Anàlisi exhaustiva dels costos de generació d'energia de les unitats de generació de gas natural

I. Composició principal dels costos de generació d'energia

El cost de generació d'energia de les unitats de generació de gas natural pren el cost anivellat de l'electricitat al llarg del cicle de vida (LCOE) com a indicador comptable principal, que cobreix tres sectors principals: el cost del combustible, el cost de la inversió en construcció i el cost d'operació i manteniment. La proporció dels tres mostra una distribució diferencial òbvia, entre els quals el cost del combustible domina i determina directament el nivell de cost global.

(I) Cost del combustible: nucli de la proporció de costos, impacte més significatiu de les fluctuacions

El cost del combustible és la proporció més gran del cost de generació d'energia de les unitats de generació de gas natural. Les dades de càlcul de la indústria mostren que la seva proporció generalment arriba al 60%-80%, i pot superar el 80% en alguns entorns de mercat extrems, convertint-lo en la variable més crítica que afecta la fluctuació dels costos de generació d'energia. La comptabilització del cost del combustible depèn principalment del preu del gas natural (inclòs el preu de compra i la tarifa de transmissió i distribució) i l'eficiència de generació d'energia de la unitat. La fórmula de càlcul bàsica és: Cost del combustible (iuans/kWh) = Preu unitari del gas natural (iuans/metre cúbic) ÷ Eficiència de generació d'energia de la unitat (kWh/metre cúbic).

Combinat amb el nivell actual de la indústria dominant, el preu mitjà del gas natural nacional a la planta és d'uns 2,8 iuans/metre cúbic. L'eficiència de generació d'energia de les unitats típiques de turbines de gas de cicle combinat (CCGT) és d'uns 5,5-6,0 kWh/metre cúbic, cosa que correspon a un cost de combustible per a la generació d'energia d'uns 0,47-0,51 iuans; si s'adopten unitats de motor de combustió interna distribuït, l'eficiència de generació d'energia és d'uns 3,8-4,2 kWh/metre cúbic, i el cost del combustible per a la generació d'energia augmenta a 0,67-0,74 iuans. Cal destacar que aproximadament el 40% del gas natural nacional depèn de les importacions. Les fluctuacions dels preus spot internacionals del GNL i els canvis en el patró de producció, subministrament, emmagatzematge i comercialització de la font de gas nacional es transmetran directament al cost del combustible. Per exemple, durant el fort augment dels preus spot asiàtics del JKM el 2022, el cost del combustible per a la generació d'energia de les empreses nacionals d'energia alimentada amb gas va superar els 0,6 iuans, superant amb escreix el rang d'equilibri.

(II) Cost de la inversió en construcció: proporció estable d'inversió fixa, disminució afavorida per la localització

El cost d'inversió en construcció és una inversió fixa única, que inclou principalment la compra d'equips, l'enginyeria civil, la instal·lació i la posada en marxa, l'adquisició de terrenys i els costos de finançament. La seva proporció en el cost de generació d'energia al llarg del cicle de vida és d'aproximadament el 15%-25%, i els principals factors d'influència són el nivell tècnic dels equips i la taxa de localització.

Des de la perspectiva de la compra d'equips, la tecnologia bàsica de les turbines de gas de gran capacitat ha estat monopolitzada durant molt de temps per gegants internacionals, i els preus dels equips importats i els components clau continuen sent elevats. El cost d'inversió estàtic en quilowatts unitaris d'un projecte de generació d'energia de cicle combinat d'un milió de quilowatts és d'uns 4500-5500 iuans, entre els quals la turbina de gas i la caldera de calor residual de suport representen aproximadament el 45% de la inversió total en equips. En els darrers anys, les empreses nacionals han accelerat els avenços tecnològics. Empreses com Weichai Power i Shanghai Electric han anat adonant-se gradualment de la localització d'unitats generadores de gas natural de servei mitjà i lleuger i components bàsics, reduint el cost de compra d'equips similars en un 15%-20% en comparació amb els productes importats, reduint efectivament el cost global d'inversió en construcció. A més, la capacitat de la unitat i els escenaris d'instal·lació també afecten els costos de construcció. Les petites unitats distribuïdes tenen cicles d'instal·lació curts (només 2-3 mesos), una baixa inversió en enginyeria civil i costos d'inversió en quilowatts unitaris inferiors a les grans centrals elèctriques centralitzades; Tot i que les grans unitats de cicle combinat tenen una inversió inicial elevada, tenen avantatges significatius en l'eficiència de generació d'energia i poden amortitzar els costos d'inversió unitaris mitjançant la generació d'energia a gran escala.

(III) Cost d'operació i manteniment: inversió contínua a llarg termini, gran marge per a l'optimització tecnològica

El cost d'operació i manteniment és una inversió contínua en tot el cicle de vida, que inclou principalment la inspecció i el manteniment dels equips, la substitució de peces, el cost de la mà d'obra, el consum d'oli lubricant, el tractament de protecció del medi ambient, etc. La seva proporció en el cost de generació d'energia de tot el cicle de vida és d'aproximadament un 5%-10%. Des de la perspectiva de la pràctica de la indústria, la despesa principal del cost d'operació i manteniment és la substitució de components clau i els serveis de manteniment, entre els quals el cost mitjà de manteniment d'una sola turbina de gas gran pot arribar als 300 milions de iuans, i el cost de substitució dels components bàsics és relativament alt.

Les unitats amb diferents nivells tècnics presenten diferències significatives en els costos d'operació i manteniment: tot i que les unitats generadores d'alt rendiment tenen una inversió inicial més elevada, el seu consum d'oli lubricant és només 1/10 del de les unitats ordinàries, amb cicles de canvi d'oli més llargs i una menor probabilitat d'aturada per fallada, cosa que pot reduir eficaçment els costos laborals i les pèrdues per aturada; al contrari, les unitats tecnològicament endarrerides tenen fallades freqüents, que no només augmenten el cost de substitució de peces, sinó que també afecten els ingressos per generació d'energia a causa de l'aturada, augmentant indirectament el cost global. En els darrers anys, amb la millora de la tecnologia d'operació i manteniment localitzada i l'aplicació de sistemes de diagnòstic intel·ligent, els costos d'operació i manteniment de les unitats generadores de gas natural domèstiques han disminuït gradualment. La millora de la taxa de manteniment independent dels components bàsics ha reduït el cost de substitució en més d'un 20%, i l'interval de manteniment s'ha ampliat a 32.000 hores, comprimint encara més l'espai per a les despeses d'operació i manteniment.

II. Variables clau que afecten els costos de generació d'energia

A més dels components bàsics esmentats, els costos de generació d'energia de les unitats de generació de gas natural també es veuen afectats per múltiples variables com el mecanisme del preu del gas, l'orientació política, el desenvolupament del mercat del carboni, la distribució regional i les hores d'utilització de la unitat, entre les quals l'impacte del mecanisme del preu del gas i el desenvolupament del mercat del carboni és el de més gran abast.

(I) Mecanisme de preus del gas i garantia de la font de gas

L'estabilitat dels preus del gas natural i els models de contractació determinen directament la tendència dels costos del combustible i, a continuació, afecten els costos generals de generació d'energia. Actualment, el preu nacional del gas natural ha format un mecanisme d'enllaç de "preu de referència + preu flotant". El preu de referència està vinculat als preus internacionals del petroli cru i del GNL, i el preu flotant s'ajusta segons l'oferta i la demanda del mercat. Les fluctuacions dels preus es transmeten directament a l'extrem del cost de generació d'energia. La capacitat de garantia de la font de gas també afecta els costos. A les regions dels centres de càrrega com el delta del riu Yangtze i el delta del riu Pearl, les estacions receptores de GNL són denses, el nivell d'interconnexió de la xarxa de gasoductes és alt, el cost de transmissió i distribució és baix, el subministrament de la font de gas és estable i el cost del combustible és relativament controlable; mentre que a la regió nord-oest, limitada per la distribució de la font de gas i les instal·lacions de transmissió i distribució, el cost de transmissió i distribució de gas natural és relativament alt, cosa que augmenta el cost de generació d'energia de les unitats generadores de la regió. A més, les empreses poden bloquejar els preus de la font de gas signant acords de subministrament de gas a llarg termini, evitant eficaçment els riscos de costos causats per les fluctuacions dels preus internacionals del gas.

(II) Orientació política i mecanisme de mercat

Els mecanismes polítics afecten principalment els costos globals i els nivells d'ingressos de les unitats de generació de gas natural a través de la transmissió de costos i la compensació d'ingressos. En els darrers anys, la Xina ha promogut gradualment la reforma del preu de l'electricitat en dues parts per a la generació d'energia de gas natural, que s'ha implementat per primera vegada en províncies com Xangai, Jiangsu i Guangdong. La recuperació dels costos fixos es garanteix a través del preu de la capacitat, i el preu de l'energia està vinculat al preu del gas per transmetre els costos del combustible. Entre ells, Guangdong ha augmentat el preu de la capacitat de 100 iuans/kW/any a 264 iuans/kW/any, cosa que pot cobrir el 70%-80% dels costos fixos del projecte, alleujant eficaçment el problema de la transmissió de costos. Al mateix temps, la política de compensació per a les unitats d'arrencada i parada ràpida al mercat de serveis auxiliars ha millorat encara més l'estructura d'ingressos dels projectes d'energia de gas. El preu màxim de compensació de la regulació en algunes regions ha arribat als 0,8 iuans/kWh, que és significativament superior als ingressos de la generació d'energia convencional.

(III) Desenvolupament del mercat del carboni i avantatges de les baixes emissions de carboni

Amb la millora contínua del mercat nacional de comerç de drets d'emissió de carboni, els costos del carboni s'han anat internalitzant gradualment, convertint-se en un factor important que afecta l'economia relativa de les unitats de generació de gas natural. La intensitat unitària d'emissió de diòxid de carboni de les unitats de generació de gas natural és aproximadament el 50% de la de l'energia de carbó (uns 380 grams de CO₂/kWh enfront d'uns 820 grams de CO₂/kWh per a l'energia de carbó). En el context de l'augment dels preus del carboni, els seus avantatges de baixes emissions de carboni continuen sent destacats. El preu actual del carboni domèstic és d'uns 50 iuans/tona de CO₂, i s'espera que augmenti fins a 150-200 iuans/tona el 2030. Prenent com a exemple una sola unitat de 600.000 quilowatts amb una emissió anual d'uns 3 milions de tones de CO₂, l'energia de carbó haurà de suportar entre 450 i 600 milions de iuans addicionals en costos de carboni per any en aquell moment, mentre que l'energia de gas només representa el 40% de l'energia de carbó, i la diferència de costos entre l'energia de gas i l'energia de carbó es reduirà encara més. A més, els projectes d'energia de gas poden obtenir ingressos addicionals venent quotes de carboni excedents en el futur, cosa que s'espera que redueixi el cost anivellat de l'electricitat al llarg del cicle de vida complet entre un 3% i un 5%.

(IV) Hores d'utilització de la unitat

Les hores d'utilització de la unitat afecten directament l'efecte d'amortització dels costos fixos. Com més altes siguin les hores d'utilització, menor serà el cost de generació d'energia unitària. Les hores d'utilització de les unitats generadores de gas natural estan estretament relacionades amb els escenaris d'aplicació: les centrals elèctriques centralitzades, com a fonts d'energia de regulació màxima, generalment tenen hores d'utilització de 2500-3500 hores; les centrals elèctriques distribuïdes, que són a prop de la demanda de càrrega terminal dels parcs industrials i els centres de dades, poden arribar a hores d'utilització de 3500-4500 hores, i el cost de generació d'energia unitària es pot reduir entre 0,03 i 0,05 iuans/kWh. Si les hores d'utilització són inferiors a 2000 hores, els costos fixos no es poden amortitzar eficaçment, cosa que comportarà un augment significatiu del cost global de generació d'energia i fins i tot pèrdues.

III. Estat actual dels costos de la indústria

Combinat amb les dades actuals de la indústria, sota l'escenari de referència d'un preu del gas natural de 2,8 iuans/metre cúbic, 3000 hores d'utilització i un preu del carboni de 50 iuans/tona de CO₂, el cost anivellat de l'electricitat durant tot el cicle de vida dels projectes típics de turbines de gas de cicle combinat (CCGT) és d'uns 0,52-0,60 iuans/kWh, lleugerament superior al de l'energia de carbó (uns 0,45-0,50 iuans/kWh), però significativament inferior al cost global de l'energia renovable amb emmagatzematge d'energia (uns 0,65-0,80 iuans/kWh).

Des de la perspectiva de les diferències regionals, beneficiant-se d'un subministrament estable de fonts de gas, un millor suport polític i una alta acceptació del preu del carboni, el cost anivellat de l'electricitat durant tot el cicle de vida de les centrals elèctriques de gas a les regions de centres de càrrega com el delta del riu Yangtze i el delta del riu Pearl es pot controlar a 0,45-0,52 iuans/kWh, cosa que té una base econòmica per a la competència amb l'energia de carbó; entre elles, com a pilot de comerç de carboni, el preu mitjà del carboni de Guangdong el 2024 va arribar als 95 iuans/tona, combinat amb el mecanisme de compensació de capacitat, l'avantatge de costos és més evident. A la regió nord-oest, limitada per la garantia de la font de gas i els costos de transmissió i distribució, el cost unitari de generació d'energia és generalment superior a 0,60 iuans/kWh, i l'economia del projecte és feble.

Des de la perspectiva de la indústria en el seu conjunt, el cost de generació d'energia de les unitats de generació de gas natural mostra una tendència d'optimització de "baix a curt termini i millora a llarg termini": a curt termini, a causa dels alts preus del gas i les baixes hores d'utilització en algunes regions, l'espai de benefici és limitat; a mitjà i llarg termini, amb la diversificació de les fonts de gas, la localització dels equips, l'augment dels preus del carboni i la millora dels mecanismes polítics, el cost disminuirà gradualment. Es preveu que, el 2030, la taxa interna de retorn (TIR) ​​dels projectes eficients d'energia a gas amb capacitats de gestió d'actius de carboni es mantingui estable en el rang del 6%-8%.

IV. Direccions principals per a l'optimització de costos

Combinant la composició dels costos i els factors d'influència, l'optimització dels costos de generació d'energia de les unitats de generació de gas natural s'ha de centrar en els quatre nuclis de "controlar el combustible, reduir la inversió, optimitzar el funcionament i el manteniment i gaudir de les polítiques", i aconseguir la reducció contínua dels costos integrals mitjançant la innovació tecnològica, la integració de recursos i la connexió de polítiques.

En primer lloc, estabilitzar el subministrament de gas i controlar els costos del combustible. Enfortir la cooperació amb els principals proveïdors nacionals de gas natural, signar acords de subministrament de gas a llarg termini per fixar els preus de les fonts de gas; promoure la distribució diversificada de les fonts de gas, confiar en l'augment de la producció nacional de gas d'esquist i la millora dels acords a llarg termini d'importació de GNL per reduir la dependència dels preus internacionals del gas al comptat; alhora, optimitzar el sistema de combustió de la unitat, millorar l'eficiència de la generació d'energia i reduir el consum de combustible per unitat de generació d'energia.

En segon lloc, promoure la localització d'equips i reduir la inversió en construcció. Augmentar contínuament la inversió en recerca i desenvolupament de tecnologies bàsiques, superar el coll d'ampolla de la localització de components clau de les turbines de gas de gran capacitat i reduir encara més els costos de compra d'equips; optimitzar els processos de disseny i instal·lació del projecte, escurçar el cicle de construcció i amortitzar els costos de finançament i la inversió en enginyeria civil; seleccionar raonablement la capacitat de la unitat segons els escenaris d'aplicació per aconseguir un equilibri entre inversió i eficiència.

En tercer lloc, actualitzar el model d'operació i manteniment i comprimir els costos d'operació i manteniment. Construir una plataforma de diagnòstic intel·ligent, basar-se en el big data i la tecnologia 5G per aconseguir un avís precoç precís de l'estat de salut dels equips i promoure la transformació del model d'operació i manteniment de "manteniment passiu" a "avís precoç actiu"; promoure la localització de la tecnologia d'operació i manteniment, establir un equip professional d'operació i manteniment, millorar la capacitat de manteniment independent dels components bàsics i reduir els costos de manteniment i substitució de peces; seleccionar unitats d'alt rendiment per reduir la probabilitat d'aturada per fallada i el consum de consumibles.

En quart lloc, connectar amb precisió amb les polítiques i obtenir ingressos addicionals. Respondre activament a polítiques com la compensació en dues parts del preu de l'electricitat i la regulació de pics, i esforçar-se per la transmissió de costos i el suport a la compensació d'ingressos; dissenyar proactivament el sistema de gestió d'actius de carboni, aprofitar al màxim el mecanisme del mercat de carboni per aconseguir ingressos addicionals venent quotes de carboni excedents i participant en instruments financers del carboni, i optimitzar encara més l'estructura de costos; promoure el disseny complementari multienergia "gas-fotovoltaic-hidrogen", millorar les hores d'utilització de la unitat i amortitzar els costos fixos.

V. Conclusió

El cost de generació d'energia de les unitats generadores de gas natural es centra en el cost del combustible, recolzat per la inversió en construcció i els costos d'operació i manteniment, i es veu afectat conjuntament per múltiples factors com el preu del gas, les polítiques, el mercat del carboni i la distribució regional. La seva economia depèn no només del seu propi nivell tècnic i capacitat de gestió, sinó també de la profunda vinculació del patró del mercat energètic i l'orientació política. Actualment, tot i que el cost de generació d'energia de les unitats generadores de gas natural és lleugerament superior al de l'energia de carbó, amb l'avanç de l'objectiu del "doble carboni", l'augment dels preus del carboni i l'avenç de la localització dels equips, els seus avantatges de baixes emissions de carboni i els seus avantatges econòmics seran gradualment destacats.

En el futur, amb la millora contínua del sistema de producció, subministrament, emmagatzematge i comercialització de gas natural i l'aprofundiment de la reforma del mercat energètic i del mercat del carboni, el cost de generació d'energia de les unitats generadores de gas natural s'optimitzarà gradualment, convertint-se en un suport important per connectar l'energia renovable d'alta proporció i la seguretat energètica. Per a les empreses de la indústria, cal comprendre amb precisió els factors que afecten els costos, centrar-se en les direccions bàsiques d'optimització i reduir contínuament el cost integral de generació d'energia mitjançant la innovació tecnològica, la integració de recursos i la connexió de polítiques, millorar la competitivitat del mercat de les unitats generadores de gas natural i ajudar a la construcció del nou sistema energètic i la transformació de l'estructura energètica.