加州依靠气电实现稳定电力供应的启示及建议

新型电力系统建设是我国能源转型的重要目标。新型电力系统强调电力供应以新能源为主体，稳定性是第一要求。当前及今后较长时期，大力发展天然气发电，形成“天然气+新能源”的电力供应模式对于新型电力系统建设有重要意义。

（来源：微信公众号“ 能源新媒” 作者：济民）

美国加州电力供应在吸取以往断电教训基础上，加大天然气发电供应力度，有效应对了2022年九月创纪录的用电高峰的挑战和压力。加州经济发达，电力需求强度大，其电力供应运行经验对美国、欧洲以及我国电力和能源转型均有借鉴意义。

01

非化石能源比重高是加州历史上出现电力短缺重要原因之一

2020年八月美国加州曾出现高温天气，由此导致电力需求激增以及供应不足的大面积停电。除电网设施老化以及电网调度能力不足等因素之外，非化石能源电力比重大且不稳定是造成大停电的又一重要诱因。

2019年非化石能源发电量在加州的总电力供应中占比接近60%，是名副其实主体电力。非化石能源虽然环保，但其中的水电、太阳能及风能对季节气候变化较为敏感，抗波动能力较差，容易出现随天气变化的电力供应波动现象。最典型的表现就是光伏发电在夜间不工作，风电在极端气象导致的风力不足条件下经常出现运转能力下降，水电遇到干旱供应能力会大幅降低甚至停滞。

核电供应虽稳定，且在加州有不到10%的份额，但民众的反核行动使其发展受阻。加州虽然也在依靠储能建设弥补可再生电力供应的不足，但时至今日电池储能电力供应占电力供应量比例在1-2%，这样规模短时应急尚可，但对基础性稳定几乎起不了作用。

02

气电在2022年加州应对电力短缺中发挥重要影响

2020年出现电力短缺之后，加州采取了一系列措施予以应对，其中包括加强电网和储能建设，发布节约用电倡议要求用户节能以及分地区用户轮流供电等手段。电网和储能的建设非一朝一夕所能完成，轮流供电仅为特殊时期的权宜之计。

考虑到这些现实因素，加州聚焦电力结构的改善，提升天然气发电在电力供应中比重以增强电力供应能力。特别是在夜间尤其重视气电的供应以弥补夜间光伏发电出力的不足。从目前的情况看，天然气发电在整个电力供应中的地位有进一步提升态势。

EIA最新数据显示，2022年9月随着高温天气来袭，加州再次迎来创纪录的电力需求时刻，2022年9月6日加州的用电量超过50吉瓦时。虽然加州的电力供应公司面对创纪录的电力需求依旧在发出供应预警，但整个电力供应在强化电力供应结构调整等措施之下未出现以往的电力大面积中断现象，其中天然气发电作出了重大贡献。数据显示，本年度目前所有天数下午5点至晚9点时段天然气发电占比达到38%；9月4日用电高峰所在星期的天然气发电占总发电量的50%，该星期下午5点至晚9点时段的用电中天然气发电占比超过50%。

截至九月份加州本年度主要电力系统电力供应中气电占比达到了总电力供应量的32%，与47%的本土非化石能源电力以及20%的进口电力形成稳定的匹配关系，确保了加州在高温天气下的电力供应稳定。

03

加州重视发展气电对我国电力转型的启示

我国提出双碳目标之后，能源转型进程进一步加快。根据目前的规划目标，到2030年非化石能源在一次能源中占比将达到25%。2021年底我国全口径非化石能源发电装机容量11.2亿千瓦，占全国发电装机容量47%。

借鉴美国加州经验，加大我国绿电规划基地所在地区的气电建设，形成气电与绿电融合发展，对于保障国内电力供应稳定，实现低碳发展，助力碳达峰具有重要影响。目前我国在这一方面还存在如下问题。

1.气电总体规模偏小，无论是作为主体电力还是调峰电力气电贡献都偏低。

2021年底中国燃气发电装机容量为1.1亿千瓦，发电装机排名世界第三。预计到2025年，燃气发电装机规模将达到1.5亿千瓦左右，规模位居世界前列。但相比中国庞大的发电量，天然气发电占总发电量的比例依然偏低。

2021年我国天然气发电量约2726亿千瓦时，只占全国发电量的3%。据BP世界能源统计数据，2021年全球天然气发电量约6.5万亿千瓦时，在全球总发电量中占比22.9%。天然气发电由于其占比偏低，决定了无论是将天然气作为主体电力还是调峰电力，其对整个电力系统的贡献都相对有限。

2.气电项目分布不均衡，气电对绿电的调峰支撑体系尚未建立起来。

截至2021年底，中国涉及燃气发电项目(50MW+)的总数为469座，其中包含334座天然气发电厂，135座天然气分布式能源项目。这些燃气发电项目中的424座以天然气为主燃料，44座以煤气为主燃料。目前燃气发电主要分布在珠三角、长三角和华北地区，其中广东、浙江、江苏、北京位列前四名，已有装机绝大多数以热电联产形式运行。单纯发电燃气机组多以调峰调频为主，采用昼开夜停的两班制运行方式。

我国风电、太阳能、水电在全国皆有分布，但资源禀赋不同。其中风电、太阳能发电基地集中在三北地区，水电主要集中在西北和西南。

从气电分布的角度出发评判，气电无论是规模还是分布与绿电的匹配程度均不高。根据我国现行的能源发展规划，到2030年前后新能源将成为能源发展主体，现代能源体系基本形成。现代能源体系要满足足以支撑碳达峰目标及确保能源供应稳定双重目标，“天然气+新能源”是现实选择。

3.气源低成本保障能力不足，气电核心技术未突破，项目经济性欠佳。

在增储上产七年行动计划的推动之下，2021年我国国内天然气产量突破2050亿立方米，同比增长7.7%，天然气进口量也在增长，2021年度对外依存度达到43%。现行电价水平下，无论是国产气还是进口气，其供应成本目前均高于燃气电厂的可承受价格，对燃气发电推广有着较大影响。

从成本构成看，国内天然气产地距离发电项目遥远导致输送成本高，海外气源高价购买，这些成本传递至气电行业必然会增加气电的成本压力。同时，国内燃气发电企业在燃气轮机燃烧室、高温透平叶片等关键热部件方面自主设计和制造能力不足，需要依赖进口且投产后核心部件的运行维护受制于供应商，使得检修维护费用居高不下，多重因素使得燃气发电成本下降空间有限。

04

加快我国气电发展，助力新型电力系统的建议

加州在美国各州中经济实力位居前列，也是全球为数不多的主要依靠绿电运行的发达地区，其非化石能源占一次能源比重高于整个美国的平均水平，也高于欧洲整体，欧洲目前仅有少数国家绿电供应比例与加州接近。未来无论是美国其他地区还是欧洲，加州的能源供应经验都是模板。对我国而言，加州经验同样也有示范和参考意义。为此，在借鉴加州的电力供应经验基础上，提出针对我国气电发展建议。

1.重视气电的发展规划与布局。

我国已出台《“十四五”现代能源体系规划》《“十四五”可再生能源发展规划》等系列规划政策文件，明确了“十四五”及中长期能源发展目标。基于新能源发展目标，建议对气电发展也做出相应动态规划调整，总的思路是提速发展气电。

气电中长期调峰发电装机容量应有一定的规模和增速，在总量上与新能源发展目标保持一定的比例匹配关系，这是支撑碳达峰目标得以实现的现实选择。

燃气发电具有运行灵活、启停迅速、碳排放强度低、输出功率范围广等优点，其有效容量能够达到90%，是风电、光伏的近10倍，其稳定性、清洁性和爬坡调峰速度快优势要高于煤电。气电与储能、新能源相互支撑应该成为新型电力系统的重要组成部分。

2.优化布局，因地制宜发展气电以降低气电成本。

在气源产地、进口地因地制宜布局气电项目可以有效节省气源运输成本，从而降低燃气发电企业的原料成本，减轻燃气发电成本压力。

“三北”“川渝”地区是我国天然气主产地，同时也是风能、太阳能富集区，属于油气与新能源融合的“超级盆地”。三北地区还是中亚气、俄气未来进口主要通道，可以因地制宜依托国产气和进口气就近布局气电，与地区的风电、太阳能发电以及新形成的“沙戈荒”电力基地形成稳定匹配关系。同时依托东部进口气源投资建设东部气电项目，与东部沿海海上风电以及太阳能发电项目形成产业链协同。

3.依托碳税、碳交易收入补贴气电，加大气电技术创新，减轻气电成本压力。

未来为有效支持绿电发展步入快车道，碳市场、碳税以及支撑绿电发展的绿证交易制度将在我国逐渐发展起来。太阳能发电、风电目前技术已经取得商业化突破，成本出现大幅下降，未来随着绿电扶持系列政策的实施，绿电行业将获得一定的政策红利。而气电为绿电的稳定作出贡献，因而可以从绿电行业红利中享受部分收益，以克服其自身运营成本高的障碍与不足。

同时继续加大燃气轮机等核心技术攻关，力争从行业内部取得成本突破。技术创新降本、绿电碳交易收入反哺气电以及依托气源就近供应布局气电理论上应该能大幅降低气电成本。此外，执行调峰电力市场化定价政策可以为气电稳定运行“兜底”。