Комплексний аналіз витрат на виробництво електроенергії газогенеруючими установками

I. Основна структура витрат на виробництво електроенергії

Вартість виробництва електроенергії газогенеруючими установками базується на приведеній вартості електроенергії за повний життєвий цикл (LCOE) як основний обліковий показник, що охоплює три основні сектори: вартість палива, інвестиційні витрати на будівництво та витрати на експлуатацію та технічне обслуговування. Співвідношення цих трьох секторів демонструє очевидний диференціальний розподіл, серед якого вартість палива домінує та безпосередньо визначає загальний рівень витрат.

(I) Вартість палива: основна частка витрат, найбільш суттєвий вплив коливань

Вартість палива становить найбільшу частку вартості виробництва електроенергії газогенеруючими установками. Дані галузевих розрахунків показують, що її частка зазвичай сягає 60%-80%, а в деяких екстремальних ринкових умовах може перевищувати 80%, що робить її найважливішою змінною, що впливає на коливання вартості виробництва електроенергії. Облік вартості палива головним чином залежить від ціни на природний газ (включаючи ціну закупівлі та плату за передачу та розподіл) та ефективності виробництва електроенергії одиниці. Основна формула розрахунку така: Вартість палива (юані/кВт·год) = Ціна за одиницю природного газу (юані/куб. м) ÷ Ефективність виробництва електроенергії одиниці (кВт·год/куб. м).

У поєднанні з поточним рівнем цін на основний ринок у галузі, середня внутрішня ціна на природний газ для електростанції становить близько 2,8 юаня/кубічний метр. ККД виробництва електроенергії типових комбінованих газотурбінних установок (ПГУ) становить близько 5,5-6,0 кВт⋅год/кубічний метр, що відповідає вартості палива для виробництва електроенергії близько 0,47-0,51 юаня; якщо використовувати розподілені двигуни внутрішнього згоряння, ККД виробництва електроенергії становитиме близько 3,8-4,2 кВт⋅год/кубічний метр, а вартість палива для виробництва електроенергії зросте до 0,67-0,74 юаня. Варто зазначити, що близько 40% вітчизняного природного газу залежить від імпорту. Коливання міжнародних спотових цін на ЗПГ та зміни у виробництві, постачанні, зберіганні та збуті вітчизняного газу безпосередньо позначаться на вартості палива. Наприклад, під час різкого зростання спотових цін на JKM в Азії у 2022 році вартість палива для виробництва електроенергії вітчизняними газовими електростанціями одного разу перевищила 0,6 юаня, що значно перевищує діапазон беззбитковості.

(II) Вартість інвестицій у будівництво: стабільна частка інвестицій у основний капітал, зниження зумовлене локалізацією

Інвестиційні витрати на будівництво – це одноразові фіксовані інвестиції, що включають головним чином закупівлю обладнання, цивільне будівництво, монтаж та введення в експлуатацію, придбання землі та витрати на фінансування. Їхня частка у вартості виробництва електроенергії протягом повного життєвого циклу становить близько 15%-25%, а основними факторами впливу є технічний рівень обладнання та коефіцієнт локалізації.

З точки зору закупівлі обладнання, основна технологія потужних газових турбін довгий час була монополізована міжнародними гігантами, а ціни на імпортне обладнання та ключові компоненти залишаються високими. Статичні інвестиційні витрати на один кіловат в один проект комбінованого циклу виробництва електроенергії потужністю мільйон кіловат становлять близько 4500-5500 юанів, серед яких газова турбіна та допоміжний котел-утилізатор становлять близько 45% від загального обсягу інвестицій у обладнання. В останні роки вітчизняні підприємства прискорили технологічні прориви. Такі підприємства, як Weichai Power та Shanghai Electric, поступово реалізували локалізацію середніх та легких газових генераторів та основних компонентів, зменшивши вартість закупівлі аналогічного обладнання на 15%-20% порівняно з імпортною продукцією, фактично знизивши загальні інвестиційні витрати на будівництво. Крім того, потужність агрегату та сценарії монтажу також впливають на вартість будівництва. Розподілені малі агрегати мають короткі цикли монтажу (лише 2-3 місяці), низькі інвестиції в цивільне будівництво та нижчі інвестиційні витрати на одиницю кіловат, ніж великі централізовані електростанції; Хоча великі парогазові установки мають високі початкові інвестиції, вони мають значні переваги в ефективності виробництва електроенергії та можуть амортизувати інвестиційні витрати на установку завдяки великомасштабному виробництву електроенергії.

(III) Витрати на експлуатацію та технічне обслуговування: довгострокові безперервні інвестиції, великі можливості для технологічної оптимізації

Витрати на експлуатацію та технічне обслуговування – це безперервні інвестиції протягом усього життєвого циклу, які головним чином включають перевірку та технічне обслуговування обладнання, заміну деталей, витрати на оплату праці, споживання мастила, обробку навколишнього середовища тощо. Їхня частка у вартості виробництва електроенергії протягом повного життєвого циклу становить близько 5%-10%. З точки зору галузевої практики, основними витратами на експлуатацію та технічне обслуговування є заміна ключових компонентів та послуги з технічного обслуговування, серед яких середні витрати на технічне обслуговування однієї великої газової турбіни можуть сягати 300 мільйонів юанів, а вартість заміни основних компонентів є відносно високою.

Блоки з різним технічним рівнем мають суттєві відмінності у витратах на експлуатацію та технічне обслуговування: хоча високопродуктивні генераторні блоки мають вищі початкові інвестиції, їх споживання мастильної оливи становить лише 1/10 від споживання звичайних блоків, з довшими циклами заміни оливи та меншою ймовірністю зупинки через несправність, що може ефективно зменшити витрати на оплату праці та втрати від зупинки; навпаки, технологічно відсталі блоки мають часті відмови, які не тільки збільшують вартість заміни деталей, але й впливають на доходи від виробництва електроенергії через зупинку, опосередковано збільшуючи загальну вартість. В останні роки, завдяки модернізації локалізованих технологій експлуатації та технічного обслуговування та застосуванню інтелектуальних систем діагностики, витрати на експлуатацію та технічне обслуговування побутових генераторних блоків на природному газі поступово знизилися. Покращення незалежного коефіцієнта технічного обслуговування основних компонентів знизило вартість заміни більш ніж на 20%, а інтервал технічного обслуговування було збільшено до 32 000 годин, що ще більше скоротило простір для витрат на експлуатацію та технічне обслуговування.

II. Ключові змінні, що впливають на витрати на виробництво електроенергії

Окрім вищезазначених основних компонентів, на витрати на виробництво електроенергії газогенеруючими агрегатами також впливають численні змінні, такі як механізм ціноутворення на газ, орієнтація політики, розвиток ринку вуглецю, регіональне розташування та години використання агрегатів, серед яких вплив механізму ціноутворення на газ та розвитку ринку вуглецю є найбільш далекосяжним.

(I) Механізм ціноутворення на газ та гарантія постачання газу

Стабільність цін на природний газ та моделей закупівель безпосередньо визначають тенденцію вартості палива, а потім впливають на загальні витрати на виробництво електроенергії. Наразі внутрішня ціна на природний газ сформувала механізм зв'язку "базова ціна + плаваюча ціна". Базова ціна пов'язана з міжнародними цінами на сиру нафту та СПГ, а плаваюча ціна коригується відповідно до ринкового попиту та пропозиції. Коливання цін безпосередньо передаються на вартість виробництва електроенергії. Гарантована потужність джерела газу також впливає на витрати. У регіонах центрів навантаження, таких як дельта річки Янцзи та дельта річки Перлин, станції прийому СПГ щільні, рівень взаємоз'єднання трубопровідних мереж високий, вартість передачі та розподілу низька, постачання джерел газу стабільне, а вартість палива відносно контрольована; тоді як у північно-західному регіоні, обмеженому розподілом джерел газу та транспортно-розподільними спорудами, вартість передачі та розподілу природного газу відносно висока, що збільшує вартість виробництва електроенергії генеруючими агрегатами в регіоні. Крім того, підприємства можуть фіксувати ціни на джерела газу, підписуючи довгострокові угоди про постачання газу, ефективно уникаючи ризиків витрат, спричинених коливаннями міжнародних цін на газ.

(II) Орієнтація політики та ринковий механізм

Політичні механізми головним чином впливають на комплексні витрати та рівень доходів газових генеруючих установок через передачу витрат та компенсацію доходів. В останні роки Китай поступово просував реформу двоскладової ціни на електроенергію для виробництва електроенергії з природного газу, яка вперше була запроваджена в таких провінціях, як Шанхай, Цзянсу та Гуандун. Покриття фіксованих витрат гарантується через ціну на потужність, а ціна на енергію пов'язана з ціною на газ для витрат на транспортування палива. Серед них, Гуандун підвищив ціну на потужність зі 100 юанів/кВт/рік до 264 юанів/кВт/рік, що може покрити 70%-80% фіксованих витрат проекту, ефективно полегшуючи проблему передачі витрат. Водночас, політика компенсації для швидкопускових установок на ринку допоміжних послуг ще більше покращила структуру доходів газових енергетичних проектів. Пікова регульована ціна компенсації в деяких регіонах досягла 0,8 юаня/кВт·год, що значно вище, ніж дохід від традиційного виробництва електроенергії.

(III) Розвиток ринку вуглецю та переваги низьковуглецевого виробництва

З постійним удосконаленням національного ринку торгівлі правами на викиди вуглецю, витрати на викиди вуглецю поступово інтерналізуються, стаючи важливим фактором, що впливає на відносну економічність газогенеруючих установок. Інтенсивність викидів вуглекислого газу газогенеруючими установками становить близько 50% від інтенсивності викидів вугільних електростанцій (близько 380 грамів CO₂/кВт·год проти приблизно 820 грамів CO₂/кВт·год для вугільних електростанцій). На тлі зростання цін на вуглець, переваги низьковуглецевого виробництва залишаються помітними. Поточна внутрішня ціна на вуглець становить близько 50 юанів/тонна CO₂, і очікується, що до 2030 року вона зросте до 150-200 юанів/тонна. Візьмемо як приклад один блок потужністю 600 000 кіловат з річним викидом близько 3 мільйонів тонн CO₂, то вугільна енергетика повинна буде нести додаткові 450-600 мільйонів юанів витрат на рік на викиди вуглецю, тоді як газова енергетика становитиме лише 40% від вугільної, і розрив у вартості між газовою та вугільною енергетикою ще більше скоротиться. Крім того, проекти газової енергетики можуть отримувати додатковий дохід, продаючи надлишки вуглецевих квот у майбутньому, що, як очікується, знизить нормалізовану вартість електроенергії за повний життєвий цикл на 3%-5%.

(IV) Години використання агрегату

Години використання одиниць безпосередньо впливають на амортизаційний ефект постійних витрат. Чим вищий час використання, тим нижча вартість виробництва електроенергії одиницею. Години використання газогенеруючих установок тісно пов'язані зі сценаріями застосування: централізовані електростанції, як джерела пікового регулювання потужності, зазвичай мають години використання 2500-3500 годин; розподілені електростанції, які розташовані близько до кінцевого навантаження промислових парків та центрів обробки даних, можуть досягати годин використання 3500-4500 годин, а вартість виробництва електроенергії одиницею може бути зменшена на 0,03-0,05 юаня/кВт·год. Якщо години використання менше 2000 годин, постійні витрати неможливо ефективно амортизувати, що призведе до значного збільшення загальних витрат на виробництво електроенергії та навіть збитків.

III. Поточний стан витрат у галузі

У поєднанні з поточними галузевими даними, за базового сценарію ціни на природний газ 2,8 юаня/кубічний метр, годин використання 3000 годин та ціни на вуглець 50 юанів/тонну CO₂, приведена до повного життєвого циклу вартість електроенергії для типових проектів комбінованих газових турбін (ПГУ) становить близько 0,52-0,60 юаня/кВт·год, що трохи вище, ніж для вугільних електростанцій (близько 0,45-0,50 юаня/кВт·год), але значно нижче, ніж комплексна вартість відновлюваної енергії з накопиченням енергії (близько 0,65-0,80 юаня/кВт·год).

З точки зору регіональних відмінностей, завдяки стабільному постачанню газу, покращеній політичній підтримці та високому прийняттю ціни на вуглець, повноцінна нормалізована вартість електроенергії газових електростанцій у регіонах центрів навантаження, таких як дельта річки Янцзи та дельта річки Перлин, може контролюватися на рівні 0,45-0,52 юаня/кВт·год, що має економічну основу для конкуренції з вугільними електростанціями; серед них, як пілотний проект торгівлі вуглецевими квотами, середня ціна на вуглець у Гуандуні у 2024 році досягла 95 юанів/тонна, а в поєднанні з механізмом компенсації потужності перевага у вартості є більш очевидною. У північно-західному регіоні, обмеженому гарантованими джерелами газу та витратами на передачу та розподіл, собівартість виробництва електроенергії на одиницю продукції зазвичай вища за 0,60 юаня/кВт·год, а економіка проекту слабка.

З точки зору галузі в цілому, вартість виробництва електроенергії газовими генеруючими установками демонструє тенденцію оптимізації «низька в короткостроковій перспективі та покращення в довгостроковій перспективі»: у короткостроковій перспективі через високі ціни на газ та низький час використання в деяких регіонах простір для прибутку обмежений; у середньостроковій та довгостроковій перспективі, завдяки диверсифікації джерел газу, локалізації обладнання, зростанню цін на вуглець та вдосконаленню політичних механізмів, вартість поступово знижуватиметься. Очікується, що до 2030 року внутрішня норма прибутковості (IRR) ефективних проектів газової енергетики з можливостями управління вуглецевими активами буде стабільно в діапазоні 6%-8%.

IV. Основні напрямки оптимізації витрат

У поєднанні зі структурою витрат та факторами впливу, оптимізація витрат на виробництво електроенергії газовими генеруючими установками повинна зосереджуватися на чотирьох основних аспектах: «контроль палива, скорочення інвестицій, оптимізація експлуатації та технічного обслуговування, а також дотримання політик», а також реалізовувати політику постійного зниження комплексних витрат завдяки технологічним інноваціям, інтеграції ресурсів та взаємодії з політикою.

По-перше, стабілізувати постачання газу та контролювати витрати на паливо. Зміцнити співпрацю з основними вітчизняними постачальниками природного газу, підписати довгострокові угоди про постачання газу для фіксації цін на газ; сприяти диверсифікації джерел газу, спиратися на збільшення внутрішнього видобутку сланцевого газу та вдосконалення довгострокових угод про імпорт СПГ для зменшення залежності від міжнародних спотових цін на газ; водночас оптимізувати систему згоряння агрегатів, підвищити ефективність виробництва електроенергії та зменшити споживання палива на одиницю виробленої електроенергії.

По-друге, сприяти локалізації обладнання та скорочувати інвестиції в будівництво. Постійно збільшувати інвестиції в дослідження та розробки основних технологій, подолати вузьке місце локалізації ключових компонентів важких газових турбін та ще більше скоротити витрати на придбання обладнання; оптимізувати процеси проектування та монтажу, скоротити цикл будівництва та амортизувати витрати на фінансування та інвестиції в цивільне будівництво; розумно вибирати потужність агрегату відповідно до сценаріїв застосування для досягнення балансу між інвестиціями та ефективністю.

По-третє, оновити модель експлуатації та технічного обслуговування та скоротити витрати на експлуатацію та технічне обслуговування. Створити інтелектуальну платформу діагностики, використовувати великі дані та технології 5G для забезпечення точного раннього попередження про стан обладнання та сприяти трансформації моделі експлуатації та технічного обслуговування від «пасивного обслуговування» до «активного раннього попередження»; сприяти локалізації технологій експлуатації та технічного обслуговування, створити професійну команду з експлуатації та технічного обслуговування, покращити можливості незалежного технічного обслуговування основних компонентів та зменшити витрати на технічне обслуговування та заміну деталей; вибрати високопродуктивні агрегати для зменшення ймовірності зупинки через несправність та споживання витратних матеріалів.

По-четверте, точно узгоджувати дії політики та залучати додаткові доходи. Активно реагувати на такі політики, як двокомпонентна ціна на електроенергію та компенсація пікового регулювання, а також прагнути до передачі витрат та підтримки компенсації доходів; проактивно розробляти систему управління вуглецевими активами, повною мірою використовувати механізм вуглецевого ринку для отримання додаткових доходів шляхом продажу надлишкових вуглецевих квот та участі у вуглецевих фінансових інструментах, а також надалі оптимізувати структуру витрат; сприяти взаємодоповнюючій схемі «газ-фотоелектричні електростанції-водень», покращувати години використання блоків та амортизувати постійні витрати.

V. Висновок

Вартість виробництва електроенергії газовими генеруючими установками зосереджена на вартості палива, підкріплена інвестиціями в будівництво, експлуатаційними витратами та витратами на технічне обслуговування, і на неї спільно впливає багато факторів, таких як ціна на газ, політика, ринок вуглецю та регіональне розташування. Її економіка залежить не лише від власного технічного рівня та управлінських можливостей, але й від глибокої зв'язки зі структурою енергетичного ринку та політичною орієнтацією. Наразі, хоча вартість виробництва електроенергії газовими генеруючими установками дещо вища, ніж у вугільних, з просуванням мети «подвійного вуглецю», зростанням цін на вуглець та проривом у локалізації обладнання, її низьковуглецеві переваги та економічні вигоди поступово ставатимуть очевидними.

У майбутньому, з постійним удосконаленням системи виробництва, постачання, зберігання та маркетингу природного газу, а також поглибленням реформи ринку електроенергії та ринку вуглецю, вартість виробництва електроенергії газовими генеруючими установками буде поступово оптимізована, що стане важливою підтримкою для об'єднання високочастотної відновлюваної енергії та енергетичної безпеки. Для промислових підприємств необхідно точно розуміти фактори, що впливають на витрати, зосередитися на основних напрямках оптимізації та постійно знижувати комплексну вартість виробництва електроенергії за рахунок технологічних інновацій, інтеграції ресурсів та політичного об'єднання, підвищувати конкурентоспроможність ринкових газогенеруючих установок, а також сприяти будівництву нової енергосистеми та трансформації енергетичної структури.