摘要:对我国天然气发电情况进行了研究和分析，对当前天然气发电现状以及存在的问题及解决措施进行了论述。在此基础上对我国在该领域的发展前景进行了展望。
关键词:天然气发电系统;发展前景;解决措施
经过近40年的高速发展，我国经济在提高人民生活水平的同时，也给能源供给、环境保护带来了巨大的压力，可再生、洁净能源的研究成为社会关注的焦点。在我国能源结构中，电能是社会生活中最重要的能源来源，在能源消费中的比重非常大。但我国煤电占比太高，迫切需要减少煤炭发电的占比。天然气是一种储存比较丰富，开采、运输比较便利的能源。作为一种混合、多组分的气体燃料，其主要成分是甲烷，广泛分布于煤层、油田、页岩层、气田当中。与化石能源相比，天然气具有热值高、清洁无污染、安全性好、运输成本低，燃烧后的产物容易处理等优点。这些优点使得天然气成为一种可以代替煤炭发电的更好选择［1］。
1研究背景
2016年《巴黎协定》的签署，标志着绿色、低碳、环保的发展理念成为全球共识。我国在《电力发展“十三五”规划》中提出了能源结构清洁化计划，提出了增加5000万kW天然气的目标，争取将气电规模提升到1．1亿kW的总容量［2］。我国经济已经步入新的常态发展阶段，对电力需求的增速逐渐放缓，这为发展天然气发电提供了一个机遇。在碳排放量限定的情况下，关停一些煤电企业成为一个硬性政治任务。同时，为了保证社会电量的稳定供给，必须有新的污染小的电量来补充关停的煤电，这为以天然气发电为主的新清洁能源进入电力市场提供了历史机遇。从整体上进行分析，我国天然气在一次性消费中的占比为2．7%，不仅达不到世界24%的平均水平，甚至也达不到亚洲8．8%的平均水平［3］。从世界范围来讲，未来10年天然气发电量将达到4723～6406亿kWh。从具体的地区来讲，由于中东国家需要利用天然气发电来淡化海水，因此，该地区天然气发电发展迅速。当前我国的天然气发电总体技术和外国先进水平仍然存在一定的差距。但从安全性和可靠性方面来考虑，我国天然气发电技术比较成熟，这为天然气发电在我国的发展提供了技术安全方面的保证［4］。天然气在我国的储藏比较丰富。根据当前的探明储量，我国的天然气至少可以开采近百年，且在开采技术方面也有了长足的发展;在国际市场上，天然气作为大宗商品，我国也有巨量的进口，尤其是我国周边一些国家的天然气产量在世界占有重要地位，如俄罗斯、哈萨克斯坦以及中东海湾国家等。随着“一带一路”战略的持续推进，我国与这些国家的交流日益密切，这也为我国的能源安全提供了保证。
2研究现状
预计到2030年，我国社会总用电量将达10万亿kWh。在这巨大的需求下，我国的装机量将会快速增加。由于火电产能的消减，天然气等清洁能源发电的装机量将会大幅度的提高［5］。未来10年，我国的发电装机量将高速发展，这为水力发电、太阳能发电、风力发电、天然气发电提供了巨大的发展机遇和发展空间。当前天然气发电比较高效的是燃气－蒸汽联合循环发电技术。该技术可以很大程度上提高天然气的利用率，相比传统的石化能源发电，在提高热效率方面效果显著，大约可以提高20%～30%的热效率。这种热循环模式将燃气轮机与蒸汽轮机相结合，将“布雷顿循环”与“朗肯循环”2种热循环充分利用，形成了一种更高效的热循环方式。燃气轮机主要包括3个核心结构:压气机、燃烧室和燃气透平室。其工作过程为:首先压气机对空气进行压缩，然后高温、高压的空气进入燃烧室与喷入的天然气混合燃烧，高温、高压的燃气进入燃气透平室推动透平叶轮转动，带动发电机工作，透平叶轮也带动压气机工作。燃气轮机在启动时，需要有外部启动机带动旋转，加速到能够使燃气轮机自行工作后再脱离［6］。余热锅炉的主要结构包括省煤器、蒸发器、加热器、汽包等换热管组和容器等。燃气轮机排出的高温废气进入余热锅炉，经过一系列的热量交换，温度会逐渐下降，最后排入大气。将进入余热锅炉的高温废气温度控制在450～600℃，排入大气时的温度控制为110～200℃，余热锅炉放出的热量可以使水变成蒸汽，作为蒸汽轮机的工作物质。高温饱和蒸汽在蒸汽轮机的喷嘴喷出后，体积发生膨胀，压力与温度降低，速度增加，实现热能向动能的转换，带动蒸汽轮机的叶轮旋转，从而将动能转换为机械能，带动发电机组旋转发电。
3存在问题
价格因素是天然气发电面临的一个现实问题。相比煤炭价格，天然气没有竞争优势。这个问题的出现，既有市场原因，也是由国家的地理决定的。目前，我国天然气主要有以下2个来源:一是进口;二是在我国的油田和天然气产区开采。随着经济的发展和需求的加大，我国进口天然气在天然气总消费量中的比例不断升高，中国对世界大宗商品具有一定的价格决定权。这种具有讽刺意味的决定权，恰恰暴露了我们的产能存在不足。实际上，我国在进口能源定价机制方面没有主动权，导致我国进口的大宗商品价格极高，严重影响了相关企业的发展。可以说，价格是我国天然气发电面临的一个主要问题。另外，当前我国的天然气发电上网价格还没有形成一个全国性的定价机制。这主要是因为当地政府根据成本、利润、税金等因素决定上网电价。由于上述3个因素在不同地区不同，使得不同地区的天然气上网价格存在差异，在某些地区甚至是“一厂一价”或者“一机一价”。这些价格都普遍高于石化发电的价格，导致天然气发电没有价格优势。价格问题是一个长期博弈的过程。解决天然气价格较贵且供给不足的问题重在通过稳定天然气国际进口来源，开拓新的市场进口渠道，扩大国内天然气的勘探、开采力度。充分利用“一带一路”战略，加强与西亚、俄罗斯、中东等能源输出国之间的合作力度与深度，通过签订中长期能源合作协议，稳定我国的能源市场。在这个基础上，开拓更多的能源渠道，从而在确保天然气价格稳定的前提下，使价格慢慢降下来。针对价格不统一问题，可以由国家能源部门出面，牵头解决天然气发电全国上网的问题，彻底消除地区壁垒;设立专门的天然气发电补贴，鼓励地方政府和居民对天然气发电更加支持，形成良性循环，进而增加天然气发电的供给，降低天然气发电的成本。在价格问题上，国家发改委在给予地方政府价格决定权的同时，也颁布了气价联动调整机制的指导意见，给予各地政府在价格方面的优惠政策，给予天然气发电用户一定的补偿。相信通过上述措施的执行，可以有效缓解目前天然气发电面临的矛盾和问题。
4结语
在生态环境政策的制约下，天然气发电的市场会不断扩大。与其他发电方式相比较，煤电污染大、核电容量受到限制、水电受季节影响显著、风电与太阳能发电不稳定，燃油发电成本高，因此天然气发电将成为一种较为重要的替代方式。
作者：林宏斌 单位：上海奉贤燃机发电有限公司
