燃气发电有望在新型电力系统中提升角色定位

电力设备与新能源 燃气发电有望在新型电力系统中提升角色定位 产业研究报告 2024年08月29日 我国风能和太阳能发电装机规模快速提升，给电力系统带来间歇性和波动性压力。2024年H1风光占总发电量比重约20%，新能源高速发展加剧了消纳 问题。新型电力系统中所要求的电力系统灵活性具备在高比例风光发电接入电网时，通过改变自身发用电特性以维持系统有功功率平衡的能力。抽水蓄能、可调水电、燃气发电、灵活性煤电以及新型储能电站是目前我国电源侧灵活性调节资源，然而灵活性电源资源比例低于世界平均水平。微电网未来也将成为提供电力系统灵活性的有效组织形式。 随着电力系统中风光发电渗透率不断提高，燃气发电的价值定位有望进一步提升。燃气发电的特点和优势包括运行灵活，调节能力强，碳排放较低，建设工期较短。风光电力高渗透率情境下，气电对弃风弃光的改善最为有效， 在节约大量煤电机组低负荷运行成本的同时，最大程度降低了电力系统整体碳排放。从绿色低碳转型角度看，燃气轮机掺氢燃烧是长期能源战略趋势，国际头部厂商已有示范项目，不断推进掺氢燃机/纯氢燃机的产品开发。 我国燃气发电项目建设已提速，今明两年新增气电容量有望约2500万千瓦。国家层面以及多个省市出台政策文件，将气电项目纳入能源发展规划，助推气电装机规模增长。气电发展应因地制宜，兼顾燃气资源保障、区域电网需 求以及项目本身经济性。全球天然气市场供需基本面趋于宽松，亚洲为未来需求主要增长点。海外天然气输送能力叠加我国LNG接收能力的提升，将为我国气电发展提供保障；同时国际LNG供应增长将拉低我国进口燃气成本，进而促使气电发电成本维持地位，发电用气预计维持较高增速。 通过国际合作引进先进技术，我国逐步建立起重型燃气轮机产业体系。近年来，以东方电气为代表的国内主机厂陆续下线重型燃气轮机产品，并应用于“源网荷储”综合能源运用场景，实现国产燃机的自主突破，有望带动上下 游全产业链共同发展。亚太地区气电装机容量将引领全球，预计我国“十四五”/“十五五”期间，气电新增装机分别有望达50/100GW，年均增长呈现加速趋势。国产燃气机产品相较国际一流产品仍有一定差距，提升国产化率和自主研发产品将为能源安全保障以及进军国际市场奠定基础。 风险提示：汇率波动风险，宏观经济环境及全球政治形势变化风险，重型燃气轮机技术研发不达预期风险，自主产品产业化推进不及预期风险，自主产 业链建设不达预期风险等。 作者 分析师王泽雷 执业证书编号：S1070524020001邮箱：wangzelei@cgws.com 分析师于夕朦 执业证书编号：S1070520030003邮箱：yuximeng@cgws.com 联系人孙诗宁 执业证书编号：S1070123070028邮箱：sunshining@cgws.com 联系人谢斯尘 执业证书编号：S1070123070010邮箱：xiesichen@cgws.com 相关研究 1、《全球海上风电市场展望与产业链需求—风电产业研究报告》2024-07-02 2、《Iberdrola从西班牙走向全球的绿色使命—国际能源电力企业转型研究系列》2024-07-01 3、《NextEra固本兴新开创新纪元—国际能源电力企业 转型研究系列》2024-06-12 内容目录 1柔性灵活是新型电力系统重要支撑4 1.1风光装机快速增长给电力系统带来压力4 1.2灵活性资源支撑电力系统平衡有功功率6 2新型电力系统中燃气发电价值凸显8 2.1燃气发电技术特点与优势8 2.2燃气发电价值评估与定位9 2.3氢燃机构建零碳电氢融合10 3我国燃气发电将迎加速发展窗口期12 3.1我国燃气发电装机已然加速12 3.2政策合力助推气电项目落地12 3.3气电高质量发展需因地制宜14 3.4全球天然气市场或延续宽松16 4燃机自主化突破有望催化产业成长18 4.1重型燃机的国际合作18 4.2国产燃机的自主突破19 4.3亚太地区引领气电装机增长20 4.4国产替代保障我国能源安全21 风险提示23 图表目录 图表1：近年我国风光电源装机渗透率、发电量和弃电率情况（亿千瓦时，%）4 图表2：不同发电类型的平均可靠容量系数5 图表3：2017年1月至2月风光发电严重不足5 图表4：模拟情况下未来可能负荷缺口波动剧烈5 图表5：不同时间尺度灵活性特点6 图表6：我国与世界其它国家灵活调节电源比例对比（2022年）6 图表7：微电网综合能源系统7 图表8：燃气发电技术特点对比8 图表9：美国德州极端天气情况中的供电结构8 图表10：不同风光渗透率下不同灵活性提升的成本和效益（左轴亿元，右轴pct（风光弃电改善））9 图表11：不同灵活性提升途径减少的碳排放量（亿吨）10 图表12：部分燃氢燃气发电示范项目10 图表13：PowertoH2toPower11 图表14：我国近年来燃气发电装机年度增长情况（万千瓦）12 图表15：多省市能源政策规划提升气电装机规模13 图表16：2023年广东省电源装机结构14 图表17：2023年广东省电源发电结构14 图表18：2023年四川省电源装机结构15 图表19：2023年四川省电源发电结构15 图表20：我国LNG到岸价格（单位：美元/百万英热）16 图表21：近年中国天然气消费增长情况（亿立方米）17 图表22：中国近两年分行业天然气消费增长情况17 图表23：燃气轮机技术引进合作生产情况18 图表24：四大燃机制造厂H/J级燃机的机型及性能18 图表25：G50产品图19 图表26：G15产品图19 图表27：自主研制的300MW重型燃气轮机20 图表28：未来我国燃气发电装机预测（万千瓦）21 图表29：2015-2024H1我国燃气轮机（单机功率大于5MW）进出口金额和数量（百万美元、台）22 图表30：2015-2024H1我国燃气轮机（单机功率大于5MW）进出口均价（万美元/台）22 1柔性灵活是新型电力系统重要支撑 1.1风光装机快速增长给电力系统带来压力 近年来，我国风能和太阳能发电装机不断实现新突破；根据国家能源局数据，2023年底，我国风光装机容量突破10亿千瓦，约占我国电源总装机的36%，较“十三五”末提高了11.7pct，发电量合计1.47万亿千瓦时，占全国总发电量的15.8%，比“十三五”末提高6.3pct；青海、甘肃等多个省份的新能源装机规模已经达到总电力装机的一半以上；2024年上半年，我国风电新增装机和太阳能发电新增装机分别为2584万千瓦和1.02 亿千瓦，风光发电合计累计装机达11.8亿千瓦，超过煤电装机11.7亿千瓦，迈入我国电力发展史的新台阶；同时，风光发电量超9000亿千瓦时，同比增长23.5%，约占全部发电量的20%。 在我国风光新能源发展初期，随着快速规模化发展，弃风弃光开始出现并逐年加剧，根据国家能源局数据，2016年新能源平均利用率降至84%，达到历史最低水平。随后国家发改委和能源局联合印发《清洁能源消纳行动计划（2018—2020年）》，提出电源开发布局优化、市场改革调控、宏观政策引导等具体措施，在各方共同努力下，2017年以来全国弃风弃光率逐步改善。随着近两年我国风光装机的持续高速增长，部分地区风光消纳压力再次有所显现：2023年，蒙西（93.2%）、青海（94.2%）风电利用率相对较低；西藏（78.0%）、青海（91.4%）光伏发电利用率相对较低。同时，当前系统存量调节能力已经基本挖潜，考虑到“十五五”期间，我国新能源装机总规模仍将大幅增长，新能源高速发展很可能将再次面临消纳问题。 16000 25% 14000 20% 12000 10000 15% 8000 6000 10% 4000 5% 2000 0 0% 201320142015201620172018201920202021202220232024H1 风电发电量 太阳能发电量 风电装机占比 太阳能装机占比 弃风率 弃光率 图表1：近年我国风光电源装机渗透率、发电量和弃电率情况（亿千瓦时，%） 资料来源：中国电力圆桌《电力系统灵活性提升：技术路径、经济性与政策建议》（2022年）、国家能源局、国家统计局、全国新能源消纳监测预警中心、长城证券产业金融研究院 风光新能源装机容量的快速提升和发电量占比的持续提高，使其间歇性和波动性特征更加显著，弃电和缺电在不同时段可能交替出现，促消纳和保供应的需求相互交织。中电联预计2024年最高用电负荷增加1亿千瓦，预计迎峰度夏期间全国电力供需形势总体紧平衡，在充分考虑跨省跨区电力互济的前提下，预计华东、华中、西南、南方等区域 中有部分省级电网电力供应偏紧，部分时段可能需要实施需求侧响应等措施。 图表2：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% 核能 92% 水电 63% 14%（陆上） 风能 27%（海上） 太阳能20-40% 资料来源：GE《加速天然气发电增长迈向零碳未来》（2022年）、长城证券产业金融研究院 参考德国案例，根据SIEMENS统计数据，2017年1月至2月发生了持续四周时间的剩余负荷缺口（residualloadgap）；模拟未来随着风光占比的进一步提升，在一定天气条件下，电力系统将表现为更加显著更加剧烈的负荷缺口季节性波动；考虑到未来极端天气有可能更加频繁和持久，建议电力系统必须考虑为期4至6周的剩余负荷缺口情形。 图表3：2017年1月至2月风光发电严重不足 资料来源：SG《DecarbonizationPathwaysForGasTurbines》（2024年）、长城证券产业金融研究院 图表4：模拟情况下未来可能负荷缺口波动剧烈 资料来源：SG《DecarbonizationPathwaysForGasTurbines》（2024年）、长城证券产业金融研究院 1.2灵活性资源支撑电力系统平衡有功功率 新型电力系统具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提，清洁低碳是核心目标，柔性灵活是重要支撑，智慧融合是基础保障，共同构建了新型电力系统的“四位一体”框架体系。国际能源署（IEA）认为电力系统灵活性是指在一定经济成本约束下电力系统快速响应供需两侧大幅度功率与电能波动的能力，即电力系统中的各类资源快速改变自身发用电特性以维持系统有功功率平衡的能力。按照系统供需起始状态所跨的时间尺度和调节持续时间不同，可将灵活性需求划分为短时间尺度、中时间尺度和长时间尺度三种类型；系统灵活性在时间尺度上与电力系统安全性和容量充裕度存在耦合关系。 在高比例风光发电的随机波动性影响下，电力系统短时功率波动的频度和幅度都更为复杂剧烈，短时间尺度灵活性能够更好地调整供需功率波动，保证系统频率稳定，发挥功率价值。风光发电的反调峰特性使得风光发电电量消纳难题突出，中时间尺度灵活性主 要解决小时级的有功功率平衡问题，提高电力系统发电经济性，发挥功率和能量双重价值。风光发电占比的提高主要是对传统稳定电源的电量替代，缺少容量替代效益，使得负荷高峰时段容量充裕性短缺问题凸显，而长时间尺度灵活性是经济地满足电力跨月、 跨季节乃至跨年供应安全的有效手段，主要体现容量价值。 图表5：不同时间尺度灵活性特点 类型短时间尺度灵活性中时间尺度灵活性长时间尺度灵活性 应对缓慢但变化幅度大的可预见 扰动发生后将电网频率稳定在可削峰填谷，平衡日内调峰需求， 作用性电力需求变化，保障灵活性充 控区间，应对瞬时波动优化运行 裕度 时间尺度 数秒-数分钟 数小时 数小时-数日 价值 功率 功率+能量 容量 资料来源：中国电力圆桌《电力系统灵活性提升：技术路径、经济性与政策建议》（2022年）、长城证券产业金融研究院 《“十四五”现代能源体系规划》要求我国电力协调运行能力不断加强，到2025年，灵活调节电源占比达到24%左右，电力需求侧响应能力达到最大用电负荷的3-5%。 目前，电源侧灵活性调节资源包