我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電任重道遠(yuǎn)
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 2014-4-29 肖勇 趙偉
編者按：
當(dāng)前，燃煤發(fā)電對(duì)大氣帶來(lái)的污染已成為中國(guó)霧霾最主要的成因。
出于緩解前所未有的環(huán)保壓力這一動(dòng)機(jī)，我國(guó)政府開(kāi)始鼓勵(lì)“煤改氣”和天然氣發(fā)電。與燃煤發(fā)電相比，天然氣發(fā)電具有環(huán)境代價(jià)小、投資成本低、建設(shè)周期短、占地面積小、機(jī)組啟停快等諸多優(yōu)勢(shì)，并由此成為發(fā)達(dá)國(guó)家的主要發(fā)電形式。
經(jīng)過(guò)幾年探索和實(shí)踐，我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)已具備一定基礎(chǔ)，并且有關(guān)產(chǎn)業(yè)扶持政策框架也基本成型。
因此，頁(yè)巖氣作為一種新興清潔能源，在我國(guó)能源格局戰(zhàn)略調(diào)整和電力發(fā)展上將扮演重要角色。清華大學(xué)電機(jī)系教授趙偉熟知我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展，我們特邀其團(tuán)隊(duì)對(duì)我國(guó)發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)可行性提出建議。
頁(yè)巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔能源。
當(dāng)前，對(duì)頁(yè)巖氣的勘探和開(kāi)采已在全球油氣勘探領(lǐng)域異軍突起，成為世界上頁(yè)巖氣蘊(yùn)藏量大的國(guó)家和地區(qū)的共同選擇。
本質(zhì)上，頁(yè)巖氣和常規(guī)天然氣都是天然氣，主要成分均為甲烷（CH4），但常規(guī)天然氣的具體成分相對(duì)復(fù)雜，甲烷所占比重約65%，其他成分為乙烷、丙烷和丁烷；而頁(yè)巖氣中甲烷所占比例一般能達(dá)到70%甚至更高（我國(guó)四川盆地南部頁(yè)巖氣田的甲烷體積分?jǐn)?shù)約為86.5%），其余成分主要是氮?dú)猓⒑猩倭恳彝椤⒈楹投趸肌?/p>
天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步晚
在不少發(fā)達(dá)國(guó)家，天然氣發(fā)電已是主要發(fā)電形式之一。例如在美國(guó)，天然氣發(fā)電裝機(jī)已占其發(fā)電總裝機(jī)容量的約40%，且成為目前唯一有力增長(zhǎng)的發(fā)電類(lèi)型。在歐洲，天然氣發(fā)電已占到電力供應(yīng)總量的1/4，但近兩年，歐洲由于天然氣價(jià)格居高不下，因虧損關(guān)閉天然氣發(fā)電站在歐洲多個(gè)國(guó)家屢見(jiàn)不鮮，天然氣發(fā)電比例有所下降。
在日本，天然氣發(fā)電裝機(jī)容量占發(fā)電總裝機(jī)容量的約29%，天然氣發(fā)電主要承擔(dān)著腰荷和峰荷，特別是對(duì)調(diào)峰起至關(guān)重要作用。福島大地震后，日本政府關(guān)停了核電機(jī)組，天然氣發(fā)電比例進(jìn)一步增加。
雖然國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)我國(guó)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)正在向以城市天然氣和發(fā)電為主轉(zhuǎn)變，天然氣發(fā)電裝機(jī)容量呈加速增加態(tài)勢(shì)，到2015年有望突破6000萬(wàn)千瓦。
但由于受到天然氣供應(yīng)量很小的制約，天然氣發(fā)電起步較晚，天然氣發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量占發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量?jī)H約3%。
此外，目前我國(guó)天然氣發(fā)電行業(yè)缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。首先，按相同的發(fā)熱量計(jì)算，天然氣發(fā)電成本比燃煤發(fā)電高出很多，從各地的上網(wǎng)電價(jià)來(lái)看，天然氣發(fā)電缺乏盈利空間；其次，我國(guó)天然氣價(jià)格改革與電力價(jià)格改革的方向是電力競(jìng)價(jià)上網(wǎng)和天然氣價(jià)格市場(chǎng)化，這將導(dǎo)致天然氣發(fā)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的進(jìn)一步下滑。
此外，我國(guó)天然氣供給和運(yùn)輸能力不足，使天然氣發(fā)電機(jī)組往往不能按照電網(wǎng)調(diào)度出力曲線(xiàn)運(yùn)行。而天然氣發(fā)電廠(chǎng)承擔(dān)著購(gòu)氣合同“照付不議”與競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰所致的用氣量不確定的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)疑也限制了天然氣發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。
頁(yè)巖氣發(fā)電經(jīng)濟(jì)性分析
基于國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)和天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況，并結(jié)合我國(guó)能源緊缺和環(huán)保壓力極大的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可看出，我國(guó)頁(yè)巖氣地理分布與電力負(fù)荷中心分布的吻合度較高，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的電力負(fù)荷中心利用頁(yè)巖氣就地發(fā)電，可切實(shí)減輕不斷增大的節(jié)能減排壓力。
而在我國(guó)西北地區(qū)，由于風(fēng)電等間歇性可再生能源富集，若能實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣就地發(fā)電，則可滿(mǎn)足當(dāng)?shù)夭粩嘣鲩L(zhǎng)的調(diào)峰需求。
由于使用頁(yè)巖氣的發(fā)電機(jī)組和使用常規(guī)天然氣的發(fā)電機(jī)組是一樣的，頁(yè)巖氣發(fā)電與常規(guī)天然氣發(fā)電的主要成本差異取決于燃料成本。
2013年8月，北京市上調(diào)了發(fā)電用天然氣價(jià)格，新價(jià)格為2.67元/立方米，如此，以常規(guī)的9F天然氣發(fā)電機(jī)組為例，當(dāng)年利用小時(shí)取3500時(shí)，所對(duì)應(yīng)的單位燃料成本約為0.6元/千瓦時(shí)。
由于不同頁(yè)巖氣田的富氣程度、開(kāi)采難度和相關(guān)輸運(yùn)管道待建情況等諸多影響成本的因素各不相同，在缺乏足夠開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的當(dāng)下，對(duì)我國(guó)商業(yè)化開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣的成本還很難作準(zhǔn)確估計(jì)。
假設(shè)頁(yè)巖氣的生產(chǎn)成本在1.24～2.68元/立方米，再綜合考慮開(kāi)采工作運(yùn)行維護(hù)成本、管道運(yùn)輸成本等，即使政府給予0.4元/立方米的政策性補(bǔ)貼，預(yù)計(jì)頁(yè)巖氣進(jìn)入電廠(chǎng)的價(jià)格也會(huì)略高于當(dāng)前的天然氣價(jià)格。
如此，使用頁(yè)巖氣發(fā)電的單位燃料成本和電力生產(chǎn)成本，將高于使用常規(guī)天然氣的發(fā)電成本。而單從經(jīng)濟(jì)性看，我國(guó)目前頁(yè)巖氣發(fā)電將面臨更為嚴(yán)重的缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力問(wèn)題。
發(fā)電產(chǎn)業(yè)政策建議
由于頁(yè)巖氣發(fā)電在保護(hù)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰等多個(gè)方面均有著明顯優(yōu)勢(shì)，且我國(guó)是頁(yè)巖氣蘊(yùn)藏大國(guó)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)和戰(zhàn)略角度看，未來(lái)我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電在總發(fā)電量中占有重要位置的可能性很大。
鑒于此，我國(guó)政府應(yīng)盡早明確頁(yè)巖氣發(fā)電的戰(zhàn)略定位、發(fā)展重點(diǎn)及相應(yīng)保障措施，并做好統(tǒng)籌規(guī)劃工作，在發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電上應(yīng)注重以下幾個(gè)方面：
（1）加快我國(guó)頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)。我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采尚處于初期試驗(yàn)勘探階段，建設(shè)頁(yè)巖氣發(fā)電站的時(shí)機(jī)尚不成熟。目前，我國(guó)應(yīng)推進(jìn)頁(yè)巖氣勘探進(jìn)展，盡快掌握頁(yè)巖氣分布及儲(chǔ)量情況，為頁(yè)巖氣發(fā)電站氣源篩選和廠(chǎng)址選擇作好準(zhǔn)備。在氣源能得到保障后，再因地制宜地、適時(shí)地啟動(dòng)頁(yè)巖氣發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目。
（2）落實(shí)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣和天然氣發(fā)電相關(guān)補(bǔ)貼政策。國(guó)家調(diào)控的天然氣價(jià)格和上網(wǎng)電價(jià)直接影響頁(yè)巖氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。目前即使在開(kāi)采頁(yè)巖氣上已有0.4元/立方米的政策性補(bǔ)貼，我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采成本仍很高。只有政府更科學(xué)、理性地意識(shí)到頁(yè)巖氣發(fā)電所帶來(lái)的環(huán)境效益以及具有很好的電網(wǎng)調(diào)峰、氣源調(diào)峰能力等利好綜合效應(yīng)，合理制定開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣和天然氣發(fā)電的扶持和補(bǔ)貼力度，讓投資頁(yè)巖氣發(fā)電有利可圖，才能推動(dòng)我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。
（3）鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)互利合作及對(duì)外合作。發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電，應(yīng)加強(qiáng)能源開(kāi)發(fā)企業(yè)與發(fā)電企業(yè)等相關(guān)利益單位的合作，比如建設(shè)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)與發(fā)電一體化項(xiàng)目。同時(shí)，應(yīng)推動(dòng)國(guó)際合作，鼓勵(lì)我國(guó)企業(yè)入資國(guó)外有經(jīng)驗(yàn)的頁(yè)巖氣發(fā)電公司，或與其在國(guó)內(nèi)共同建設(shè)、運(yùn)行幾個(gè)頁(yè)巖氣發(fā)電站，以盡快學(xué)習(xí)、消化、掌握國(guó)外核心技術(shù)和先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)。
（4）推行多氣源供氣模式。建設(shè)頁(yè)巖氣發(fā)電站，必須優(yōu)先保障氣源充足和供氣持續(xù)穩(wěn)定。采取不同類(lèi)型的多氣源供氣方案，不僅有利于提高氣源穩(wěn)定可靠性，還能充分發(fā)揮頁(yè)巖氣發(fā)電站供電、電網(wǎng)調(diào)峰、天然氣調(diào)峰的綜合作用，因此我國(guó)應(yīng)鼓勵(lì)頁(yè)巖氣發(fā)電企業(yè)采用多氣源供氣模式，并為之積極創(chuàng)造相關(guān)條件。
（5）加快我國(guó)天然氣發(fā)電技術(shù)和設(shè)備研究。目前，我國(guó)建設(shè)頁(yè)巖氣發(fā)電站仍需要引進(jìn)國(guó)外昂貴技術(shù)和設(shè)備，如果能夠掌握天然氣發(fā)電核心技術(shù)，頁(yè)巖氣發(fā)電站的建設(shè)成本將大大降低。
（6）注重天然氣輸運(yùn)管網(wǎng)等配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。頁(yè)巖氣的商業(yè)開(kāi)發(fā)和大規(guī)模利用，離不開(kāi)天然氣輸運(yùn)管網(wǎng)等基礎(chǔ)性配套設(shè)施，但我國(guó)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)目前還很不完善，所以發(fā)展頁(yè)巖氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)，必須加快頁(yè)巖氣輸運(yùn)管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的配套建設(shè)。（作者單位：清華大學(xué)電機(jī)系）
