随着我国国民经济高速发展和人民生活水平提高,在相当长的时期内,一方面电力需求将保持较快的增长速度,另一方面电力负荷也多变、复杂并且具有不稳定性:(1)电力负荷的季节性变化越来越大;(2)随着电力总量增长,负荷峰谷矛盾越来越突出;(3)随着全国城镇化和电气化水平不断提高,部分地区的电网建设可能滞后于用电需求;(4)经济升级带来的产业梯度转移,促进地区性电力负荷分布不平衡。因此,我国有必要大力发展可再生能源的同时,加快发展天然气发电,以满足负荷增长和调峰的需要。同时,与燃煤发电相比,燃气发电占地面积小、能源利用效率高、污染低。燃气电厂占地仅为燃煤火电厂的10%~30%;通过燃气-蒸汽联合循环,发电效率可达60%,加上冷、热、电联供等余热利用措施,天然气能源利用效率达到80%以上。
电力需求及电源结构优化需要发展天然气发电
电力消费规模、结构及其发展态势与经济运行密切相关。2014年全国电力消费量增速放缓,同比增长3.8%,比上年回落3.8个百分点。但我国人均装机容量、发电量和用电量都远低于一些发达国家,未来还有较大的增长空间,需进一步加大电力发展力度,在优化发展传统水电的同时,也要发展天然气发电、核电、风电等。
大力发展天然气发电,既可以使电源结构趋于合理,也能补充我国电力供应不足,更好地保障我国电力的有效供给。从长远看,随着我国风电、太阳能发电等新能源发电技术的不断成熟和大规模应用,天然气发电将在新能源消纳中承担调峰的主要角色,对于解决新能源发电的间歇性、保证电网运行的安全性和稳定性、促进新能源的快速发展具有举足轻重的作用。
据美国能源信息署(EIA)预测,许多国家选择天然气发电来满足未来的电力需求,而不是选择更昂贵或碳排放密集型的电力来源。2010?2040年,全球天然气发电量占比将从22%增长至24%。其中,经济合作与发展组织国家天然气发电量占比增幅较高,将从23.3%增长至30.3%。EIA预测至2040年美国天然气发电占比达到31%。
根据国网公司《电力需求预测及负荷特性研究》专题报告及中国电力企业联合会(简称中电联)的相关预测,未来全国电力需求量。预计2020年、2030年全国全社会用电量将分别达到8.1万亿千瓦/时和11.9万亿千瓦/时。人均用电量将稳步提高, 2020年、2030年将分别达到5380千瓦/时/(人/年)和8260千瓦/时/(人/年)。
按照GE能源战略研究预测,50%的新增电力供应来自于煤炭发电,另外50%来自于天然气和所有其它发电资源,将比过去十年电力市场所展现出来的更具多样性。到2025年,天然气在中国电力市场的比重将是目前的三倍,占到发电总量的6%。根据中电联发布的《电力工业“十二五”规划滚动研究综述报告》及中国电力发展促进会的相关预测,未来全国电力总装机和气电装机规模.
电力行业的另一重要发展方向是分布式能源系统,建设天然气分布式能源站,推广能源梯级利用技术将是我国实施能源互联网的重要方式。从长远看,随着我国风电、太阳能发电等新能源发电技术的不断成熟和大规模应用,天然气发电因其运行起停灵活、环境影响小、调峰范围广、优化电源结构、部分负荷效率高等优势,将在新能源消纳中承担调峰的主要角色。天然气发电比例增加,也将有助于加大新能源在中国未来能源结构中的比例,帮助新能源并网。且天然气一般通过管道运输,液态天然气也可在接收基地气化后通过管路传输,不需要进行后处理,满足能源高效转换、多种供给、清洁环保及远途输送的需求。
电力节能减排要求发展天然气发电
近年来,国内多地连续出现大范围雾霾天气,尤其是以京津冀及周边地区为典型代表,给民众身体健康和正常生活带来严重影响。有关数据显示,形成雾霾的主要原因有:煤炭石油等化石能源的排放、机动车尾气排放和气象条件。燃煤中约有20%是分散使用的“散煤”,其中小锅炉、家庭取暖、餐饮用煤等比例较高,散煤直接燃烧由于温度低,燃烧不充分,产生大量的颗粒物、二氧化硫、一氧化碳等污染物,尤其是低空排放,对周围环境特别是燃烧者产生严重污染。
天然气发电作为一种清洁的发电方式,其大气污染物组成则较为简单,与燃煤发电相比具有较强的环保优势,氮氧化物、二氧化硫、悬浮颗粒的排放强度也远低于煤电机组,环境价值远高于同类煤电机组。图6、图7、图8分别为文献中计算得到的单位发电量主要污染物排放量,可以看出同容量的燃气机组NOx氮氧化物排放量仅为燃煤机组的15%(均未加装脱硝装置);燃气电厂二氧化硫排放量几乎没有,较之燃煤机组要少得多;同容量的燃气机组二氧化碳排放量仅为燃煤机组的38%- 40%;粉尘颗粒排放量可以忽略不计。
2013年9月10日,国务院印发的《大气污染防治行动计划》,里面明确提出:加快天然气的发展。同时京津冀区域城市建成区、长三角城市群、珠三角区域要加快现有工业企业燃煤设施天然气替代步伐。到2017年基本完成燃煤锅炉、工业窑炉、自备燃煤电站的天然气替代改造任务。各地政府也陆续出台一系列方针政策,把煤改气、以气代油作为防治大气污染的重要措施之一。
太阳能和风能等一些可再生能源受地域差异和技术水平的影响,并不能大规模代替化石能源。而天然气作为化石能源中的低碳能源,介于新能源与传统能源之间,将成为各消费国的主要能源选择,发挥越来越重要的作用。当新能源技术得到发展并能广泛使用后,燃气发电能提供快捷高效的调峰保障。
电力供给安全要求发展天然气发电
能源安全是个很广泛的概念,包括石油、天然气和电力。其中,电力是应用最广的能源,与现代社会生产生活关注最为密切,尤其对于普通民众。现在,城市化程度越来越高,电力的供给安全越来越重要。
随着经济的发展,电网容量和昼夜电负荷峰谷差也越来越大,电网调峰任务十分繁重。天然气发电调峰灵活快捷,比煤电启停更快,污染物排放也更低,被一些发达国家广泛使用。同时,天然气电厂的建造周期和占地面积均很有优势。天然气在调峰方面的能力能使我国电源结构更加合理,电力供应更有保障。放眼未来,当风电、太阳能发电等可再生能源发电技术的不断成熟和大规模应用时,调峰的压力将更大,范围也更广,天然气发电将承担调峰的重要任务,缓解可再生能源的消纳问题。另一方面,使用天然气发电而非煤电来满足用电高峰时电力需求,不需要通过建设燃煤机组来满足夏季用电高峰期少数小时内的电力需求,能大幅增加燃煤机组的利用率,同时降低燃煤发电机组低负荷运行的小时数,从而提高能源利用效率。因此利用天然气发电能够优化未来能源结构,保障电力供应安全。