在全球氣候變化加劇、能源轉(zhuǎn)型提速的大背景下，天然氣作為清潔、高效的化石能源，仍將在未來(lái)的能源體系中占據(jù)重要地位，天然氣與可再生能源融合發(fā)展是行業(yè)重要發(fā)展方向之一。

我國(guó)提出“雙碳”目標(biāo)以來(lái)，能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程明顯加快，以綠色零碳為主要特征的可再生能源快速發(fā)展，已經(jīng)成為我國(guó)新型能源體系的重要組成部分。國(guó)家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，今年截至5月底，全國(guó)累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量約30.4億千瓦，同比增長(zhǎng)14.1%。其中，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約6.9億千瓦，同比增長(zhǎng)52.2%；風(fēng)電裝機(jī)容量約4.6億千瓦，同比增長(zhǎng)20.5%；水電裝機(jī)容量約4.3億千瓦，同比增長(zhǎng)2.2%。

電力作為一種特殊的商品，其最大特點(diǎn)在于難以低成本、大規(guī)模儲(chǔ)存，其生產(chǎn)、輸送和使用都要求實(shí)時(shí)平衡?？稍偕茉创嬖谥翱刺斐燥垺钡奶攸c(diǎn)，發(fā)電出力程度依賴于氣候和氣象條件變化，在年、月、日、時(shí)等時(shí)間尺度上都會(huì)大幅波動(dòng)。為了平衡電力生產(chǎn)和消費(fèi)兩側(cè)的波動(dòng)，就需要依靠其他發(fā)電方式進(jìn)行調(diào)峰。當(dāng)可再生能源發(fā)電出力增加時(shí)，其他發(fā)電方式需要降低負(fù)荷保障可再生電力輸出；當(dāng)可再生能源發(fā)電出力受阻時(shí)，則需要其他電力及時(shí)頂峰應(yīng)急運(yùn)行以保障電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠。更棘手的是，可再生能源發(fā)電出力受阻與電力需求峰值往往重合，進(jìn)一步放大了供需缺口。因此，可再生能源的快速發(fā)展，必然要配套更多的電力靈活性調(diào)節(jié)手段。

我國(guó)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用的電力調(diào)節(jié)手段，主要包括電化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能、煤電靈活性改造和天然氣發(fā)電4種。綜合對(duì)比技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，天然氣發(fā)電單位成本偏高，但其投資成本適中，在選址和安全方面沒(méi)有特殊要求，是唯一可以秒級(jí)響應(yīng)需求并長(zhǎng)周期運(yùn)行的調(diào)節(jié)手段，且碳排放較煤電機(jī)組低。靈活和相對(duì)清潔的雙重優(yōu)勢(shì)，使天然氣成為可再生能源的最佳搭檔，可以與各類可再生能源組合，為我國(guó)新型能源體系建設(shè)持續(xù)“增綠降碳”。

天然氣與水電融合

水電受降水的季節(jié)性波動(dòng)影響，全年存在明顯的豐水期-枯水期周期性變化。例如，長(zhǎng)江每年11月至次年4月為枯水期，其他時(shí)段為豐水期，枯水期往往持續(xù)數(shù)月，當(dāng)干旱或寒潮到來(lái)用電激增時(shí)，天然氣發(fā)電就成為有效的頂峰手段。2022~2023年，水電機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)同比變化呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化特征，而當(dāng)水電出力下降時(shí)，天然氣發(fā)電機(jī)組則適時(shí)頂上，表現(xiàn)出顯著的互補(bǔ)性。如2022年上半年降水處于正常水平，電力供需寬松，天然氣發(fā)電小時(shí)數(shù)同比下降40%；隨著下半年我國(guó)降水持續(xù)偏少和夏季高溫到來(lái)，水電運(yùn)行小時(shí)數(shù)一路下降，天然氣發(fā)電則持續(xù)攀升至同比增長(zhǎng)10%~20%的高位；12月，水電出力稍有改善，天然氣發(fā)電同比再次下降40%；進(jìn)入2023年，持續(xù)干旱導(dǎo)致水電運(yùn)行小時(shí)數(shù)再次下滑，而天然氣發(fā)電則相應(yīng)同步增長(zhǎng)。

除了通過(guò)整個(gè)電力系統(tǒng)互補(bǔ)調(diào)節(jié)，水電和天然氣發(fā)電也可以在物理上實(shí)現(xiàn)耦合聯(lián)動(dòng)。川渝地區(qū)擁有豐富的天然氣和水力資源，具備實(shí)現(xiàn)氣水聯(lián)動(dòng)平穩(wěn)供電的基本條件；開采后的枯竭氣田又可以作為儲(chǔ)氣庫(kù)，進(jìn)一步提升氣水耦合聯(lián)動(dòng)的保障能力。當(dāng)豐水期水電出力增長(zhǎng)時(shí)，可以用廉價(jià)、零碳的水電保障氣田生產(chǎn)和儲(chǔ)氣庫(kù)注氣用電，并對(duì)外輸出；進(jìn)入枯水期，則同步啟動(dòng)天然氣發(fā)電機(jī)組，利用氣田產(chǎn)氣保障項(xiàng)目整體平穩(wěn)供暖；當(dāng)出現(xiàn)枯水期疊加極寒/酷暑的極端情況時(shí)，則可以通過(guò)儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)一步提升項(xiàng)目的調(diào)節(jié)能力。通過(guò)天然氣發(fā)電與水電的結(jié)合，可以部分抵消水電的豐/枯水期波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電力的低碳平穩(wěn)外送。

天然氣與光電融合

與水電的季節(jié)性變化不同，光伏發(fā)電受日照變化影響，在一日之內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)谷-峰-谷的波動(dòng)起伏。以光伏發(fā)電為例，日出之后開始發(fā)電，隨著光照變強(qiáng)，出力不斷增長(zhǎng)，午間達(dá)到全天最高峰，下午逐步下降，在日落后完全歸零。同時(shí)，春夏秋冬的季節(jié)變化同樣會(huì)帶來(lái)光伏發(fā)電出力的波動(dòng)。

隨著光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的增長(zhǎng)，電網(wǎng)凈負(fù)荷（總用電負(fù)荷扣除新能源出力后的負(fù)荷）也會(huì)出現(xiàn)日內(nèi)的波動(dòng)變化。日出后隨著光伏發(fā)電出力增長(zhǎng)，凈負(fù)荷下降；午間光伏發(fā)電出力達(dá)到最大值，凈負(fù)荷降至最低點(diǎn)；傍晚光伏發(fā)電出力下降，凈負(fù)荷快速增長(zhǎng)，并達(dá)到全天最高點(diǎn)；深夜用電需求下降，凈負(fù)荷也隨著下降。

這種小時(shí)級(jí)、大負(fù)荷的調(diào)峰需求正是天然氣發(fā)電機(jī)組的擅長(zhǎng)領(lǐng)域，我國(guó)東部的江蘇、浙江等光伏發(fā)電大省，都配備了大規(guī)模的天然氣發(fā)電機(jī)組，山東青島也建設(shè)了海上光伏發(fā)電+陸上9F重型燃?xì)鈾C(jī)組項(xiàng)目，平時(shí)光伏發(fā)電為主，頂峰時(shí)段和夜間則由天然氣發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能資源的充分利用、順利消納和電力的平穩(wěn)供應(yīng)。

除了日夜變化帶來(lái)的波動(dòng)，天氣以及各種突發(fā)因素也會(huì)影響光伏發(fā)電出力，需要天然氣發(fā)電緊急調(diào)峰。今年4月美國(guó)日全食期間，得克薩斯州光伏發(fā)電在正午時(shí)分從峰值幾乎清零，這一時(shí)段的電力缺口幾乎全部由天然氣發(fā)電填補(bǔ)，顯示了天然氣發(fā)電機(jī)組可靠的應(yīng)急頂峰能力。

為充分利用青藏高原豐富的日照資源，青海省海西地區(qū)建設(shè)了光伏發(fā)電-天然氣發(fā)電-儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目。項(xiàng)目包括6000兆瓦光伏發(fā)電機(jī)組、2000兆瓦燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)的200兆瓦儲(chǔ)能電池，通過(guò)不同機(jī)組的互補(bǔ)耦合，實(shí)現(xiàn)清潔電力的平穩(wěn)外送。實(shí)際運(yùn)行表明，白天光伏發(fā)電出力時(shí)段，天然氣發(fā)電出力相應(yīng)降低，儲(chǔ)能電池進(jìn)行儲(chǔ)電；晚上光伏發(fā)電出力為零，天然氣發(fā)電出力增加，儲(chǔ)能電池進(jìn)行放電以滿足系統(tǒng)電力需求。光氣儲(chǔ)一體化項(xiàng)目綜合對(duì)外出力曲線與光伏發(fā)電曲線大趨勢(shì)相似，但是白天光伏發(fā)電、晚上天然氣發(fā)電，可以全時(shí)段保證系統(tǒng)電力需求。

天然氣與風(fēng)電融合

風(fēng)力是可再生電力的又一重要來(lái)源，風(fēng)力可以在夜間繼續(xù)發(fā)電，部分填補(bǔ)光伏發(fā)電缺口。但與光伏發(fā)電相對(duì)固定的晝夜峰谷周期相比，風(fēng)力變化的隨機(jī)性更大。在無(wú)風(fēng)、微風(fēng)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組難以出力，在風(fēng)力過(guò)大時(shí)，也需要調(diào)整葉片角度或采取其他控制手段停止運(yùn)轉(zhuǎn)以保護(hù)設(shè)備，導(dǎo)致出力受阻。在實(shí)際運(yùn)行中，時(shí)常出現(xiàn)電力調(diào)度根據(jù)氣象預(yù)報(bào)要求火電機(jī)組提前降低負(fù)荷保障風(fēng)電消納，而實(shí)際風(fēng)速一旦超過(guò)風(fēng)力機(jī)組上限，又需要火電緊急爬坡頂峰運(yùn)行。因此，風(fēng)電與天然氣發(fā)電之間具有更好的互補(bǔ)性。

由于風(fēng)電出力受阻時(shí)間和持續(xù)時(shí)間不固定，配套的天然氣發(fā)電項(xiàng)目往往需要通過(guò)儲(chǔ)氣庫(kù)來(lái)保障氣源的及時(shí)響應(yīng)。2005年前后，美國(guó)電力供應(yīng)商Xcel Energy在科羅拉多州開發(fā)了700兆瓦的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，并配套建設(shè)了備用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組；天然氣供應(yīng)商CIG則利用該州枯竭油氣藏資源建設(shè)了工作氣量為3億立方米的Totem地下儲(chǔ)氣庫(kù)，并將其全部租賃給Xcel Energy下屬企業(yè)，租約長(zhǎng)達(dá)32年。通過(guò)風(fēng)電與天然氣發(fā)電、電力企業(yè)與燃?xì)馄髽I(yè)聯(lián)動(dòng)，空中的風(fēng)力資源和地下的儲(chǔ)氣庫(kù)資源都得到了充分開發(fā)利用，電力企業(yè)可以保障電力的清潔可靠供應(yīng)，燃?xì)馄髽I(yè)獲得了新的客戶，儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)營(yíng)商則得到了穩(wěn)定可靠的設(shè)施經(jīng)營(yíng)收益。

我國(guó)也建設(shè)了一批風(fēng)力+天然氣項(xiàng)目，并收到了較好的運(yùn)行效果?！笆濉逼陂g，新疆利用達(dá)坂城充沛的風(fēng)力資源，建設(shè)了天然氣發(fā)電聯(lián)動(dòng)供熱項(xiàng)目，每天11~13時(shí)及19~21時(shí)電力需求高峰時(shí)段利用燃?xì)忮仩t供熱，剩余的20小時(shí)則使用附近風(fēng)電企業(yè)富余風(fēng)電供熱，通過(guò)這種方式滿足了達(dá)坂城鎮(zhèn)40萬(wàn)平方米8000余人的采暖需求，每個(gè)供暖季可減少煤炭消費(fèi)1.8萬(wàn)噸。

我國(guó)東部沿海也擁有充沛的海上風(fēng)力資源。特別是河北、山東、江蘇、浙江、福建、廣東和廣西等省自治區(qū)，均布局了大量的近海和深遠(yuǎn)海風(fēng)電項(xiàng)目。而這些省份也是我國(guó)天然氣發(fā)電廠和LNG（液化天然氣）接收站的密集分布區(qū)，擁有靈活的電力調(diào)峰能力和充沛的天然氣供應(yīng)/儲(chǔ)備能力。這些設(shè)施盡管分屬不同項(xiàng)目和業(yè)主，但在電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度下，形成了事實(shí)上的互調(diào)互濟(jì)，并且借助電力現(xiàn)貨市場(chǎng)和上海、重慶兩個(gè)天然氣交易中心，逐步探索利用市場(chǎng)化手段發(fā)現(xiàn)電、氣需求，形成反映市場(chǎng)供需的電、氣價(jià)格，實(shí)現(xiàn)電力上網(wǎng)價(jià)格和氣源供應(yīng)價(jià)格聯(lián)動(dòng)，并在未來(lái)最終解決天然氣發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)困難問(wèn)題。以廣東省為例，2024年3月1日電力現(xiàn)貨市場(chǎng)分時(shí)成交價(jià)格在凌晨4時(shí)左右低于300元/兆瓦時(shí)，幾乎只有水電、風(fēng)電才有效益；隨著上午用電高峰到來(lái)，電價(jià)上漲到500元/兆瓦時(shí)，超過(guò)廣東燃煤標(biāo)桿電價(jià)，煤電機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)效益發(fā)電；在晚高峰時(shí)段，電價(jià)一度觸及670元/兆瓦時(shí)峰值，考慮電廠其他成本后，折合天然氣價(jià)格約2.7元/立方米，部分擁有低價(jià)氣源的天然氣發(fā)電廠也可以實(shí)現(xiàn)效益發(fā)電。

天然氣與可再生能源融合發(fā)展建議

天然氣發(fā)電的靈活調(diào)峰和相對(duì)清潔的屬性可以有力支撐可再生能源發(fā)展，也為天然氣在碳達(dá)峰碳中和之后打開了新的應(yīng)用前景。為了更好地發(fā)揮天然氣優(yōu)勢(shì)，與可再生能源實(shí)現(xiàn)深度融合，國(guó)內(nèi)天然氣發(fā)電與電力企業(yè)在以下方面還需要進(jìn)一步探索。

第一，繼續(xù)提升天然氣頂峰應(yīng)急運(yùn)行能力。近年來(lái)，我國(guó)儲(chǔ)氣調(diào)峰能力快速提升，但多數(shù)設(shè)施仍按照“注氣期平穩(wěn)注入，采氣期平穩(wěn)采出”設(shè)計(jì)注采能力，最大日注采能力難以滿足突發(fā)應(yīng)急注采需求。我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)通常按100~120天采出設(shè)計(jì)采氣能力，而前述美國(guó)用于風(fēng)電調(diào)峰的Totem儲(chǔ)氣庫(kù)配備了35天采出的采氣能力，單位庫(kù)容采氣能力約為我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)的3~4倍。除儲(chǔ)氣庫(kù)最大注采能力不足外，由于儲(chǔ)氣設(shè)施和外輸管道由不同主體投資建設(shè)，也出現(xiàn)了管輸瓶頸制約設(shè)施注采能力發(fā)揮現(xiàn)象。從近幾年運(yùn)行情況來(lái)看，極端天氣頻繁出現(xiàn)，而可再生能源的快速發(fā)展又進(jìn)一步催生了天然氣發(fā)電頂峰應(yīng)急運(yùn)行需求。儲(chǔ)氣庫(kù)、LNG接收站等儲(chǔ)氣設(shè)施能否在關(guān)鍵的幾天或一兩周時(shí)間連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行，在很大程度上決定了全年保供任務(wù)能否圓滿完成。因此，油氣、管網(wǎng)、氣象、電力等部門需要加強(qiáng)合作，科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)我國(guó)儲(chǔ)氣和應(yīng)急調(diào)節(jié)需求，系統(tǒng)梳理儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)潛力和可能存在的外輸瓶頸，從國(guó)家層面統(tǒng)籌規(guī)劃，確保天然氣“注得進(jìn)，采得出”。

第二，探索天然氣發(fā)電+可再生能源協(xié)同發(fā)展的商業(yè)模式。當(dāng)前我國(guó)天然氣發(fā)電受制于資源、氣價(jià)、電價(jià)等多方面因素，其調(diào)峰、清潔屬性尚未能完全體現(xiàn)，投資大、成本高、效益差成為天然氣發(fā)電的獨(dú)有標(biāo)簽，大部分項(xiàng)目都進(jìn)入了天然氣發(fā)電價(jià)格倒掛-運(yùn)行小時(shí)數(shù)下降-項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性下降-進(jìn)一步壓縮運(yùn)行小時(shí)數(shù)的惡性循環(huán)。在現(xiàn)有資源稟賦下，天然氣成本大幅下滑的可能性較小，但通過(guò)探索建立氣+可再生電力協(xié)同發(fā)展的商業(yè)模式，則有望解決這一問(wèn)題。在天然氣+可再生能源外送項(xiàng)目中，天然氣發(fā)電保障可再生電力平穩(wěn)輸出，減少棄風(fēng)棄光；可再生電力攤薄天然氣發(fā)電成本，使之可以承受更大氣價(jià)波動(dòng)。在電力供需緊張、電力現(xiàn)貨價(jià)格高企時(shí)段，天然氣發(fā)電機(jī)組還能獲取調(diào)峰收益。2023年底，國(guó)家發(fā)文要求進(jìn)一步加快電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)工作，這為業(yè)界提供了解決天然氣發(fā)電發(fā)展和可再生能源消納問(wèn)題的契機(jī)，天然氣這個(gè)可再生能源的最佳搭檔，將有望擁有更大的發(fā)展空間。

-----------------------------------------------本文摘自《中國(guó)石化報(bào)》