美天然气发电为何能撼动燃煤地位

11月以来，中国东北、华北地区多次遭遇严重雾霾天气。上周，北京发布首个雾霾红色预警，启动最高级别预警措施。等大风吹来几日蓝天后，本周北京头顶的天空仍旧灰霾一片。

▲雾霾中的北京长安街

事实上，西方一些发达国家也曾经历与中国当下类似的情况，比如美国。“二战”结束后的前十年，美国的工业和交通业飞速发展，这一时期美国工业生产和居民生活燃料以煤炭为主，因而酿成多起严重的燃煤大气污染公害事件。

如今，美国的空气质量得到较大改善，特别是匹兹堡，在1948年发生了严重的雾霾事件后，现在匹兹堡已经完全摘掉了污染的帽子，这与美国大力发展天然气发电息息相关。

20世纪90年代至今，天然气发电在美国得到迅速发展。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%(燃煤发电量为30%)。支撑美国气电发展的因素究竟有哪些?本文与大家共同探讨。

环境政策是关键

1948年，美国宾夕法尼亚州匹兹堡市的工业小镇多诺拉因燃煤产生的烟雾无法及时扩散，酿成20人死亡、6000人患病(患病人数占全镇居民人口总数的43%)的惨剧。

▲多诺拉烟雾事件

环境日益恶化以及空气的严重污染迫使美国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，《清洁空气法》出台;1977年和1990年，《清洁空气法》经历了两次修订。

除了出台法律法规以外，1970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)成立，联邦政府在空气污染治理中的作用得到空前加强。EPA逐步建立起成熟的污染控制体系，对发电行业的多个污染物排放逐一进行控制。

根据1990年《清洁空气法》修正案，EPA先后推出了包括《清洁空气市场计划》、《区域雾霾治理计划》等多项环境政策，并逐步建立起成熟的污染控制体系。2015年8月份出台的《现有碳排放源排放标准》即"清洁电力计划"(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，极大地抑制了美国燃煤发电的发展，推动了天然气发电的快速发展。

综合发电成本低于煤电

发电成本通常由三部分构成：固定投资成本(即电厂建造成本)、运行维护成本和燃料成本。

▲多诺拉钢铁厂内，工人正在熔炉前操作

在美国，由于政策支持和技术进步，虽然燃料成本较高，但投资和运维成本低的优势使得天然气发电的综合成本仍然低于燃煤发电，这是本世纪初天然气发电在美国得以快速发展的重要原因。

首先，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。虽然同期美国天然气价格不仅大幅高于煤炭，也高于世界其他地区，但并没有妨碍投资者对燃气电厂的青睐。

值得注意的是，美国气电的燃料成本虽然显著高于煤电，但是与其他部门的用气成本相比，发电用气成本仍是最低的。因为与居民和商业部门相比，发电用气的分输环节少，成本低。中国的情况正好与此相反。

其次，燃气电厂固定投资成本大幅低于燃煤电厂。

根据EIA的2012年数据，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。主要原因在于：一方面，美国政府制订的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;另一方面，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随之下降。

▲多诺拉烟雾事件纪念牌

最后，美国燃气电厂的运行维护成本同样大幅低于燃煤电厂。

欧美三大燃气轮机主机制造商(通用电气、西门子、三菱重工)不仅垄断了新机市场，也垄断了服务市场。

中国燃机的调试、检修、维护等工作几乎全部由国外燃机制造企业完成，每年动辄要付出上亿元的费用，部分燃机维修费用甚至超过设备采购费用。相比之下，美国同等条件下的燃气机组维修费用仅为燃煤机组的25%。

电力市场化改革提供动力

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，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世纪初电力供应偏紧的情况下，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低、建造用时短的燃气机组。美国天然气发电装机容量在2000-2005年快速增长，其中78%来自独立发电公司，综合电业公司占比仅为15%。

按照美国的电力供应结构，之前由于天然气价格相对煤炭较高，燃气机组通常充当决定批发电价的角色。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。

▲天然气发电

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行维护的低成本优势，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留有边际利润，为气电发展创造了良好的环境。