碳排放目标背景下我国天然气发电发展路径分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21075

摘要/Abstract

摘要：

为应对全球气候变化，我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和，为实现这一目标，电力行业的能源结构转型愈加紧迫。相比于燃煤发电，天然气发电(简称“气电”)具有效率高、污染小、灵活性强的特点。为探索其在碳排放目标背景下的发展模式，总结回顾了我国“十三五”期间气电发展情况，结合对国外气电发展历程及欧洲在脱碳过程中电力行业转变的研究，指出“十四五”期间气电将会有进一步发展，体现在布局更加广泛、竞争更加激烈、大型化与小型化相结合的特征更为突出、低排放燃烧器及选择性催化还原改造更为普及。与此同时，气源紧张、管网建设及储气调峰能力不足、核心技术依赖国外等制约气电发展的问题依然存在。基于此，提出相应发展建议，以期为我国气电的健康发展及电力转型升级提供参考。

关键词: 碳排放, 碳中和, 天然气发电, 能源转型升级

Abstract:

In response to global climate change, China has vowed to peak its carbon dioxide emissions by 2030 and strive to be carbon neutrality by 2060. In order to achieve this goal, the transformation of energy structure is becoming more and more urgent. Compared with coal-fired power generation, natural gas has the characteristics of high power generation efficiency, low pollution and strong flexibility. In order to explore its development mode under the background of carbon emission targets, a summary and review of the development of gas power generation in China during the 13th Five-Year Plan period was performed. Combined with the development history of gas and electricity in foreign countries and transformation of power industry in the process of decarbonization in Europe, it is pointed out that during the 14th Five-Year Plan period, gas power will have further development. It is reflected in the wider layout, more intense competition, more prominent features of the combination of large and small scale, and more popularization of low emission burners and selective catalytic reduction transformation. At the same time, there are still problems that restrict development of gas power, such as shortage of gas sources, insufficient capacity of pipeline network construction and gas storage, and dependence on foreign technologies. Based on this, the corresponding development suggestions were put forward in order to provide useful reference for the healthy development of China’s gas power and the transformation and upgrading of gas power.

Key words: carbon emission, carbon naturality, natural gas power, energy transformation and upgrading

中图分类号:

TK 01

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图/表 9

图1 200~600 MW燃煤机组与E 级、F 级燃气机组的NO x 、SO2、CO2排放量比较

Fig. 1 Comparison of NO x, SO2, CO2 emission between 200-600 MW coal-fired units and class E and class F gas-fired units

表1 各种电站形式投资成本与利用率比较

Tab. 1 Comparison of investment and utilization rate of various power station forms

电站形式	负荷性质	单位投资/(万元/kW)	能源利用率
燃煤电站	上网	0.3~0.45	45%~50%
燃气蒸汽联合循环电站	上网	0.3~0.35	50%~60%
区域式分布式电站	工业应用	0.6~1.0	70%左右
楼宇式分布式电站	建筑群应用	> 1.0	70%左右

表2 煤机与燃机启动用时比较 (h)

Tab.2 Comparison of startup time between steam turbine and gas turbine

种类	容量等级	冷态启动	温态启动	热态启动
煤机	1 000 MW级	8~10	6~8	4~6
	600 MW级	10~13	6~7	5~6
	300 MW级	7~9	6	1.5
燃机	H级(600 MW级)	5~6	2~2.5	1.5~2
	F级(400 MW级)	4~5.5	2~2.5	1~1.5
	E级(200 MW级)	3	1.5~2	1

图2 美国2019年和2020年发电结构

Fig. 2 Structure of electricity of US from 2019 to 2020

图3 2008年以来欧洲碳市场各部门排放量和配额总量

Fig. 3 Total emissions and quotas of various sectors in European carbon market since 2008

图4 2000年以来欧盟28国的发电结构以及碳排放强度

Fig. 4 28 european union countries power generation structure and carbon emission intensity since 2000

表3 “十四五”电力装机预期

Tab. 3 Power installation forecast in the 14th Five-Year Plan

项目	2019年实际	2025年预计	2025年较2019年变化率/%
总装机/亿kW	20.1	29.5	46.8
全社会用电量/(万亿kW∙h)	7.25	9.2	26.9
非石化能源装机容量/亿kW	8.4	17	102.4
常规水电装机容量/亿kW	3.3	4.6	39.4
抽水蓄能装机容量/亿kW	0.302 9	0.68	124.5
核电装机容量/亿kW	0.487 4	0.721	47.9
风电装机容量/亿kW	2.1	5.4	157.1
太阳能发电装机容量/亿kW	2	5.6	180.0
生物质能发电装机容量/亿kW	0.225 4	0.65	188.4
煤电装机容量/亿kW	10.4	<11	—
气电装机容量/亿kW	0.902 4	1.52	68.4

图5 2010—2025年各类发电装机占比变化

Fig. 5 Changes in the proportion of installed power generation in 2010-2025

图6 我国历年天然气对外依存度

Fig.6 China’s dependence on natural gas over years

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