天然气发电在新型电力系统中的功能定位及发展前景研判

doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202401112

摘要/Abstract

摘要：

天然气发电具有排放低、效率高、调节灵活等优势，是“双碳”目标下构建新型电力系统的重要组成和有效电源，但中国天然气发电发展存在气源保障程度不高、燃料成本较高、关键核心技术受限等问题，当前，各方对“双碳”进程中天然气发电发展问题仍有争议，亟待统一认识，明确发展定位和方向。将天然气发电与新能源发电的融合发展纳入电力系统整体规划考虑，采用自主开发的碳达峰、碳中和电力规划软件包进行优化分析，以电力行业零碳为目标构建电力低碳转型情景，研判了碳中和目标下天然气发电未来发展规模与布局，并就影响天然气发电未来规模的不确定性因素展开了敏感性分析。依托模型测算结果，建立评估气电在新型电力系统中功能作用的量化指标，分析未来天然气发电在清洁电量供应、电力平衡、调峰平衡中的功能作用。天然气发电未来仍须适度发展，新增布局仍主要集中在东南沿海，中西部逐渐增加，未来重点须加强天然气产运储销统筹协调、完善天然气和气电价格机制、加快攻关核心技术，切实发挥天然气发电在新型电力系统构建过程中的积极作用。

关键词: 天然气发电, 碳达峰, 碳中和, 新型电力系统, 电源规划

Abstract:

Natural gas power generation has the advantages of low emissions, high efficiency, and flexibility. It is an important component and effective power source for building a new power system under the dual carbon goals of reaching carbon emission peak and carbon neutrality. However, there are still problems in China's natural gas power generation development, such as the relatively low gas source guarantee, high fuel costs, and limited key core technologies. At present, disputes about the development of natural gas power generation in the dual carbon process still exist. It is urgent to have a unified understanding and clarify its development orientation and direction. This paper takes the integrated development of natural gas power generation and new energy generation into consideration in the overall planning of the power system. It uses self-developed carbon emission peak and carbon neutrality power planning software packages for optimization analysis and constructs a low-carbon transformation scenario for the power industry with zero carbon as the goal. It analyzes the future development scale and layout of natural gas power generation under the carbon neutrality goal and conducts sensitivity analysis on the uncertainty factors affecting the future scale of natural gas power generation. Based on the model calculation results, the paper establishes quantitative indicators to evaluate the functional role of gas-fired electricity in new power systems and analyzes its functional role in clean electricity supply, power balance, and peak shaving balance in the future. Natural gas power generation still needs moderate development in the future, with new layouts mainly concentrated in the southeast coastal areas and gradually increasing in the central and western regions. In the future, the focus must be on strengthening the coordination of natural gas production, transportation, storage, and sales, improving the pricing mechanism of natural gas and gas-fired electricity, and accelerating the development of core technologies, to give full play to the positive role of natural gas power generation in the construction of new power system.

Key words: natural gas power generation, carbon emission peak, carbon neutrality, new power system, power source plan

傅观君, 张富强, 夏鹏, 冯君淑, 张晋芳. 天然气发电在新型电力系统中的功能定位及发展前景研判[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 67-74.

Guanjun FU, Fuqiang ZHANG, Peng XIA, Junshu FENG, Jinfang ZHANG. Functional Orientation and Development Prospect of Natural Gas Power Generation in New Power System[J]. Electric Power, 2024, 57(8): 67-74.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.electricpower.com.cn/CN/10.11930/j.issn.1004-9649.202401112

https://www.electricpower.com.cn/CN/Y2024/V57/I8/67

图/表 8

参考文献 20

1	习近平. 在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话 [R]. 北京: 中华人民共和国国务院, 2020.
2	新华网. 习近平在气候雄心峰会上的讲话[EB/OL]. (2020-12-12)[2023-12-22]. http://www.xinhuanet.com/politics/leaders/2020-12/12/c_1126853599.htm.
3	中华人民共和国国务院. 习近平主持召开中央财经委员会第九次会议[EB/OL]. (2021-03-15) [2023-12-22]. http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/15/content_5593154.htm.
4	黄龑, 赵文轸. 推进中国天然气与可再生能源融合发展的思考[J]. 世界石油工业, 2021, 28 (4): 38- 43.
	HUANG Yan, ZHAO Wenzhen. Thoughts on promoting the integrated development of natural gas and renewable energy in China[J]. World Petroleum Industry, 2021, 28 (4): 38- 43.
5	李琼慧, 王彩霞. 新能源发展关键问题研究[J]. 中国电力, 2015, 48 (1): 33- 36.
	LI Qionghui, WANG Caixia. Study on the major issues of renewable energy development[J]. Electric Power, 2015, 48 (1): 33- 36.
6	贾德香, 韩净. 燃气发电的发展及其对电网调峰和经济性影响研究[J]. 中国电力, 2013, 46 (7): 149- 152.
	JIA Dexiang, HAN Jing. Development planning of natural gas power generation and its influence on power system's peak load regulation and economy[J]. Electric Power, 2013, 46 (7): 149- 152.
7	郭华璋, 罗歆尧, 张红梅. 我国气电产业发展的潜力、挑战与推进措施[J]. 天然气技术与经济, 2021, 15 (5): 75- 82.
	GUO Huazhang, LUO Xinyao, ZHANG Hongmei. Development potential, challenges, and promotion measures of gas power generation industry in China[J]. Natural Gas Technology and Economy, 2021, 15 (5): 75- 82.
8	刘合, 梁坤, 张国生, 等. 碳达峰、碳中和约束下我国天然气发展策略研究[J]. 中国工程科学, 2021, 23 (6): 33- 42.
	LIU He, LIANG Kun, ZHANG Guosheng, et al. China's natural gas development strategy under the constraints of carbon peak and carbon neutrality[J]. Strategic Study of CAE, 2021, 23 (6): 33- 42.
9	周淑慧, 王军, 梁严. 碳中和背景下中国“十四五” 天然气行业发展[J]. 天然气工业, 2021, 41 (2): 171- 182.
	ZHOU Shuhui, WANG Jun, LIANG Yan. Development of China's natural gas industry during the 14th Five-Year Plan in the background of carbon neutrality[J]. Natural Gas Industry, 2021, 41 (2): 171- 182.
10	刘志坦, 李玉刚, 杨光俊, 等. 低碳转型背景下我国气电产业发展路径[J]. 天然气工业, 2021, 41 (6): 152- 161.
	LIU Zhitan, LI Yugang, YANG Guangjun, et al. Development path of China's gas power industry under the background of low-carbon transformation[J]. Natural Gas Industry, 2021, 41 (6): 152- 161.
11	BP. 世界能源统计年鉴2021 [EB/OL]. (2021-07-08)[2023-12-22].https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy/downloads.html.
12	程培培. 上网电价政策对天然气发电企业的影响分析[J]. 中国总会计师, 2019, (8): 148- 149.
13	王文飞, 刘志坦. 我国两部制电价制度对天然气发电企业盈利能力的影响[J]. 天然气工业, 2020, 40 (7): 138- 145.
	WANG Wenfei, LIU Zhitan. Influence of a two-part electricity price system on the profitability of natural gas power generation enterprises in China[J]. Natural Gas Industry, 2020, 40 (7): 138- 145.
14	刘嘉乐, 马素霞, 马红和, 等. 燃气机组热调峰性能及经济性分析[J]. 中国电力, 2021, 54 (6): 104- 110.
	LIU Jiale, MA Suxia, MA Honghe, et al. Analysis on thermal peak shaving and economic performance of gas-fired unit[J]. Electric Power, 2021, 54 (6): 104- 110.
15	刘朝全, 姜学峰. 2020年国内外油气行业发展报告[R]. 石油工业出版社, 2021.
16	郑国, 孙利, 邢金燕, 等. 促进我国天然气发电产业健康快速发展研究[J]. 中国能源, 2020, 42 (1): 31- 35, 38.
	ZHENG Guo, SUN Li, XING Jinyan, et al. Research on promoting the healthy and rapid development of China's natural gas power generation industry[J]. Energy of China, 2020, 42 (1): 31- 35, 38.
17	王耀华, 焦冰琦, 张富强, 等. 计及高比例可再生能源运行特性的中长期电力发展分析[J]. 电力系统自动化, 2017, 41 (21): 9- 16.
	WANG Yaohua, JIAO Bingqi, ZHANG Fuqiang, et al. Medium and long-term electric power development considering operating characteristics of high proportion of renewable energy[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41 (21): 9- 16.
18	张运洲, 张宁, 代红才, 等. 中国电力系统低碳发展分析模型构建与转型路径比较[J]. 中国电力, 2021, 54 (3): 1- 11.
	ZHANG Yunzhou, ZHANG Ning, DAI Hongcai, et al. Model construction and pathways of low-carbon transition of China's power system[J]. Electric Power, 2021, 54 (3): 1- 11.
19	王耀华, 栗楠, 元博, 等. 含大比例新能源的电力系统规划中“合理弃能” 问题探讨[J]. 中国电力, 2017, 50 (11): 8- 14.
	WANG Yaohua, LI Nan, YUAN Bo, et al. Discussion on the reasonable curtailment problems in highly renewable power system planning[J]. Electric Power, 2017, 50 (11): 8- 14.
20	王跃峰. 德国新能源发电发展和运行研究[J]. 中国电力, 2020, 53 (5): 112- 121.
	WANG Yuefeng. Research on development and operation of renewable energy generation in German[J]. Electric Power, 2020, 53 (5): 112- 121.

机组	承担负荷位置	建设周期	能源综合效率/%	调峰范围/%	静止到满载时间	空载到满载时间	爬坡速率/(%额定容量·min^–1)	填谷	调频	单位度电NO_x排放/g	单位度电CO₂排放/g
燃煤机组	基荷、腰荷	2~2.5年	40左右	目前：50~100；改造后：35~100	6~8小时	1.5小时	2~3	×	√	0.19	800左右
联合循环燃机	基荷、腰荷	16~20月	50~75	38~100	2小时	1小时	大于5	×	√	0.114	400左右
简单循环燃机	峰荷	10~12月	40左右	20~100；启停调峰：0~100	19分钟	6~8分钟	10	×	√	0.114	400左右

机组	承担负荷位置	建设周期	能源综合效率/%	调峰范围/%	静止到满载时间	空载到满载时间	爬坡速率/(%额定容量·min^–1)	填谷	调频	单位度电NO_x排放/g	单位度电CO₂排放/g
燃煤机组	基荷、腰荷	2~2.5年	40左右	目前：50~100；改造后：35~100	6~8小时	1.5小时	2~3	×	√	0.19	800左右
联合循环燃机	基荷、腰荷	16~20月	50~75	38~100	2小时	1小时	大于5	×	√	0.114	400左右
简单循环燃机	峰荷	10~12月	40左右	20~100；启停调峰：0~100	19分钟	6~8分钟	10	×	√	0.114	400左右

类别		边界条件
经济发展		2035年国民生产总值较2020年翻一番，“十四五”、2026—2035、2036—2050、2051—2060年期间，GDP年均增速约为6.0%、4.4%、3.3%、2.7%
能源消费总量		一次能源消费2030年左右达峰，峰值控制在60亿t标煤以内
能源结构		2030年非化石能源消费占一次能源消费比重达到25%以上
碳减排目标		2030年碳排放达峰，2060年碳中和；2030年单位GDP CO₂排放比2005年下降65%以上
非化石能源开发潜力及目标		常规水电、核电技术可开发量约6亿和4亿~5亿kW； 2030年新能源装机规模为12亿kW以上
2020—2060年电力碳预算		累积碳预算为1000亿t，2060年电力碳排放为0

类别		边界条件
经济发展		2035年国民生产总值较2020年翻一番，“十四五”、2026—2035、2036—2050、2051—2060年期间，GDP年均增速约为6.0%、4.4%、3.3%、2.7%
能源消费总量		一次能源消费2030年左右达峰，峰值控制在60亿t标煤以内
能源结构		2030年非化石能源消费占一次能源消费比重达到25%以上
碳减排目标		2030年碳排放达峰，2060年碳中和；2030年单位GDP CO₂排放比2005年下降65%以上
非化石能源开发潜力及目标		常规水电、核电技术可开发量约6亿和4亿~5亿kW； 2030年新能源装机规模为12亿kW以上
2020—2060年电力碳预算		累积碳预算为1000亿t，2060年电力碳排放为0

[1]	郑海峰, 刘青, 姚力, 张煜, 邹艺超, 胡臻达, 王阳, 代潭龙. 面向极端高温场景的新型电力系统供需平衡能力概率化评估[J]. 中国电力, 2026, 59(1): 44-56.
[2]	王艳阳, 李建朝, 刘景青, 唐程, 王剑涛, 卢锦玲, 任惠. 电碳耦合机制下多元主体综合成本分析[J]. 中国电力, 2025, 58(6): 180-189.
[3]	李可昀, 张宁, 赵乐, 赵成, 李嘉宇, 唐诚. 输变电工程关键电力设备与材料碳排放核算方法[J]. 中国电力, 2025, 58(4): 193-204.
[4]	李健, 张钧, 韩新阳, 靳晓凌. 新型电力系统形态量化推演方法的总体框架与功能设计[J]. 中国电力, 2025, 58(3): 1-7, 97.
[5]	高志远, 庄卫金, 李峰, 于芳, 张鸿, 王艳, 夏旻. 调控领域人工智能应用的高复用性验证平台[J]. 中国电力, 2025, 58(3): 142-150.
[6]	张琛, 葛睿, 靳晓凌, 宋鹏程, 盛同天, 熊宇威, 代贤忠, 张幸. 西班牙和葡萄牙4·28大停电关键问题分析及经验启示[J]. 中国电力, 2025, 58(12): 119-127.
[7]	邱忠涛, 格根敖其, 贾跃龙, 吴鹏, 张凯, 孙毅, 朱进. 新型电力系统供需协同全要素理论框架[J]. 中国电力, 2025, 58(10): 147-162.
[8]	周原冰, 张士宁, 侯方心, 任宏涛, 徐鹏飞. 电力行业碳达峰及促进全社会碳减排影响分析[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 1-9.
[9]	朱瑞, 娄奇鹤, 靳晓凌, 刘畅. 适应新型电力系统的电网基建功能化投资结构演化研究[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 194-204.
[10]	翟苏巍, 李银银, 杜凡, 李文云, 潘凯岩, 梁峻恺. 考虑海量分布式能源接入的配电网分布式无功控制策略[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 138-144.
[11]	李碧君, 李威, 董希建. 新型电力系统中主控型安全稳定服务质量的在线评估[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 168-181.
[12]	许彦平, 白婕, 施浩波, 秦晓辉, 张彦涛. 基于凸包算法的极端运行方式提取方法[J]. 中国电力, 2024, 57(7): 30-39.
[13]	王帅, 黄越辉, 聂元弘, 刘思扬. 基于生产模拟的受端电网新能源发展场景研究[J]. 中国电力, 2024, 57(5): 240-250.
[14]	王雪, 刘林, 卓庆东, 张海鹏, 杨苓, 许方园, 曹雨晨. 基于虚拟惯量控制的新型电力系统功率差前馈振荡抑制方法[J]. 中国电力, 2024, 57(4): 68-76.
[15]	周勤勇, 李根兆, 秦晓辉, 施浩波, 陈文静, 龚浩岳. 能源革命下的电力系统范式转换分析[J]. 中国电力, 2024, 57(3): 1-11.