钱兴坤： 美国天然气发电快速发展的原因与启示

上世纪90年代至今，美国的天然气发电发展迅速。1995～2014年天然气发电量的年均增速高达9.5%，在总发电量中的比例也由14%增长至28%。2015年4月，美国天然气发电量首次超过燃煤发电量，达到总发电量的31%（后者为30%）。

目前国内多数研究认为，美国天然气发电快速增长的原因是天然气的价格优势。但实际上2006年以前美国是全球天然气价格最高的地区，只是在页岩气革命取得成功后天然气价格才出现了大幅下降。研究认为，除了价格因素外，环境政策、投资运行成本以及电力市场化改革才是推动天然气发电快速增长的更重要原因。

政策--环境政策是推动天然气发电快速发展的关键 西方发达国家的工业化和现代化经历了先污染后治理的过程，美国也不例外。二战结束后的十年，美国的工业和交通业迎来飞速发展，而与之相伴的是显著的环境问题。同中国当下的情况类似，这一时期美国工业生产和居民生活燃料以煤炭为主，其烟尘和二氧化硫的污染程度不断加重，甚至酿成多起严重的燃煤大气污染公害事件。如1948年在美国宾夕法尼亚州西部山区工业小镇多诺拉，燃煤产生的烟雾由于无法及时扩散，酿成20人死亡、6000人患病（患病人数占全镇居民43%）的惨剧。

环境日益恶化以及空气的严重污染，迫使西方政府加强环保方面的立法和政策制定。1955年，美国制定了第一部有关空气污染的联邦法规《空气污染控制法》，此后又出台多项法案和修正案。1970年，约束力之强和影响范围之广均史无前例的《清洁空气法》出台，同年12月专门的环境政策制定和执行部门--美国国家环境保护局（EPA）诞生，联邦政府在空气污染治理中的作用得到空前加强。1977年和1990年，《清洁空气法》经历了两次修正，其中，1990年的修正案着重强调了发电领域污染物排放的控制。

2015年8月份出台的《现有碳排放源表现标准》即清洁发电计划（CPP）更是首次推出了全国性的二氧化碳排放限制体系。正是通过这些政策，在对美国燃煤发电产生极大的抑制作用的同时，快速推动了天然气发电的发展。

美国环境治理的政策和措施十分注重强制和激励机制的结合。以《区域雾霾治理计划》为例，2004年修订版要求未安装脱硫技术的20万千瓦以上燃煤电厂和已安装脱硫技术但除硫率仍在50%以下的电厂，必须通过安装"最佳可获得的改型技术"（BART）把除硫率提高到95%以上。对于燃油和燃气电厂则没有相应要求。2006年，EPA把《清洁空气市场计划》中的限额交易体系引入到《区域雾霾治理计划》中作为BART的替代办法，从而组成了强制性和激励性混合型的政策机制。在该机制下，各州根据本州情况将排污限额分配到电厂，超额排污的电厂可以选择传统方式自行减排，或通过交易购买更多排污许可量以满足需求。

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成本--气电综合发电成本低于煤电是推动天然气发电快速发展的保障

发电成本通常可以分为三个部分：固定投资成本（即电厂建造成本）、运行维护成本和燃料成本。

由于政策支持和技术进步，美国气电虽承担较高燃料成本，但投资和运维的低成本优势使得天然气发电的综合成本仍然低于燃煤发电成本，这成为美国天然气发电在本世纪初快速发展的重要原因。

1燃料的高成本没有影响天然气发电的快速增长

在本世纪初，由于电力需求快速增长，加上核电机组和燃煤机组迎来退役高峰，美国掀起了一波电厂兴建热潮。

2000年到2005年，美国发电装机容量从812百万千瓦增长到978百万千瓦，其中，几乎所有的新增装机容量（98%）都来自燃气机组，期间气电装机容量从2.2亿千瓦增长到3.83亿千瓦，增幅达74%。但同期，美国天然气价格不仅大幅高于煤炭，而且也高于世界其他地区的天然气价格。

2000～2005年，美国亨利中心天然气平均价格为5.31美元/百万英热单位，电厂用煤平均价格仅为1.31美元/百万英热单位，包括英国NBP、德国平均进口价格和日本LNG进口价格在内的天然气平均价格为4.28美元/百万英热单位。这说明天然气价格高企并没有妨碍投资者对燃气电厂的青睐，燃料成本不是推动这一时期美国天然气发电产能突增的主要因素。

值得注意的是，美国气电的燃料成本虽然高于煤电，但与其他部门的用气成本相比，发电用气成本是最低的。和居民、商业部门相比，发电用气的分输环节少、成本低。这与我国的情况正好相反。

2燃气电厂固定投资成本大幅低于燃煤电厂

根据EIA 2012年的数据，美国燃煤机组的单位产能隔夜成本是燃气机组的3.2倍，燃气电厂的固定投资成本优势非常显著。

这主要有两方面的原因：一是美国政府制订了一系列环保政策，直接和间接地抬高了燃煤电厂的建造成本；二是随着轮机抗高温材料和进气冷却技术的不断突破，燃气机组的发电效率不断提高，单位产能的建造成本也随之下降。

相比之下，我国的燃煤机组造价仅仅比燃气机组高13%。目前全球重型燃机的新机市场几乎被欧美三大燃气轮机主机制造商，即通用电气、西门子、三菱重工所垄断，2001年以来我国虽然通过"以市场换技术"的方式积极与国外燃机制造厂进行合作，把燃气轮机的国产化率提高到70%以上，但是由于核心技术没有取得突破，关键热部件仍需进口且价格较高，燃机设备购置和养护成本一直居高不下。

环境政策也在不同程度上提高了燃煤发电的成本，其中以对固定投资成本的直接和间接影响最为明显。包括脱硫、脱硝装置，以及未来有可能被要求的CCS装置带来的成本支出，燃煤电厂的建设投资远高于燃气电厂。

除了排放控制技术外，环保政策还通过增加财务风险,间接提高了燃煤电厂的固定投资成本。趋紧的环境政策考验着投资者对燃煤电厂的耐心，由于建造时间更长，燃煤电厂效益的不确定性使财务风险和相应贷款成本进一步增加。在就业方面，燃煤电厂建筑人员（如工程师、建筑工人）的就业取向使得燃煤电厂建造的人工成本部分相应提高。

3美国燃气电厂的运行维护成本同样大幅低于燃煤电厂

在我国，由于没有掌握核心技术，三大燃气轮机主机制造商不仅垄断了新机市场，也垄断了服务市场。我国燃机的调试、检修、维护等工作几乎全部由国外燃机制造企业完成，每年要付出动辄上亿元的费用，部分燃机维修费用甚至高出设备采购费用。以浙江某天然气电厂为例，其与国外燃机制造商签订的运行维护费用达0.03元/千瓦时，占燃煤上网标杆电价近7%，是燃煤机组维修费用平均水平的3.4倍。而与之对比，美国同等条件下的燃气机组维修费用仅为燃煤机组的25%。固定投资和维护的低成本抵消了美国天然气价格高的不利影响。EIA在2001年时对2005年新建燃煤和燃气电厂的平准化发电成本做出预测，即便算上较高的燃料成本，天然气发电的单位总成本仍然小于燃煤发电，即天然气发电较燃煤发电存在成本优势。

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市场化--电力市场化改革为天然气发电快速发展提供动力

1因电力市场改革而进入发电市场的独立发电公司是气电产能增长的主力军

1996年美国FERC依照能源政策法颁布888号令，要求所有输电商开放电网，并推行发电部门市场定价。随后PJM、新英格兰区、纽约等地率先进行市场化改革，大批的独立发电公司进入发电市场。特别是在21世纪初电力需求紧张的情况下，追逐低成本和高效率的独立发电公司纷纷把目光投向了综合成本更低、建造用时更短的燃气机组。

美国天然气发电装机容量在2000年至2005年间快速增长，其中有78%来自独立发电公司，综合电业公司占比仅为15%。

2批发电价反映发电成本，气电成本可通过电价疏导

在美国竞争性发电市场中，独立运行机构（ISO）或区域输电组织（RTO）根据所在区域的电厂运行成本由低到高依次对电力需求进行配电，最后一个被配出的电厂运行成本即被视为整个区域边际发电成本，形成批发电价。

按照美国的电力供应结构，之前由于天然气价格高于煤炭，燃气机组通常充当了决定电力批发电价的角色。其中，非联合循环燃气机组主要用于调峰。2012年美国有1.21亿千瓦的非联合循环燃气机组，占美国总发电量的3%，平均容量因数不到10%；其运行成本通常等于或略低于月平均电价。这样的电价机制和电力供应结构使燃气机组发电不会亏损。

以新英格兰区为例，燃气电厂平均发电成本和电力批发电价关系紧密，且批发电价持续高于燃气机组的平均运行成本，从而使天然气发电获得了有力支撑。气电综合发电成本低于煤电的情况同样出现在英国。据英国DECC的最新数据显示，燃气发电的综合成本比燃煤发电低11%。

● ● ● 总结与建议

以上分析表明，支撑美国气电发展的因素是多重的。

首先，环境政策不仅使天然气发电得到了迅速的发展，也在一定程度上抑制了煤电；

其次，虽然天然气作为发电原料的价格比煤炭高，但受益于建设投资和运维的低成本优势，天然气发电的综合成本比煤电要低；

再次，气电成本可通过电价得到疏导，使得天然气发电企业仍有边际利润，为气电发展创造了良好的环境。 建议1加强环保政策的落地和监管

近年来，随着环境恶化和公众意识的觉醒，我国政府明显加强了对环境保护的重视，2011年出台的《火电厂大气污染排放标准》对可吸入颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放标准甚至比美国还要严格。与此同时，相关的政策法规也在不断推出，如2015年9月中美气候变化联合声明中承诺在2017年推出全国性的碳排放交易系统。但是与1970年前的美国相似，我国环保政策虽频频出新，但是效果却并不显著。究其原因是政策制定后的落实不彻底、执行监管薄弱，因此加强和突出环境保护部门作用比盲目引进国外现成机制更为重要和紧迫。

一是要出台更加严格的环保措施，参考美国对电厂设定碳排放限额标准，并对燃煤电厂设定超低排放时间表；二是要强制性政策和经济刺激性政策并用，政策条例详细具体，清晰且合理；三是要突出环保部门的行政地位和相应权力，强化环保部门制定政策的能力，加强督查监管，确保环境政策顺利实施，严格贯彻落实；四是要注重数据监测、定量分析和评估，重视各方意见和反馈，定期对现有政策进行评价。

建议2大力推动技术研发，加速燃机国产化步伐

燃气轮机国产化水平低是导致气电成本居高不下的重要因素，必须借助"中国制造2025"规划加快提升自主研发、设计、生产和维修保养能力，争取在"十三五"末取得突破，具备核心技术研发能力和关键部件生产能力，使设备购置和保养维修成本大幅下降，为"十四五"燃气机组加快替代燃煤机组创造条件。

建议3加快完善气电价格联动机制

美国气电成本之所以可以通过电力批发价格进行疏导，是其电力供应结构和市场化定价机制共同作用的结果。目前我国气电成本疏导机制并不完善，2013年以来的气价改革使气电成本一再提升，而气电上网价格却没有相应得到调整。费氏能源今年8月份的报告显示，以北京为例，天然气发电成本为0.17美元/千瓦时，而气电上网价格仅为0.1美元/千瓦时。因此，气电价格联动机制应该进一步完善，即逐步实现由市场决定价格的机制。

建议4推动天然气发电和大工业用户直供，减少中间环节费用

天然气分销过程中，不同类型用户的供气环节和途径不一，因此，应该按照供应成本确定终端用户价格，体现民用气与工业用气的供应成本差别。为了实现这一点，应进一步推进直供模式，在加强管输定价的基础上，允许天然气发电和大工业用户直接从上游购气，并逐步实现天然气价格放开。