【研究分享】全球燃气发电的现状与展望

在全球能源转型的大背景下，燃气发电凭借其低碳、高效、灵活等特点，正扮演着越来越重要的角色。日前，CCETP发布报告《中国燃气发展目标与展望》，系统梳理燃气发电发展现状，展望发展前景，总结发展过程中面临的挑战，并给出了相关政策建议。

随着燃气发电技术的进步，燃气发电以其低碳环保、高效可靠和灵活的特点而得到快速发展，成为美国欧洲和发达国家减少空气污染和降低碳排放、替代煤电的重要电源之一。燃气发电的可靠性和灵活性也使其成为电力系统的重要基荷电源和调峰电源。

01.主要经济体燃气发电发展情况

随着天然气供应的增加以及空气污染标准的提高，美国、英国、韩国等发达国家开始使用燃气发电替代燃煤发电，自1985年以来，燃气发电比例逐步提高。2023年美国燃气发电占比达到42.41%，英国为34.25%，韩国为27.55%。

 从全球来看，燃气发电在全世界大部分国家和地区都占据重要位置。2023年全球燃气发电占全球总电量的22.47%。

随着电力行业低碳转型的持续深入，“煤改气”和可再生能源成为碳减排的重要抓手。美国和欧盟的实践证明，燃气发电在碳减排方面发挥着举足轻重的作用。

美国电力行业曾严重依赖煤炭，通过快速且大规模部署可再生能源和燃气发电，该国在脱碳方面成绩显著。2005年至2021年间，美国电力行业碳强度从0.61t/MWh下降到0.39t/MWh。若电力行业碳强度保持2005年水平，2021年将额外排放9.05亿吨二氧化碳。在减少的碳排放量中，58%（5.26亿吨）归因于从高碳化石能源发电（主要煤电）转向燃气发电，42%（3.79亿吨）是由于零碳发电（可再生能源）的增长。

在1990年到2018年间，欧盟累计减排约1400兆吨二氧化碳当量。其中，电力行业减排了近500兆吨二氧化碳当量。在此期间，传统燃煤发电的发电量从总发电量的40% 减少到20%；燃气发电量增长了3倍，从原先的不足7%增长至总发电量的18%；风电和光伏的发电量持续增长，从1990年的几乎为零，到2010年的5%，再到2019年的17%。与此同时，煤电的发电量持续下降。以2019年为例，减少的煤电发电量，约一半被可再生能源替代，另一半归功于燃气发电的增长。

在英国，天然气在“去煤化”的进程中发挥了重要作用。在英国治理“烟雾事件”的过程中，天然气扮演了最主要的角色。在此期间，英国天然气消费占比从3%增至43%；煤炭消费占比则从80%降至3%。为了减少常规污染物和改善空气质量，增加天然气利用和减少煤炭消费是双管齐下的。在非化石能源转型的过程中，天然气起到了“强力调节器”的作用。随着英国非化石能源装机和发电量的增长，燃气发电也有所增加，因为燃气发电能够及时补充可再生能源的不稳定性带来的能源供应缺口。

目前，英国燃气发电装机占比仅为9%，远低于可再生能源的67%，但燃气发电仍是英国当前发电量占比最大的电源，占比达37%，较2000年仅下跌2个百分点。可再生能源（风电、光伏发电、水电、生物质）发电占比约为31%。尤其是在极端天气情况下，燃气发电能够保障能源安全稳定供应。

02.主要国家燃气发电支持因素

在美欧日韩等国家和地区，燃气发电的快速发展得益于以下几个重要因素：

环保和气候政策是燃气发电的重要推动力。与传统煤电相比，燃气发电在很多地区并不具备价格和成本优势，其正外部性效应很难通过价格机制予以补偿。严格的环保法有助于明确生态环境污染的成本，突显燃气发电的清洁化优势，为建立合理的能源比价关系提供法律依据，同时也体现了国家经济可持续发展的战略，将燃气发电政策与国家能源战略、经济发展战略紧密结合。

日本燃气发电行业的发展是日本政府实现环境保护发展目标的重要途径。以高效、环保为目标的能源发展战略是促进燃气发电行业发展的最重要依据和基础。从上世纪60年代开始，日本就制定了一系列与电力相关的环保法案，如《电力工业法(1964)》、《大气污染防治法(1968年)》、《大气污染环境标准(1973年)》等，明确规定了在发电过程中产生各类污染的处罚机制，让燃气发电的环境优势得以转变为竞争力。

在美国，美国国家环境保护署根据1990年《清洁空气法》修正案，先后推出了包括《清洁空气市场计划》、《区域雾霾治理计划》、《汞和大气有毒物质排放标准》等在内的多项环保政策，并逐步建立起成熟的污染防控体系，对发电行业的多个污染物排放进行逐一控制。虽然燃气发电的燃料成本始终高于煤电的燃料成本，但其在投资建造成本、运营维护成本等方面的优势仍使其在总成本上低于煤炭。自奥巴马政府上台以来，美国能源转型路径主要包括大规模开采非常规油气以及加强可再生能源技术研发，大大降低了燃气发电的成本；2015年8月出台的“清洁电力计划”(CPP)首次推出了全国性的二氧化碳排放限制体系。这些政策极大地抑制了美国燃煤发电的增长，推动了燃气发电的快速发展。

与此同时，英国、美国和欧洲国家通过引入碳市场和碳税机制，进一步提高了高碳排放的煤电的成本，使得燃气发电的环保优势得以实现货币化，从而促使其更快发展。

多渠道天然气供应和有竞争力的气价是燃气发电的关键因素。在燃气发电快速发展的国家中，美国和俄罗斯属于天然气丰富国家，天然气供应充足且价格较低。在英国，早期北海气田提供了大量的天然气，随着天然气资源逐渐枯竭，英国积极寻求从欧洲美国和中东等地区进口天然气。日本本土天然气资源匮乏，主要以进口液化天然气（LNG）为主，早期主要从马来西亚、卡塔尔和俄罗斯等亚洲和中东国家进口LNG，随着美国页岩气产量的增加，美国也成为日本天然气主要进口国。德国则积极发展地下天然气储气库，保障天然气稳定供应。

建立市场机制，确保燃气发电的竞争力。相比于煤炭，天然气成本较高，因此需要通过政策设计来提升燃气发电的竞争力。日本一方面通过天然气用户自主选择供气商，实现了供气生产商之间的竞争，建立了有效的燃气发电批发市场，并限制了燃气发电商获得超额的垄断利润。另一方面，通过体制改革，推进电力市场竞争性定价，并计划逐步放松对具有天然垄断性的输电网引入竞争机制以进一步降低成本，提高燃气发电的竞争力。

欧洲电力市场交易价格以边际成本定价。例如德国电力交易所的短期电力交易价格，早晨和晚高峰时段价格较高。只要电价高于电厂的边际成本，燃气电厂运营商就可以在短期市场上获取收益，从而提升了对灵活性电源投资的动机。此外，燃气电厂还可以通过电力备用市场获取收益。

美国的电力市场化程度较高，直接提升了燃气发电竞价优势和促进燃气发电发展。1996年，美国联邦规制委员会发布了第888号法令，要求输电服务提供商要向所有电网使用者提供非歧视性的公开接入服务，同时也允许现有电力公司从电力用户身上回收其搁浅成本。受此积极影响，独立发电公司或私营电力企业开始把投资的目光聚焦到综合成本低、建设周期短的燃气机组。2000-2005年间，美国燃气发电机组装机容量快速增长，其中78%来自独立发电公司。

与此同时，大多数美国电力市场要求新能源企业在日前市场做出发电承诺，如果发电量达不到发电承诺，新能源企业就必须在日前市场购买足够电量弥补发电不足。这就导致风电和太阳能发电的运营成本不再为零，而是一个由风电预测误差分布和传统机组发电成本决定的风险成本。因此，在大型风电、太阳能发电企业面临补贴终止和稳定供给责任两大政策背景下，作为市场中稳定持续的电源，燃煤和燃气发电仍然扮演着重要角色。

积极支持天然气勘探开发和发电技术发展。在天然气开采方面，以美国页岩气产业发展为例，美国联邦政府对页岩油气开发提供的财政支持主要集中在技术研发方面，如专门设立非常规油气资源研究基金以支持非常规油气勘探开发项目、政府持续投资支持非常规油气研发等。例如，2004年的美国能源法规定，10年内政府每年投资4500万美元用于包括页岩气在内的非常规天然气研发。在政策和资金支持下，美国在页岩油气开采关键技术（水平钻井、水力压裂、随钻测井、地质导向钻井、微地震检测等）的研发和应用上实现突破。

燃气轮机技术的发展和进步也是燃气发电得以快速发展的重要支撑。美国、日本和欧盟都曾在燃气轮机的核心技术方面提供政策扶持。例如，如美国的IHPTET计划、ATS计划、CAGT计划，欧盟的EC-ATS计划，以及日本的月光计划等。

03.全球燃气发电展望

在实现碳中和的过程中，燃气发电仍将扮演着重要角色。随着越来越多的可再生能源项目建成投产，全球仍需要新建部分燃气发电项目（特别是联合循环电厂）以满足电力系统在灵活性、辅助服务等方面不断增长的需求。

由于更高比例可再生能源的接入可能会导致电网系统不稳定，电网运营商需要综合利用储能、燃气发电、需求侧管理、电网基础设施投资和其他策略加以应对。在储能技术实现技术突破前，燃气发电仍是最具成本效益的备用方案。此外，全球极端天气现象的频繁出现也增加了电力系统对安全可靠能够及时响应的燃气发电的需求。

从全球电力行业碳中和下电力行业的发展路径来看，煤电将逐渐淘汰，光伏和风电无疑还将继续快速增长。燃气发电一方面相比较煤电较为低碳作为煤电的替代，另一方面优越的灵活性将为大比例可再生能源发展提供支撑。因此未来10年燃气发电还将继续增加，随后保持较为稳定的份额，确保电力系统的安全可靠和稳定。此外，近些年来，随着全球极端天气现象多发，对于安全可靠能够及时响应的燃气发电的需求也有所增加，比如美国，频繁的飓风和雷暴破坏了完善的电网，增加了对燃气发电机的需求。