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煤电过多!天然气发电需要“补课式”发展?

2015-12-24 16:19来源:能源杂志作者:张树伟 申红帅关键词:燃煤发电天然气发电燃气电厂收藏点赞

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基于系统成本最小化目标,我国的电力系统无疑存在着煤电过多、天然气发电过少的问题,天然气发电的“补课式”发展需要成为“十三五”规划的目标,并且是置于整体的电力与能源目标之下的。同时,电力行业的体制改革,特别是体现时间价值的价格机制的建立是天然气“补课式”发展的必要前提。

即使以行政特权的方式获得装机份额,燃气发电生存状况也会堪忧。而这在长期,无疑意味着一个扭曲的电源结构,一个更大成本的电力系统,也会使得长期清洁低碳的转型愈加困难。

因为长期依赖煤炭发电的缘故,电力规划的方法基本是围绕煤炭展开的,其他的电源发展在多数规划中是外生给定的,不存在内生的选择。

2015年4月,美国月度发电量统计显示,燃气电厂发电量首次超过了燃煤。这是美国历史上的第一次,其出现的原因在于低廉的天然气价格(部分地区低过煤炭)与燃煤发电日益提高的成本。

在我国,天然气比煤贵,而且天然气发电成本至少是煤炭两倍的认知仍是主流。现实情况是:如果以等价热值算,天然气的确可能比煤炭贵几倍;但气电成本是火电的两倍则完全是误导性的。天然气发电度电成本比煤贵还是便宜,这完全取决于机组工作在何种位置,是峰荷、腰荷还是基荷,利用小时数有多少。基于基荷甚至不同发电小时数的比较缺乏任何含义。

过去,电力行业的规划模式、定价模式与调度模式共同导致了天然气电厂在我国生存艰难,而这往往意味着结构的扭曲与系统总成本的增加,以及长期的环境不可持续。燃气发电行业的停滞不前,使得上游燃机制造业也未实现完全突破,国产化仍旧是个目标。

基于一个最优系统的标准,天然气发电的份额是严重偏低的,即使不考虑它的环境特性,以及灵活爬坡性能等。

影响系统优化

一个电力系统的基本概念是电力需求随时波动的。峰谷差可能超过50%,而未来可能还要大。如果可再生能源占据系统显著份额,比如超过20%,由于可再生能源的波动性出力,可能系统就没有基荷了。这也就意味着,所有的机组的利用小时数都要打很大折扣。

典型的,最高峰的时刻(比如夏季中午傍晚空调用电高峰,冬季傍晚高峰)每年也就几百个小时,这部分需求电量极其有限,但是容量要求非常高。巨大的一次固定资产投资要在有限的时间内摊销,那么这部分投资显然要越小越好,而燃料消耗由于总量小而变得次要,甚至无关紧要。

气电的单位千瓦投资成本比煤电更低(大约20%-30%)。这种情况下,天然气机组,特别是单循环机组(能源效率变得无关紧要),是相比煤电机组成本更低、经济效率更好的选择,尽管天然气的单位能量成本还是比煤高很多。

因为长期依赖煤炭发电的缘故,电力规划的方法基本是围绕煤炭展开的,其他的电源发展在多数规划中是外生给定的,不存在内生的选择。在相当部分规划中,最大负荷点的容量平衡(比如夏季典型日、冬季典型日)与全年的电量平衡是基本的规划套路。这种“点”时刻的分析中,往往有限的内生变量就是煤电的容量(满足剩余负荷)与利用小时数(满足剩余电量),无法得到关于天然气发电的任何含义。相应的规划迫切需要方法论方面的讨论与改进。

这一问题突出地体现在非煤能源占据主导地位的地方,比如水电丰富的云南、四川,以及具有本地特点的辽宁、甘肃等地。西南地区的水电一旦建成,其运行成本很低,有足够的竞争力在能源与电力结构中占据主导的地位,这也是整个系统成本最小化的要求。这种情况下,其他电源形式,无疑将拥有有限的发电小时数,主要应用于枯水期以及备用。这种情况下,本地还存在超过千万的煤电机组,而天然气机组少到可以忽略的地步。这种结构是如何形成的,为什么要用煤电来满足腰荷甚至是峰荷,需要有个历史性的原因回顾。

基于目前全国各省区的负荷曲线形状,天然气机组的份额(主要是单循环机组)总体上要占到最大负荷的接近10%,整个系统才是成本最低的。再考虑相应的备用水平,天然气装机至少1.5亿才是目前负荷特性与发电技术经济特点下的最优水平。但是,实际有效的装机水平还远低于这一水平。

原标题:煤电过多!天然气发电需要“补课式”发展?
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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