全球天然氣發電現狀與展望

發布時間: 2020-10-14 09:54:31   來源:電力決策與輿情參考  作者:楊永明

  楊永明 (能源情報研究中心)

  一、天然氣發電市場概況

  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%。歐洲發電裝機結構較為均衡,氣電裝機占比為27.9%。中東發電以氣為主,2018年燃氣發電裝機占66.4%。

  發電量方面,根據BP 2020年6月發布的第69版《世界能源統計年鑒》,2019年全球天然氣發電量為6297.9太瓦時,同比增長3.5%;在全球總發電量中占比23.3%,同比提高0.5個百分點。在各類電源發電量中,天然氣發電量排名第二,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/國家層面,2019年全球天然氣發電量增量主要來自美國、中國和歐洲地區。其中,美國天然氣發電量1700.9太瓦時,同比增長121.6太瓦時,增幅7.7%;歐洲地區天然氣發電量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,中國天然氣發電量增長有所放緩。歐洲地區部分國家天然氣發電量的強勁增長受“煤改氣”帶動。在日本,2019年天然氣發電量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統計數據顯示,2019年全球獲得最終投資決定(FIT)的天然氣發電項目裝機超過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電項目(特別是聯合循環電廠)更多的是為了滿足系統在靈活性、輔助服務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了不同程度的需求下降或增長放緩。IEA在其6月發布的《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,且發電部門所受影響最為嚴重。因疫情原因實施的地區封鎖措施導致用電量減少,已經對天然氣發電造成嚴重沖擊。受電力需求下降和可再生能源發電增長的雙重影響,天然氣發電在歐洲受到的沖擊尤其嚴重。在除中東以外的新興市場,天然氣發電在電力結構中占比較低,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、天然氣發電發展環境分析

  (一)經濟性

  制約天然氣發電產業發展的首要因素是發電燃料成本高,影響到天然氣發電的優勢。近年來,天然氣價格的下降趨勢使之與燃煤發電相比逐步具備了競爭力,這對亞洲的氣電發展至關重要,因為亞洲傳統上是全球天然氣價格最高的地區,且該地區的煤炭價格最低。2019年第一季度,日本和韓國天然氣發電的平準化度電成本(LCOE)已低于燃煤發電。在中國,天然氣發電的LCOE仍高于燃煤發電,但兩者之間的差距縮小(見圖3)。

  數據來源:BNEF、Lazard、UT Austin、BCG analysis

  圖3 各國天然氣發電與燃煤發電LCOE對比

  在歐洲,碳排放權交易體系(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,歐洲繼續依靠碳稅和碳價調整能源結構,碳價在整個年度上漲近70%,天然氣發電的環境價值體現得愈發明顯。低廉的天然氣價格加上高昂的碳價,使得地區天然氣發電的經濟性超越燃煤發電。2019年,歐洲天然氣逐漸取代發電用煤,有力地拉動了地區天然氣發電量增長。

  (二)技術方向

  1.天然氣發電與新能源發電業務高度融合

  盡管可再生能源等零碳能源被認定是未來的主力能源,但天然氣作為發電燃料依然有巨大的發展空間,仍可在低碳轉型中發揮巨大作用。伴隨可再生能源裝機容量的大幅提升,電網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節電網負荷峰谷。同時,為了確保系統功率和負荷平衡,需要有容量足夠且負荷靈活的電廠來對電網提供調頻服務。未來,大量操作靈活的天然氣發電機組可以提供調峰調頻服務,協助將可再生能源整合到能源系統中。

  國際大石油公司在發展各項可再生能源發電業務的同時,也保留了發揮天然氣發電的優勢選項,將天然氣發電與新能源發電業務高度融合。如BP公司成立的“天然氣與低碳板塊”,將供氣、氣電與可再生發電、儲能與充電、氫能和CCUS技術等業務整合。意大利埃尼集團尋求天然氣與可再生能源在發電業務上的協同效應。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同發展潛力。

  2.碳減排技術是天然氣發電的重要技術選擇

  碳減排技術是煤電未來發展的重要技術選擇,同樣也是天然氣發電未來發展的重要技術選擇,低碳技術的突破,可以為天然氣發電行業發展換取新的空間。與常規的碳捕集與封存(CCS)技術相比,碳捕集、利用和封存(CCUS)技術將捕集的二氧化碳廣泛應用于各種領域,從而實現其資源化利用,因此也更具有現實操作性。在能源領域,CCUS被認為是目前能實現化石能源低碳利用、未來能大規模減少溫室氣體排放的可行技術。IEA數據顯示,目前全球開發的16個CCUS項目中有5個涉及天然氣發電項目,其中包括美國于2020年4月宣布的一個天然氣發電廠計劃。盡管目前各國在運天然氣發電廠尚無大型CCUS項目,但是在IEA發布報告中的可持續發展情景,到2030年,全球配備CCUS項目的天然氣發電廠裝機將達到35吉瓦。

  此外,值得一提的還有NET Power位于美國得克薩斯州的50兆瓦天然氣發電廠。該發電廠的技術價值在于徹底摒棄傳統的以水蒸氣為工作介質的熱能循環過程,采用Allam循環技術,將二氧化碳作為工作介質驅動專門設計的渦輪機。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)政策環境

  近年來,全球二氧化碳排放量連創新高,面對氣候和環境壓力,各國對低碳發展愈發重視。相比電力清潔化比例已經較高的歐美地區,以發展中國家居多的亞洲等地區天然氣消費水平相對較低,也更具有天然氣需求愿望。不少發展中國家均制定了有關促進天然氣發展的規劃和計劃。

  另一方面,天然氣發電也面臨著不少挑戰。2019年11月,歐洲投資銀行宣布,為應對氣候變化挑戰,將在2021年底前停止為一切化石能源項目提供貸款,根據這一投資新政,包括天然氣發電項目在內的絕大多數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。這背后的邏輯不難理解,歐洲多數國家處于工業化后期,能源結構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。并且根據歐盟中長期發展規劃,可再生能源才是未來的發展重點。

  三、展望

  天然氣發電具有減排效果,這使得天然氣作為一種靈活的過渡燃料逐漸取代發電用煤。在IEA發布的《2019年世界能源展望》的可持續發展情景(SDS)下,全球天然氣發電量將在本世紀20年代后期超過燃煤發電量,但IEA認為,如果天然氣發電行業不采用CCUS技術,此后天然氣發電量將穩步下降。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,加速引領全球發電量增長。到2040年,可再生能源發電將占全球電力供應的三分之二。

  在2020年9月發布的《BP世界能源展望》(2020年版)中,BP表示,天然氣發電在能源系統的低碳轉型中,有如下兩項潛在的重要作用:一是在經濟快速增長的發展中國家,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;二是天然氣結合CCUS技術,可實現零碳或近零碳發電。在快速轉型情景(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,屆時結合CCUS的天然氣需求分別占到一次能源的8%~10%。

      關鍵詞: 燃氣發電
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