國天然氣儲量占全球儲量的占比雖然不高,但隨著技術的進步,尤其是頁巖氣技術的突破,儲量還是呈現穩步增長的態勢。只是近幾年探明儲量增長率并不高,而且還有逐年下降的趨勢,加大國內天然氣資源的開采,將有效緩解天然氣對外依存,對確保國家能源安全有一定的積極作用。產量和消費的巨大缺口需要從加大我國天然氣開采和擴大天然氣進口兩方面同時著手,雙管齊下將是解決我國天然氣儲量不足的有效途徑。
目前我國一次能源首選還是煤炭,天然氣在我國一次能源消費中的占比并不高。伴隨著我國經濟的快速發展,環保要求的日益嚴格,天然氣作為清潔能源,其在一次能源消費中的占比將穩步提高。2019年全國能源消費結構如表1所示,其中煤炭消費量占能源消費總量的57.7%,比上年下降1.5%;天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量的23.0%,比上年上升1.3%。

表1 2019年全國能源消費結構 %
表1中數據表明,天然氣消費在各類主要能源消費中占比是最低的。因此為提高天然氣在主要能源消費中的占比,進口天然氣將依然占有重要的地位,未來我國對進口天然氣依存度在短時間內將不會下降。
中國經濟高速發展,能源保障必不可少,因此工業用天然氣的比重勢必加大。天然氣的應用范圍也將逐步擴大,主要可以應用在發電、化工、家電、陶瓷、玻殼、工藝玻璃、金屬切割等領域。
天然氣用于發電的應用實例逐年增多。過去 5年,中國天然氣消費量年均增長率為12%,其中工業用氣增速為 17%,而天然氣發電用氣增速則為18%。從國內天然氣用氣結構看,用于工業用氣的天然氣比重占63.5%,其中發電用氣占比達17.9%。天然氣作為燃料,有效降低了發電企業中燃煤的使用量,有利于緩解煤炭能源緊缺問題,有利于降低環境污染,而且長遠經濟效益明顯。因為天然氣發電的單位裝機容量所需投資較少、建設工期短、符合清潔環保和低污染的要求,且具有能源利用率高、可熱電聯產等不言而喻的顯著優勢。
以下以上海H公司天然氣發電的實踐為例,分析發電企業中天然氣需求量的快速增長。
4.3.1 上海H公司天然氣發電實例
H公司的燃料價格為2.45元/m3(含稅價,以下涉及價格的,均指含稅價)。由于上海燃氣電廠大部分機組承擔電力調峰功能,為體現天然氣發電對電網的備用和調峰價值,解決燃氣電廠合理發展和生存問題,上海電網實行了天然氣發電兩部制電價。兩部制電價即分為容量電價和電量電價:容量電價通過發電機組的裝機可用容量獲得,機組的備用和調峰價值通過可用容量體現;電量電價通過發電上網獲得。
自2019年9月1日起,上海市發展和改革委員會為了實現本市天然氣發電價格的調整,下發了《關于優化調整本市天然氣發電上網電價機制有關事項的通知》。通知中明確要求下調現役運行的天然氣調峰和熱電聯產發電機組的容量電價,騰出電價空間滿足新上機組的上網電價需求,即從2019年9月1日至2020年8月31日,H公司機組容量電價和電量電價在現執行電價基礎上,分別下調3.62元/(kW·月)和 0.009 1元/(kW·h)。2020年 9月1日起,H公司機組容量電價和電量電價分別按照37.01元/(kW·月)和 0.480 2元/(kW·h)執行。
燃機發電與煤機發電能耗和環保排放指標對照見表2。

表2 燃機發電與煤機發電能耗和環保排放指標對照
從表2可以看出,1臺F級燃氣-蒸汽聯合循環機組與當今世界先進的超超臨界百萬kW燃煤機組相比,機組熱耗可減少1 335 kJ/(kW·h),效率可提高14%以上,每發1 kW·h可節約標煤約50 g。可見天然氣發電能源利用效率明顯高于燃煤機組。此外,天然氣發電機組運行期間,其大氣污染物排放速率小,年排放總量與百萬kW燃煤機組超凈排放改造后的數據相比,總量還要小。
應用天然氣作為燃料氣,H天然氣發電公司2017-2019年的經營技術經濟指標,如表3所示。

表3 H公司2017-2019年技術經濟指標
4.3.2 國內天然氣發電項目發展的建議
結合上海H公司天然氣發電項目籌建投產、商業運營以來的實際情況,對國內同行企業今后天然氣發電的能源建設項目提出以下幾點建議:
(1)要根據本地資源狀況和國際能源形勢,及時調整天然氣發電市場定位。
(2)需制訂與我國實際情況相符的天然氣電廠運營政策機制。
(3)完善天然氣發電上網電價機制。
(4)爭取合理的天然氣用氣價格。
(5)努力增加天然氣電廠規避經營風險的途徑。
2017年7月,國家發改委和國家能源局等十三個部委聯合印發了《關于加快推進天然氣利用的意見》,明確了逐步把天然氣培育成為我國主體能源之一的戰略定位。天然氣發展“十三五”規劃中明確提出了力爭2020年、2030年天然氣占一次能源消費比重分別達到10%和15%的目標。
2018年我國城市人工煤氣供氣總量44.1億m3,天然氣供氣總量1 271.7億m3,液化石油氣供氣總量1 178.8萬t,分別比上年減少6.5%、增長12.6%、增長3.8%,天然氣對于液化石油氣和人工煤氣的替代加速。2019年我國城市人工煤氣供氣總量降至37.5億m3,天然氣供氣總量超過1 300億m3。2020年我國城市人工煤氣將降至33億m3,天然氣供氣總量將繼續上漲。
從長遠來看,天然氣作為一種極具發展前途的清潔能源,具有長期投資和向好的投資方向。在當前國家堅持綠色發展、生態發展的背景下,天然氣在各類領域中的應用前景廣泛,特別是在工業領域大規模應用大有可為。政府應及時出臺配套的相關政策,給予有力的扶持。