山西煤層氣發(fā)電運營現(xiàn)狀及政策建議
（國家能源局山西監(jiān)管辦市場監(jiān)管處）我國煤層氣資源較為豐富，分布相對集中，是世界上繼俄羅斯、加拿大之后的第三大儲量國。煤層氣俗稱瓦斯氣，與煤炭伴生，主要成分為甲烷（CH4），以吸附狀態(tài)存在于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，熱值為通用煤的2.5倍，1立方米的純煤層氣相當于1.13千克汽油、1.21千克標準煤，熱值與天然氣相當，可與天然氣混輸混用，與天然氣、天然氣水合物并為三大氣體資源。最新一輪資源評估結果表明：我國埋深2000米以內(nèi)的煤層氣資源量達31.7萬億立方米，相當于450億噸標準煤、350億噸標準油，與陸上常規(guī)天然氣資源量相當。其中埋深1500米以內(nèi)的達27萬億立方米，開采潛力巨大。我國的煤層氣資源不僅具有總量優(yōu)勢，而且在區(qū)域分布、埋藏深度等方面也有利于規(guī)劃開發(fā)。煤層氣資源在我國境內(nèi)分布廣泛，地理位置又相對集中，主要分布在華北、西北、華南、東北及滇藏五大聚煤區(qū)。其中，華北、西北、華南的煤層氣地質(zhì)資源量分別占全國總量的56.3%、28.1%、14.3%。從特點上看，西北地區(qū)雖然儲量豐富，但存在含氣量低、飽和度差的缺點。華南地區(qū)氣源豐富，但氣性變化大，經(jīng)濟性差，不易開采。華北地區(qū)具有資源豐富，含氣量高，含氣飽和度高，資源豐度大的優(yōu)點，華北地區(qū)儲量以山西的沁水盆地和內(nèi)蒙古西部鄂爾多斯盆地為主，適合大規(guī)模開采。山西是全國煤層氣資源最為富集的地區(qū)。全省含氣總面積39011平方公里，2000米以淺的資源儲量超過10萬億立方米，占全國的三分之一。具有分布集中、埋層淺，可采性好，甲烷含量高（大于95%）的特點。山西六大煤田中，以沁水煤田和河東煤田為最大，其儲量占全國的30.8%，占全省的93.2%，是煤層氣開發(fā)的兩大重點區(qū)域。山西也是開發(fā)利用程度最高的地區(qū)。2018年，全省煤層氣開發(fā)量達到120億立方米（地面51億，井下69億）。煤層氣資源的利用，主要為居民生活與采暖、發(fā)電、供熱、汽車燃料以及生產(chǎn)炭黑、甲醛和合成氨等化工產(chǎn)品。我國的煤層氣主要為30%～60%的低濃度氣體，低濃度煤層氣主要適合用于發(fā)電。煤層氣發(fā)電已成為低濃度煤層氣資源利用的最佳選擇途徑。我國煤層氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，經(jīng)歷了三個階段，上世紀80年代末～90年代末是我國煤層氣發(fā)電探索時期，2000年～2005年是煤層氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)初步發(fā)展時期，2005年至今則為煤層氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展時期，出現(xiàn)了國產(chǎn)機組與進口機組競爭并存的局面。鑒于煤礦井下瓦斯抽采系統(tǒng)抽采的瓦斯?jié)舛入S著抽采地點和方式不同而變化的特點，煤層氣發(fā)電的技術選擇，必須要求電站主機設備具有較強的適應性，運行靈活，能夠適合煤層氣供應系統(tǒng)的特點。主機設備主要有：（一）燃氣鍋爐帶蒸汽輪機發(fā)電機組。多用于傳統(tǒng)的火電機組形式，工藝技術成熟，運行可靠，維護費用低，服務年限長。但燃氣鍋爐采用煤層氣為燃料，僅局限于小型工業(yè)鍋爐，受抽采波動的影響，大型電站瓦斯鍋爐的應用受到限制，發(fā)電效率低，啟動運行時間長，不靈活，煤層氣發(fā)電基本不采用。（二）燃氣輪機發(fā)電機組。具有系統(tǒng)簡單，運行靈活，單機功率大，占地小的優(yōu)點。系統(tǒng)可加余熱鍋爐帶蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，雖較復雜且占地面積大，且對氣源品質(zhì)要求較高，只有甲烷含量大于40%以及氣源穩(wěn)定的情況下才適用，但發(fā)電效率高達60%。由于抽采瓦斯氣濃度變化大，瓦斯?jié)舛冗_不到安全要求，導致機組時開時停，在煤礦瓦斯發(fā)電中很少采用，在以天然氣為燃料的電站較多采用。（三）燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組。具有系統(tǒng)簡單、運行靈活、發(fā)電效率高的特點。要求進氣壓力低，僅為5～35kPa，適用瓦斯?jié)舛确秶鷱V，濃度在6%以上均可采用，能較好的適應煤層氣抽采的量和濃度波動范圍大等特點。特別是這類成套模塊化的機組，還具有系統(tǒng)效率優(yōu)化、設計安裝簡單、啟動時間短、運行管理自動化程度高，發(fā)電綜合效率高的優(yōu)點。目前屬于主流機組，技術成熟，應用廣泛。具體工藝流程為：被開采出來后的煤層氣經(jīng)過處理成燃氣，在空氣與燃氣混合器里與空氣濾清器的空氣混合，混合氣體經(jīng)渦輪器增壓，并經(jīng)中冷器冷卻，一部分用于回流，另一部分送往燃氣內(nèi)燃機發(fā)電。
目前，國內(nèi)外主要瓦斯發(fā)電機組制造商有七家，分別是：道依茨能源系統(tǒng)（北京）公司、卡特彼勒中國投資公司、GE能源集團顏巴赫北京代表處，勝利油田勝利動力機械集團公司、濟南柴油機股份有限公司、南通寶駒氣體發(fā)動機有限公司、株洲南方燃氣輪機公司。其中：勝動公司擁有自主知識產(chǎn)權的低濃度瓦斯機組及安全輸送系統(tǒng)；南通寶駒擁有發(fā)電效率達到42%的單機3000千瓦瓦斯發(fā)電機組，以及無隙并網(wǎng)技術和余熱利用技術；道依茨公司側重系統(tǒng)開發(fā)，200～4000千瓦不同型號機組可保證8000小時無故障運行；卡特彼勒公司有較好的維修服務網(wǎng)絡；GE顏巴赫公司在全球安裝1000千瓦以上的瓦斯發(fā)電機組容量最大，其機組具有大功率、高效率、低排放、最大系統(tǒng)可靠性及高發(fā)電密度的特點，單機3000千瓦以上大功率機組效率達46%。
山西省是煤層氣發(fā)電最多的省份，不同的發(fā)電設備選型、投資額及運行費用差異較大。1.發(fā)電公司A：容量為10.8萬千瓦（60×1800千瓦），美國卡特彼勒公司生產(chǎn)的內(nèi)燃機組，價款2.9億元，4臺3000千瓦杭州汽輪機公司生產(chǎn)的汽輪機組，價款1940萬元，輸氣管網(wǎng)及配套設備2.46億元，房屋建筑物1.2億元，建設費用0.64億元，項目動態(tài)投資7.4億元，單位千瓦造價6850元。2.發(fā)電公司B：容量為3.2萬千瓦（8×4000千瓦），德國道依茨能源系統(tǒng)技術公司生產(chǎn)的內(nèi)燃機組，價款1.17億元，1臺3000千瓦洛陽中重發(fā)電設備廠生產(chǎn)的汽輪機組，價款240萬元，輸氣管網(wǎng)及配套設備1億元，建安費用0.4億元，貸款利息0.2億元，項目動態(tài)投資2.8億元，單位千瓦造價8100元。煤層氣發(fā)電總成本指企業(yè)達到設計規(guī)模后正常年份全部支出的費用，包括電力生產(chǎn)成本和期間費用。影響煤層氣電站經(jīng)濟效益的主要因素有：上網(wǎng)電價、電價補貼、氣源價格、運行成本、貸款比例和利率等。此外，國家的稅收、補貼、投資等政策也是重要因素。發(fā)電公司A依托大股東晉城煤業(yè)集團，是我國較早系統(tǒng)開展煤層氣發(fā)電的企業(yè)，是目前世界上容量最大的煤層氣電廠，也是我國首次利用世行貸款并成功進行CDM碳交易的企業(yè)。該企業(yè)在煤層氣發(fā)電運行和調(diào)試方面做了大量的探索研究，設備選型好，造價最低，運行穩(wěn)定，運行時間長，人員素質(zhì)好。以該企業(yè)先進運營情況進行分析，較為客觀。基本要素：年發(fā)電7500小時、廠用電率4.5%、資本金30%、綜合折舊率8%、貸款利率6%，投資回收期20年、1立方氣發(fā)電3.6千瓦時為基本指標。不考慮稅收等政策，煤層氣價格和上網(wǎng)電價是效益的決定性因素。若以1立方氣價格為1元，其度電綜合成本為0.35元，其中燃料成本0.28元，其它綜合成本0.07元。若以1立方氣價格為2元，其度電綜合成本為0.58元，其中燃料成本0.51元。若以1立方氣價格為3元，其度電綜合成本為0.87元，其中燃料成本0.8元。山西晉城煤層氣甲烷含量大于95%，單位發(fā)熱量8500大卡，幾乎可與天然氣品質(zhì)相媲美。按照國家燃料氣體用途相同價格大致相同的政策取向，煤層氣價格應當參照天然氣價格進行核定。
以現(xiàn)行的山西大工業(yè)天然氣2.75元直供價格計算，度電綜合成本0.79元，其中燃料成本0.72元。從上網(wǎng)電價上看，山西的煤層氣發(fā)電價格目前為0.509元。不考慮大股東以低于政府核定的西氣東輸天然氣價格的40%的內(nèi)供價格以及碳交易的收入，該企業(yè)年度預計理論虧損2億元。與同等規(guī)模燃煤電廠相比，煤層氣發(fā)電具有代煤、節(jié)煤和減少污染排放等優(yōu)勢。據(jù)對山西多家電廠調(diào)研，以1000立方米煤層氣與噸煤比較，煤層氣發(fā)電可實現(xiàn)代替燃煤1.9噸、節(jié)約煤炭0.1噸。全省26萬千瓦裝機，全年可節(jié)約80萬噸標準煤，減少SO2排放0.75萬噸、煙塵0.15萬噸、煤渣14.8萬噸，具有良好的環(huán)保效益。煤層氣的規(guī)?；咝Ю?，主要受產(chǎn)業(yè)政策、管理體制、技術研發(fā)、資金投入、人才支撐等因素制約。（一）電價形成機制不完善，缺乏穩(wěn)定投資預期。從煤層氣一級價格看，煤層氣產(chǎn)業(yè)是新興產(chǎn)業(yè)，市場需求潛力巨大。但由于居民及工業(yè)、車用、發(fā)電等下游產(chǎn)業(yè)鏈基礎設施建設環(huán)節(jié)復雜，投資巨大，配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，制約了市場需求的釋放。國家現(xiàn)行的“煤層氣價格按市場經(jīng)濟原則，由供需雙方協(xié)商確定”的政策，致使擁有開采主導權的企業(yè)脫離實際定價，價格混亂，嚴重影響了包括發(fā)電等下游產(chǎn)業(yè)項目投資的預期收益。從發(fā)電來看，煤層氣發(fā)電用氣價格的迅速上漲是導致發(fā)電項目建設緩慢的一個重要因素。從發(fā)電上網(wǎng)電價看，國家至今并未出臺煤層氣發(fā)電的補貼政策，山西省為鼓勵煤層氣發(fā)電，使其獲得穩(wěn)定收益，在火電標桿電價的基礎上，地方另外出臺了度電0.25元的補貼，目前度電為0.509元，通過銷售電價予以疏導。但目前的實際電價水平仍不能夠彌補快速上漲的煤層氣燃料成本。（二）國產(chǎn)發(fā)電機組制造技術有限，大功率機組依賴進口。經(jīng)過多年的探索，我國的煤層氣發(fā)電技術也有了快速的發(fā)展，特別是山西省在煤層氣發(fā)電方面取得了一些成功經(jīng)驗，建成了一批煤層氣發(fā)電項目，但與美國、英國、德國、澳大利亞等先進國家相比，還存在很多不足。我國利用國產(chǎn)內(nèi)燃機發(fā)電已經(jīng)獲得成功，相對國外設備具有價格優(yōu)勢，但單機功率較小，且由于煤層氣濃度隨時變化，發(fā)電效率較低，甚至停機。發(fā)電機組特別是大功率發(fā)電機組全部依賴進口。（三）乏風發(fā)電技術研究剛剛起步，示范項目極少。我國的礦井乏風排放量居世界首位。處于安全考慮，部分排放不可避免。若能充分利用，經(jīng)濟效益十分可觀。國外已經(jīng)掌握了熱逆流反應器、催化逆流反應器等利用礦井乏風發(fā)電技術，進入了小規(guī)模運行階段。我國僅將乏風作為輔助燃料，而作為主要燃料的技術研究剛剛起步，陽煤集團的首個乏風發(fā)電試驗項目于2019年6月份建成并網(wǎng)，但該技術的產(chǎn)業(yè)化尚待運行驗證。煤層氣發(fā)電是占絕對比重的低濃度煤層氣最佳的利用途徑，應當從財稅政策、電價政策、示范工程、技術研發(fā)、并網(wǎng)運行等方面，給予大力鼓勵，促使其大發(fā)展、快發(fā)展。（一）出臺促進煤層氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的財稅支持政策。可參照國家現(xiàn)行已出臺的煤層氣抽放利用的鼓勵政策，給予煤層氣發(fā)電企業(yè)增值稅先征后返、設備加速折舊、中央財政補貼、發(fā)電補貼加價等支持政策，形成煤層氣發(fā)電投資的良好穩(wěn)定預期。（二）建立乏風發(fā)電技術專項發(fā)展基金。可從高瓦斯礦井噸煤安全生產(chǎn)費提取的比例費用中，切出一塊資金，專項用于低瓦斯?jié)舛劝l(fā)電技術扶持，開展技術研發(fā)攻關，分不同氣源分布特點，開展示范工程建設，更好促進煤層氣的高效利用。（三）出臺煤層氣發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的電價形成機制。應理順煤層氣價與電價關系，盡快建立以發(fā)電用氣及發(fā)電燃料成本為調(diào)價因素的基礎電價，不足部分一方面將通過享受新能源補貼政策解決，剩余缺口通過定期動態(tài)調(diào)整上網(wǎng)電價消納，從而形成煤層氣發(fā)電的穩(wěn)定良好收益預期，早日實現(xiàn)煤層氣發(fā)電的大發(fā)展。（四）統(tǒng)一明確煤層氣發(fā)電并網(wǎng)運行鼓勵政策。煤層氣雖不屬于可再生新能源，但與常規(guī)能源相比，屬于不可再生的新后備能源，目前正處于鼓勵發(fā)展的關鍵時期。此外，受煤層氣開采抽采氣量變化頻繁的因素，煤層氣發(fā)電具有穩(wěn)定性較差的特點。因此，在并網(wǎng)接入、電量收購、電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、運行考核、調(diào)度管理等諸多方面，應當盡快統(tǒng)一明確煤層氣發(fā)電運行的區(qū)別化鼓勵政策，促進其規(guī)模化發(fā)展利用。（五）細化明確煤層氣發(fā)電環(huán)保政策。由于煤層氣豐富地區(qū)大多數(shù)為低硫煤主產(chǎn)區(qū)，其發(fā)電后的排放物質(zhì)與常規(guī)火電廠大不相同。應當比照天然氣電廠的環(huán)保管理政策，在確保與火電廠相同排放標準的前提下，單獨研究明確煤層氣發(fā)電所安裝煙氣除塵、脫硝脫硫等環(huán)保設備與技術的不同選型和采用標準。（六）研究制訂煤層氣發(fā)電行業(yè)技術標準。從國家層面組織技術力量開展1000千瓦及以上高效冷熱電聯(lián)產(chǎn)綜合利用瓦斯發(fā)電、乏風利用與礦井降溫等設備的系統(tǒng)研發(fā)，組織國內(nèi)主要設備商，聯(lián)合吸收引進國外關鍵技術與工藝，提高大功率、高參數(shù)發(fā)電制造技術與設備國產(chǎn)化水平。原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2019年9月13日第34、35期
審核：齊正平
編輯：邱麗靜
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