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当前,能源低碳、高效成为推动世界经济社会可持续发展的首选,天然气作为一种优质、低碳、高效能源当然备受青睐。在煤、石油、天然气三大化石能源中,天然气含氢比例最低,热能利用效率高,相同质量条件下热值最高,碳排放量仅为煤炭的一半。
(文章来源:微信公众号“能源情报” ID:eipress文/万宏 王震 唐廷川 雷涯邻 张安,中石油集团政策研究室 中国地质大学)
使用天然气发电,可提高电能生产效率 50%,天然气热电联产等方案是能源高效利用的典范。天然气作为清洁能源,是城市民用燃料、发电燃料、汽车燃料,也是合成氨和甲醇等化工产品的化工原料。2014 年,世界天然气消费总量达 3.39万亿m3,其中,居民和商业用气量约为 7000亿m3,工业燃料及原料用气量约为 1.4万亿m3,发电用气量约为 1.2万亿m3。20 世纪 70 年代以来,世界天然气发电产业快速发展,发电用天然气消费量急剧增加。1970—1990 年发电用天然气消费量年均增速仅为 3.6%,1990 年以后年均增速达6.8%,2014 年全球发电用天然气消费量占天然气消费总量的 37%。1970—2014 年,全球天然气发电量年均增速超过 5%,在总发电量中的占比由 1971 年的 10.3%提高到 2013 年的 21.8%。
美国、日本、韩国及欧洲部分发达国家已将天然气作为发电的主要能源之一,而我国天然气发电还处于起步阶段。当前制约我国天然气发电产业发展的因素除资源禀赋、技术装备之外,相关政策不完善、支持力度不够也是重要原因。系统分析和总结全球一些发达国家天然气发电政策与发展经验,研究提出我国天然气发电政策建议,对有效降低碳排放和改善大气环境、加快我国天然气产业发展、推动能源结构调整等将具有重要意义。
1发达国家天然气发电产业情况
1.1主要国家天然气发电情况
1.1.1美国
美国天然气发电主要经历了两个重要时期:第一阶段,天然气应用管制时期。1978 年,为确保居民用户用气供应,议会制定了《发电厂和工业燃料使用法案》(The Power Plants and Industrial Fuel Use Act)。该法案禁止在新的工业锅炉和电厂中使用石油天然气,导致 20 世纪 80 年代天然气需求大幅下降,市场也转为多年供大于求态势。1987 年,政府废除了这些限制使用天然气燃料的相关法案条款,从而推动了美国天然气发电进入快速发展阶段。此外,90 年代天然气价格较低,也是推动燃气发电机组快速建设的一个重要原因。
1998 年,美国天然气发电用气量超过居民用气,所占比重达 20.6%,成为天然气消费第二大领域。21 世纪初,受气价逐步走高影响,燃气发电产业发展速度放缓,但天然气装机容量仍持续增加,并高于其他燃料增长。第二阶段,页岩气革命。随着水平井与压裂技术水平不断进步,近 10 年美国页岩气田得到了大规模经济性开采,推动了天然气供应大幅增长、价格大幅下降,进而促使天然气发电成本大幅降低,加之天然气发电站比燃煤发电建造更为容易、成本更低以及污染排放更少等因素,天然气发电比重大幅增加,由 1990 年的 11% 左右提升到 2000 年的 16%,进而提升到 2010 年的 23.9%。形成了天然气替代煤炭的态势,煤炭发电比例由 2000 年的52% 下降到 2013 年的 39%。
1.1.2日本
由于地理位置属于岛屿,日本无法从周边国家获取电力,只能依靠本土发电。第二次世界大战前,日本政府对电力公司实现统一管理。1931 年,日本政府颁布《电气事业改正法》,随后成立电力委员会及电力联盟,加强对电力行业的管制;1942 年,基本形成了由日本发送电公司负责发电,北海道、东北、关东、中部等 9 家公司分区域负责配电业务。第二次世界大战后,日本经济重建受到电力供给短缺制约,开始放松电力行业管制,着力进行市场化改革。特别是两次“石油危机”,促使日本政府出台了《发电用地周边整备法》、《电源开发促进税法》和《电源开发促进对策特别会计法》,推动了电力行业快速发展,并通过建设核电站减少对石油的依赖。石油发电的总发电量占比由 1980 年的 46% 降至 2013 年的 15%,天然气和煤炭的总发电量所占比重得到提升,天然气发电量占总发电量的比例由 1980 年的 15% 升至 2013 年的 43%,煤炭发电占比也由 1980 年的 5% 升至 2013 年的 30%。
为保持电力供给和消费稳定,日本政府大力补贴太阳能发电等新能源接入电力体系,优化发电结构,在电力行业批发、消费等环节不断引入竞争机制,逐步形成了目前由 10 家电力公司为主、独立发电商为辅的发输配电结构。日本天然气资源匮乏,发电用天然气主要来源于进口 LNG。1970 年,日本东京电力公司、东京煤气公司联合从美国阿拉斯加进口 LNG 用于南横滨电厂 1-2 号机组发电。此后天然气电厂在日本得到快速发展,大型发电企业积极建设 LNG 电站。截至 2014年,日本 LNG 发电装机容量占总发电装机容量的 65%以上。
1.1.3英国
20 世纪 70 年代,随着英国大陆架天然气产量迅猛增长,天然气消费量迅速提高,天然气一次能源消费占比由 1970 年的 5% 升至 1990 年的 25%。90 年代,英国电力市场私有化改革,推动天然气快速发展,2000 年天然气的一次能源消费占比提升至 41%;天然气发电份额也相应大幅上升,占比由 1990 年的 1.1%升至 2000 年的 29.4%。2000—2010 年,天然气消费份额相对稳定,2010 年天然气的一次能源消费占比约为43%。2010 年后,受英国产业结构调整、能源效率提升,以及经济下滑、煤电和可再生能源竞争等影响,天然气消费量明显下滑,一次能源消费占比降至 2014 年的32%。与天然气行业发展趋势相一致,英国天然气发电起步于 60 年代,当时装机容量比例很低,不足 0.2%;70 年代前半期天然气发电发展较快,1974 年发电份额已接近 8%,但由于 1973 年第二次石油危机已影响欧洲能源安全,1975 年欧盟委员会发布指令限制天然气发电,造成 80 年代该产业 10 年停滞不前;90 年代,随着英国竞争性电力市场改革的开启和燃气—蒸汽联合循环发电技术的成熟,天然气发电迅速发展,2014年天然气发电装机容量为 3378.4万k W,占全国总装机容量的 39.75%。
1.1.4俄罗斯
俄罗斯天然气资源非常丰富,2013 年全俄天然气探明储量为 48.8万亿m3,世界排名第一。多年来,天然气工业是俄罗斯国民经济支柱产业,天然气也一直是发电用主要能源,天然气发电量占总发电量一半以上。2014 年,俄罗斯天然气发电量达5065亿k W˙h,占总发电量的 47.6%,其次分别是煤电、水电、核电和油电。
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