双碳目标背景下淄博市天然气发电行业发展分析与思考.docx

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1、摘要“十四五”时期是我国能源向清洁化转型的关键期，本文通过分析天然气发电在清洁性、环保性、灵活性等方面相对煤炭发电的突出优势，以及淄博市所处区域位置的能源供应特点，指出天然气发电在我市能源转型过程中具有关键作用及重大意义，并提出了适度发展天然气热电联产、大力发展以天然气分布式能源为主体的综合能源服务项目的发展建议。关键词：天然气发电；天然气热电联产；天然气分布式能源；能源转型目录背景11 .根据世界发达国家发展经验，天然气发电在我国能源转型中应该发挥重要作用32 .天然气发电技术简介62 .1天然气热电联产63 .2天然气分布式能源73 .天然气发电与煤炭发电相比优势明显93.1 天然气发电与

2、煤炭发电相比常规污染物排放大幅降低93.2 燃气发电替代燃煤发电是碳减排的有效手段103.3 天然气发电比煤炭发电更适合作为调峰电源，与可再生能源发电具有更强的互补性123.4 天然气发电与煤炭发电相比的其他优势154 .国内天然气发电的相关政策和发展现状及规划185 .淄博市发展天然气发电的必要性226 .我市为天然气发电行业发展所做的保障工作257 .当前天然气发电面临的问题277.1政策不够明朗，产业定位不够清晰277.2天然气发电燃料成本相对较高277 .3天然气发电的环境价值未得到充分体现288 .4天然气发电的核心技术尚未实现自主化298 .促进我市天然气发电行业发展的措施和建议3

3、09 .结论33参考文献34背景2023年9月，习近平主席在联合国大会上庄严承诺，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。在“双碳”目标背景下，我国能源结构要进一步调整并向清洁化发展。根据测算我国最终要实现碳中和目标，在能源供应侧可再生能源占比不能低于80%,需求侧电动化率不能低于80%1,也就是说中国的低碳化发展路径是大力提高电能在终端能源利用中的比例，这意味着我国最终要通过可再生能源发电来实现“碳中和”的目标。但是从高碳能源到可再生能源不是一蹴而就的，必然遵循着由高碳能源转向低碳能源，再由低碳能源转入完全可再生能源的客观规律。中国石油勘探开发研究院研究员

4、赵文智表示双碳”战略要在保证能源安全的基础上去谋划，是新时期组织实施国家双战略必须要平衡好的关系。我国在未来40年推进中国双碳目标发展的实施过程当中，油气依然是需要积极组织加快推进的一个方向，可以将天然气作为从化石能源向清洁能源过渡的桥梁。人们对于天然气在城镇燃气、工业燃料、交通运输等领域所起到的环保作用都有高度认同，然而对是否要大力促进天然气在发电领域的应用，则有许多不同的声音。实际上天然气发电因为其清洁性、环保性、灵活性等因素在发达国家一直担当着重要角色。现在我国电力行业占主导地位的燃煤电厂是二氧化碳和各类污染物的排放大户，以天然气发电代替煤炭发电，逐步控制煤炭消费量，一方面可以减少污染物

5、排放，改善空气质量；另一方面可以降低电力行业二氧化碳排放强度，使二氧化碳排放总量得到控制，甚至大幅下降。1 .根据世界发达国家发展经验，天然气发电在我国能源转型中应该发挥重要作用“十三五”期间，我国在能源供给方面，推动可再生能源和天然气占比逐步提升，煤炭供应比例下降并逐渐向清洁化和环境友好方向转变，能源输配和储备体系建设加快推进，多元能源供给体系已经初步形成。中国能源革命进展报告2023数据显示，2019年，煤炭在一次能源消费总量中的占比约为57.7%,比2015年下降6个百分点；石油约占18.9%,较2015年略高0.6个百分点；天然气约占8.1%,提高2.2个百分点；非化石能源约占15.3

6、%,提高3.2个百分点。截至2019年底，全国全口径发电装机容量201006万千瓦，其中气电9024万千瓦，占比约4.5%。天然气表观消费量3067亿立方米，在一次能源消费结构中占比约&1%,远低于全球24%的平均水平；其中发电用气553.9亿立方米，占比18.1%,不及全球平均水平39%的一半。这两项指标与美国、英国、日本等发达国家相比更是相距甚远）同年度美国、英国、日本天然气发电分别占各自总发电量的38.63%、40.1%以及35.0%,发电用气量在天然气消费结构中占比分别为36%、31%及69%。从发达国家天然气产业发展路径来看，天然气市场进入成熟期后消费增长动力主要来自于发电。从国际经

7、验看，今后十年间，中国在推动可再生能源发电的同时，天然气发电占比仍存在上升空间。从德国和美国能源发展的去碳化经验来看，两国在降低一次能源中煤炭消费比例、提升可再生能源占比的同时，天然气用量仍有所上升。德国在1995年以前一次能源消费中煤的占比较高，1985年曾达到4132虬之后煤的使用量和在一次能源消费中的占比迅速降低，到2017年下降至2127%。2011年以后，随着核能占比下降，风能、光能和生物能等可再生能源占比迅速上升，2018年德国一次能源消费中天然气占比约23.4%,超过煤炭。2019年，德国政府决定在2038年前逐步停止使用煤炭。按照其最新的“能源转型”计划，到2030年，德国可再

8、生能源发电比例需达到65%,天然气发电装机占比约18%,碳排放量较1990年需减少55%。美国一次能源消费占比中，石油、天然气和煤炭占绝对主导地位，较长一段时间维持在80%以上。2019年，美国可再生能源消费占比达11.5%,130多年来首次超过煤炭。与此同时，天然气消费量再创新高，占比约32%,增量主要来自燃气发电。与德、美相比，2019年中国一次能源中，煤炭占比最高达57.7%,天然气占比仅8.1%。按照国际经验，可再生能源的快速发展中，天然气作为重要的过渡能源，也将进一步发挥重要作用，而电力需求将是天然气消费增长的重要来源。在“四个革命、一个合作”能源安全新战略框架下，能源生产和消费革命

9、战略(20162030)能源发展“十三五”规划关于促进天然气协调稳定发展的若干意见等陆续出台，确立将天然气培育成为中国主体能源之一，提出2030年天然气在一次能源消费结构中的占比达15%的具体目标。要实现2030年天然气占一次能源消费比重15%的目标，规模化发展天然气发电是关键，特别是以大规模、高比例可再生能源为主的新一代电力系统，对电力系统灵活性和安全可控等提出了更高要求，天然气发电的清洁低碳和灵活性将在可再生能源为主的电力系统构建中发挥积极作用。“十四五”时期，中国天然气产业高质量发展有望迈上一个新台阶。有序适度发展分布式能源、“风光水储气”一体化和燃气发电，预计新增天然气需求约420亿立

10、方米。预计到“十四五”末，工业燃料、城镇燃气天然气需求量分别为1450亿立方米和1500亿立方米，占比分别约为33%和34%,与“十三五”末相比分别降低1个百分点和4个百分点；燃气发电天然气需求量为IOOO亿立方米左右，占比约为23%,提高5个百分点。（中国天然气高质量发展报告2023）o2 .天然气发电技术简介天然气发电有大型天然气热电联产和天然气分布式能源两种模式，下面分别予以介绍。2 .1天然气热电联产传统的煤炭发电主要设备是锅炉加供热汽轮机。由于煤炭燃烧形成的高温烟气不能直接做功，需要经锅炉将热量传给蒸汽,由高温高压蒸汽带动汽轮发电机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热

11、。这种系统占地大，负荷调节能力差,发电效率低。燃气轮机热电联产系统分为单循环和联合循环两种形式。单循环的工作原理是：空气经压气机与燃气在燃烧室燃烧后，温度达IOo0。C以上、压力在116MPa范围内的烟气进入燃气轮机推动叶轮，将燃料的热能转变为机械能，并拖动发电机发电。从燃气轮机排出的烟气温度一般为450oC-600oC,通过余热锅炉将热量回收用于供热。大型的燃气轮机发电效率可达30%以上。燃气轮机机组启停调节灵活，因而对于变动幅度较大的负荷较适应。上述单循环中余热锅炉可以产生参数很高的蒸汽，燃气一蒸汽联合循环系统就是在单循环基础上增设供热汽轮机，使余热锅炉产生的较高参数的蒸汽在供热汽轮机中继

12、续做功发电，其抽汽或背压排汽用于供热，可以形成燃气一蒸汽联合循环系统。这种系统的发电效率进一步得到提高，可达到50%以上。现在国内主要重型燃气轮机设备主要被美国GE、日本三菱、德国西门子等厂家垄断，主设备单价一般在3000-5000元/千瓦。热电联产项目基本上都是全上网模式(自备热电联产项目除外)，除电厂自身用电用去很少一部分电能外，其余大部输送给了电网。燃气-蒸汽联合循环把具有较高平均吸热温度的燃气轮机与具有较低平均放热温度的供热汽轮机结合起来，使燃气轮机的高温尾气进入余热锅炉产生蒸汽，并使蒸汽在汽轮机中继续作功发电，其抽汽或背压排汽用于供热和制冷，达到扬长避短、相互弥补的目的，使整个联合循

13、环的热能利用水平较简单循环有了明显提高，净效率已达48%58%,并且正向着60%的目标迈进。3 .2天然气分布式能源分布式冷热电联供(DistributedEnergySystem/CombinedCoo1ing,Heat&Power,DES/CCHP)能源系统通过各种一次能源转换技术的集成运用，在一个区域内同时提供冷、热、电等多种终端能源，实现能源的梯级利用、高效利用。以天然气为一次能源的分布式联供系统就是天然气分布式能源。天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，利用微型燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，高温段的烟气用于发电，中温段的烟气驱动吸收式制冷机，低温段的烟气用于除湿、供热和热

14、水供应，充分实现能源的梯级利用，综合能源利用效率可达90%以上。分布式能源将能源系统以小规模、模块化、分散式的方式布置在用户附近，独立输出冷、热、电三种形式的能源，大幅度节省电网的建设投资、输变电损耗和运营费用。天然气利用率高，大气污染物排放少，是一种非常高效的能源综合利用方式。分布式能源所发的电原则上以自用为主，并网不上网，并网的目的是应急和调峰。3 .天然气发电与煤炭发电相比优势明显天然气发电相比煤炭发电不仅常规污染物排放低于燃煤发电，而且在碳排放、调峰性能、投资、占地、用水等多个方面优于燃煤发电。3.1 天然气发电与煤炭发电相比常规污染物排放大幅降低虽然我国煤炭发电经过多年的“超低排放”

15、改造，大幅降低了常规污染物排放，为改善中国大气质量做出了不可否认的贡献，但是燃煤电厂除了NoX排放勉强能与燃气电厂比肩外，其他污染物，如SO2、烟尘、固体废物、重金属等污染物排放均高于或远高于天然气发电。研究人员通过现场实测及文献调研的方式对全国99台超低排放燃煤机组以及江苏省17台燃气机组（未安装脱硝装置）进行了统计，结果显示：实际排放的NoX平均浓度方面，燃气电厂与超低排放燃煤电厂相比无明显差距，但燃气机组仅依靠低氮燃烧器即可很好地控制NOX排放，如加装脱硝装置，其NOX排放浓度可进一步下降；SCX平均排放浓度方面，燃煤电厂约为16毫克/立方米，明显高于燃气机组的2.20毫克/立方米（E级

16、）和0.84毫克/立方米（F级）；平均烟尘排放浓度方面，燃煤机组是燃气机组的1.82.4倍。其他众多研究结果均有类似结论，以生产单位电量所排放的污染物浓度对比如图1所示。浙江某燃煤电厂IOOOMW机组烟尘SO2NOx(目3詈)-格造区秣聚以组-p图1超低排放燃煤发电与燃气发电污染物实际排放水平对比除了以上大气排放物外，燃煤烟气排放中还包含有一定的放射物及重金属。虽然目前没有对这些进行统一衡量与测量的要求与标准，但根据煤质的不同，这部分污染甚至有可能造成十分严重的危害后果。此外，燃煤发电还会产生大量的固体废物，包括石子煤、粉煤灰、炉渣、脱硫灰渣、脱硫产物、废弃脱硝催化剂等，且汞、铅等痕量重金属易在以上固体废物中富集，固体废物处置不当易产生二次污染问题。天然气发电则不