加州經濟發達，電力需求強度大，其電力供應運行經驗對美國、歐洲以及我國電力和能源轉型均有借鑒意義

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

新型電力系統建設是我國能源轉型的重要目標。新型電力系統強調電力供應以新能源為主體，穩定性是第一要求。當前及今后較長時期，大力發展天然氣發電，形成“天然氣+新能源”的電力供應模式對于新型電力系統建設有重要意義。
 

 

美國加州電力供應在吸取以往斷電教訓基礎上，加大天然氣發電供應力度，有效應對了2022年九月創紀錄的用電高峰的挑戰和壓力。加州經濟發達，電力需求強度大，其電力供應運行經驗對美國、歐洲以及我國電力和能源轉型均有借鑒意義。

 

 

 

01

 

 

非化石能源比重高是加州歷史上出現電力短缺重要原因之一

 

 

 

 

 

2020年八月美國加州曾出現高溫天氣，由此導致電力需求激增以及供應不足的大面積停電。除電網設施老化以及電網調度能力不足等因素之外，非化石能源電力比重大且不穩定是造成大停電的又一重要誘因。

2019年非化石能源發電量在加州的總電力供應中占比接近60%，是名副其實主體電力。非化石能源雖然環保，但其中的水電、太陽能及風能對季節氣候變化較為敏感，抗波動能力較差，容易出現隨天氣變化的電力供應波動現象。最典型的表現就是光伏發電在夜間不工作，風電在極端氣象導致的風力不足條件下經常出現運轉能力下降，水電遇到干旱供應能力會大幅降低甚至停滯。

核電供應雖穩定，且在加州有不到10%的份額，但民眾的反核行動使其發展受阻。加州雖然也在依靠儲能建設彌補可再生電力供應的不足，但時至今日電池儲能電力供應占電力供應量比例在1-2%，這樣規模短時應急尚可，但對基礎性穩定幾乎起不了作用。

 

 

02

 

 

氣電在2022年加州應對電力短缺中發揮重要影響

 

 

 

 

2020年出現電力短缺之后，加州采取了一系列措施予以應對，其中包括加強電網和儲能建設，發布節約用電倡議要求用戶節能以及分地區用戶輪流供電等手段。電網和儲能的建設非一朝一夕所能完成，輪流供電僅為特殊時期的權宜之計。

考慮到這些現實因素，加州聚焦電力結構的改善，提升天然氣發電在電力供應中比重以增強電力供應能力。特別是在夜間尤其重視氣電的供應以彌補夜間光伏發電出力的不足。從目前的情況看，天然氣發電在整個電力供應中的地位有進一步提升態勢。

EIA最新數據顯示，2022年9月隨著高溫天氣來襲，加州再次迎來創紀錄的電力需求時刻，2022年9月6日加州的用電量超過50吉瓦時。雖然加州的電力供應公司面對創紀錄的電力需求依舊在發出供應預警，但整個電力供應在強化電力供應結構調整等措施之下未出現以往的電力大面積中斷現象，其中天然氣發電作出了重大貢獻。數據顯示，本年度目前所有天數下午5點至晚9點時段天然氣發電占比達到38%；9月4日用電高峰所在星期的天然氣發電占總發電量的50%，該星期下午5點至晚9點時段的用電中天然氣發電占比超過50%。

截至九月份加州本年度主要電力系統電力供應中氣電占比達到了總電力供應量的32%，與47%的本土非化石能源電力以及20%的進口電力形成穩定的匹配關系，確保了加州在高溫天氣下的電力供應穩定。

 

 

03

 

 

加州重視發展氣電對我國電力轉型的啟示

 

 

 

 

我國提出雙碳目標之后，能源轉型進程進一步加快。根據目前的規劃目標，到2030年非化石能源在一次能源中占比將達到25%。2021年底我國全口徑非化石能源發電裝機容量11.2億千瓦，占全國發電裝機容量47%。

借鑒美國加州經驗，加大我國綠電規劃基地所在地區的氣電建設，形成氣電與綠電融合發展，對于保障國內電力供應穩定，實現低碳發展，助力碳達峰具有重要影響。目前我國在這一方面還存在如下問題。

1.氣電總體規模偏小，無論是作為主體電力還是調峰電力氣電貢獻都偏低。

2021年底中國燃氣發電裝機容量為1.1億千瓦，發電裝機排名世界第三。預計到2025年，燃氣發電裝機規模將達到1.5億千瓦左右，規模位居世界前列。但相比中國龐大的發電量，天然氣發電占總發電量的比例依然偏低。

2021年我國天然氣發電量約2726億千瓦時，只占全國發電量的3%。據BP世界能源統計數據，2021年全球天然氣發電量約6.5萬億千瓦時，在全球總發電量中占比22.9%。天然氣發電由于其占比偏低，決定了無論是將天然氣作為主體電力還是調峰電力，其對整個電力系統的貢獻都相對有限。

2.氣電項目分布不均衡，氣電對綠電的調峰支撐體系尚未建立起來。

截至2021年底，中國涉及燃氣發電項目(50MW+)的總數為469座，其中包含334座天然氣發電廠，135座天然氣分布式能源項目。這些燃氣發電項目中的424座以天然氣為主燃料，44座以煤氣為主燃料。目前燃氣發電主要分布在珠三角、長三角和華北地區，其中廣東、浙江、江蘇、北京位列前四名，已有裝機絕大多數以熱電聯產形式運行。單純發電燃氣機組多以調峰調頻為主，采用晝開夜停的兩班制運行方式。

我國風電、太陽能、水電在全國皆有分布，但資源稟賦不同。其中風電、太陽能發電基地集中在三北地區，水電主要集中在西北和西南。

從氣電分布的角度出發評判，氣電無論是規模還是分布與綠電的匹配程度均不高。根據我國現行的能源發展規劃，到2030年前后新能源將成為能源發展主體，現代能源體系基本形成。現代能源體系要滿足足以支撐碳達峰目標及確保能源供應穩定雙重目標，“天然氣+新能源”是現實選擇。

3.氣源低成本保障能力不足，氣電核心技術未突破，項目經濟性欠佳。

在增儲上產七年行動計劃的推動之下，2021年我國國內天然氣產量突破2050億立方米，同比增長7.7%，天然氣進口量也在增長，2021年度對外依存度達到43%。現行電價水平下，無論是國產氣還是進口氣，其供應成本目前均高于燃氣電廠的可承受價格，對燃氣發電推廣有著較大影響。

從成本構成看，國內天然氣產地距離發電項目遙遠導致輸送成本高，海外氣源高價購買，這些成本傳遞至氣電行業必然會增加氣電的成本壓力。同時，國內燃氣發電企業在燃氣輪機燃燒室、高溫透平葉片等關鍵熱部件方面自主設計和制造能力不足，需要依賴進口且投產后核心部件的運行維護受制于供應商，使得檢修維護費用居高不下，多重因素使得燃氣發電成本下降空間有限。

 

 

04

 

 

加快我國氣電發展，助力新型電力系統的建議

 

 

 

 

加州在美國各州中經濟實力位居前列，也是全球為數不多的主要依靠綠電運行的發達地區，其非化石能源占一次能源比重高于整個美國的平均水平，也高于歐洲整體，歐洲目前僅有少數國家綠電供應比例與加州接近。未來無論是美國其他地區還是歐洲，加州的能源供應經驗都是模板。對我國而言，加州經驗同樣也有示范和參考意義。為此，在借鑒加州的電力供應經驗基礎上，提出針對我國氣電發展建議。

1.重視氣電的發展規劃與布局。

我國已出臺《“十四五”現代能源體系規劃》《“十四五”可再生能源發展規劃》等系列規劃政策文件，明確了“十四五”及中長期能源發展目標。基于新能源發展目標，建議對氣電發展也做出相應動態規劃調整，總的思路是提速發展氣電。

氣電中長期調峰發電裝機容量應有一定的規模和增速，在總量上與新能源發展目標保持一定的比例匹配關系，這是支撐碳達峰目標得以實現的現實選擇。

燃氣發電具有運行靈活、啟停迅速、碳排放強度低、輸出功率范圍廣等優點，其有效容量能夠達到90%，是風電、光伏的近10倍，其穩定性、清潔性和爬坡調峰速度快優勢要高于煤電。氣電與儲能、新能源相互支撐應該成為新型電力系統的重要組成部分。

2.優化布局，因地制宜發展氣電以降低氣電成本。

在氣源產地、進口地因地制宜布局氣電項目可以有效節省氣源運輸成本，從而降低燃氣發電企業的原料成本，減輕燃氣發電成本壓力。

“三北”“川渝”地區是我國天然氣主產地，同時也是風能、太陽能富集區，屬于油氣與新能源融合的“超級盆地”。三北地區還是中亞氣、俄氣未來進口主要通道，可以因地制宜依托國產氣和進口氣就近布局氣電，與地區的風電、太陽能發電以及新形成的“沙戈荒”電力基地形成穩定匹配關系。同時依托東部進口氣源投資建設東部氣電項目，與東部沿海海上風電以及太陽能發電項目形成產業鏈協同。

3.依托碳稅、碳交易收入補貼氣電，加大氣電技術創新，減輕氣電成本壓力。

未來為有效支持綠電發展步入快車道，碳市場、碳稅以及支撐綠電發展的綠證交易制度將在我國逐漸發展起來。太陽能發電、風電目前技術已經取得商業化突破，成本出現大幅下降，未來隨著綠電扶持系列政策的實施，綠電行業將獲得一定的政策紅利。而氣電為綠電的穩定作出貢獻，因而可以從綠電行業紅利中享受部分收益，以克服其自身運營成本高的障礙與不足。

同時繼續加大燃氣輪機等核心技術攻關，力爭從行業內部取得成本突破。技術創新降本、綠電碳交易收入反哺氣電以及依托氣源就近供應布局氣電理論上應該能大幅降低氣電成本。此外，執行調峰電力市場化定價政策可以為氣電穩定運行“兜底”。