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全球天然气发电现状与展望

点击:       添加时间:2020-10-10       来源:电力决策与舆情参考

全球天然气发电现状与展望

杨永明

(能源情报研究中心)

一、天然气发电市场概况

2018年,全球气电装机18亿千瓦,占全球电源装机的四分之一,其中北美、中东气电装机占比较高。北美气电在21世纪初取代煤电成为第一大电源品种,2018年装机占比高达41.2%。欧洲发电装机结构较为均衡,气电装机占比为27.9%。中东发电以气为主,2018年燃气发电装机占66.4%。

发电量方面,根据BP 2020年6月发布的第69版《世界能源统计年鉴》,2019年全球天然气发电量为6297.9太瓦时,同比增长3.5%;在全球总发电量中占比23.3%,同比提高0.5个百分点。在各类电源发电量中,天然气发电量排名第二,低于煤电,从增速上看,气电是除可再生能源以外增长最快的电源类型。

具体到地区/国家层面,2019年全球天然气发电量增量主要来自美国、中国和欧洲地区。其中,美国天然气发电量1700.9太瓦时,同比增长121.6太瓦时,增幅7.7%;欧洲地区天然气发电量768.1太瓦时,同比增长38.2太瓦时,增幅5.2%;中国天然气发电量236.5太瓦时,同比增长21太瓦时,增幅9.7%。与2018年相比,中国天然气发电量增长有所放缓。欧洲地区部分国家天然气发电量的强劲增长受“煤改气”带动。在日本,2019年天然气发电量362.4太瓦时,同比减少24.5太瓦时,降幅6.3%,主要原因是核能发电量增加和总体电力需求下降。

值得一提的是,2019年天然气发电项目投资支出一改此前几年下降的趋势,上升到与2014~2015年相近的投资水平。IEA统计数据显示,2019年全球获得最终投资决定(FIT)的天然气发电项目装机超过55吉瓦。随着越来越多的可再生能源项目上线,今后全球新建天然气发电项目(特别是联合循环电厂)更多的是为了满足系统在灵活性、辅助服务等方面不断增长的需求。

受新冠肺炎疫情全球蔓延影响,截至2020年6月初,全球主要天然气市场都出现了不同程度的需求下降或增长放缓。IEA在其6月发布的《2020年天然气报告》中指出,整个2020年,全球各个部门天然气消费量都将下降,且发电部门所受影响最为严重。因疫情原因实施的地区封锁措施导致用电量减少,已经对天然气发电造成严重冲击。受电力需求下降和可再生能源发电增长的双重影响,天然气发电在欧洲受到的冲击尤其严重。在除中东以外的新兴市场,天然气发电在电力结构中占比较低,受到的影响相对较小。IEA的最新预测显示,2020年全球发电用天然气需求将同比下降约7%,占全球天然气需求下降的60%左右。

二、天然气发电发展环境分析

(一)经济性

制约天然气发电产业发展的首要因素是发电燃料成本高,影响到天然气发电的优势。近年来,天然气价格的下降趋势使之与燃煤发电相比逐步具备了竞争力,这对亚洲的气电发展至关重要,因为亚洲传统上是全球天然气价格最高的地区,且该地区的煤炭价格最低。2019年第一季度,日本和韩国天然气发电的平准化度电成本(LCOE)已低于燃煤发电。在中国,天然气发电的LCOE仍高于燃煤发电,但两者之间的差距缩小(见图3)。

数据来源:BNEF、Lazard、UT Austin、BCG analysis

图3  各国天然气发电与燃煤发电LCOE对比

在欧洲,碳排放权交易体系(ETS)中碳价在2018年初为每吨8欧元,到2018年底、2019年初已上涨至每吨20欧元以上。2019年,欧洲继续依靠碳税和碳价调整能源结构,碳价在整个年度上涨近70%,天然气发电的环境价值体现得愈发明显。低廉的天然气价格加上高昂的碳价,使得地区天然气发电的经济性超越燃煤发电。2019年,欧洲天然气逐渐取代发电用煤,有力地拉动了地区天然气发电量增长。

(二)技术方向

1.天然气发电与新能源发电业务高度融合

尽管可再生能源等零碳能源被认定是未来的主力能源,但天然气作为发电燃料依然有巨大的发展空间,仍可在低碳转型中发挥巨大作用。伴随可再生能源装机容量的大幅提升,电网负荷的峰谷差越来越大,需要有容量足够且灵活启停的电厂来调节电网负荷峰谷。同时,为了确保系统功率和负荷平衡,需要有容量足够且负荷灵活的电厂来对电网提供调频服务。未来,大量操作灵活的天然气发电机组可以提供调峰调频服务,协助将可再生能源整合到能源系统中。

国际大石油公司在发展各项可再生能源发电业务的同时,也保留了发挥天然气发电的优势选项,将天然气发电与新能源发电业务高度融合。如BP公司成立的“天然气与低碳板块”,将供气、气电与可再生发电、储能与充电、氢能和CCUS技术等业务整合。意大利埃尼集团寻求天然气与可再生能源在发电业务上的协同效应。道达尔则在2017年就成立了“天然气、可再生能源和电力部”,以充分挖掘天然气、可再生能源等在电力价值链中的协同发展潜力。

2.碳减排技术是天然气发电的重要技术选择

碳减排技术是煤电未来发展的重要技术选择,同样也是天然气发电未来发展的重要技术选择,低碳技术的突破,可以为天然气发电行业发展换取新的空间。与常规的碳捕集与封存(CCS)技术相比,碳捕集、利用和封存(CCUS)技术将捕集的二氧化碳广泛应用于各种领域,从而实现其资源化利用,因此也更具有现实操作性。在能源领域,CCUS被认为是目前能实现化石能源低碳利用、未来能大规模减少温室气体排放的可行技术。IEA数据显示,目前全球开发的16个CCUS项目中有5个涉及天然气发电项目,其中包括美国于2020年4月宣布的一个天然气发电厂计划。尽管目前各国在运天然气发电厂尚无大型CCUS项目,但是在IEA发布报告中的可持续发展情景,到2030年,全球配备CCUS项目的天然气发电厂装机将达到35吉瓦。

此外,值得一提的还有NET Power位于美国得克萨斯州的50兆瓦天然气发电厂。该发电厂的技术价值在于彻底摒弃传统的以水蒸气为工作介质的热能循环过程,采用Allam循环技术,将二氧化碳作为工作介质驱动专门设计的涡轮机。这是全球首座在不额外增加成本的情况下有效捕获所有排放物的化石燃料电站。NET Power示范项目已于2018年开始运营。

(三)政策环境

近年来,全球二氧化碳排放量连创新高,面对气候和环境压力,各国对低碳发展愈发重视。相比电力清洁化比例已经较高的欧美地区,以发展中国家居多的亚洲等地区天然气消费水平相对较低,也更具有天然气需求愿望。不少发展中国家均制定了有关促进天然气发展的规划和计划。

另一方面,天然气发电也面临着不少挑战。2019年11月,欧洲投资银行宣布,为应对气候变化挑战,将在2021年底前停止为一切化石能源项目提供贷款,根据这一投资新政,包括天然气发电项目在内的绝大多数化石能源项目都将排除在融资范围外,这意味着今后在欧洲天然气发电项目融资将受阻。欧洲投资银行也因此成为全球首个提出削减天然气项目贷款的主要多边金融机构。这背后的逻辑不难理解,欧洲多数国家处于工业化后期,能源结构特别是电气化方面处于较高水平,清洁化比例较高,天然气需求方面难以再有大的突破。并且根据欧盟中长期发展规划,可再生能源才是未来的发展重点。

三、展望

天然气发电具有减排效果,这使得天然气作为一种灵活的过渡燃料逐渐取代发电用煤。在IEA发布的《2019年世界能源展望》的可持续发展情景(SDS)下,全球天然气发电量将在本世纪20年代后期超过燃煤发电量,但IEA认为,如果天然气发电行业不采用CCUS技术,此后天然气发电量将稳步下降。与此同时,作为天然气的低碳替代品,可再生能源将在2030年前取代天然气,加速引领全球发电量增长。到2040年,可再生能源发电将占全球电力供应的三分之二。

在2020年9月发布的《BP世界能源展望》(2020年版)中,BP表示,天然气发电在能源系统的低碳转型中,有如下两项潜在的重要作用:一是在经济快速增长的发展中国家,这些国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,天然气的利用可以减少煤炭的使用;二是天然气结合CCUS技术,可实现零碳或近零碳发电。在快速转型情景(Rapid)和净零情景(Net Zero)下,全球天然气需求将分别在21世纪30年代中期和20年代中期达峰,且到2050年分别降至2018年水平和比2018年低三分之一,届时结合CCUS的天然气需求分别占到一次能源的8%~10%。