加速天然气发电增长 迈向零碳未来 要了解 GE 对能源变革所持观点的更多信息， 请访问：www.ge.com/gas-power/future-of-energy 摘要 气候变化是全人类面临的严峻挑战，关系到世界各国的可 持续发展。站在“碳达峰、碳中和”的新起点上，GE 相信， 加速天然气发电和可再生能源的战略性部署，精进低碳或 接近零碳的发电技术可快速地实现大幅度减排。 2 加速天然气发电增长 迈向零碳未来 加速天然气发电增长 迈向零碳未来 3 碳中和目标下的电力行业变革 越来越多的国家意识到温室气体含量上升会对气候变化产生一系列影响并纷纷采 取相应的行动和对策以实现零碳未来的愿景。由于全球温室气体排放量的 41% 来 自电力行业，因此，电力系统的低碳变革势在必行，而其中的关键在于用绿色创新技 术替代传统技术。 目前，全球已有超过 120 个国家和地区提 出了碳中和目标，大部分计划在 2050 年实 图 1：欧洲不同发电形式装机规模及趋势 I 现，如欧盟、英国、加拿大、日本等国家和 TWh 地区。综合来看，发达国家在全球低碳发展 1,400 可天然气发电在过去对环保和减碳的贡献， 更重视天然气发电和可再生能源的互补性， 持续发展天然气发电使其成为传统煤电替 代的基荷能源和保障电力系统安全稳定可 靠的灵活性能源，并积极布局氢能发电产业 以最终实现清洁零碳发电。 1,200 ྇ႚ 1,000 ೀႚ 800 ‫ྀݐ‬මԾႚ ෌ႚ 600 ᯊᑶ 400 мࠉՒъႎᑶ໐ 200 ‫ݑ‬ᬑᑶ ᆚซ ᜠ౒ᝒൌ 欧盟：在过去的 1990 年到 2018 年间，累计 电量从总发电量的 40% 减少到 20%；天然 减排约 1400 兆吨二氧化碳当量。其中，电 气发电量增长了 3 倍，从原先的少于 7% 增 力行业减排了近 500 兆吨二氧化碳当量。 长至总发电量的 18%；风电和太阳能的发 在这段电力行业变革中，传统燃煤发电的发 电量则从 0 增长至总发电量的 14%。 4 加速天然气发电增长 迈向零碳未来 2015 2010 2005 2000 1995 1991 0 2019 背景下对电力行业进行的变革重点在于，认 图 2：日本电源结构分析 II ௝ౌႚ໐౵ਫ਼ 由此可见，欧盟电力行业实现二氧化碳减排 的关键原因在于持续推进天然气发电产业 Ծႚ᧱ 10,650̺ kWh Ծႚ᧱ 10,240̺ kWh Ծႚ᧱ 9,300~9,400̺ kWh 布局，利用天然气发电替代传统燃煤发电， 实现热电联供和能源高效利用，并结合可 18% 22~24% ᭻Өᆚ 1% 再生能源实现多能互补。 24% ᭻Өᆚ 6% 44% 36~38% 同时，综合考虑到天然气发电未来可实现 部分或全部氢燃料发电，且未来的成本和 ᭻Өᆚ 技术上的突破可能使氢气具有成本竞争力， 欧盟一些国家正在采取政策激励措施，以 59% 37% 促进氢能产业基础设施的发展并降低成本。 20~22% 与风能和太阳能光伏行业通过有针对性的 76% Өᆚ 术有可能显著提高氢的可用性和可负担性。 Өᆚ 41% 日本：是当前全球 LNG 第一大进口国，天然 发电形式。为实现 2050 年碳中和的目标， 日本也在积极采取行动实施能源结构脱碳， 其 2021 年公布的第 6 次《能源基本计划》 56% 20% 32% 电量占比高达 37%，超过其它所有类型的 27% Өᆚ 政策激励措施所经历的情况类似，这些技 气发电已经成为其电力供应的主力军，发 20~22% 26% 19% 7% 2% 2019 3% 2030 2030 (H27᝷Ҋқࠗ௨) ซԺмࠉ ‫ྀݐ‬මԾႚ Ւъႎᑶ໐ ྇ႚ ೀႚ ශසԾႚ 的新目标是：大力部署可再生能源，到 2030 年其发电量在日本总发电量中所占比重大 幅上调至 36%~38%；并对新建和在运行的 天然气发电机组逐步要求掺氢燃烧的能力， 积极发展氢能发电，2030 年，氢能发电量 将达到 9300~9400 亿度。天然气发电作为 灵活稳定低碳的发电形式，仍将被日本政府 作为发电量占比最高的化石能源发电形式。 加速天然气发电增长 迈向零碳未来 5 中和目标期限的发展中国家，也是世界电力 图 3：2011-2020 年中国发电装机容量和发电量（按发电形式）III 生产和消费大国，随着 2030 年前实现碳达 国提出 2030 年风电、光伏发电累计装机要 达到 12 亿千瓦，电力系统正通过加快构建 新型电力系统以实现快速深度转型。虽然 9,000 Ծႚ᧱ (Ӹ̺ӹၾ) 峰、2060 年前实现碳中的目标的设定，中 8,000 7,000 6,000 5,000 4,977 4,722 5,347 5,631 6,994 6,418 5,990 5,694 2,500 7,624 7,325 2,000 1,500 4,000 1,000 3,000 当前中国发电结构中煤电仍占绝对主导地 2,000 位，但煤电发电装机容量及发电量已从高 - ᜠ౒᧱ (GW) 中国：不仅是全球主要排放国里首个设定碳 500 1,000 2011 速增长进入低速增长阶段，电网需要稳定低 ෌ႚ 2012 ༹ႚ 2013 ೀႚ 2014 2015 2016 ᯊႚ 2017 ЧͩԾႚ 2018 ઱෌ᗿᑶ 2019 2020 мࠉ Ծႚᜠ౒ࠫ᧱ 碳的基荷电源；同时，由于可再生能源发电 存在间歇性、波动性和不稳定性的特点，要 求电力电网系统配置更高比例的灵活性电 图 4：2011-2020 年中国天然气发电装机容量和发电量 IV 源作为支撑。电网需要更大规模的响应速 2020 年 全 国 全 口 径 发 电 装 机 容 量 达 220058 万千瓦，同比增长 9.5%，全国全口 10000 8000 6000 1,088 1,103 1,143 1,333 1,669 1,883 2,028 2,155 2,365 2,470 3,000 2,500 2,000 1,500 4000 1,000 2000 500 0 径火电装机容量达 124517 万千瓦，同比增 2011 2012 2013 长 4.7%，占全部装机容量的 56.58%。其中， 2014 2015 2016 Ծႚᜠ౒ࠫ᧱ 2017 2018 2019 2020 Ծႚ᧱ᶇՖ‫ۆ‬ಭᶈ 煤电装机容量为 107992 万千瓦，同比增长 3.8%，占全部装机容量的 49.07%，首次降 至 50% 以下；气电装机容量为 9802 万千瓦， 图 5：全国十大省份天然气装机容量 V 同比增长 8.6%，占全部装机容量的 4.45%。 3,000 ᶇˑӹၾᶈ 2,500 2,000 1,500 1,000 500 - ऐˣ 6 加速天然气发电增长 迈向零碳未来 ෟᔱ ๝ෟ ө̲ ˔๩ ‫ݐ‬เ ሠ़ ฉԆ ࡺᝌ ๩Ԇ Ծႚ᧱ᶇ̺ӹၾ௨ᶈ 为其提供调峰、调频服务。 12000 Ծႚᜠ౒᧱ᶇˑӹၾᶈ 度快、发电成本可承受、可持续供电的电源 加速天然气发电增长 迈向零碳未来 7 天然气发电是新型电力系统重要支撑 “双碳”目标下，作为未来新型电力系统的重要支撑，天然气发电的地位会愈发重要。 作为调峰调频性能优良的电源，天然气发电是可再生能源发电的最佳补充，是电力部 门低碳转型的可行技术路线。 可靠容量系数高：天然气发电灵活且可调 度，可以快速可靠上网，调整出力水平，根 据需要平衡供需。它们可以根据电力的供 表 1：不同发电类型的平均可靠容量系数 发电类型 平均可靠容量系数 气电 84% 煤电 78% 定性尤其重要。无论什么时间、什么天气状 核能 92% 况，需要多少时间，燃气电厂都可以运行并 水电 63% 需在一天中、一周或一个月的时间内以及季 节性（无论何时需要）的变化来提供更多或 更少的电力。当部署更多不可调度的风能 和太阳能时，这种灵活性对于保持电网稳 根据需求提供可靠的电力。而风能和太阳 能的可用性并不总是与需求一致的。比如风 14%（陆上） 风能 27%（海上） 场装机 100MW，但电网在需要时其由于风 力较弱只能发 20MW，那么可靠容量系数只 20-40% 太阳能 有 20%。GE 根据全球平均值制作了表 1 所 示的“可靠容量系数”。 低碳清洁：天然气主要成分是甲烷，也是含 表 2：不同发电碳排放强度比较 碳量最小，含氢量最大的烃。发同等电量时， 天然气发电产生的 CO2 比煤电低 60% 以上。 以使用天然气为燃料的 HA 级燃机联合循 碳强度 g/kW·h 煤电 9F 9HA.01 可再生能源 838VI 345 320 0 环发电机组为例，虽然同为化石能源，但 每度电的 CO2 排放值仅为 320g。此外，天 然气发电在能量利用的效率上也高出煤电 大部分的 NOx 生成则是燃料型。燃机电厂 万吨（全年利用小时 4500 小时测算）， 30% 以上。最先进的 9HA.02 联合循环发电 是通过提高燃烧技术从燃机源头来实现低 NOx 每年减排 270 吨，SO2 每年减排 260 效率 64%，折合每度电煤耗 192 克。燃机联 NOx 排放，而燃煤电厂则是采用脱硝技术， 吨，烟尘每年减排 280 吨。 合循环的碳强度比同等煤电少 60% 以上。 此外，通过外在的技术来减少已经生成的 此外，燃机电厂与燃煤电厂 NOx 生成的原 NOx。燃机电厂因燃气中含硫量少，所以 可以看出，即使作为化石能源，不管是用 尾气中 SOx 可以忽略不计。 CO2，SOx，NOx 颗粒物还是按汞来衡量， 理是不同的。燃烧过程中所生成的 NOx 有 天然气联合循环发电厂都是排放最低的化 三种类 型，即热力型、燃料型和快速 型。 以 天 津 军 粮 城 煤 改 气 的 9HA.01 电 厂 为 石燃料发电厂，而且是源头主动减排，不 9HA 燃机燃烧温度在 1500℃以上，NOx 的 例，相较于原燃煤电厂（30 万千瓦标准 是通过脱硫脱硝等被动的减排方式，避免 形成基本上就是热力型。而在燃煤锅炉里， 脱硝至 25ppm），二氧化碳每年减排 180 了二次污染。 8 加速天然气发电增长 迈向零碳未来 此外，从度电成本角度看，效率越高的设备，