在全球氣候變化加劇、能源轉(zhuǎn)型提速的大背景下，天然氣作為清潔、高效的化石能源，仍將在未來的能源體系中占據(jù)重要地位，天然氣與可再生能源融合發(fā)展是行業(yè)重要發(fā)展方向之一。

我國提出“雙碳”目標(biāo)以來，能源轉(zhuǎn)型進程明顯加快，以綠色零碳為主要特征的可再生能源快速發(fā)展，已經(jīng)成為我國新型能源體系的重要組成部分。國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，今年截至5月底，全國累計發(fā)電裝機容量約30.4億千瓦，同比增長14.1%。其中，太陽能發(fā)電裝機容量約6.9億千瓦，同比增長52.2%；風(fēng)電裝機容量約4.6億千瓦，同比增長20.5%；水電裝機容量約4.3億千瓦，同比增長2.2%。

電力作為一種特殊的商品，其最大特點在于難以低成本、大規(guī)模儲存，其生產(chǎn)、輸送和使用都要求實時平衡。可再生能源存在著“看天吃飯”的特點，發(fā)電出力程度依賴于氣候和氣象條件變化，在年、月、日、時等時間尺度上都會大幅波動。為了平衡電力生產(chǎn)和消費兩側(cè)的波動，就需要依靠其他發(fā)電方式進行調(diào)峰。當(dāng)可再生能源發(fā)電出力增加時，其他發(fā)電方式需要降低負荷保障可再生電力輸出；當(dāng)可再生能源發(fā)電出力受阻時，則需要其他電力及時頂峰應(yīng)急運行以保障電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠。更棘手的是，可再生能源發(fā)電出力受阻與電力需求峰值往往重合，進一步放大了供需缺口。因此，可再生能源的快速發(fā)展，必然要配套更多的電力靈活性調(diào)節(jié)手段。

我國目前已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用的電力調(diào)節(jié)手段，主要包括電化學(xué)儲能、抽水蓄能、煤電靈活性改造和天然氣發(fā)電4種。綜合對比技術(shù)經(jīng)濟性，天然氣發(fā)電單位成本偏高，但其投資成本適中，在選址和安全方面沒有特殊要求，是唯一可以秒級響應(yīng)需求并長周期運行的調(diào)節(jié)手段，且碳排放較煤電機組低。靈活和相對清潔的雙重優(yōu)勢，使天然氣成為可再生能源的最佳搭檔，可以與各類可再生能源組合，為我國新型能源體系建設(shè)持續(xù)“增綠降碳”。

天然氣與水電融合

水電受降水的季節(jié)性波動影響，全年存在明顯的豐水期-枯水期周期性變化。例如，長江每年11月至次年4月為枯水期，其他時段為豐水期，枯水期往往持續(xù)數(shù)月，當(dāng)干旱或寒潮到來用電激增時，天然氣發(fā)電就成為有效的頂峰手段。2022~2023年，水電機組運行小時數(shù)同比變化呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化特征，而當(dāng)水電出力下降時，天然氣發(fā)電機組則適時頂上，表現(xiàn)出顯著的互補性。如2022年上半年降水處于正常水平，電力供需寬松，天然氣發(fā)電小時數(shù)同比下降40%；隨著下半年我國降水持續(xù)偏少和夏季高溫到來，水電運行小時數(shù)一路下降，天然氣發(fā)電則持續(xù)攀升至同比增長10%~20%的高位；12月，水電出力稍有改善，天然氣發(fā)電同比再次下降40%；進入2023年，持續(xù)干旱導(dǎo)致水電運行小時數(shù)再次下滑，而天然氣發(fā)電則相應(yīng)同步增長。

除了通過整個電力系統(tǒng)互補調(diào)節(jié)，水電和天然氣發(fā)電也可以在物理上實現(xiàn)耦合聯(lián)動。川渝地區(qū)擁有豐富的天然氣和水力資源，具備實現(xiàn)氣水聯(lián)動平穩(wěn)供電的基本條件；開采后的枯竭氣田又可以作為儲氣庫，進一步提升氣水耦合聯(lián)動的保障能力。當(dāng)豐水期水電出力增長時，可以用廉價、零碳的水電保障氣田生產(chǎn)和儲氣庫注氣用電，并對外輸出；進入枯水期，則同步啟動天然氣發(fā)電機組，利用氣田產(chǎn)氣保障項目整體平穩(wěn)供暖；當(dāng)出現(xiàn)枯水期疊加極寒/酷暑的極端情況時，則可以通過儲氣庫進一步提升項目的調(diào)節(jié)能力。通過天然氣發(fā)電與水電的結(jié)合，可以部分抵消水電的豐/枯水期波動，實現(xiàn)電力的低碳平穩(wěn)外送。

天然氣與光電融合

與水電的季節(jié)性變化不同，光伏發(fā)電受日照變化影響，在一日之內(nèi)就會出現(xiàn)谷-峰-谷的波動起伏。以光伏發(fā)電為例，日出之后開始發(fā)電，隨著光照變強，出力不斷增長，午間達到全天最高峰，下午逐步下降，在日落后完全歸零。同時，春夏秋冬的季節(jié)變化同樣會帶來光伏發(fā)電出力的波動。

隨著光伏發(fā)電裝機規(guī)模的增長，電網(wǎng)凈負荷（總用電負荷扣除新能源出力后的負荷）也會出現(xiàn)日內(nèi)的波動變化。日出后隨著光伏發(fā)電出力增長，凈負荷下降；午間光伏發(fā)電出力達到最大值，凈負荷降至最低點；傍晚光伏發(fā)電出力下降，凈負荷快速增長，并達到全天最高點；深夜用電需求下降，凈負荷也隨著下降。

這種小時級、大負荷的調(diào)峰需求正是天然氣發(fā)電機組的擅長領(lǐng)域，我國東部的江蘇、浙江等光伏發(fā)電大省，都配備了大規(guī)模的天然氣發(fā)電機組，山東青島也建設(shè)了海上光伏發(fā)電+陸上9F重型燃氣機組項目，平時光伏發(fā)電為主，頂峰時段和夜間則由天然氣發(fā)電，從而實現(xiàn)了太陽能資源的充分利用、順利消納和電力的平穩(wěn)供應(yīng)。

除了日夜變化帶來的波動，天氣以及各種突發(fā)因素也會影響光伏發(fā)電出力，需要天然氣發(fā)電緊急調(diào)峰。今年4月美國日全食期間，得克薩斯州光伏發(fā)電在正午時分從峰值幾乎清零，這一時段的電力缺口幾乎全部由天然氣發(fā)電填補，顯示了天然氣發(fā)電機組可靠的應(yīng)急頂峰能力。

為充分利用青藏高原豐富的日照資源，青海省海西地區(qū)建設(shè)了光伏發(fā)電-天然氣發(fā)電-儲能一體化項目。項目包括6000兆瓦光伏發(fā)電機組、2000兆瓦燃氣發(fā)電機組、儲能時長2小時的200兆瓦儲能電池，通過不同機組的互補耦合，實現(xiàn)清潔電力的平穩(wěn)外送。實際運行表明，白天光伏發(fā)電出力時段，天然氣發(fā)電出力相應(yīng)降低，儲能電池進行儲電；晚上光伏發(fā)電出力為零，天然氣發(fā)電出力增加，儲能電池進行放電以滿足系統(tǒng)電力需求。光氣儲一體化項目綜合對外出力曲線與光伏發(fā)電曲線大趨勢相似，但是白天光伏發(fā)電、晚上天然氣發(fā)電，可以全時段保證系統(tǒng)電力需求。

天然氣與風(fēng)電融合

風(fēng)力是可再生電力的又一重要來源，風(fēng)力可以在夜間繼續(xù)發(fā)電，部分填補光伏發(fā)電缺口。但與光伏發(fā)電相對固定的晝夜峰谷周期相比，風(fēng)力變化的隨機性更大。在無風(fēng)、微風(fēng)時，風(fēng)電機組難以出力，在風(fēng)力過大時，也需要調(diào)整葉片角度或采取其他控制手段停止運轉(zhuǎn)以保護設(shè)備，導(dǎo)致出力受阻。在實際運行中，時常出現(xiàn)電力調(diào)度根據(jù)氣象預(yù)報要求火電機組提前降低負荷保障風(fēng)電消納，而實際風(fēng)速一旦超過風(fēng)力機組上限，又需要火電緊急爬坡頂峰運行。因此，風(fēng)電與天然氣發(fā)電之間具有更好的互補性。

由于風(fēng)電出力受阻時間和持續(xù)時間不固定，配套的天然氣發(fā)電項目往往需要通過儲氣庫來保障氣源的及時響應(yīng)。2005年前后，美國電力供應(yīng)商Xcel Energy在科羅拉多州開發(fā)了700兆瓦的風(fēng)力發(fā)電項目，并配套建設(shè)了備用燃氣發(fā)電機組；天然氣供應(yīng)商CIG則利用該州枯竭油氣藏資源建設(shè)了工作氣量為3億立方米的Totem地下儲氣庫，并將其全部租賃給Xcel Energy下屬企業(yè)，租約長達32年。通過風(fēng)電與天然氣發(fā)電、電力企業(yè)與燃氣企業(yè)聯(lián)動，空中的風(fēng)力資源和地下的儲氣庫資源都得到了充分開發(fā)利用，電力企業(yè)可以保障電力的清潔可靠供應(yīng)，燃氣企業(yè)獲得了新的客戶，儲氣庫運營商則得到了穩(wěn)定可靠的設(shè)施經(jīng)營收益。

我國也建設(shè)了一批風(fēng)力+天然氣項目，并收到了較好的運行效果。“十三五”期間，新疆利用達坂城充沛的風(fēng)力資源，建設(shè)了天然氣發(fā)電聯(lián)動供熱項目，每天11~13時及19~21時電力需求高峰時段利用燃氣鍋爐供熱，剩余的20小時則使用附近風(fēng)電企業(yè)富余風(fēng)電供熱，通過這種方式滿足了達坂城鎮(zhèn)40萬平方米8000余人的采暖需求，每個供暖季可減少煤炭消費1.8萬噸。

我國東部沿海也擁有充沛的海上風(fēng)力資源。特別是河北、山東、江蘇、浙江、福建、廣東和廣西等省自治區(qū)，均布局了大量的近海和深遠海風(fēng)電項目。而這些省份也是我國天然氣發(fā)電廠和LNG（液化天然氣）接收站的密集分布區(qū)，擁有靈活的電力調(diào)峰能力和充沛的天然氣供應(yīng)/儲備能力。這些設(shè)施盡管分屬不同項目和業(yè)主，但在電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度下，形成了事實上的互調(diào)互濟，并且借助電力現(xiàn)貨市場和上海、重慶兩個天然氣交易中心，逐步探索利用市場化手段發(fā)現(xiàn)電、氣需求，形成反映市場供需的電、氣價格，實現(xiàn)電力上網(wǎng)價格和氣源供應(yīng)價格聯(lián)動，并在未來最終解決天然氣發(fā)電項目經(jīng)營困難問題。以廣東省為例，2024年3月1日電力現(xiàn)貨市場分時成交價格在凌晨4時左右低于300元/兆瓦時，幾乎只有水電、風(fēng)電才有效益；隨著上午用電高峰到來，電價上漲到500元/兆瓦時，超過廣東燃煤標(biāo)桿電價，煤電機組可以實現(xiàn)效益發(fā)電；在晚高峰時段，電價一度觸及670元/兆瓦時峰值，考慮電廠其他成本后，折合天然氣價格約2.7元/立方米，部分擁有低價氣源的天然氣發(fā)電廠也可以實現(xiàn)效益發(fā)電。

天然氣與可再生能源融合發(fā)展建議

天然氣發(fā)電的靈活調(diào)峰和相對清潔的屬性可以有力支撐可再生能源發(fā)展，也為天然氣在碳達峰碳中和之后打開了新的應(yīng)用前景。為了更好地發(fā)揮天然氣優(yōu)勢，與可再生能源實現(xiàn)深度融合，國內(nèi)天然氣發(fā)電與電力企業(yè)在以下方面還需要進一步探索。

第一，繼續(xù)提升天然氣頂峰應(yīng)急運行能力。近年來，我國儲氣調(diào)峰能力快速提升，但多數(shù)設(shè)施仍按照“注氣期平穩(wěn)注入，采氣期平穩(wěn)采出”設(shè)計注采能力，最大日注采能力難以滿足突發(fā)應(yīng)急注采需求。我國儲氣庫通常按100~120天采出設(shè)計采氣能力，而前述美國用于風(fēng)電調(diào)峰的Totem儲氣庫配備了35天采出的采氣能力，單位庫容采氣能力約為我國儲氣庫的3~4倍。除儲氣庫最大注采能力不足外，由于儲氣設(shè)施和外輸管道由不同主體投資建設(shè)，也出現(xiàn)了管輸瓶頸制約設(shè)施注采能力發(fā)揮現(xiàn)象。從近幾年運行情況來看，極端天氣頻繁出現(xiàn)，而可再生能源的快速發(fā)展又進一步催生了天然氣發(fā)電頂峰應(yīng)急運行需求。儲氣庫、LNG接收站等儲氣設(shè)施能否在關(guān)鍵的幾天或一兩周時間連續(xù)高負荷運行，在很大程度上決定了全年保供任務(wù)能否圓滿完成。因此，油氣、管網(wǎng)、氣象、電力等部門需要加強合作，科學(xué)預(yù)測未來我國儲氣和應(yīng)急調(diào)節(jié)需求，系統(tǒng)梳理儲氣設(shè)施建設(shè)潛力和可能存在的外輸瓶頸，從國家層面統(tǒng)籌規(guī)劃，確保天然氣“注得進，采得出”。

第二，探索天然氣發(fā)電+可再生能源協(xié)同發(fā)展的商業(yè)模式。當(dāng)前我國天然氣發(fā)電受制于資源、氣價、電價等多方面因素，其調(diào)峰、清潔屬性尚未能完全體現(xiàn)，投資大、成本高、效益差成為天然氣發(fā)電的獨有標(biāo)簽，大部分項目都進入了天然氣發(fā)電價格倒掛-運行小時數(shù)下降-項目經(jīng)濟性下降-進一步壓縮運行小時數(shù)的惡性循環(huán)。在現(xiàn)有資源稟賦下，天然氣成本大幅下滑的可能性較小，但通過探索建立氣+可再生電力協(xié)同發(fā)展的商業(yè)模式，則有望解決這一問題。在天然氣+可再生能源外送項目中，天然氣發(fā)電保障可再生電力平穩(wěn)輸出，減少棄風(fēng)棄光；可再生電力攤薄天然氣發(fā)電成本，使之可以承受更大氣價波動。在電力供需緊張、電力現(xiàn)貨價格高企時段，天然氣發(fā)電機組還能獲取調(diào)峰收益。2023年底，國家發(fā)文要求進一步加快電力現(xiàn)貨市場建設(shè)工作，這為業(yè)界提供了解決天然氣發(fā)電發(fā)展和可再生能源消納問題的契機，天然氣這個可再生能源的最佳搭檔，將有望擁有更大的發(fā)展空間。